Совершенствование процесса штамповки асимметричных фланцев из алюм.-магн. сплавов(Автореферат)

Министерство образования Российской Федерации «МАТИ» – Российский Государственный Технологический университет им. К. Э. Циолковского

На правах рукописи

Головкин Павел Александрович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ШТАМПОВКИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ФЛАНЦЕВ ИЗ АЛЮМИНИЕВО – МАГНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Специальность 05.16.05 – «Обработка металлов давлением»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва, 2004

2

Работа

выполнена

в

«МАТИ»

–

Российском

государственном

технологическом университете им. К. Э. Циолковского на кафедре «Технология обработки металлов давлением». Научный руководитель: Профессор, доктор технических наук

Галкин Виктор Иванович

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук кандидат технических наук

Лукашкин Николай Дмитриевич Паршиков Алексей Николаевич

Ведущая организация: ОАО «ВИЛС» Защита диссертации состоится 22 апреля 2004 года в 14 часов 00 минут на заседании Диссертационного совета Д. 212.110.05 в «МАТИ» – Российском Государственном Технологическом университете им. К. Э. Циолковского по адресу: г. Москва, ул. Оршанская, д. 3, аудитория 505, корпус А. Диссертация предъявляется к защите впервые. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им. К. Э. Циолковского. Автореферат разослан «____» марта 2004 г. Учёный секретарь Диссертационного Совета доцент, кандидат технических наук ____________________

Соколов Алексей Викторович

3

Общая характеристика работы Актуальность темы. научно

разработанных

Развитие новой техники требует применения технологических

процессов,

обеспечивающих

получение изделий максимального качества и минимальной массы. Малая серийность

изделий

новой

техники

обуславливает

изготовление

их

комплектующих с использованием универсального оборудования, упрощённой технологической оснастки. Среди процессов ОМД горячая объёмная штамповка характеризуется наибольшей сложностью и неравномерностью деформационных процессов ввиду разброса величин поперечного сечения различных участков поковки и большой накопленной в процессе нагрева энергии металла. Неравномерность провоцирует локализацию деформационных процессов, как следствие, картина оптимальной деформационной проработки металла поковки может отличаться от заданной и не соответствовать профилю чистовой детали. Поэтому для обеспечения заданных структуры и свойств чистовой детали важно уметь прогнозировать и управлять процессом деформации. Исследования проводились на примере изготовления штампованных фланцев,

служащих

заготовками

для

получения

токарной

обработкой

конических переходников, представляющих собой осесимметричные детали ответственного назначения со сложной образующей, применяемых в сварных соединениях трубопроводов различных сечений, работающих в условиях высокого

(до

4

МПа)

внутреннего

давления.

Наряду

с

высокими

механическими характеристиками переходники должны обладать хорошей свариваемостью, стойкостью к межкристаллитной коррозии металла деталей и сварного шва. К числу соответствующих предъявляемым требованиям материалов относятся алюминиево – магниевые сплавы АМг3 и АМг6. Стандарты определяют, что поковки типа фланец, как заготовки для деталей ответственного назначения, следует изготавливать на гидравлических прессах

методом

многопереходной

закрытой

объёмной

штамповки.

4

Изготовление и применение закрытой штамповой оснастки трудоёмко и затратно, что критично в условиях мелкосерийного производства. Существенно упростить

и

удешевить

процесс

производства

позволяет

применение

одноручьевой открытой штамповой оснастки, при этом ввиду малой серийности переходников рост расхода металла на облой и увеличивающиеся технологические припуски и напуски не существенно. Поскольку для достижения требуемого уровня свойств поковок необходимо проведение комплексных исследований, актуальной является разработка процесса получения фланцев из сплавов АМг3 и АМг6 методом открытой одноручьевой горячей объёмной штамповки. Цель работы

заключается в разработке научно – обоснованного

процесса изготовления качественных осесимметричных поковок типа фланец из алюминиево – магниевых сплавов методом одноручьевой открытой горячей штамповки.

Для

реализации

поставленной

цели

необходимо

решение

следующих задач: 1. Оценить общие параметры переходников, определяющих их как класс деталей, получаемых горячей объёмной штамповкой. 2. Изучить изменение напряжённо – деформированного состояния и температурно

–

скоростных

горячештампованных

факторов

фланцев

с

в

процессе

помощью

формообразования

металлографических

и

математических методов. 3. Изучить возможности управления структурой и свойствами поковки фланца при получении их открытой горячей объёмной штамповкой. 4.

