Повышение безопасности труда и качества изделий на основе передовых технологических решений

нию реакции между азотом и титаном. Отмечено, что наибольшее улучшение механических свойств, измельчение дендритной, а также перлитно-ферритной структуры достигнуто при комплексном суспензионном модифицировании стали 40Л, в которую, наряду с добавками титана, азота и микрохолодильников, вводились модификаторы I рода в виде силикокальция 0,2% и особенно редкоземельных металлов в виде лигатуры 5 - 0,3%. Объясняется это активатизацией гетерогенных подложек модификаторами I рода и глобуляризацией неметаллических включений [8].

На основании проведенных исследований рекомендован способ комплексного модифицирования, заключающийся во введении в сталь титана 0,07 - 0,12%, азота 0,01 - 0,02%, алюминия 0,15% - 0,2%.

В рассмотренных выше работах отмечается благоприятное влияние мелкодисперсных включений нитридов титана на структуру и металлические свойства литого металла. Вероятность образования большого количества нитридных включений в жидкой стали выше, чем в чугуне, ввиду меньшей концентрации углерода, кремния и других элементов, понижающих растворимость азота в металле. Лучше всего было бы вводить в чугун готовые нит-ридные включения. Источниками их могут быть порошки нитридов или нитриды, заранее полученные в модифицирующем сплаве-лигатуре. Использование порошков нитридов связано с рядом трудностей. Во-первых, сложность получения порошков нитридов размерами несколько микрон. Во-вторых, удельный вес нитридов титана (5,2 г/см3) меньше, чем жидкого металла, в результате чего затрудняется их введение и равномерное распределение в расплаве. Поэтому предпочтительнее вводить их с модифицирующим сплавом, имеющим больший удельный вес, чем нитриды, и к тому же будет использоваться модифицирующее действие других компонентов лигатуры на расплав, т.е. комплексное модифицирование.

Задача данного исследования сводилась к выбору именно такого рода модификатора. В последнее время в литературе появились сведения о таких модификаторах для стали. Известен модификатор, содержащий Сг, И, N. Мп, РЗМ при следующем соотношении компонентов (в%): N - 0,5 - 1,5; Т1 - 1,7 - 4,0; Сг - 0,3 - 20,0; Мп - 0,3 -20,0; РЗМ - 0,05 - 0,3; Ре - остальное [9].

Обработка сплава указанным модификатором позволяет без особых технологических трудностей вводить нитриды титана. Однако отмечается, что модификатор имеет ряд недостатков: невысокая эффективность его использования при модифицировании углеродистых и низколегированных сталей, связанная с повышенной способностью к коагуляции нитридов титана; низкая степень усвоения азота в модификаторе, ограничивающая верхний предел содержания азота и требующая повышенного расхода модификатора; модификатор плохо дробится и поэтому технологически затруднен его ввод в металл. Для повышения эффективности действия модификатора, улучшения свойств стали и способа выплавки модификатора в последний вводят Са, А1 и Э1 при последующем соотношении элементов (в %): Сг 1,0 - 20,0:У -10 - 20; Т - 0,5 - 2,5; Мп - 0,3 - 30,0; Б1 - 1 - 10; А1 - 0,3 -5,0; Са - 0,01 - 0,5; РЗМ - 0,05 - 2,0; Ре - остальное.

При выборе модифицирующего сплава для чугуна мы руководствовались следующими соображениями: получить в лигатуре большое количество мелких нитридных включений, ввести в лигатуру модифицирующие добавки, положительно влияющие на структуру и механические свойства чугуна, лигатура должна хорошо дробиться и иметь больший, чем у нитридов, удельный вес. Предложен следующий состав модификатора (в %): Сг- 0,0 - 6,0;

Т - 3 - 5; N - 0,1 - 0,7; Б1 - 2 - 2,5; Мп - 5 - 25; А1 - 5 - 8; С - 0 - 3; Ре - остальное. Совместно с предложенным модификатором следует вводить и такие модификаторы как магний, кальций, редкоземельные элементы.

Проделанный авторами анализ работ показал, что повысить концентрацию азота в жидком металле можно путем введения в него активизированного азота.

Наилучшее модифицирующее действие на расплав оказывается тогда, когда совместно вводятся модификаторы II и I рода, т.е. осуществляется комплексное модифицирование. На наш взгляд, именно в этом направлении должна развиваться практика модифицирования чугуна.

Проведенная оценка способов модифицирования позволила нам выбрать и получить лигатуру с большим количеством дисперсных нитридных включений. Дальнейшие исследования по модифицирующему воздействию полученной лигатуры и различных ее вариаций проводятся в производственных условиях в литейном производстве объединений «Курганмашзавод», ИКАР, «Кургансельмаш» на отливках из стали и чугуна.

Список литературы

1. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. - М.:Металлургия,

1976.

