УДК 669

ВЛИЯНИЕ ДЕФЕКТОВ МИКРОСТРУКТУРЫ ЛИСТОВОГО ПОЛУФАБРИКАТА НА ОБРАБАТЫВАЕМОСТЬ ДАВЛЕНИЕМ

Ю.А. Пчельникова, аспирант; Ю.А. Щетинин, аспирант Воронежский государственный технический университет

В данной работе рассматривается влияние дефектов микроструктуры исходного листового полуфабриката стали ЭП750-Ш на обрабатываемость давлением.

При разработке и создании различных изделий ракетнокосмической отрасли особое внимание уделяется технологичности и надежности их конструкции. Важная роль в обеспечении технологичности конструкций изделий принадлежит технологическим свойствам материалов. Технологические свойства характеризуются способностью материалов подвергаться различным видам технологической обработки, например, давлению [1, 2]. В данной работе рассматривается влияние дефектов микроструктуры исходного листового полуфабриката на обрабатываемость давлением.

В качестве исходного материала использовался листовой полуфабрикат стали ЭП750-Ш двух плавок. Данный полуфабрикат в процессе изготовления деталей проходит ряд производственных формообразующих операций, основанных на методах обработки металла давлением.

Образцы из плавок № 1 и № 2 прошли операцию ротационной вытяжки по одному режиму. На поверхности образца плавки № 1 произошло образование трещин. Микроструктурным анализом установлено, что дефекты распространяются на глубину до ~ 0,9 мм. Вблизи дефектных участков наблюдаются строчечные скопления неметаллических включений, спровоцировавших разрушение материала образца. Энергодисперсионным анализом установлено, что данные включения представляют собой оксиды хрома и марганца. Содержание строчечных скоплений оксидов хрома и марганца в микроструктуре заготовки на стадии ротационной вытяжки обусловлено их содержанием в исходном листовом полуфабрикате.

276

На поверхности образца плавки № 2 дефектов не обнаружено. Микроструктурный анализ не выявил наличие строчечных скоплений неметаллических включений.

Проведенные исследования показали, что наличие строчечных скоплений неметаллических включений приводит к разрушению материала в процессе обработки давлением. На сегодняшний день отсутствуют требования по контролю микроструктуры исходного листового полуфабриката из стали ЭП750-Ш, в том числе не регламентировано содержание неметаллических включений. Контроль микроструктуры листового полуфабриката из стали ЭП750-Ш позволит сократить вероятность образования дефектов на стадиях обработки металла давлением.

Литература

1.Винник, П.Г. Материаловедение: учебно-методическое пособие

/П.Г. Винник, О.Н. Морозова, А.Н. Копыл. – Ростов н/Д: ИПО ПИ ЮФУ, 2007. –39 с.

2.Нефедьев, С. П. Материаловедение и технология

конструкционных материалов: учебное пособие для бакалавров и магистров и аспирантов / С. П. Нефедьев, Р.Р. Дёма, О.С. Молочкова.– Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2014. –41-45 с.

Voronezh State Technical University

INFLUENCE OF SHEET SEMIFINISHED PRODUCT MICROSTRUCTURE DEFECTS ON PRESSURE

MACHINABILITY

Yu.A. Pchelnikova, Yu.A. Schetinin

In this work consider influence of defects of initial sheet semifinished material of steel EP750-SH on pressure machinability.

Key words: metal treatment under pressure, rotary drawing, sheet semifinished material, lines of accumulation of non-metallic inclusions.

277

УДК 621.777.4

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ОДНОПРОХОДНОЙ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКИ

ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОЖЕМЕНТА

А.В. Савельев, студент; В.В. Рыжков, канд. техн. наук, М.И. Смородинов

Воронежский государственный технический университет

Задачей исследования является технологический процесс изготовления детали «Ложемент для невулканизированных шин» (рисунок1).

При изготовлении детали используется метод проецирования, то есть формования за один проход [1]. Деталь изготавливают путем однопереходной обработки листовой заготовки, установленной на вращающейся оправке при продольном перемещении давильного инструмента, установленного с зазором между оправкой и роликом.

Рисунок 1 – Ложемент

Материал заготовки проецируется из одного уровня на другой путем перемещения ролика параллельно оправке. Таким образом, можно изготавливать детали с конической или сферической формой поверхности с расчетными механическими свойствами при минимальном весе самой детали. Материал заготовки смещается под давлением ролика в осевом направлении, толщина стенки при этом уменьшается соответственно углу проецирования. Этот метод подкупает своей эффективностью, т.к. при коротком времени

278

формования достигается точная обработка в соответствии с запрограммированным контуром и очень высокое качество поверхности [2].

