Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Состояние вопроса в области горячей объёмной
штамповки осесимметричных поковок типа фланец 9
1.1. Применение штампованных поковок типа фланец для
изготовления деталей новой техники. Назначение и требования к
переходникам топливных систем 9
1.2. Особенности горячей деформации термически
неупрочняемых алюминиево - магниевых сплавов 15
1.2.1. Механизм деформационного упрочнения термически
неупрочняемых алюминиево - магниевых сплавов 15
Влияние деформации на механические свойства термически неупрочняемых алюминиево - магниевых сплавов 26
Влияние деформации на стойкость поковок из термически неупрочняемых алюминиево - магниевых сплавов к межкристаллитной коррозии 28
1.2.4. Влияние предварительной деформации на прочность
сварного соединения термически неупрочняемых
алюминиево - магниевых сплавов 31
1.3. Методы моделирования деформационных процессов при
горячей объёмной штамповке
1.3.1. Экспериментальные методы
1.3.2.Теоретические методы
1.3.3. Сопоставление методов исследования пластической
деформации . 1
Выводы по главе 1
2
Глава 2. Методика исследования 46
Общая характеристика сплавов АМгЗ и АМгб 46
Методы экспериментальных исследований, механических испытаний, применяемые приборы и оборудование 50
Применяемое программное обеспечение 52
Глава 3. Исследование традиционной технологии получения
переходников топливных систем горячей объёмной штамповкой ... 55
3.1. Характеристика применяемого технологического
процесса получения фланцев методом открытой одноручьевой
горячей штамповки 55
3.2. Характер распределения деформаций по объёму поковки
фланца 64
3.3. Характеристики первичных полуфабрикатов,
применяемых при изготовлении фланцев 67
3.4. Влияние степени деформации при осадке на структуру и
свойства металла поковки 70
Изучение напряжённо - деформированного и температурно - скоростного полей в процессе формоизменения осаженной заготовки в штампованную поковку фланца 80
Влияние напряжённо - деформированного и температурно - скоростного параметров в процессе деформации на структуру и свойства металла штампованной поковки 94
Выводы по главе 3 102
Глава 4. Исследование особенностей формообразования
алюминиевых фланцев и разработка научно обоснованного способа
их получения методом горячей объёмной штамповки 104
4.1. Влияние степени предварительной деформации заготовки
фланца на характер формоизменения металла в штампе 104
4.2. Особенности деформации цилиндрических заготовок из
алюминиево - магниевых сплавов при горячей осадке в конических
бойках 116
Особенности формообразования штампованных поковок фланцев без дополнительных технологических напусков 128
Границы возможности и целесообразности применения схем вытяжки и выдавливания при получении фланцев одноручьевой открытой горячей объёмной штамповкой 137
4.5. Особенности формообразования и структуры поковок
фланцев, полученных из листовых заготовок 140
4.6. Рекомендуемые параметры вновь разработанного
технологического процесса и обобщённые зависимости поведения
деформируемого металла в процессе формообразования фланцев .. 147
Выводы по главе 4 158
Выводы по работе 161
Библиографический список 165
Приложения 174
Введение к работе
Актуальность темы. Развитие новой техники требует применения научно разработанных технологических процессов, обеспечивающих получение изделий максимальной надёжности и служебных свойств, при минимальной их массе. В то же время малая серийность изделий новой техники обуславливает изготовление их комплектующих с использованием универсального оборудования, упрощённой технологической оснастки.
Среди видов ОМД горячая объёмная штамповка характеризуется наибольшей сложностью и неравномерностью происходящих при формоизменении исходной заготовки процессов, ввиду разброса величин поперечного сечения различных участков штампованной поковки, и большой накопленной в процессе нагрева энергии деформируемого материала. В результате при штамповке провоцируется локализация деформационных процессов, неравномерность скоростных и температурных параметров деформации. Как следствие, картина оптимальной деформационной проработки металла штампованной поковки может отличаться от заданной, не соответствовать профилю чистовой детали. Поэтому при разработке научно - обоснованных технологических процессов горячей объёмной штамповки важно уметь прогнозировать и управлять деформационными процессами, без чего невозможно обеспечение заданных структуры и свойств чистовой детали.
Исследования проводились на примере изготовления штампованных фланцев, служащих заготовками для получения путём механической обработки конических переходников. Переходники применяются для соединения трубопроводов различных сечений и представляют собой осесимметричные детали со сложной образующей, работающие в составе сварных узлов ответственного назначения в условиях высокого (до 4 МПа) внутреннего давления агрессивных сред. Наряду с высокими механическими и эксплуатационным характеристиками переходники должны обладать хорошей свариваемостью, стойкостью к межкристаллитнои коррозии
5 основного металла деталей и металла сварного шва. К числу наиболее соответствующих предъявляемым требованиям материалов относятся алюминиево - магниевые сплавы АМгЗ и АМгб.
Стандарты определяют, что поковки типа фланец, как заготовки для изделий ответственного назначения, следует изготавливать многопереходной закрытой объёмной штамповкой. Однако применение закрытой штамповой оснастки требует наличия силового оборудования с приводом выталкивателя, её изготовление трудоёмко и затратно ввиду большого расхода штамповой и инструментальной стали, что критично в условиях мелкосерийного производства. Существенно упростить и удешевить процесс производства позволит применение одноручьевой открытой штамповой оснастки, при этом из - за малой серийности переходников увеличение расхода металла ввиду наличия облоя и увеличения технологических припусков и напусков не существенно. Однако для достижения требуемого уровня свойств получаемых поковок необходимо проведение комплексных исследований. В этой связи актуальным является разработка процесса получения фланцев из алюминиевых сплавов АМгЗ и АМгб путём открытой одноручьевой горячей объёмной штамповки.
