Влияние параметров процесса пробивки рифлеными пуансонами на силовые затраты и коэффициенты геометрической точности деталей

Выводы

Систематизированы и обобщены данные об упругости пара и растворимости основных примесных элементов в меди. Аппроксимацией получены зависимости упругости пара элементов от температуры. Согласно полученным зависимостям определена упругость пара основных примесей в меди при температуре ведения вакуумной плавки и установлено их соотношение с упругостью пара основы.

Получена взаимосвязь коэффициента диффузии элементов в жидкой фазе с их предельной растворимостью в твердой основе. Согласно полученной зависимости определены коэффициенты диффузии основных примесных элементов в расплаве меди.

Показано, что направленная кристаллизация расплава, полученного из отходов меди после переплава и раскисления углеродом в вакууме, позволяет очистить металл не только от кислорода, но и от примесей, обладающих в условиях вакуума упругостью пара более высокой, чем медь (8Ь, 2п, В1, РЬ, Мп, А1, 8п), а также элементов, равновесный коэффициент распределения которых в твердой и жидкой фазах меньше 1,0 (В1, РЬ, Сг, Бе, Со, Mg, 8п, 8Ь, 81, А1, 2п). Элементы

приведены, соответственно, в порядке снижения их упругости пара и увеличения равновесных коэффициентов распределения, а следовательно - снижения степени эффективности рафинирования меди от них, которая также зависит от скорости перемещения фронта кристаллизации при направленном затвердевании.

Список литературы

1. Куликов И. С. Раскисление металлов / И. С. Куликов. -М. : Металлургия. - 1975. - 504 с.

2. Свойства элементов : справочник в 2 ч. / [под ред. чл.-корр. АН УССР Самсонова Г. В.] - М. : Металлургия, 1976. - Ч. 1. - 600 с.

3. Пфанн В. Зонная плавка / Пфанн В. - М. : Изд-во «Мир», 1970. - 366 с.

4. Иванцов Г. П. Диффузионное переохлаждение при кристаллизации бинарного сплава / Г. П. Иванцов // Доклады АН СССР. - 1951. - Т. 81. - № 2. - С. 179-182.

5. Хансен М. Структуры двойных сплавов / Хансен М., Андерко К. ; [пер. с англ. Новика П.К. и др.] - М. : Металлургия, 1962. - 608 с.

6. Ершов Г. С. Строение и свойства жидких и твердых металлов / Ершов Г. С., Черняков В. А. - М. : Металлургия, 1978. - 248 с.

Одержано 07.02.2011

Наумик В. В. Розвиток теоретичних основ рафінування при переробці відходів міді

Отримали подальший розвиток теоретичні основи рафінування розплаву міді в процесі вакуумного переплаву та подальшої спрямованої кристалізації. Отримано дані про співвідношення пружності пари різних елементів-домішок та міді при температурі ведення вакуумної плавки, їх рівноважний коефіцієнт розподілу, дані про коефіцієнти дифузії домішок у рідкій міді.

Ключові слова: мідь, вторинні матеріали, рафінування, домішки, спрямована кристалізація.

Naumyk V. Development of theoretical basis for the purifying at copper waists processing

Theoretical bases of copper fusion purifying in the process of a vacuum remelt and further directed crystallization received further development. The data about correlation of steam resiliency of different elements-admix-tures and copper at the temperature of a vacuum melting conduct, their equilibrium coefficient of distributing, about the coefficient of diffusion of admixtures in a liquid copper was received.

Key words: copper, secondary materials, admixture, refining, directed crystallization.

УДК 621.961.001 Ю. Т Сычук, канд. физ-мат. наук Ю. И. Нагорный, д-р техн. наук В. В. Чигиринский

Национальный технический университет, г. Запорожье

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРОБИВКИ РИФЛЕНЫМИ ПУАНСОНАМИ НА СИЛОВЫЕ ЗАТРАТЫ И КОЭФФИЦИЕНТЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ

Исследовано влияние параметров процесса пробивки рифлеными пуансонами горячекатаных малоуглеродистых листовых сталей на силовой режим и качество штампованных деталей; методами множественного регрессионного анализа получены математические модели, выражающие зависимость силовых затрат и качества штампованных деталей от исследуемых параметров процесса.