В нашем случае для изготовления ложемента используется прямоугольная заготовка из листа алюминия марки АМг2М толщиной 1,5 мм, получаемая вырубкой на гильотинных ножницах СТД-9АН. Этапы изготовления детали включают, ротационную вытяжку на станке с ЧПУ ZENN-160CNC и окончательную подрезку заготовки резцом, в соответствии с заданным размером.

Преимущества прямоугольной заготовки перед круглой очевидны для опытного технолога. На сегодняшний день в процессе ротационной вытяжки невозможно избежать потери устойчивости материала и дальнейшей деформации фланца детали. Этим явлениям способствует встречающаяся на производстве неоднородность материала и изменяемая толщина листа заготовки. В дальнейшем закончить изготовление детали и устранить деформации из прямоугольной заготовки можно будет с меньшими затратами труда.

Опытная отработка технологии изготовления показала, что после операции ротационной вытяжки происходит потеря устойчивости необрабатываемого фланца, что приводит к изгибу края детали на десятки миллиметров (Рисунок 2). Выправление этой деформации выколоткой или прессованием оказалось невозможным из-за эффекта пружинения.

Рисунок 2 – Явление деформации краев детали (вид сбоку)

279

При несимметричном фланце создаются условия для неравномерной вытяжки и искривления фланца [3]. Традиционно это затруднение разрешается путем равномерной подрезки фланца. Типовое раскаточное оборудование имеет специальное ножевое устройство для автоматической подрезки. Для нашей детали подрезка невозможна в силу конструктивных особенностей детали. Проблема была решена ручной доводкой детали (гиб вручную на поверхности стола).

Применение современных методов обработки металла позволяет значительно расширить возможности производства деталей в машиностроении, а также использовать новые технологические процессы для достижения большей точности и скорости при изготовлении.

Однако, при производстве необходимо уделить достаточное внимание для исследования погрешностей, которые возникают при использовании того или иного технологического процесса на конкретном оборудовании [4,5]. В первую очередь такое исследование позволяет в дальнейшем усовершенствовать технологический процесс, а также может помочь в предупреждении брака.

Ротационная вытяжка имеет ряд преимуществ перед другими технологиями обработки металлов давлением в серийном и массовом производстве. Прежде всего, это стабильность и точность, а также применение оснастки, себестоимость которой не является высокой [6].

Вместе с тем, стабильность получаемых геометрических размеров существенно зависит и от геометрических особенностей детали (от технологичности формы), и от применяемых технологических операций (вытяжка, обкатка, подрезка), и от последовательности прокатки (взаимного положения контролируемых точек).

Исследование точности выполнения механических операций производилось статистическими методами. Измерения размеров производились в цеховых условиях на партии последовательно изготовленных деталей (Таблица 1).

В результате анализа проведенных измерений и полученных числовых данных были получены значения среднего квадратичного отклонения, дисперсии и математического ожидания для каждого измеряемого параметра детали.

280

Таблица 1 – Статистическая выборка контролируемых размеров

В дальнейшем эти данные были использованы для получения регрессионных моделей методом наименьших квадратов для значений различных диаметров детали (Таблица 2), а также значений величин погрешности.

281

Таблица 2 – Параметры модели

Вид регрессионной модели

Для анализа точности работы раскатного станка получена зависимость погрешности вытяжки от диаметра детали (Рисунок 3)

Рисунок 3 – Регрессионная модель зависимости погрешности вытяжки от диаметра детали

Выводы: В работе был проведен анализ процесса однопроходной ротационной вытяжки при изготовлении детали «Ложемент». Данный метод обработки металлов давлением имеет ряд преимуществ по сравнению с другими технологическими процессами. К ним относятся: гибкость технологии, быстрота смены типоразмеров, относительно дешевая технологическая оснастка, высокий показатель использования материала, упрочнение материала и улучшение его свойств, точность размеров.

282

Литература

1.Рыжков В. В., Савельев А. В. Применение статистических методов при контроле размеров ложемента / Современные технологии

взадачах управления, автоматики и обработки информации. Сб. тр. конф. Воронеж, 12 мая 2017 г.- С. 65-68.

2.Патент РФ № 2380184. Способ изготовления деталей с повышенными механическими свойствами из партии заготовок из алюминиевых сплавов и нержавеющих сталей ротационным

выдавливанием одно или несколько переходной обработкой листовой заготовки // Бондарь А.В., Гребенщиков А.В., Сухоруков Н.В., Гордон А.М., Борисов В.Н., Аксенов В.С. Опубл. 27.01.2010.