Определить

геометрические

параметры

штамповой

оснастки,

обеспечивающие получение бездефектных поковок фланцев. 5. Определить оптимальные режимы предварительного фасонирования заготовок под штамповку фланцев. 6. Определить оптимальный температурный режим начала деформации при предварительном фасонировании заготовки и её последующей штамповке.

5

Научная новизна работы заключена в следующем: •

установлена

скоростных

зависимость

параметров

процесса

деформационных

и

формообразования

температурно со

структурой

– и

свойствами горячештампованных осесимметричных поковок фланцев из алюминиево – магниевых сплавов; • установлена взаимосвязь параметров предварительного фасонирования с

геометрическими

параметрами

одноручьевой

штамповой

оснастки,

позволяющей получать качественные поковки фланцев; • уточнён температурный интервал начала деформации алюминиево – магниевых сплавов, позволяющий удержать металл поковки от превышающего регламентируемые

пределы

деформационного

разогрева,

и

проводить

деформацию с преобладанием внутризёренного механизма, что обеспечивает повышение характеристик коррозионной стойкости, герметичности, прочности и пластичности конечных чистовых деталей как по основному металлу, так и по металлу сварного шва; • установлены границы применяемости открытой одноручьевой горячей объёмной штамповки поковок типа фланец по схеме вытяжки с последующим обратным выдавливанием при использовании осаженных со значительной степенью деформации прутковых, либо листовых заготовок. Практическая значимость работы заключена в следующем: • разработаны технологические рекомендации изготовления поковок типа фланец из алюминиево – магниевых сплавов методом одноручьевой открытой горячей объёмной штамповки на гидропрессах, позволяющие: –

обеспечивать

соответствие

зон

оптимальной

деформационной

проработки профилю чистовой детали ответственного назначения типа переходник, как в зоне торцев, так и по остальной образующей; – избегать прохождения деформации с преобладанием межзёренного механизма; – повысить стабильность температурного режима при стыковой сварке конечных чистовых деталей – переходников топливных систем.

6

• установлена возможность и целесообразность применения в качестве альтернативного технологического процесса одноручьевой открытой горячей объёмной штамповки поковок типа фланец из листовых заготовок; • перевод формообразования фланцев со схемы обратного выдавливания на схему вытяжки повышает коэффициент использования материала на 30 – 40 % за счёт ограничения технологических припусков и штамповочных уклонов стандартной величиной и сокращения величины удаляемых торцевых напусков. Достоверность полученных результатов основывается на применении апробированных

методов

исследования,

математического

моделирования

и

соответствии

практических

результатов экспериментов,

незначительным разбросом результатов испытаний. Апробация работы Основные положения и результаты диссертационной работы

докладывались

и

обсуждались

на

ххv‫׀׀‬,

ххv‫׀׀׀‬,

хх‫׀‬х

и

ххх

Международных молодёжных конференциях «Гагаринские чтения», Москва 2001, 2002, 2003, 2004 г.г., Всероссийской научно – практической конференции, Москва, 2003 г., а также третьей Всероссийской научно – практическая конференции «Управление качеством», Москва, 2004 г. Установленные оптимальные режимы обработки давлением алюминиево – магниевых сплавов внедрены в работе опытного завода «Фобос» ОАО «Морской научно – исследовательский институт радиоэлектроники «Альтаир». На основании результатов работы ОАО «МНИИРЭ «Альтаир» и «МАТИ» – РГТУ совместно выпущены соответствующие технологические рекомендации. Публикации. Основное содержание работы отражено в 12 публикациях. Объём диссертационной работы состоит из введения, четырёх глав, выводов по работе и библиографического списка, в том числе 13 таблиц и 130 рисунков, всего на 173 страницах.

