Разработка и освоение технологии электровысадки цилиндрических заготовок

Дальнейшее повышение эффективности производства деформируемых полуфабрикатов связано с разработкой, совершенствованием и внедрением технологических процессов, обеспечивающих максимальную экономию металла и энергии, выпуск высококачественных поковок, не требующих значительной последующей обработки.

Одним из таких процессов является процесс электровысадки, используемый для набора значительных по объему и сечению утолщений на концах или в средней части заготовки с удлиненной осью.

Детали с удлиненной осью и большими изменениями площади поперечного сечения по длине: торсионы, клапаны двигателей, турбинные и компрессорные лопатки и т. п. используются в различных отраслях промышленности: авиационной, оборонной, автомобильной и других. Эти детали, как правило, являются ответственными элементами узлов машин и механизмов и подвергаются большим нагрузкам как при обычных, так и при повышенных температурах. Поэтому они изготавливаются из высокопрочных легированных и жаростойких сталей и сплавов, обработка заготовок из которых традиционными методами металлообработки связана со значительными техническими трудностями, а в некоторых случаях невозможна.

Эффективным методом получения таких изделий может быть электровысадка. Сейчас в нашей стране эксплуатируется несколько десятков электровысадочных машин иностранного и отечественного производства, осваивается их серийный выпуск. Однако недостаточная изученность процесса электровысадки препятствует его широкому распространению.

В данной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований процесса электровысадки круглых цилиндрических заготовок, которые должны содействовать ускорению успешного внедрения этого цроцесса в промышленность.

В первой главе проанализированы сведения о процессе, опубликованные в технической литературе. В результате проведенного анализа определена цель исследований. Детальное рассмотрение процесса выявило задачи, которые необходимо решить душ ее достижения.

Теоретический анализ напряженно-деформированного и термодинамического состояний заготовки цроведен во второй главе. Анализ напряженно-деформированного состояния проводится на основе теории течения идеального жестко-пластического тела методом характеристик. Дифференциальные соотношения вдоль характеристик интегрировались численно с помощью специально написанного комплекса BASIC — программ, реализованного на мини — ЭВМ Р6060. Теоретическое исследование термодинамического состояния заготовки проводилось методами теории теплопроводности твердого тела.

В результате проведенных исследований получены соотношения для определения значений параметров процесса электровысадки в зависимости от требующихся размеров высаженной поковки, исходных размеров заготовки, а также механических и физических характеристик её материала. Выявлены причины образования торцевых дефектов при электровысадке заготовок из труднодеформируе-мых сталей и сплавов и способы их предотвращения.

В третьей главе даны методика постановки экспериментов, описание оборудования, технологической оснастки, образцов и приборов применявшихся в экспериментах.

Анализ результатов, полученных в ходе экспериментальных исследований, подтвердил справедливость основных допущений еделанных при построении математических моделей пластического течения и нагрева заготовки при электровысадке, показал удовлетворительную сходимость экспериментальных и расчетных данных. Экспериментальные данные обрабатывались методами математической статистики.

Рекомендации по составлению чертежа поковки и заготовки, расчету технологических параметров и проектированию технологической оснастки при электровысадке круглых цилиндрических заготовок изложены в четвертой главе. Они разработаны на основе результатов проведенных теоретических и экспериментальных исследований.

В заключительной, пятой, главе приведены сведения о производственном освоении процесса электровысадки поковок длинных торсионов с малой площадью поперечного сечения из специальных легированных сталей и дано содержание разработанных методических рекомендаций: «Расчет технологических процессов электровысадки» .

В работе содержатся также выводы, список использованной литературы и приложения. В приложениях помещены тексты BASIC-программ, результаты расчетов, технические характеристики электровысадочных машин, акты внедрения разработанных процессов электровысадки в промышленность, расчет ожидаемой экономической эффективности от внедрения процесса электровысадки.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Электровысадка является эффективным процессом получения утолщений на концах круглых цилиндрических заготовок с удлиненной осью и может найти достаточно широкое применение в различных отраслях машиностроения. Однако до настоящего времени процесс недостаточно изучен и в технической литературе отсутствуют данные необходимые душ разработки и освоения технологических процессов электровысадки новых изделий. Поэтому исследование электровысадки с целью разработки методики расчета параметров процесса и рекомендаций по проектированию технологической оснастки для его осуществления является актуальным.