Ключевые слова: пуансон, рифления, пробивка, съем, утяжка, поясок, скол.

© Ю. Т. Сычук, Ю. И. Нагорный, В. В. Чигиринский, 2011 60

Введение

Известно, что повышенная износостойкость пробивных пуансонов обеспечивается при минимальной нагрузке на их режущие кромки путем уменьшения размеров зоны пластической деформации, характеризуемого, в свою очередь, снижением силовых затрат на разделение штампуемого материала [1-3]. Одним из способов уменьшения размеров зоны пластической деформации при пробивке является применение пуансонов с макрогеометрией рабочей части в виде продольных рифлений.

Постановка задачи исследований

Для создания условий управления процессом разделения при пробивке рифлеными пуансонами предусматривалось исследование влияния параметров процесса на силовые затраты и коэффициенты геометрической точности штампуемых деталей, определяющих размеры зоны пластической деформации; получение математических моделей, выражающих влияние параметров процесса пробивки рифлеными пуансонами на силовой режим и указанные коэффициенты геометрической точности штампуемых деталей.

Методика проведения исследований

Поставленная задача решалась методами множественного регрессионного анализа с несколькими независимыми переменными факторами процесса пробивки по методике, изложенной в работах [4-6].

В качестве независимых переменных при исследованиях были приняты следующие факторы процесса пробивки: X* - обобщенный показатель характеристики профиля продольных рифлений (рис. 1) на боковой поверхности рабочей части пробивного пуансона; г - двусторонний технологический зазор; 5 - толщина пробиваемой заготовки.

Обобщенный показатель X* [7] учитывал соотношение участков выступов и впадин, а также угла и глубины впадин рифления на боковой поверхности рабочей части пуансона:

X* = I-^“т|-^2» ,

где t - шаг рифлений;

р и 2 а - глубина и угол впадины рифления;

I - длина стороны впадины рифления.

Рис. 1. Профиль рифлений на боковой поверхности рабочей части пробивного пуансона

Обобщенный показатель X * был применен вместо ранее принятого для характеристики состояния рабочей поверхности пробивного пуансона шага рифлений t [1], не учитывавшего величину глубины впадины рифления и других характеристик профиля рифления.

В качестве параметров оптимизации при эксперименте были выбраны усилия пробивки Р и съема Р , а также коэффициенты утяжки К , блестящего пояска Кп, скола К (т. е. высота зон утяжки, блестящего пояска и скола, отнесенные к толщине исходной заготовки [3]).

Так как процесс пробивки с достаточной точностью моделировался полиномом второго порядка, для получения математической модели процесса был реализован некомпозиционный план Бенкина второго порядка для трех факторов [4, 6]. Используемый план Бенкина представляет собой определенные выборки строк из полного факторного эксперимента типа 3". Экономичность указанного некомпозиционного плана состоит в том, что каждый переменный фактор варьировался всего на трех уровнях (+1, 0, -1). Схема данного плана предусматривала проведение всего 15 опытов. Наряду с этим указанный план имеет высокую степень ортогональности и почти ротатабельный.

Основные уровни и интервалы варьирования факторов были выбраны по результатам предварительных экспериментов. Факторы в кодированном виде, выбранные интервалы варьирования и уровни факторов приведены в таблице 1.

Матрица некомпозиционного плана Бенкина второго порядка для трех факторов и условия эксперимента представлены таблицей 2.

Таблица 1 - Интервалы и уровни варьирования независимых переменных

Независимые переменные Кодовое обозначение Интервалы варьирования Уровни переменных

основной 0 верхний +1 нижний -1

X* - обобщенный показатель, характеризующий профиль рифленой поверхности Хі 0,25 0,75 1* 0,5

г - двусторонний технологический зазор, % Х2 5 15 20 10

5 - толщина материала заготовки, мм Хз 1 3 4 2

Примечание. Значение Х„ = 1 соответствовало пробивному пуансону со шлифованной рабочей частью.