7

Краткое содержание работы Во введении показана необходимость разработки научно обоснованного технологического процесса штамповки на гидравлических прессах фланцев из алюминиево – магниевых сплавов, сочетающего соответствие поковок требованиям к деталям ответственного назначения с минимальной стоимостью и трудоёмкостью освоения в производстве. В первой главе проведён анализ библиографических источников, посвящённый влиянию горячей деформации на служебные и технологические свойства алюминиево – магниевых сплавов. Определены доминирующие механизмы деформации в зависимости от температурных и иных факторов. Определены пути максимального сохранения достигнутого в процессе горячей деформации упрочнения при обеспечении требуемой свариваемости и заданной стойкости к межкристаллитной коррозии металла поковок. Проведена оценка возможности повышения качества деталей, работающих в составе герметичных сварных узлов ответственного назначения, за счёт горячей деформации. Вторая глава посвящена применяемым методикам исследования и описанию программных продуктов, используемым в работе. Третья глава посвящена исследованию применяемого в настоящее время способа получения поковок типа фланец из алюминиево – магниевых сплавов методом

открытой

одноручьевой

горячей

объёмной

штамповки

на

гидравлических прессах (скорость деформирования 0,12 – 0,15 м / с). Снижение

значительных

капитало

–

и

трудозатрат

в

условиях

мелкосерийного и опытного производства, в частности, для предприятий ракетно – космической отрасли достигается при переходе от предписываемой стандартами многоручьевой закрытой объёмной штамповки фланцев на одноручьевую

открытую

штамповку.

Однако

в

связи

с

отсутствием

необходимой научной проработки получаемые поковки и чистовые детали не в полной мере соответствуют заданным требованиям.

8

Так, имеет место несоответствие зон оптимальной деформационной проработки

металла

поковки

профилю

чистовой

детали,

местный

деформационный перегрев металла. Такие дефекты неисправимы, и влекут за собой потерю герметичности узла ответственного назначения, как по металлу переходников, так и металлу их сварного шва со смежными деталями. Установлена зависимость качества деформационной проработки металла поковок фланцев трёх типов (рис. 1, таб. 1) с величиной накопленных ими деформаций применительно к серийной технологии изготовления фланцев (таб. 2) одноручьевой горячей объёмной штамповкой. Штампованные поковки фланцев по разработанной ранее технологии получают путём деформации в штампе прессованных прутковых заготовок, предварительно

осаженных

до

диаметра

дна

ручья

штампа

между

плоскопараллельных бойков, при этом формообразование фланца происходит по схеме обратного выдавливания.

В процессе деформации применялась

водно – графитовая смазка АГ–3 по ТУ–6–08–392–77.

Рис. 1. Типичная деталь типа переходник (слева) и расположение её, а так же контрольных точек в сечении соответствующей поковки фланца (справа). Таблица 1. Геометрические параметры конических переходников Тип детали 1 2 3

Соотношение размеров (округлено до 0,1) Dб. m / Н об. Dб.m. / Нб.m. Dм.т. / Нм.m. Dб.m. / Dм. m. 1,4 1,4 1,4

3,0 19,5 4,7 2,2 19,5 2,7 3,0 11,3 4,0 Примечание: S = 2,5 мм; S1 = 3 мм.

Наибольший диаметр (Dб.т.) 194 194 136

9

Таблица 2. Используемые для штамповки фланцев заготовки Тип Марка сплава Размеры мерной заготовки Степень деформации при осадке детали (диаметр / высота) перед штамповкой, % 1 100 / 125 32 АМг3, АМг6 2 100 / 175 46 3 100 / 100 40 Примечание: исходный полуфабрикат – прессованный пруток; температура нагрева металла перед деформацией 420±10 0 С.

Установлено, что эта схема формообразования вызывает значительное отклонение зон максимальной деформационной проработки металла фланца от профиля чистовой детали (рис. 2, зоны локализации деформации указаны стрелками). В результате переходник образован не соответствующими его профилю волокнами металла, а потому не может отвечать соответствующим требованиям в части механических свойств, герметичности и свариваемости.

а)

б)

в)

Рис. 2. Положение чистовых деталей в объёме фланцев типов 1(а), 2 (б), 3 (в) Также установлено, что применяемый в настоящее время режим нагрева металла перед деформацией до 420 и более 0С является неприемлемым. Схема обратного выдавливания в указанном интервале температур инициирует доминирование межзёренного механизма деформации, что приводит к значительной

неравномерности

пластического

течения

(максимальная

деформация 4,0 ед., минимальная 0,5 ед.) с локализацией деформаций в поверхностных слоях поковки. В зонах локализации наблюдается активный

10

деформационный

разогрев

металла,

приводящий

к

значительной

рекристаллизации структуры. По границам зёрен наблюдается обилие заполненных крупными коагулянтами интерметаллидной β – фазы Mg2Al3 протяжённых

микропустот.

