Применение процессов моделирования изготовления заготовок из алюминиевых сплавов для герметичных деталей пневмогидросистем в условиях сверхпластичности

Решетневскуе чтения. 2014

- фазообразование в условиях высокоскоростной кристаллизации;

- перераспределение элементов в перекристализо-ванной зоне;

- образование и распространение упруго-пластических волн, сформированных при термализации электронов и ударных волн при разлете газоплазменного облака;

- кратерообразование, обусловленное неоднородностью физико-химического состояния материала в поверхностных слоях мишеней [1].

Совокупность этих процессов определяет состояние поверхности, фиксируемое в зависимости от режимов электронно-лучевой обработки. Так, для плотности энергии НСЭП 1-3 Дж/см2 (Ео = 20-30 кэВ, длительность импульса т = 0,7-2,5 мкс) шероховатость поверхности уменьшалась от 0,23... 0,28 мкм до 0,05.. .0,07 мкм для жаропрочных титановых сплавов, и от 1,0.1,2 до 0,09.0,12 мкм для защитного покрытия из №&АУ. В поверхностном слое материалов, облученных НСЭП с плотностью энергии свыше 2,5.3 Дж/см, формируются остаточные растягивающие напряжения, что находит свое отражение в смещении рентгеновских линий в сторону меньших углов и в снижении значений микротвердости. При облучении НСЭП твердых сплавов систем WC-Co (ВК8, ВК10Х0М) и WC-TiC-Со (Т5К10, Т15К6) установлено, что специфика формирования поверхностных структур определяется плотностью энергии воздействия. С увеличением энерговклада в приповерхостных слоях активизируются процессы взаимного растворения карбидной и кобальтовой фаз. При этом эволюция поверхностей характеризуется образованием зеренных конгломератов и гомогенизацией поверхностных структур и сопровождается повышением микротвердости. Превышение пороговых значений плотности энергии приводит к образованию кратеров и микротрещин. В частности, для сплава ВК8 при плотности энергии электронного пучка Е > 2,7 Дж/см2 наблюдалось снижение микротвердости до Нц~1100 кг/мм2 (по сравнению с Нц = 1700 кг/мм2 при Е = 2 Дж/см2), что также связывалось со снижением сжимающих напряжений в карбидной фазе и образованием метастабильного (ГЦК). В случае технологического применения НСЭП для модифицирования

изделий отмечается необходимость проведения финишной термообработки для снижения остаточных напряжений в поверхностном слое.

Воздействие мощных ионных пучков (МИП) нано-секундной длительности с удельной мощностью W = 105 - 107 Вт/см2 характеризуется интенсивным нагревом поверхности в результате торможения ионов и последующим быстрым охлаждением ее за счет высокой теплопроводности материала. При этом процессы, происходящие в мишени, схожи с процессами, имеющими место при обработке поверхности НСЭП. Таким образом, применительно к модифицированию твердых сплавов воздействие мощных пучков на структуру можно охарактеризовать следующими эффектами:

- изменением дисперсности структурных составляющих сплава;

- изменением напряженного состояния фазовых составляющих и управления напряженным состоянием путем изменения плотности тока пучка и количества импульсов;

- перераспределением элементов примеси (С и О) как по глубине, так и в микрообъемах;

- изменением дефектной структуры и субмикро-пористости;

- инициированием аллотропного превращения в кобальте и изменением размеров зерен связующей фазы;

- повышением гомогенности структуры за счет интенсивных диффузионных процессов, способствующих перемешиванию компонентов сплава.

Библиографическая ссылка

1. Грибков В. А., Григорьев Ф. И., Калин Б. А., Якушин B. JI. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов : учебник / под ред. Б. А. Калина. М. : Круглый год, 2005. 528 с.

Reference

1. Gribkov V. A., Grigoryev F. I., Kalin B. A., Yakushin V. L. Advanced radiation - beam technologies of materials processing : textbook / ed. by B. A. Kalin. M. : Krugly god, 2005. 528 p.

© Азингареев В. В., 2014

УДК 669

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЦЕССОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ДЛЯ ГЕРМЕТИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ ПНЕВМОГИДРОСИСТЕМ

В УСЛОВИЯХ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ

А. А. Арефьев

ОАО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29

E-mail: alex_arefev90@mail.ru

Использование компьютерных технологий моделирования процессов изотермической штамповки для деталей высокой надежности из алюминиевых сплавов. Исключение возникновения дефектов и пробных партий штамповок на стадии освоения.

Ключевые слова: изотермическая штамповка, условие сверхпластичности, моделирование процессов ОМД.