Таблица 2 - Матрица планирования и результаты опытов

Номер опыта Х0 Х1 Х2 Х3 ХХ2 Х1Х3 Х2Х3 Х12 Х22 Х32 Рп, кН Рс, кН КУ Кп Кс

1 +1 +1 +1 0 +1 0 0 +1 +1 0 32,5 2,37 0,13 0,37 0,498

2 +1 +1 -1 0 -1 0 0 +1 +1 0 31,5 2,3 0,094 0,39 0,516

3 +1 -1 +1 0 -1 0 0 +1 +1 0 30,3 2,23 0,125 0,342 0,533

4 +1 -1 -1 0 +1 0 0 +1 +1 0 29,5 2,16 0,088 0,368 0,544

5 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25,2 1,83 0,095 0,297 0,608

6 +1 +1 0 +1 0 +1 0 +1 0 +1 39,5 2,9 0,108 0,338 0,555

7 +1 +1 0 -1 0 -1 0 +1 0 +1 22,4 1,06 0,108 0,31 0,582

8 +1 -1 0 +1 0 -1 0 +1 0 +1 37,5 2,75 0,108 0,314 0,578

9 +1 -1 0 -1 0 +1 0 +1 0 +1 20,5 0,89 0,088 0,285 0,627

10 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25,2 1,83 0,095 0,297 0,608

11 +1 0 +1 +1 0 0 +1 0 +1 +1 36,5 2,68 0,088 0,318 0,594

12 +1 0 +1 -1 0 0 -1 0 +1 +1 19,8 0,85 0,065 0,315 0,62

13 +1 0 -1 +1 0 0 -1 0 +1 +1 35,6 2,62 0,052 0,346 0,602

14 +1 0 -1 -1 0 0 +1 0 +1 +1 19,0 0,8 0,04 0,314 0,646

15 +1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 25,2 1,83 0,095 0,297 0,608

В соответствии с условиями экспериментов (таблица 2) осуществлялась пробивка рифлеными пуансонами следующих горячекатаных малоуглеродистых листовых сталей: 08кп толщиной 2 мм по Г0СТ1050-74, Ст3кп толщиной 3 мм по Г0СТ380-71, Ст3 толщиной 4мм по ГОСТ380-71. Двусторонний технологический зазор при пробивке составлял 10; 15; 20 % толщины заготовки. При этом регистрировались величины усилия пробивки Рп и съема Рс, а также отбирались пробитые образцы для определения коэффициентов геометрической точности профиля разделения Ку, Кп, К. Во всех точках факторного пространства эксперимент на каждом уровне повторялся трижды.

По результатам экспериментов, поставленных согласно указанной матрице планирования (таблица 2), были получены математические модели, характеризующие зависимость Р , Р , К, К, К от исследуемых

и7 с7 у7 и7 с

независимых переменных Х2, Х3. Эти модели пред-

ставлены в виде полинома второго порядка вида:

у = ^0^0 + Ь^Х1+ ^2^2+ Ь3X3 + Ь12X1X2 + Ь13X1X3+

+ Ь23X2X3+ Ь11X21 + Ь22X22 + Ь^^

где Ь0, Ь1, Ь2, Ь3, Ь12, Ь13, Ь23, Ьц, Ь22, Ь33 коэффициенты уравнений регрессии; Xo - фиктивная переменная, равная 1; X!, X2, Xз - независимые переменные факторы в кодовом обозначении.

Результаты исследований

После математической обработки результатов опытов были получены следующие значения коэффициентов уравнения регрессии для усилия пробивки Р : Ь0 = 25,2; Ь1 = 1,0; Ь2 = 0,475; Ь3 = 8,475; Ь12 = 0,050; Ь13 = = 0,050;Ь23= -0,050; Ь11 = 4; Ь22 = 1,7; Ь33 = 0,75.

Так как абсолютные величины коэффициентов регрессии параметра оптимизации Р больше доверительного интервала, то все они являются статически значимыми.

Таким образом, уравнение регрессии для усилия пробивки Рп приняло вид:

Рп = 25,2 + Х1 + 0,475Х2 + 8,475Х3 + 0,05Х1Х2+

+ 0,05Х1Х3 - 0,05 Х2Х3+ 4Х21+ 1,7Х22+ 0,75Х23.