Такая

металлическая

структура

не

может

удовлетворять требованиям, предъявляемым к переходникам, как деталям герметичных сварных узлов ответственного назначения, по параметрам прочности,

пластичности,

герметичности

и

стойкости

к

развитию

межкристаллитной коррозии. Кроме того, коагулянты β–фазы ввиду высокой тугоплавкости провоцируют образование многочисленных несплавлений в зоне сварного шва переходника со смежными деталями. Для сплавов АМг3 и АМг6 полученное при горячей деформации упрочнение сильно нивелируется процессами отдыха и рекристаллизации, тесно зависит от температуры нагрева металла перед деформацией и величины деформационного разогрева, условий охлаждения металла поковки. Это подтверждается измерениями микротвёрдости. Выявлено, что во избежание развития межзёренной деформации и локализации деформационных процессов степень деформации при осадке должна составлять от 30 до 50 %. Моделирование и реальная апробация процесса осадки заготовок фланцев за несколько переходов со степенями деформации ≈ 50 % (ε∑ = 75 %) и штамповки фланцев при температуре нагрева перед деформацией 320 0С показали значительное уменьшение роли межзёренного механизма деформации с понижением температуры: уменьшается рекристаллизационный рост зёрен, размер и количество коагулянтов β – фазы (рис. 3). При понижении температуры начала деформации до 320 0С, при прочих равных условиях, микротвёрдость деформированного металла повышается в среднем на 5 % (3 – 4 единицы), при этом разброс значений микротвёрдости относительно минимального снижается с 33 % (28 единиц) до 30 % (32 единицы).

11

а)

×120

г)

в)

б)

×120

×120

×120

Рис. 3. Микроструктура поковок из сплава АМг6, осаженных при 420 0С (а, б) и 320 0С (в, г) в зонах преобладания внутризёренного (а, в) и межзёренного (б, г) механизма деформации. Математическое моделирование процесса формообразования фланцев показало, что при температуре нагрева перед деформацией более 420 0С имеет место локальный деформационный разогрев (на 40 – 130 0С), превышающий допустимые для сплава АМг6 пределы (450 0С). Так, для полученного по применяемой технологии фланца типа 1 из сплава АМг3 разброс микротвёрдости составил 33% (46 – 61 ед.), а для сплава АМг6 30 % (108 – 140 ед.) относительно минимального значения. Если для линий 1 – 7 (рис. 4) микротвёрдость минимальна в центре сечения и возрастает по мере приближения к стенкам фланца, то для линий 8–10 зависимость обратная.

Рис. 4. Распределение деформаций по сечению фланца (слева – поковка, справа – матем. модель) и линий, по которым измерялась микротвёрдость.

12

Это говорит о взаимосвязи доминирующего механизма деформации со структурой поковки, как следствие – механическими характеристиками, сплошностью (герметичностью) и стойкостью к межкристаллитной коррозии деформированных магналиев. Результаты математического моделирования хорошо согласовываются с данными металлографических исследований (рис. 2, 3). Ввиду того, что штамповка фланцев по схеме обратного выдавливания характеризуется рядом неблагоприятных факторов, при разработке научно обоснованного

технологического

процесса

целесообразно

нахождение

альтернативной схемы их формообразования. Четвёртая

глава

посвящена

исследованию

особенностей

формообразования фланцев из сплавов АМг3 и АМг6 и разработке научно обоснованного процесса их получения методом открытой одноручьевой горячей объёмной штамповки. Опираясь

на

выводы

предыдущих

глав,

проведён

анализ

формообразования фланцев из осаженных с различной величиной прутковых, а так же листовых, заготовок, нагретых перед деформацией до 420 0С или 320 0С (рис. 5). Установлено, что наилучшие результаты даёт штамповка с использованием одноручьевой открытой оснастки из прутковых заготовок, осаженных до максимального диаметра штампового ручья. При этом формообразование фланца протекает по схеме вытяжки с последующим обратным

выдавливанием

деформируемого

металла.

