Методика прогнозирования стойкости штампов горячего деформирования на основе выбора оптимальных коллоидно графитовых смазочных материалов

УДК 621.983

А.Н. Петров, канд. техн. наук, доц., 8

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ СТОЙКОСТИ ШТАМПОВ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ВЫБОРА ОПТИМАЛЬНЫХ КОЛЛОИДНО-ГРАФИТОВЫХ СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Приведена методика прогнозирования стойкости штампа на основе выбора оптимального коллоидно-графитового смазочного материала для штамповки заготовок лопаток из никелевого сплава. Использован комплексный метод оценки свойств смазочных материалов. В расчете прогнозирования стойкости штампа учитываются масса поковки, коэффициент формы и коэффициент (показатель) трения. В расчете использованы результаты осадки кольцевых образцов с коллоидно-графитовыми смазочными материалами.

Ключевые слова: контактное трение, стойкость, штамп, температура контактной зоны, коллоидно-графитовые смазочные материалы, горячая объемная штамповка, коэффициент (показатель) трения, эмпирическая формула,

Изучение поведения смазочных материалов при повышенных температурах показало, что состав коллоидно-графитовой суспензии влияет в конечном итоге на качество изделия, стойкость инструмента и себестоимость продукции. Температура нагрева заготовки и подогрева штампов, а также время контакта заготовки со штампом в процессе деформирования меняют свойства смазочного материала на контакте. При этом меняется и сопротивление деформированию. На основе комплексной оценки свойств коллоидно-графитовых смазочных материалов разработан метод выбора оптимального смазочного материала с учетом прогнозирования стойкости штампов. На примере компрессорных лопаток из никелевого сплава (рис. 1) приведен расчет прогнозирования стойкости штампов. Заготовки лопаток предварительно нагревают в электропечи с теплозащитным покрытием и затем штампуют на винтовом прессе. В процессе штамповки штампы смазывают масло-графитовой суспензией. Стойкость штампов составляет от 500 до 1000 поковок.

Для выбора оптимального коллоидно-графитового смазывающего материала выбрали два типа существующих коллоидно-графитовых смазочных материалов - на водной основе и на масляной основе, выпускаемых ООО «Коллоидно-графитовые препараты». На рис. 2 изображены кривые свойств выбранных материалов при температурах до 700 0С.

Рис. 1. Лопатка после штамповки

120

чо 100 ч

§ 80 го

а 60 ш к о

с 40 20 0

200 400 600 800

Температура 0 С

Рис. 2. Потеря массы при нагреве до 700 °С

Далее выбираем смазочный материал по технологическим свойствам. Из экспериментальных результатов осадки кольцевого образца из никелевого сплава по номограмме (рис. 3), определяем коэффициент (показатель) трения. На рис. 4 графически показаны значения коэффициента (показателя) трения смазочных материалов на масляной и водной основе.

Рис. 3. Номограмма определения коэффициента (показателя) трения

о

и,.¿У -

0,285 -ос 0,28 -

X 0,28

О. °'27D 1— £ о,27 OJ X

^Г 0,265 -е- -©- 0,26 <т> О ^ 0,2 5 5 - 0,26 1

U,2b -0.245 - г г -

-

ВКГС-О СТ-26 масло+графит

Рис. 4. Значения коэффициента (показателя) трения

В табл. 1 приведены сравнительные свойства выбираемых смазочных материалов.

Таблица 1

Сравнительные свойства смазочных материалов

Смазочный материал Потеря массы при нагреве до 500 0С, % Коэффициент (показатель) трения

Масло И50 +графит С1 71,60 0,29

СТ-26 50,63 0,28

ВКГС-О 18,38 0,26

Расчет ожидаемой (прогнозируемой) стойкости штампов выполняем по эмпирической формуле

гл т^ -0,0536

С = К х т ,

где К - коэффициент, учитывающий влияние формы поковки и коэффициента (покаателя) трения; т - масса поковки, кг

Расчет выполнен для двух видов компрессорных лопаток с различной массой и коэффициентом формы. В табл. 2 приведены исходные данные для расчета

Таблица 2

Исходные данные расчета

Деталь Лопатка 1 Лопатка 2

Масса, кг 0,065 0,124

Коэффициент формы 1,75 1,60

Коэффициент (показатель) трения 0,26, 0,28, 0,29

В табл. 3 приведены результаты расчета ожидаемой (прогнозируемой) стойкости штампов.