2. Форм Г. и др. Материалы 27-го международного конгресса литейщи-

ков в Цюрихе. - М.: Машгиз, 1960.

3. Гаврилин И.В., Каллиопин И.К., Ужин Ю.В. Программы для определе-

ния оптимального количества микрохолодильников при суспензионной заливке //Изв. вузов. - Черная металлургия», 1973. - №8.

4. Гаврилин И.В. и др. О выборе рациональных модификаторов второго

рода для стали //Изв. вузов. - Черная металлургия. - 1974. -№10.

5. Гаврилин И.В., Каллиопин И.К. особенности затвердевания суспензи-

онной стали//Прогрессивные технологические процессы литейного производства. - Владимир, Изд. ЦНТИ, 1971.

6. Каллиопин И.К. и др. Исследование некоторых особенностей

модифицирования углеродистой стали титаном // Металлы, 1976. - №1.

7. Каллиопин И.К. и др. Модифицирование титаном стали, содержащей

азот и серу //Изв. вузов, 1976. - №2.

8. Жуков А.А., Афонаскин А.В. О классификации модификаторов //

Литейное производство, 1990. - №12. - С.28-29.

9. Бабаскин Ю.З., Затуловский С.С. и др. Модификатор//Институт

проблем литья. - Металлургия, 1976. - №12.

УДК 658.382.3: 621.96 О.В. Герасимова

Курганский государственный университет

ПОВЫШЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА И КАЧЕСТВА ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ПЕРЕДОВЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ

Аннотация

Установлены технологические возможности повышения безопасности труда и качества изделий при применении передовых технологий. Показаны преимущества многоопорной отрезки заготовок и вибрационного воздействия на металл и деформируемые заготовки.

Ключевые слова: безопасность труда, отрезка заготовок, вибрация, штамповка.

O.V. Gerasimova Kurgan State University

THE LABOR SAFETY RAISING AND PRODUCT QUALITY RAISING ON THE BASIS OF THE ADVANCED TECHNOLOGICAL DECISIONS

Annotation

The technological possibilities of the raising of the labor safety and of the product quality are defined by the using of the advanced technologies. The advantages of the multisupport cutting of the work-pieces and of the vibrating influence on the metal and deforming work-pieces are shown.

Key words: labor safety, work-pieces cutting, vibration, punching.

Безопасные условия труда в промышленности оказывают решающее влияние на здоровье работников и в целом на качество выпускаемых изделий. При этом можно значительно уменьшить вредное влияние вибрации на организм человека при правильном проведении технологических операций.

В соответствии с «Классификацией вибрационных воздействий на человека» (по СН 2.2.4/2.1.8.566-96 «Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий») необходимо четко разграничивать вибрационные эффекты и их воздействия на различных технологических операциях и процессах.

В настоящей работе показаны возможности повышения безопасности труда и качества металлопродукции на основе передовых технических решений при изготовлении мерных заготовок отрезкой от прутка и при вибрационном воздействии на материал и получаемые заготовки и детали.

1. Многоопорная отрезка заготовок

При этом за один ход ползуна можно получить несколько заготовок, что обеспечивает адекватное уменьшение шума и вибрационных воздействий при одновременном повышении их точности [1].

Схема многооперационной резки показана на рис.1. При этом решающее влияние на точность торца отрезаемых заготовок оказывает их относительная длина. Так, для прутков из углеродистой стали можно получить хорошее качество заготовок при l =0,6d. При уменьшение длины до 0,4 d увеличивается овальность торца отрезаемой заготовки в 2 - 2.2 раза.

Рис.1. Сема многоопорной резки прутка

2. Влияние ультразвуковых вибраций на механические свойства металла

Применение высокочастотных (ультразвуковых) вибраций имеет практическое значении в связи с переменным силовым нагружением деталей высокоскоростных аппаратов. Авторами работы [2] предложен и апробиро-

ван способ вибрационного воздействия на металл с помощью ультразвука с применением концентратора конической формы.

Результаты механических испытаний медных ступенчатых образцов при наложении вибраций ультразвуковой частоты при растяжении приведены в таблице.

Получено наибольшее снижение временного сопротивления - на 87% при амплитуде вибраций 0,016 мм. При этом происходит уменьшение относительного удлинения на 36,5% и поперечного сужения на 11,5%.

Результаты механических испытаний медных образцов

Амплитуда, мм о В, МПа 5, % Ф, %

0 217 55,0 91,4

0,001 198 43,3 90,0

0,002 178 38,3 89,0

0,004 153 36,4 86,7

0,010 100 35,6 83,8

0,016 28 34,8 80,7

В целом можно использовать положительный эффект от действия высокочастотных вибраций на механические свойства материала при обработке металлов давлением. При этом можно значительно уменьшить величину рабочих усилий и улучшить условия труда.