Технология и мехатроника в машиностроении

APPLICATION OF SIMULATION PROCESSES TO PRODUCE BLANKS FROM ALUMINUM ALLOYS FOR HERMETIC PARTS OF PNEUMATIC SYSTEMS UNDER SUPERPLASTIC DUCTILITY CONDITIONS

A. A. Aref'ev

JSC «Krasnoyarsk Machine-Building Plant» 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: alex_arefev90@mail.ru

The use of computer technology modeling of isothermal forging processes for high reliability parts from aluminum alloys is covered. The defects and trial run stampings on the stage of development are excluded.

Keywords: isothermal forging, superplastic, simulation of metal forming processes.

Одним из основных способов повышения герметичности деталей, изготавливаемых из поковок штампованных, является обеспечение регламентируемой макроструктуры в заготовках. На практике это означает, что волокна металла должны быть необходимым образом ориентированы в теле детали. Если от детали требуется повышенная герметичность, то в чертеже детали указывают, в каких участках и как именно волокно должно быть ориентировано [1].

Для обеспечения герметичности детали, необходимо разработать такую технологию формообразования давлением, при которой волокна металла располагались бы вдоль границы детали с компонентом, повторяя конфигурацию детали, т. е. располагаясь эквидистантно стенке, не выходя на её поверхность. Направленная ориентировка волокон в поковке штампованной, а следовательно, и дефектов, располагающихся обычно по направлению наиболее интенсивного течения металла, т. е. вдоль волокон, достигается путём создания определённых условий течения металла при деформации.

При изготовлении заготовок деталей методом традиционной облойной штамповки направление волокон металла не в полной мере эквидистантно стенке детали, а поперёк или под углом к ней. При этом одно и то же волокно может выходить одним концом на внутреннюю, а другим - на внешнюю поверхности стенки. Не исключено, что вдоль такого волокна расположится дефект металлургического (или деформационного) характера, который будет служить каналом для несанкционированного проникновения жидкости из одной полости в другую.

Изготовление заготовок деталей с ориентированным волокном должно производиться преимущественно путем изотермической штамповки в режиме сверхпластичности на гидропрессах, в закрытых штампах. Условие сверхпластичности подразумевает под собой подготовку измельченной структуры путем перековки исходной заготовки, а также равномерный нагрев закрытых штампов и заготовки до одинаковой температуры (430-450 °С) [2].

Разработка технологии получения поковок штампованных в условиях сверхпластичности требует высокой квалификации инженера-технолога, поскольку включает в себя назначение допусков, припусков и напусков, определение геометрии инструмента, количества переходов, предварительных операций и обеспечение заданного направления волокна в заготовке. Однако далеко не

всегда удаётся разработать оптимальный технологический процесс, который позволит получить поковку без дефектов и с полностью заполненной гравюрой штампа, особенно если поковка имеет сложную форму.

Именно для решения данных вопросов, возникающих на стадии проработки технологического процесса, в помощь инженеру-технологу и направлены современные технологии моделирования. Прежде всего, программы, позволяющие моделировать процессы обработки металлов давлением, дают возможность провести детальный анализ течения металла в штампах любой формы и выявить возможные дефекты, связанные с незаполнением гравюры, образованием складок и прострелов. На этом этапе при помощи программы исследуется влияние течения металла на форму и размеры заготовки, а также на промежуточные переходы. Добившись заполнения штампов, можно провести дальнейшую оптимизацию с целью сокращения расхода металла, снижения усилия штамповки, обеспечения требуемого качества и свойств поковки [3].

Данного направления программное обеспечение на ОАО «Красмаш» применяется совсем недавно и находится на стадии освоения, но уже сейчас его применение помогает определить соответствует ли полученная заготовка всем требованиям, что в свою очередь позволяет свести к минимуму или даже исключить пробные штамповки.

Библиографические ссылки

1. Фиглин С. З., Бойцов В. В., Калпин Ю. Г., Кап-лин Ю. И. Изотермическое деформирование металлов. М. : Машиностроение, 1978. 239 с.

2. Смирнов О. М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности. М. : Машиностроение, 1979. 184 с.

3. ГК PLM Урал. Компьютерные технологии в инженерном деле. Екатеринбург, 2013. 49 с.

References

1. Figlin S. Z., Boicov V. V., Kalpin U. G., Kaplin U. I. Izotermicheskoe deformirovanie metallov. M. : Mashinostroenie, 1978. 239 p.

2. Smirnov O. M. Obrabotka metallov davleniem v sos-toyanii sverhplastichnosti. M. : Mashinostroenie, 1979. 184 p.

3. GK PLM Ural, Komp'uternye tehnologii v ingenernom dele. Ekaterinburg. 2013. 49 p.

© Арефьев А. А., 2014