Такая

схема

характеризуется наименьшими перемещениями металла в штампе и сменой направления преимущественного перемещения деформируемого металла в процессе заполнения штампа. В результате, распределение накопленных металлом поковки деформаций характеризуется

хорошей

равномерностью

(соотношение

максимальной

накопленной деформации к минимальной 3,6 / 1,0), и соответствием зон оптимальной проработки профилю чистовой детали.

13

а)

б)

в)

г)

Рис. 5. Макростуктура поковок фланцев типа 1 из сплава АМг6, полученных из заготовок, предварительно осаженных на 38 % (а, б), 77 % (в), и листовой заготовки. Температура нагрева перед деформацией 420 0С (а) и 320 0С (б, в, г) Деформированная структура равномерна, и поскольку получена с преобладанием

внутризёренной

деформации,

отличается

высокой

дисперсностью и малым количеством коагулированной β – фазы Mg2Al3. Помимо

изменения

схемы

формообразования,

достижение

таких

результатов стало возможным благодаря снижению температуры нагрева металла перед деформацией с 420 0С до 320 0С. В результате применённых решений

удалось

удержать

температурный

интервал

деформации

в

установленных для авлюминиево – магниевых сплавов пределах. В среднем температра поковок фланцев на конечном этапе их формообразования понизилась на 50 – 70 0С, и составила не более 390 0С. Дополнительную возможность повышения качества штампованных поковок фланцев, получаемых из прутковых заготовок, даёт предварительное фасонирование

последних

в

бойках

различного

профиля.

Высотное

перемещение очага деформации при осадке с кантовкой прутковой заготовки в вогнуто – выпуклых конических бойках при некотором снижении абсолютных значений накопленных деформаций, при прочих равных условиях, значительно

14

повышает равномерность их распределения. Так, при осадке со степенями деформации по переходам ≈ 50 % и

ε∑

= 75 %, абсолютные значения

накопленных деформаций снизились с 3,0 до 2,4 ед., а их разброс сократился с 15,0 до 4,8 раз. Равномерная деформационная проработка осаженной заготовки определила

повышение

равномерности

накопленных

деформаций

штампованной поковки фланца. (рис.6, 7). Разброс накопленных деформаций по сравнению с использованием плоской осаженной заготовки сократился с 3,6 до 2,87 Получить позволяет

максимально

применение

равномерно

цилиндрических

продеформированные толстолистовых

фланцы заготовок,

расположение волокон которых лучше соответствуют профилю поковки, нежели волокна прессованного прутка (рис. 8). Штамповка фланцев из таких заготовок даёт лучшие с точки зрения металлографии результаты среди проведённой серии экспериментов. Для фланца, полученного из осаженной на 80 % в плоских бойках заготовки, разброс микротвёрдости составил 27 %, достигая в максимуме 144 единиц. Для полученного из листа аналогичные показатели составили 25 % и 150 единиц соответственно. Это говорит о более равномерной и плотной структуре полученной из листа поковки. В сравнении с микротвёрдостью фланца типа 1, полученного по серийной технологии, максимальная микротвёрдость аналогичного фланца, полученного вытяжкой осаженной прутковой заготовки выше на 3 %, а вытяжкой толстолистовой заготовки на 7 %. Разброс микротвёрдости составил 30 %, 27 % и 25 % соответственно. Исходя из оптимальности формообразования штампованных поковок фланцев по схеме вытяжки с последующим обратным выдавливанием, приняты меры к усилению эффекта вытяжки. Для этого разработаны чертежи поковок фланцев с номинальными технологическими припусками и штамповочными уклонами, а величина удаляемых торцевых напусков сокращена с 15 до 5 мм. Фланцам присвоены наименования «тип 1.1», «тип 2.1» и «тип 3.1» Таким образом

через

понижение

потребного

количества

металла

уменьшена

15

относительная величина деформации осаженных заготовок, как следствие – усилен эффект вытяжки. В результате достигнуты наилучшие равномерность распределения и соответствие распределения накопленных деформаций профилю чистовой детали (рис. 9).

а)

а)

Рис. 6. Положение в штампе типа 1 поковки, осаженной на 77 % в плоских (а) и конических (б) бойках. Деформации поковок показаны в линиями Лагранжа.

а)

б)

Рис. 7. Распределение деформаций по сечению фланца типа 1, полученного из осаженной на 77 % в плоских (а) и конических (б) бойках заготовки.