Таблица 3

Результаты расчета

Смазочный материал Стойкость расчетная, шт.

Лопатка 1 Лопатка 2

Масло И50 +графит С1 632 1365

СТ-26 1812 2347

ВКГС-О 4172 4310

Из табл. 3 видно, что коллоидно-графитовый смазочный материал на водной основе типа ВКГС-О предпочтительнее [2]. Коллоидно-графитовые смазочные материалы наносят на штампы методом распыле-

ния. Время нанесения и степень разбавления концентрата смазочного материала - варьируемые параметры, которые позволяют оптимизировать температурный режим работы штампа и получить ожидаемую стойкость штампов. В условиях серийного производства для нанесения смазочного материала на штампы применяют устройства, состоящие из небольших навесных бачков емкостью 5 литров и распылительного пистолета. Конструкции пистолетов [1] могут быть различные, но принцип работы для всех конструкций один и тот же. На рис. 5 показаны типовые конструкции пистолетов-распылителей.

Рис. 5. Пистолеты-распылители для смазки штампов

Метод выбора оптимального коллоидно-графитового смазочного материала апробирован в производственных условия при штамповке компрессорных лопаток [3].

Метод выбора оптимальных коллоидно-графитовых смазочных материалов позволяет повысить стойкость штампов, сократить материальные затраты на смазочные материалы, снизить себестоимость продукции и улучшить экологию в кузнечных цехах.

Список литературы

1. Сергеев Ю.Н., Лаптев Д.В., Петров А.Н. Исследование средств механизированного и автоматизированного нанесения технологической смазки на деформирующий инструмент в кузнечном производстве ЗИЛ //Кузнечно-штамповочное производство. 1982. №9. С.34-36.

113

2. Петров А.Н. Комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе // Кузнечно-штамповочное производство и Обработка металлов давлением. 2011. №10. С 45-48.

3. Петров А.Н., Андрейченко Т.П. Применение коллоидно-графитовых смазочных материалов при горячей обработке металлов давлением // Кузнечно-штамповочное производство и обработка металлов давлением. 2008. №6. С.39-41.

A.N.Petrov

TECHNIQUE OF FORECASTING OF FIRMNESS OF STAMPS HOT DEFORMATION ON THE BASIS OF THE CHOICE OPTIMUM COLLOIDAL AND GRAPHITE LUBRICANTS

The technique of forecasting of firmness of a stamp is given in this article on the basis of a choice of optimum colloidal and graphite lubricant for punching ofpreparations of shovels from a nickel alloy. The complex method of an assessment of properties of lubricants is used. In calculation offorecasting offirmness of a stamp the mass of a pokovka, factor of a form and factor (indicator) of a friction are considered. In calculation results a precipitation of ring samples with colloidal and graphite lubricants are used.

Key words: contact friction, firmness, stamp, temperature of a contact zone, colloidal and graphite lubricants, hot volume punching, factor (indicator) of a friction, empirical formula,

Получено 07.02.12

УДК 621.777.21

Ву Хай Ха, асп., 963-695-73-26, vodangdaihiep@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),

Н.Д. Тутышкин, д-р техн. наук, проф., 960-613-94-15, nikolai.tutyshkin@mail.ru

МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ХОЛОДНОГО ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ

Рассматривается моделирование технологических параметров процесса холодного обратного выдавливания цилиндрической заготовки. Расчет технологических параметров основывается на анализе напряженно-деформированного состояния и постановке возникающих краевых задач.

Ключевые слова: метод конечных элементов, Deform 3D, моделирование, процесс обратного выдавливания.

Метод конечных элементов (МКЭ) наряду с методом конечных разностей, методом граничных элементов, вариационно-разностным методом и др. относится к методам численного анализа, получившим широкое рас-

114