Проверка полученной модели (3) по критерию Фишера показала ее адекватность при 5 %-м уровне значимости.

Аналогично были получены уравнения регрессии для усилия съема Рс, коэффициентов утяжки К, блестящего пояска К, скола К

и7 с

Р = 1,83 + 0,0775Х, + 0,03375Х„ + 0,92375Х, +

с 7 7 1 7 2 7 3

+ 0,005Х1Х2 - 0,005Х1Х3 + 0,0025 Х2Х3+ 0,30625Х21+

+ 0,13875Х22 - 0,23625Х23;

К = 0,0950 + 0,0069Х, + 0,0151Х - 0,0015Х, +

у 7 7 1 > 2 ’ 3

+ 0,0005Х1Х2 - 0,0068Х1Х3 + 0,037Х2Х3 + 0,0260Х21 -

- 0,0110Х2 - 0,0277Х23 ;

К = 0,2970 + 0,0104Х, + 0,00621Х„ - 0,0171Х +

и 7 7 1 ’ 2 ’ 3

+ 0,0015Х1Х2 + 0,0052Х1Х3 - 0,0065Х2Х3 + 0,0334Х21+

+ 0,0371Х2 - 0,0431Х3 ;

К = 0,6080 - 0,0215Х, - 0,0087Х„ + 0,0218Х, -

и 7 7 1 ’ 2 ’ 3

- 0,0017Х1Х2 - 0,0048Х1Х3 + 0,0028Х2Х3 - 0,0549Х21 -

- 0,0304Х22 + 0,0751Х3 .

Переход от кодированных значений независимых

факторов (Х1, Х2, Х3) к натуральным (X* , г, 5) осуществлялся по формулам:

Х* = 81Х1 + Х*г0; г = &2Х2 + ^0 ; 5 = 83Х3 + 50, (8) где 81,82,83 - интервал варьирования факторов;

X*, 20, 5д - натуральные значения основных уровней факторов.

На рис. 2-4 приведены зависимости параметров процесса пробивки Р , Р , К, К, К от обобщенного

1 1 П с у7 и с

показателя X * и двустороннего технологического зазора 2 для исследуемого диапазона толщин заготовки, полученные на основании математических моделей (3)-(7).

Как следует из графиков, приведенных на рис. 2-4, зависимости

Рп — X*, Рс — X *, Ку — X *, Кп — X *, Кс — X *

напоминают собой параболическую функцию с явно выраженными экстремумами.

3 ~7\ Туч^,

Сті 5- ІММ 3 7\ 7\\

О&кп 8- 2м» н// 7\ і\\

0,5 0,6 0,7 0,8 Щ

Рис. 2. Изменение усилий пробивки Рп горячекатаных листовых сталей толщиной 2, 3, 4 мм в зависимости от

обобщенного показателя X* при различных технологических зазорах 2: 1, 2, 3 - 2 = 10, 15, 20 %

Выводы

1. На величину усилий пробивки Р и съема Р в порядке возрастания существенное влияние оказывают двусторонний технологический зазор 2, обобщенный показатель X* , толщина материала заготовки 5.

2. Наибольшее снижение усилия пробивки Р и съема Рс от применения рифленых пуансонов наблю-

Рис. 3. Изменение усилий съема Рс горячекатаных листовых сталей толщиной 2, 3, 4 мм в зависимости от

обобщенного показателя X* при различных технологических зазорах 2: 1, 2, 3 - 2 = 10, 15, 20 %

далось при пробивке стали толщиной 2мм: усилие пробивки при этом снизилось до 20 %, усилие съема -в 2,5 раза.

3. С увеличением толщины материала заготовки влияние обобщенного показателя и двустороннего технологического зазора 2 на величину усилия пробивки Р и съема Р уменьшается.

п с

4. С увеличением значения обобщенного показателя до 07...0,75 коэффициенты утяжки Ку и блестящего пояска Кп достигают минимальной величины для всего диапазона рассматриваемых толщин, а коэффициент скола Кс - максимальной величины.

5. На коэффициенты геометрической точности профиля разделения Ку, Кп, Кс большее влияние оказывает обобщенный показатель , чем величина двустороннего технологического зазора 2.