3. Смородинов М.И., Корольков В.И., Рыжков В.В. Исследование влияния ширины недеформируемого фланца на глубину ротационной вытяжки: Тезисы XVIII Международной научно-технической конференции и школы молодых ученых, аспирантов и студентов. – Воронеж: ООО Фирма «Элист»; 2017. - 167 с.

4. Korolkov V.I. Simulation of Preform Strein State in Different Processes of Spinning // The fourth international conference on physical and numerical simulation of materials processing. Forming and designing.- Shanghai,China,2004 – p.1.

5.Корольков В.И. Технологические отказы в операциях ротационной вытяжки [Текст] // Кузнечно-штамповочное производство. - 1997. -№1.-С.19-21.

6.Корольков В.И. Технология и оборудование процессов ротационной вытяжки Воронеж: Издательство ВГТУ, 1999. - 115 с.

Voronezh State Technical University

ANALYSIS OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS OF SINGLE-PASSED ROTATING EXTRACT WHILE

MANUFACTURING FALSE.

A.V. Savelev, V.V. Rizhkov, M.I. Smorodinov

In the manufacture of parts using the method of projection, that is, molding in one pass [1]. The part is made by one transitional processing of a sheet blank mounted on a rotating mandrel with longitudinal displacement of a pressing tool mounted with a gap between the mandrel and the roller.

Key words: single-pass process of spinning

283

УДК 669.01(075)

АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННОГО

МЕДНОМАТРИЧНОГО МАТЕРИАЛА

Ю.А. Щетинин, аспирант; Ю.Р. Копылов, д-р техн. наук; О.В. Горожанкина, ст. преподаватель

Воронежский государственный технический университет

В представленной работе проведён анализ влияния механизмов смешения компонентов на микроструктуру и прочностные свойства композиционного материала.

Важной областью исследований и актуальной задачей современного материаловедения в настоящее время является изучение взаимосвязи между структурой и свойствами материала. Множество работ в этом направлении посвящено металлическим материалам [1,2]. В представленной статье рассматривается влияние технологических аспектов на формирование микроструктуры и прочностных характеристик композиционного медноматричного материала. Данный материал представляет собой монолит на основе меди ПМС-1 с армирующим компонентом – углеродными нанотрубками (УНТ). В работе [3] подробно описана технология изготовления образцов с использованием планетарной мельницы.

Для создания экспериментальных образцов в данной работе применялся метод смешения в планетарной мельнице [3], а также метод смешения компонентов с использованием ультразвука. Результаты механических испытаний приведены в таблице 1.

Таблица 1. – Механические свойства образцов

284

Данные микроструктурного анализа коррелируют с полученными результатами механических испытаний. Образец №1 обладает равномерной мелкозернистой структурой, ориентировочный размер зерна составляет ~0,02 мкм. В образце №2 размер зёрен достигает 0,06 мм. По-видимому, различие микроструктур связано с наиболее равномерным распределением углеродных нанотрубок в объёме материала в процессе смешения компонентов в планетарной мельнице, что привело к созданию препятствий для роста зерна. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о том, что механическое легирование является наиболее эффективным механизмом смешения компонентов медноматричного композиционного материала.

Литература

1.Конструкционные материалы: Справочник / Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др.; Под общ.ред. Б. Н. Арзамасова / М.: Машиностроение. 1990. 688 с.

2.Mittemeijer E. J. Fundamentals of Materials Science. The

Microstructure – Property Relationship Using Metals as Model Systems / Berlin: Springer-Verlag. 2010. 617 p.

3. Копылов, Ю.Р. Структура и свойства медноматричного наноструктурного композиционного материала, полученного методом механического легирования / Ю.Р. Копылов, Ю.А. Щетинин, О.В. Горожанкина // Вестник Воронежского государственного технического университета. -2016. - том 12 №3. – С.77-82.

Voronezh State Technical University

ANALYSIS OF THE INFLUENCE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY ON THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF

COMPOSITE COPPER-MATRIX MATERIAL.

Yu.A. Shchetinin; Yu.R. Kopylov; O.V. Gorozhankina.

In the presented work the analysis of influence of mechanisms of mixing of components of a composite material on a microstructure and strength properties is carried out.

Key words: copper-matrix composite, carbon nanotubes, microstructure, mechanical properties.

285