Экспериментальное исследование двухстороннего полугорячего выдавливания из проволочных заготовок

УДК 621.73

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУХСТОРОННЕГО ПОЛУГОРЯЧЕГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ИЗ ПРОВОЛОЧНЫХ ЗАГОТОВОК

В.М. Лялин, О.В. Пантюхин

Приведены результаты экспериментального исследования процесса двухстороннего полугорячего выдавливания из проволочных заготовок стали 18ЮА. Определяются силовые характеристики процесса и характеристики качества полуфабрикатов, обосновывающие приемлемость и эффективность его применения в технологии производства изделий ответственного назначения.

Ключевые слова: двухстороннее полугорячее выдавливание, удельная сила, качество.

Увеличение выпуска высококачественных конкурентно - способных изделий ответственного назначения из специальных сталей и сплавов вызывает необходимость разработки и внедрения новых эффективных процессов обработки давлением, к которым следует отнести двухстороннее полугорячее выдавливание тонкостенных деталей из проволочных заготовок, получаемых отрубкой на высокопроизводительных линиях вихревой рубки. Штамповка выдавливанием позволяет реализовывать оптимальный температурно - скоростной режим пластического деформирования с минимальной удельной силой на инструмент при обеспечении удовлетворительного качества деталей.

Дополнительным эффектом, сопровождающим процесс деформирования с последующим охлаждением в различных охлаждающих средах (масло, вода, воздух) является улучшение структуры и повышения прочности деталей (полуфабрикатов).

В работе приведены результаты экспериментального исследования процесса двухстороннего полугорячего выдавливания полуфабрикатов из заготовок, полученных отрубкой от калиброванной проволоки стали 18 ЮА (Круг 11-4 ГОСТ 7415-75/ТУ 14-4-762-76) диаметром 11 мм. Отношение высоты заготовки к ее диаметру составляет ~ 1.

Овальность составляет 0,02...0,035 (Отах - Бт1п)Бз, относительная

косина 0,04...0,08 (Нтах - Нт1п )/ Нз .

Расчетный минимальный диаметр матрицы выдавливания в донной части, с предварительно формируемым гнездом, равный 11,7 мм определяет условие гарантированной загрузки нагретой заготовки.

Перед нагревом заготовки обезжиривались в растворе тринатрий фосфата, промывались в проточной воде с последующим нанесением термостойкой смазки КБЖ [1] и сушкой, что позволяет получить прочную

пленку на поверхности заготовки, которая не осыпается при нагреве и загрузке в зону обработки штампа. Для нагрева заготовок использовалась электропечь сопротивления МП-2У. Требуемая начальная температура задавалась и поддерживалась с точностью ±4 °С с помощью потенциометра МП-64-02 и хромель-алюмелевой термопары ТХА-2388/81-46.

Так как оптимальный температурный интервал полугорячего выдавливания стали 18ЮА, с точки зрения минимального окалинообразова-ния и высокой пластичности, составляет 740...760 °С [1], а также, принимая во внимание потери тепла при передаче заготовок от нагревательного устройства в рабочую зону штампа, заготовки с нанесенной смазкой нагревались до температуры 800 °С за 120...130 с и выдерживались при этой температуре в течение 600 с.

Нагретые заготовки из печи в течение 5 секунд подавались в зону обработки пресса К2130Б, (Ртах = 1000 кН), работающего в режиме одиночных ходов. Деформирование проводилось в штампе ПГШ-01, спроектированном и изготовленном для проведения типовых операций полугоря-чего выдавливания. Схема процесса представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема процесса двухстороннего полугорячего выдавливания:

1 - пуансон - выталкиватель, 2 - заготовка,

3 - полуфабрикат, 4 - матрица, 5 - опорный пуансон

Опорный пуансон для выдавливания стенки с геометрией рабочей части, согласованной с геометрией рабочей части пуансонов последующих операций вытяжки с утонением, и фигурный пуансон-выталкиватель с выступающей рабочей частью, предназначенной для предварительного формирования гнезда в дне изделия, изготавливались из стали Р6М5 с последующей закалкой до твердости ИЯС 58...60 и алмазным хромированием. Матрица изготовлена из стали Х12М с последующей закалкой до твердо-

сти ИЯС 60...62.

Для получения действительных значений максимальной силы выдавливания, осуществлялась запись диаграммы изменения силы методом тензометрирования. Типовая блок-схема установки состоит из укороченных проволочных датчиков сопротивления, наклеенных на месдозу, тензо-станции 8АНЧ, усилителя и быстродействующего самопишущего прибора Н327-5. Экспериментальная установка представлена на рис. 2.

Рис. 2. Экспериментальная установка

Удаление выдавленных полуфабрикатов производилось вручную с помощью промышленного пинцета, снабженного асбестовыми накладками во избежание неравномерного подстуживания стенок полуфабриката. Полуфабрикаты складывались в тару с дном в виде сетки, что обеспечивало их равномерное охлаждение.

Удельная сила на опорный пуансон при выдавливании определяется по формуле

р

рвыд =ртах,

Рп

где Ртах - максимальная сила выдавливания; Рп - площадь поперечного

сечения рабочей части опорного пуансона.