3. Применение вибрирующего инструмента при штамповке

Данный вид вибрационного воздействия на металл применяется для улучшения технологических операций. При этом можно значительно уменьшить временное сопротивление и предел текучести [3], что позволяет повысить эффективность процессов ковки, штамповки, прессования, вытяжки, прокатки и др. В практических условиях можно использовать схему осадки вибрирующим инструментом - пуансоном (рис.2).

Рис.2. Схема холодной осадки цилиндрической заготовки вибрирующим пуансоном

СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 5

111

При холодной осадке цилиндрических заготовок из алюминия получено снижение усилия до 60% при воздействии колебаний с частотой 20 кГц.

Для уменьшения вредного влияния вибрации и повышения безопасности труда необходимо выполнять определенные условия. Так, деформирующий инструмент должен быть специально сконструирован с возбуждением его на резонансной частоте. При этом энергию колебаний требуется передавать в зону деформации заготовки.

Рассмотренный вариант применения вибрирующего инструмента пригоден при холодной штамповке коротких крепежных изделий типа гаек, когда с помощью осадки происходит выравнивание торцев на отрезанной заготовке.

Список литературы

1. Мещерин В.Т., Самсонов В.А. Геометрическая точность при

многоопорной отрезке в штампе // Кузнечно-штамповочное производство. - 1978. - № 9. - С. 9-13.

2. Коновалов Е.Г., Скрипниченко А.Л. Влияние ультразвуковых вибраций

на механические свойства материалов при растяжении//Вестник машиностроения. -1965. - № 8. - С. 27-29.

3. Кристофи И. Штамповка металла вибрирующим инструментом

// Конструирование и технология машиностроения: Труды американского общества инженеров-механиков. - М.: Мир, 1969. - Т.91. - № 4. - С.256-263.

УДК 621.7.011 Д.Н. Парышев

ЗАО «Курганстальмост», Курган В.Я. Гэрасимов

Курганский государственный университет

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫБОРУ КОНСТРУКЦИОННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ШТАМПОВКИ ИЗДЕЛИЙ

Аннотация

Разработаны технологические рекомендации по выбору марки стали при холодной штамповке крепежных изделий. Установлены закономерности изменения относительного удлинения - основной характеристики пластичности в зависимости от содержания углерода в стали и дана ее вероятностная оценка.

Ключевые слова: сталь, относительное удлинение, содержание углерода, кривые распределения.

D.N. Paryshev

Close Corporation "Kurganstalmost", Kurgan V.Y. Gerasimov Kurgan State University

TECHNOLOGICAL RECOMMENDATIONS FOR CHOOSING CONSTRUCTION CARBONACEOUS STEELS FOR THE COLD PUNCHING PRODUCTS

Аnnotation

The technological recommendations for the choice of the steel grade are worked out for the cold punching of the fasteners. The appropriateness's of the relative elongation change are determined - of the main characteristic of the plasticity depending on the carbon content in the steel-its

probabilistic evaluation is made.

Key words: steel, relative elongation, carbon content, distribution curves.

В соответствии с литературными данными и рекомендациями, приведенными в стандартах, при выборе марки конструкционной углеродистой стали для изготовления крепежных изделий по технологии холодной высадки и штамповки требуется учитывать прочностные и пластические свойства деформируемого металла. Это относится к исходному структурному состоянию металла (например, при использовании прутковой стали [3]) и его способности к деформационному упрочнению при осуществлении пластических формоизменяющих операций.

В настоящей работе даны технологические рекомендации по выбору марки конструкционной углеродистой стали с учетом деформируемости металла в холодном состоянии. В качестве «базового» параметра принята одна из основных характеристик пластичности металла -относительное удлинение S (%). Это стандартная характеристика, величина которой регламентирована и которую назначают с учетом технологических и экономических факторов [4].

Рассмотрим изменение относительного удлинения в зависимости от содержания углерода в стали (рис.1) и степени пластической деформации металла (рис.2).

Из представленных графических зависимостей следует, что повышение содержания углерода в стали приводит к значительному уменьшению относительного удлинения и, следовательно, адекватному снижению пластических свойств и деформационной способности металла. Такой характер изменения данного параметра можно объяснить увеличением количества дислокационных барьеров [5].

0 ОД 0,й 0,3 0,4 0,5 с,*

Рис.1. Изменения относительного удлинения в зависимости от содержания углерода в стали

Интенсивное уменьшение пластичности стали при изменении степени пластической деформации (рис.2) обусловлено ростом количества структурных нарушений (в первую очередь дислокаций) в деформированном объеме металла. Поэтому при выборе исходного металлопроката (это особенно относится к холоднотянутой или калиброванной прутковой стали, которая широко применяется при операциях холодной высадки и штамповки машиностроительных изделий) необходимо учитывать влияние содержания углерода в стали и степень деформационного упрочнения металла. Убедительным подтверждением этого являются рекомендации, приведен-