Цель исследования заключается в разработке научно - обоснованного процесса изготовления осесимметричных поковок типа фланец методом одноручьевой облойной штамповки, структура и свойства которых соответствуют предъявляемым к изделиям ответственного назначения требованиям.
Для реализации поставленной цели следует решить следующие задачи исследования:
оценка общих параметров переходников, определяющих их как класс деталей, получаемых горячей объёмной штамповкой;
изучение напряжённо-деформированного состояния и температурно - скоростных факторов в процессе формообразования горячештампованных фланцев металлографическими и математическими методами;
изучение возможностей управления структурой и свойствами поковки фланца при получении их горячей объёмной штамповкой в открытых штампах;
определение геометрических параметров штамповой оснастки, обеспечивающих получение бездефектных поковок;
определение оптимальных режимов предварительного
фасонирования заготовок под штамповку;
определение оптимального температурного режима начала
деформации при предварительном фасонировании заготовки и её
последующей штамповке.
Научная новизна работы заключена в следующем:
установлена взаимосвязь деформационных и температурно -
скоростных параметров процесса формообразования со структурой и
свойствами горячештампованных осесимметричных поковок фланцев из
алюминиево - магниевых сплавов;
установлена взаимосвязь параметров предварительного
фасонирования с геометрическими параметрами одноручьевой штамповой
оснастки, позволяющей получать качественные поковки фланцев;
уточнён температурный интервал начала деформации алюминиево -
магниевых сплавов, позволяющий удержать металл поковки от
деформационного разогрева, превышающего регламентируемые пределы, а
так же проводить деформацию с преобладанием внутризёренного механизма,
что обеспечивает повышение характеристик коррозионной стойкости,
герметичности, прочности и пластичности конечных чистовых деталей как
по основному металлу, так и по металлу сварного шва;
установлены границы применяемости схемы открытой горячей
объёмной штамповки поковок типа фланец по схеме вытяжки с
последующим обратным выдавливанием при использовании осаженных со
значительной степенью деформации прутковых, либо листовых заготовок.
7 Практическая значимость работы заключена в следующем:
разработаны технологические рекомендации изготовления поковок
типа фланец из алюминиево - магниевых сплавов методом одноручьевой
открытой горячей объёмной штамповки, позволяющие:
- обеспечивать соответствие зон оптимальной деформационной
проработки профилю чистовой детали ответственного назначения типа
переходник, как в зоне торцев, так и по остальной образующей;
избегать прохождения деформации с преобладанием межзёренного механизма, характеризующимся бурным рекристаллизационным ростом зёрен и образованием крупных коагулянтов интерметаллидов по их границам, в свою очередь вызывающих понижение прочности деформированного металла и склонность его к межкристаллитной коррозии;
повысить стабильность температурного режима при стыковой сварке конечных чистовых деталей - переходников топливных систем.
установлена возможность и целесообразность применения в качестве
альтернативного технологического процесса одноручьевой открытой горячей
объёмной штамповки поковок типа фланец из листовых заготовок;
достигнуто повышение коэффициента использования материала
(КИМ) на 30 - 50 % за счёт ограничения технологических припусков и
штамповочных уклонов стандартной величины и сокращения величины
удаляемых торцевых напусков при переводе формообразования фланцев со
схемы обратного выдавливания на схему вытяжки.
Достоверность полученных результатов основывается на соответствии результатов математического моделирования изучаемых деформационных процессов и результатов металлографического исследования поковок, полученных с использованием ранее применявшегося и вновь разработанного технологических процессов.
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно - технических конференциях: -vll, vlll, ! и Международных молодёжных конференциях «Гагаринские
8 чтения», Москва 2001, 2002, 2003 и 2004 г.г., Всероссийской научно -практической конференции, Москва, 2003 г., третьей Всероссийской научно-практической конференции «Управление качеством», Москва, 2004 г.
Работа выполнена на кафедре «Технология обработки металлов давлением (ТОМД)» «МАТИ» - РГТУ им. К. Э. Циолковского под руководством профессора, доктора технических наук Виктора Ивановича Галкина.
Установленные оптимальные режимы обработки давлением алюминиево - магниевых сплавов внедрены в работе опытного завода «Фобос» ОАО «Морской научно - исследовательский институт радиоэлектроники «Альтаир».
На основании результатов работы ОАО «МНИИРЭ «Альтаир» и «МАТИ» - РГТУ им. К. Э. Циолковского совместно выпущены соответствующие технологические рекомендации.
Автор выражает искреннюю благодарность за содействие и помощь в выполнении работы доктору технических наук, профессору кафедры ТОМД Евгению Владимировичу Ширяеву, а также всему коллективу кафедры ТОМД «МАТИ» - РГТУ им. К. Э. Циолковского.
Объём диссертационной работы состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе и библиографического списка, в том числе 13 таблиц и 130 рисунков, всего на 173-х страницах.
Приложения: Акт внедрения оптимальных режимов обработки давлением алюминиево - магниевых сплавов в работе опытного завода «Фобос» ОАО «МНИИРЭ «Альтаир» на 1-й странице; технологическая рекомендация «Совершенствование процесса штамповки осесимметричных фланцев из алюминиево-магниевых сплавов» на 9-й страницах.