а)

б)

Рис. 8. Распределение деформаций по сечению фланца типа 1, полученного из листовой (а) и осаженной на 77 % в конических бойках (б) заготовки.

16

а)

б)

Рис. 9. Распределение накопленных деформаций по сечению фланца типа 1.1, полученного из осаженной в конических бойках (а) и листовой заготовки (б) Зависимость

величины

накопленных

поковками

фланцев

типа

1

деформаций от типа и степени осадки исходной заготовки представлена графиком на рис. 10. Аналогичная зависимость для распределения температур представлена графиком на рис. 11. Зависимость величины температур по сечению фланца типа 1.1 от типа и степени осадки исходной заготовки представлена графиком на рис. 12. Во всех случаях в предпоследних с правой стороны точках кривых представлены данные для поковок, полученных из максимально осаженных в конических бойках прутковых заготовок, а в последних точках кривых – для случая применения толстолистовых заготовок. Температура нагрева заготовок перед деформацией 320 0С. Деформация в штампе осаженных заготовок осуществлялась после их охлаждения до температуры цеха и повторного нагрева. Таким образом, разработан новый технологический процесс горячей объёмной штамповки на гидравлических прессах осесимметричных поковок типа фланец из алюминиево – магниевых сплавов для дальнейшего изготовления из них конических переходников ответственного назначения. Технологическая схема процесса предусматривает формообразование фланцев в чистовых открытых штампах по схеме вытяжки. Отказ от стандартной многопереходной закрытой штамповки позволил перевести процесс деформации с преобладания межзёренного механизма на деформации на преобладание внутризёренного.

17

Рис. 10. Зависимость распределения накопленной деформации (в логарифмических единицах) по сечению фланца типа 1 из сплава АМг6 от схемы формообразования и типа заготовки

Рис. 11. Зависимость распределения температур по сечению фланца типа 1 из сплава АМг6 от схемы формообразования и типа заготовки Во всех случаях максимумы накопленных деформаций и температур имеют место в районе верхнего торца поковок близ облойного мостика, а минимумы – в районе внешнего закругления между нижним торцем и дном поковок.

18

Рис. 12. Зависимость распределения температур по сечению фланца типа 1.1. из сплава АМг6 от схемы формообразования и типа заготовки Получены поковки фланцев, обладающие направленной равномерно деформированной мелкозернистой структурой, без крупных коагулянтов интерметаллидов по границам зёрен. Установлены значения технологических параметров, соблюдение которых обеспечивает соответствие чистовых деталей требованиям, предъявляемым к деталям, работающим в составе герметичных сварных узлов ответственного назначения. Основные результаты и выводы по работе Сформулированы следующие выводы по работе. 1. Получение фланцев из алюминиевого – магниевых сплавов наиболее целесообразно одноручьевой облойной штамповкой по схеме вытяжки. В этом случае деформация протекает с преобладанием внутризеренного механизма, обеспечивая получение равномерно проработанной структуры повышенной сплошности (увеличение значений микротвердости поковки на

5 – 7 %) по

сравнению с традиционными способами. 2. Установлено влияние основных технологических факторов на активизацию внутризеренной и подавление межзеренной деформации. К числу

19

наиболее значимых факторов относятся схема и начальная температура деформации. Переход от штамповки выдавливанием на штамповку вытяжкой приводит к снижению интенсивности деформаций и, как следствие, снижению деформационного

разогрева

поковки,

чем

обеспечивает

подавление

межзеренной деформации. 3. Наиболее технологичными с точки зрения объемной штамповки являются переходники с соотношением высоты к диаметру ≤ 0,33 и аналогичным соотношением суммы высот торцев переходника к его полной высоте. В этом случае одноручьевая облойная штамповка легко реализуется по схеме вытяжки, и преобладанием механизма внутризёренной деформации обеспечивает повышенное качество поковок и чистовых деталей. 4. С ростом температуры увеличивается интенсивность образования из матрицы твердого раствора стабильной β – фазы, которая коагулируется по микропустотам на границах рекристаллизованных зерен. В результате деформированная