Рис. 4. Изменение коэффициента геометрической точности профиля разделения К К К при пробивке горячекатаных

листовых сталей толщиной 2, 3, 4 мм в зависимости от обобщенного показателя Х, при различных технологических зазорах 2:

1, 2, 3 - 2 = 10,15, 20 %

З.

Список литературы

Влияние состояния поверхности пуансонов на силовой режим, износостойкость инструмента и качество деталей при пробивке листовой малоуглеродистой стали / [С. З. Юдович, Ю. Т. Сычук, Ю. А. Фурманов, В. А. Глаз -ков] // Кузнечно-штамповочное производство. - 1973. -№ 4. - С. 17-19.

Штамповочное резание по прямоугольному контуру посредством рифленых пуансонов с плоско-параллельными режущими кромками : пер. с болг. / [Цанко И. Цан-ков, Емил С. Костов] // Электропромышленность и приборостроение. - 1980. - Т. 5. - № 12. - С .459-462. Михаленко Ф. П. Стойкость разделительных штампов / Ф. П. Михаленко - М. : Машиностроение, 1986. - 224 с.

Box G. E. Some New Three Zevel Designs for the Study of Quantitative Variables / Box G. E., Behnken D.W. // Tehnometrics. - 1960. - P. 455-475.

Спиридонов А. А. Планирование эксперимента : уч. пособие / А. А. Спиридонов, Н. Г. Васильев. - Свердловск : Изд-во УПИ им. С. М. Кирова, 1975. - 150 с. Спиридонов А. А. Планирование эксперимента при исследовании и оптимизации технологических процессов : уч. пособие / А. А. Спиридонов, Н. Г. Васильев. -Свердловск : Изд-во УПИ им. С. М. Кирова, 1975. -140 с.

Нагорный Ю. И. Расчет работы разделения при пробивке рифленым пуансоном / Ю. И. Нагорный, Ю. Т. Сычук, С. З. Юдович // Изв. ВУЗов. - 1990. - № 2. - С. 9194.

Одержано 25.01.2011

Сичук Ю.Т., Нагорний Ю.І., Чигиринський В.В. Вплив параметрів процесу пробивки рифленими пуансонами на силові витрати й коефіцієнти геометричної точності деталей

Досліджено вплив параметрів процесу пробивки рифленими пуансонами гарячекатаних маловуглецевих листових сталей на силовий режим і якість штампованих деталей; методами множинного регресійного аналізу отримані математичні моделі, які показують залежність силових витрат і якості штампованих деталей від досліджених параметрів процесу.

Ключові слова: пуансон, рифлення, пробивка, зйом, утяжка, поясок, сколювання.

4

Sychuk Yu., Nagorniy Yu., Chigirinskiy V. Influence of fluted punches piercing process parameters on force consumption and details geometrical accuracy coefficients

The influence offluted punches piercing process parameters of hot-rolled low-carbon sheet steels on force regime and stamp details quality was researched. The mathematical models which express dependencies between force consumption, stamp details quality and investigated process parameters were received using multiple regression analysis method.

Key words: punch, flutes, piercing, skiming, bending, cutting zone, breaking.

УДК 621.793.6:669.35

Д-р техн. наук Б. П. Середа, Д. О. Кругляк Государственная инженерная академия, г. Запорожье

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НА БРОНЗАХ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ В УСЛОВИЯХ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА

Показаны результаты исследований структуры и свойств титаноалюмосилицированых и хромоалюмосилицированых покрытий на медных сплавах, полученных в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Ключевые слова: самораспространяющийся высокотемпературный синтез, защитное покрытие, медные сплавы.

Введение ся во времени температура вначале за счет внешнего

Формирование многокомпонентных силицирова- прогрева, а затем за счет воспламенения ведет к тому,

ных покрытий происходит в условиях теплового са- что ни тепловое, ни химическое равновесие до полно-

мовоспламенения или горения порошковых сред, со- го окончания процесса и остывания продуктов невоз-

держащих газотранспортные добавки. Изменяющая- можно. Скорости протекания химических процессов

© Б. П. Середа, Д. О. Кругляк, 2011