2. Получение электровысадкой качественных поковок с заданными размерами возможно только при правильном соотношении между размерами изделия и параметрами процесса: усилием высадки, током нагрева, скоростью перемещения упорного электрода, а также при благоприятном распределении температуры вдоль заготовки.

3. На основе модели изотермического осесимметричного пластического течения идеального жестко-пластического тела проведен теоретический анализ напряженно-деформированного состояния круглой цилиндрической заготовки при электровысадке. Напряженно-деформированное состояние определялось методом характеристик, который был дополнен алгоритмами построения линии разрыва напряжений и жестко-пластической границы и вычисления в их узловых точках напряжений и скоростей перемещений.

4. В результате проведенного теоретического анализа напряженно-деформированного состояния установлена аналитическая зависимость усилия высадки от величины высаживаемого утолщения, диаметра заготовки, скорости деформирования, сопротивления деформированию материала заготовки при температуре деформации, определены формы и размеры переходных частей утолщений, максимальная величина утолщения.

5. Исследование термодинамическогосостояния заготовки на установившейся стадии электровысадки, проведенное методами теории теплопроводности твердых тел, позволило установить аналитическую зависимость между током нагрева, скоростью высадочного плунжера и температурой в очаге деформации заготовки.

6. Качественный анализ влияния различных факторов на характер распределения температуры в приторцевой зоне заготовки на начальной стадии процесса позволил определить три способа создания условий нагрева, которые обеспечивают благоприятное распределение температуры вдоль заготовки.

7. Экспериментальные исследования подтвердили достоверность построенных математических моделей пластического течения и нагрева заготовки при электровысадке и пригодность полученных зависимостей для расчета параметров процесса.

8. Установлено, что наиболее простым и надежным способом предотвращения образования торцевых дефектов на заготовках из труднодеформируемых материалов является подогрев рабочей части упорного электрода с помощью специально разработанной оснастки.

9. Результаты металлографических исследований показывают, что высаженные заготовки имеют качественную структуру, незначительно отличающуюся от исходной. Установлена возможность формообразования утолщений на заготовках из титановых сплавов практически без альфированного слоя.

10. Электровысадка является эффективным способом получения предварительных заготовок малогабаритных турбинных и компрессорных лопаток из теплостойких сталей, титановых и жаропрочных сплавов под последующую штамповку.

11. При модернизации конструкций отечественных электровысадочных машин с целью их технологических возможностей целесообразно обеспечить наличие: встроенных узлов нагрева инструмента и стабилизации тока нагревасистемы контроля и регулирования температуры в очаге пластических деформаций заготовки.

12. Разработана теоретически обоснованная, проверенная экспериментально и на практике методика проектирования технологических процессов электровысадки круглых цилиндрических заготовок, которая включает в себя рекомендации по составлению чертежа поковки и исходной заготовки, рекомендации по выбору схемы электровысадки, методику расчета технологических параметров процесса, рекомендаций по выбору схем, конструкций и материалов технологической оснастки. Составлены и изданы методические рекомендации: «Расчет технологических процессов электровысадки», которые приняты к использованию на нескольких предприятиях.

13. Разработан и внедрен на одном из машиностроительных заводов с экономическим эффектом 28 тыс. руб. процесс электровысадки поковок изделий типа длинных торсионов с малой площадью поперечного сечения из специальных легированных сталей.

Экономический эффект от внедрения процесса электровысадки предварительных заготовок компрессорных лопаток из титановых сплавов может составить более 60 тыс.рублей.

14. Номенклатура поковок, получаемых электровысадкой может быть расширена за счет возможности высадки заготовок с малой площадью поперечного сечения.