структура

не

может

соответствовать

требованиям,

предъявляемым к работающим на герметичность в составе сварных узлов деталям ответственного назначения по параметрам герметичности и стойкости к межкристаллитной коррозии. Обеспечить удержание интерметаллидов β – фазы в составе твёрдого раствора позволяет ограничение температуры деформации в пределах не более 420 – 440 0С, для чего при штамповке на гидравлическом прессе начальная температура заготовки не должна превышать 320 0С, и форсированный режим охлаждения поковок. При соблюдении этих условий металл поковок характеризуется равномерной строго направленной мелкодисперсной текстурой повышенной сплошности без крупных коагулянтов интерметаллидов по границам зёрен. Кроме того, осмотическое давление, вызванное нахождением β – фазы в составе твёрдого раствора, повышает прочность металла поковки. 5. В процессе исследования влияния степени осадки исходных прутковых заготовок на структуру и свойства штампованных фланцев установлено, что единичная степень деформации, особенно на заключительном переходе осадки,

20

не должна превышать 30 – 50 % во избежании локализации деформационных процессов и развития действия механизма вязкого межзёренного течения. Математическое моделирование различных вариантов фасонирования исходных прутковых заготовок позволило установить, что оптимальным для последующего изготовления фланцев горячей объёмной штамповкой является многопереходная осадка с кантовкой в вогнуто – выпуклых бойках конусностью 70. Такая осадка позволяет получить поковку, обладающую равномерно деформированной в радиальном направлении полигонизованной мелкодисперсной структурой. 6. Разработанный технологический процесс включает в себя: – нагрев мерных заготовок до температуры 320 0С; – многопереходную осадку с кантовкой цилиндрической прутковой заготовки с единичной степенью деформации 30 – 50 % в вогнуто – выпуклых бойках конусностью 70 на гидравлическом прессе. Степень деформации заготовки определяется исходя из необходимости обеспечения устойчивости заготовки при её осадке (H|0 / D0 ~ 2,5), с одной стороны, и величиной максимального

диаметра

штамповочного

ручья,

в

котором

должна

располагаться заготовка перед штамповкой, с другой; –

одноручьевую

чистовую

штамповку

осаженной

заготовки

на

гидравлическом прессе в открытом штампе по схеме вытяжки. Температура нагрева металла перед деформацией 320 0С. Указанные рекомендации разработаны с учётом использования при осадке и штамповке водно – графитовой смазки АГ–3 по ТУ–6–08–392–77. Соблюдение указанного режима позволяет проводить деформацию с наименьшими неэффективными перемещениями металла, как следствие – избегать локализации деформационных процессов, а так же удерживать максимальную температуру металла в процессе деформации в пределах

370

– 390 0С. Переход со стандартной схемы формообразования поковок фланцев путём

многопереходной

закрытой

горячей

объёмной

штамповки

на

21

одноручьевую открытую штамповку позволил перевести процесс деформации с преобладания межзёренного механизма на внутризёренный. 7. Альтернативным указанному процессу является штамповка поковок осесимметричных

фланцев

из

толстолистовых

заготовок.

Равномерная

исходная структура листовой заготовки (плиты) обеспечивает наилучшую равномерность протекания деформационных процессов. Качество поковок, полученных из толстолистовых заготовок выше, нежели полученных из осаженных прутков. Недостатком формообразования поковок фланцев из листов (плит) является повышенный расход материала и большая трудоёмкость операции раскроя, нежели операции резки. Выбор того или иного способа получения осесимметричных штампованных поковок типа фланец в каждом конкретном

случае

может

быть

обусловлен

загрузкой

имеющегося

оборудования, наличием первичных полуфабрикатов и т.п., что повышает производственную гибкость. 8.

Установлена

достаточность

при

формообразовании

поковок

осесимметричных фланцев открытой одноручьевой горячей штамповкой с эффектом вытяжки стандартных штамповочных напусков и уклонов и нецелесообразность

их

превышения.

Установлена

возможность

и

целесообразность при штамповке фланцев с эффектом вытяжки уменьшения величины удаляемых технологических припусков на торцах переходников с 12 – 15 мм до 5 мм. Использование таких технологических решений позволяет по сравнению с используемой ранее технологией одноручьевой открытой штамповки повысить КИМ на 30 – 40 %. Сокращение таким образом необходимого для штамповки количества металла усиливает эффект вытяжки, чем обеспечивает лучшее соответствие деформационной

проработки

профилю

чистовой

детали

и

снижение

неравномерности деформации и деформационный разогрева, как следствие – повышение качества металла поковки.