Так как процесс двухстороннего полугорячего выдавливания характеризуется фактически поэтапным выдавливанием сначала дна со степенью деформации 0,5, а потом стенки, со степенью деформации 0,62 (на

обоих этапах это процессы обратного выдавливания), то степень деформации рассчитывалась по известной формуле

_ Рзаг — Рвыд

¥

Р выд

Р.

заг

где Рзаг - площадь поперечного сечения заготовки: при выдавливании дна это площадь сечения исходной проволочной заготовки; при выдавливании стенки это площадь поперечного сечения осаженной в матрице в начальный момент заготовки; Рвыд - площадь поперечного сечения выдавленной стенки (или стенки донной части предварительно формируемого гнезда).

На рис. 3 представлен полуфабрикат двухстороннего полугорячего выдавливания и схема замера микротвердости по поясам.

а

б

Рис. 3. Опытный полуфабрикат двухстороннего полугорячего выдавливания

Результаты проведенных экспериментальных исследований двухстороннего полугорячего выдавливания показали, что максимальная величина удельной силы, действующая на опорный пуансон не превышает 1700 мПа, что свидетельствует о приемлемой стойкости инструмента для условий массового производства изделий ответственного назначения.

Для контроля качества выдавленных полуфабрикатов, была отобрана случайным образом партия из 10 полуфабрикатов, которые подвергались внешнему осмотру, обмеру геометрических параметров, лабораторному анализу на установление микроструктуры зон стенки и дна, на установление шероховатости поверхности и контролю твердости в указанных точках стенки и дна. При осмотре полуфабрикатов и анализе шлифов стенки и дна (рис. 4 а, б) внутренней повреждаемости и дефектов (царапин, расслоений, волосовин и т.п.) не обнаружено, что подтверждает ранее полученные результаты о проявлении эффекта залечивания повреждаемости

и поверхностных дефектов при полугорячем выдавливании [2] деталей из стали 18ЮА в режиме фазовых превращений при степенях деформации не ниже 0,47. При обмере полуфабрикатов установлено их соответствие с учетом допусков расчетному чертежу ключевой операции разрабатываемой технологии изготовления изделий. Определение шероховатости поверхности показало, что на боковой поверхности как стенки, так и дна ее величина составляет (в среднем) 1,25 мкм, что соответствует 7-му классу чистоты обработки.

Контроль микротвердости полуфабрикатов осуществлялся на приборе Виккерса по схеме, приведенной на рисунке 3 б. В таблице приведены средние значения микротвердости по точкам, полученные после охлаждения на воздухе.

Средние значения твердости полуфабриката

Точки контроля №1 №2 №3

Среднее значение твердости, НУ 215 208 182

Металлографические исследования продольного сечения полуфабриката позволили сделать заключение, что по всему сечению в результате деформирования и охлаждения формируется мелкозернистая ферритная структура (рис. 4 а, б). В стенке, ближе к донной части, величина зерна феррита соответствует 13 баллу, в донной части 14 баллу (средний диаметр зерна по ГОСТ 5639-82 — 0,002 мм). Остаточные дефекты не обнаружены.

а б

Рис. 4. Микроструктура полуфабриката двухстороннего полугорячего выдавливания в стенке

Проведенные исследования процесса двухстороннего полугорячего выдавливания полуфабрикатов из проволочных заготовок стали 18ЮА, по величине развивающейся удельной силы на наиболее нагруженный инструмент и по качеству полуфабрикатов показали приемлемость и эффективность его, как ключевого, в технологии изготовления изделий ответственного назначения.

Список литературы

1. Лялин В.М., Петров В.И., Журавлев Г.М. Основы технологии объемной и листовой полугорячей штамповки. - Изд-во «Машиностроение» (Москва) — ТулГУ (Тула), 2002, 162 с.

2. Лялин В.М., Полтавец Ю. В., Серегин Р.В., Чинь Н.С. Влияние степени деформации полугорячего выдавливания на "залечивание" дефектов приповерхностных слоев заготовки. Изв. ТулГУ. Сер. «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов». Вып. 7, Тула, 2004,. С. 194 - 200.

Лялин Виктор Михайлович, д-р техн. наук, проф., tevel71@yandex.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пантюхин Олег Викторович, канд. техн. наук, доц., директор издательства, ntomach@Jsu.tula.ru. Россия, Тула, Тульский государственный университет

EXPERIMENTAL RESEARCH OF DOUBLE-SIDED HALF HIGH-TEMPERATURE PRESSING OUT FROM WIRE BILLET

V.M. Lyalin, O. V. Pantyukhin

The results of experimental research of process double-sided half high-temperature pressing out from wire billet of steel 1810A are given. The power characteristics of process and the characteristics of quality of hall-finished products, which ground the acceptability and efficiency of it’s use in the technology of wares of responsible appointment production are defined.

Key words: double-sided pressing out, specific power, quality.

Lyalin Viktor Mihaylovich, doctor of technical sciences, professor, tevel71 @yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pantyukhin Oleg Viktorovich, candidate of technical science, docent, the head of Publishing House, ntomach@„ tsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University