22

Установленные оптимальные режимы обработки давлением алюминиево – магниевых сплавов внедрены в работе опытного завода «Фобос» ОАО «Морской научно – исследовательский институт радиоэлектроники «Альтаир». На основании результатов работы ОАО «МНИИРЭ «Альтаир» и «МАТИ» – РГТУ совместно выпущены соответствующие технологические рекомендации. Публикации по теме диссертации 1. Головкин П. А. Влияние геометрии штамповочных ручьёв на формирование дефектов при штамповке осесимметричных деталей со сложной образующей из алюминиевых сплавов. «ххv‫ ׀‬Гагаринские чтения»: тезисы докладов

Международной

молодёжной

научной

конференции.

Москва,

издательство «МАТИ» – РГТУ, 2001 г., с. 107. 2. Головкин П. А. Влияние парметров штамповки на свойства чистовых осесимметричных деталей из алюминиевых сплавов.

«ххv‫ ׀׀‬Гагаринские

чтения»: тезисы докладов Международной молодёжной научной конференции. Москва, издательство «МАТИ» – РГТУ, 2002 г., с. 43. 3. Головкин П. А. Влияние температуры на равномерность распределения деформации по объёму поковки. «ххv‫ ׀׀׀‬Гагаринские чтения»: тезисы докладов Международной молодёжной научной конференции. Москва, издательство «МАТИ» – РГТУ, 2003 г., с. 61. 4. Головкин П. А. Влияние интенсивности выделения ⇓ – фазы на склонность алюминиево – магниевых сплавов к межкристаллитной коррозии. «хх‫׀‬х Гагаринские чтения»: тезисы докладов Международной молодёжной научной конференции. Москва, издательство «МАТИ» – РГТУ, 2003 г., с. 63. 5. Галкин В. И., Головкин П.А. Получение качественных переходников топливных систем из алюминиево – магниевых сплавов с использованием одноручьевой штамповки в открытых штампах. «Технология лёгких сплавов», Москва, издательство ОАО «ВИЛС», ОНТИ, № 2 – 3, 2003 г., с. 46 – 51.

23

6. Галкин В. И., Головкин П. А. Повышение качества штампованных поковок типа «фланец» из алюминиево – магниевых сплавов с использованием одноручьевой штамповки в открытых и закрытых штампах. «Цветные металлы», Москва, издательский дом «Руда и металлы», № 5, 2003 г., с 60 – 65. 7. Головкин П. А. Одноручьевая открытая горячая объёмная штамповка фланцев ответственного назначения из сплава АМг6 с использованием прутковых и листовых заготовок. «ххх Гагаринские чтения»: тезисы докладов Международной молодёжной научной конференции. Москва, издательство «МАТИ» – РГТУ, 2004г. 8. Головкин П. А. Структуры горячедеформированных сплавов АМг6 и 01570.

«ххх

Гагаринские

чтения»:

тезисы

докладов

Международной

молодёжной научной конференции. Москва, издательство «МАТИ» – РГТУ, 2004 г. 9. Головкин П. А. Дефектность горячедеформированной структуры и технологичность сплавов АМг6 и 01570. «Третья Всероссийская научно – практическая конференция «Управление качеством». Тезисы докладов. Москва, издательство «МАТИ» – РГТУ, 2004 г. 10. Головкин П. А. Одноручьевая открытая горячая объёмная штамповка фланцев из толстолистового сплава АМг6. «Третья Всероссийская научно– практическая конференция «Управление качеством». Тезисы докладов. Москва, издательство «МАТИ» – РГТУ, 2004 г. 11. Головкин П.А. Характеристики горячедеформированной структуры и технологичность сплавов АМг6 и 01570. «Технология лёгких сплавов», Москва, издательство ОАО «ВИЛС». Рукопись статьи находится в редакции.

Подписано в печать 10. 03. 2004. Объём 1,0 печ. л. Формат 60х84/16. Тираж 100 экз. Заказ № 18 Издательский центр «МАТИ» – РГТУ им. К. Э. Циолковского. 109240, Москва, Берниковская набережная, 14. Типография Издательского центра «МАТИ» – РГТУ им. К. Э. Циолковского. 109240, Москва, Берниковская набережная, 14.