РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика исследуемых материалов
На основе анализа перспективы практического применения, в качестве материалов для исследований выбраны: вторичный алюминиевый сплав марки АК9 и технически чистый титан марки ВТ1-0. В качестве модельного материала выбрана технически чистая медь марки М1 и алюминиевый сплав системы Al-Mg-Sc.
Эти материалы были предоставлены нам заинтересованными в исследованиях учреждениями: Институтом проблем материаловедения НАН Украины, ДП "Техноскрап" ООО "Скрап", Донецким физико-техническим институтом НАН Украины. Химический состав медных (ГОСТ 859-74) и титановых (ГОСТ 19807-91) прутков, а также слитков сплава АК9 (ГОСТ 1583-93) приведен в табл. 2.1 - 2.3.
Таблица 2.1.
Химический состав титанового сплава ВТ1-0
МатериалTi, %Fe, %Si, %O2, %C, %N2, %H2, %ВТ1-0основа<0,25<0,10<0,20<0,07<0,04<0,01
Таблица 2.2.
Химический состав вторичного алюминиевого сплава АК9
МатериалAl, %Si, %Mg, %Mn, %Cu, %Fe, %АК988%9,50,190,360,150,84
Таблица 2.3.
Химический состав меди марки М1
МатериалCu,%Bi,%Sb,%As,%Ni,%Fe,%Pb,%Sn,%S,%O,%Zn,%М199,90,0010,0020,0020,0020,0050,0050,0020,0050,080,005
2.2. Методика измерения силовых характеристик процесса винтовой
экструзии
Измерение нагрузки на штоке при винтовой экструзии выполнено методом тензометрии?.
Для измерений использовали измерительный элемент по типу месдозы. На боковую цилиндрическую часть штока наклеивали 16 фольговых датчиков типа 2ФКПА-5-200-В, соединенных по мостовой схеме (рис 2.1). Место установки датчика подвергали механической обработке до 6-8 класса чистоты. После механической обработки проводили химическую очистку поверхности.
Для тарировки измерительного элемента использовали образцовый переносной динамометр третьего разряда ДОСМ3, предназначенный для проверки рабочих средств измерений. Динамометр устанавливали между верхним штоком и установкой для ВЭ. Силу прессования измеряли по безусилительной схеме, представленной на рис. 2.2. В одну из диагоналей моста подключали микроамперметр, балансировку моста осуществляли переменным резистором R12. Для вывода показаний на осциллограф служит переключатель П1. Амплитуда величины измерений регулируется переменным резистором R13. Напряжение питания измерительной схемы контролирует вольтметр V.
Питание датчиков осуществляли от источника питания постоянного тока Б5-46. При приложении силы от верхней подвески пресса через шток к заготовке, в штоке возникали упругие напряжения, которые и фиксировали датчиками. Сигнал от датчиков подавали через безусилительный блок на многоканальный
Рис. 2.1. Шток для ВЭ с тензодатчиками.
светолучевой осциллограф Н-145 и записывали на ультрафиолетовую бумагу УФ6 при помощи гальванометров типа М010-20.
Помимо измерения давления прессования на верхнем штоке, по манометру фиксировали давление в гидросистеме пресса, а также перемещение подвижной траверсы пресса. Точность измерения регистрируемых параметров составила: давление прессования на штоке - 3%; давление в гидросистеме пресса измеряли образцовым манометром класса точности 1,6 % перемещение плиты пресса - 1 мм.
Рис. 2.2. Принципиальная электрическая схема измерения силы прессования на верхнем штоке:
1 - источник питания постоянного тока Б5-46;
2 - мостовая схема;
3 - безусилительный блок;
4 - осциллограф Н145.
2.3. Методика исследования эффективности смазок в условиях
теплой деформации
В процессе работы над решением задач по снижению давления прессования и увеличению стойкости деформирующего инструмента, возникла необходимость изучить условия трения при ВЭ.
Установка для измерения сил трения была сделана на базе установки для кручения образцов на наковальнях Бриджмена и предназначена для качественного сравнения смазок и покрытий. Возможно также ее использовать для проверки покрытий на устойчивость к стиранию. Измерение сил трения в этом устройстве провели в условиях сжатия образца с его кручением [142]. По изменению крутящего момента устанавливается зависимость средних удельных сил трения от величины нормального давления и относительного перемещения образца (бойков) для различных смазок и температурных условий [143-146].
2.3.1. Экспериментальная установка для исследования
эффективности смазок в условиях теплой деформации. Для изучения условий трения на контактной поверхности рабочего инструмента и обрабатываемого материала марок АК9 и ВТ1-0 при теплой деформации, была спроектирована и изготовлена установка, схема которой приведена на рис. 2.3.
Принцип работы установки следующий: в толстостенную трубу 3 помещаются бойки 1, которые фиксируются относительно трубы пластинками 2. Крепление осуществляется через пазы, выполненные в наковальнях и с обоих концов трубы. При этом бойки имеют возможность перемещаться вниз по трубе, но не могут поворачиваться относительно нее. Через вырез, выполненный в средней части трубы 3 в нее вставляется заготовка 4, к которой болтами 5 крепится балка равного сопротивления 6. Заготовка 4 изготовляется из материала для деформационной обработки, а бойки 2 из материала деформирующего инструмента. Таким образом, подбирали необходимую пару трения.
После приложения к бойкам сжимающей силы Р, заготовка оказывается
Рис. 2.3. Схема установки для исследования эффективности смазок:
1 - бойки;
2 - фиксирующие пластинки;
3 - труба;
4 - заготовка;
5 - крепящие болты;
6 - балка с датчиками.
зажатой между бойками, при этом сила сжатия Р передается на контактную поверхность, которая образовывается вершиной усеченного конуса наковальни 1 и торцевой поверхностью заготовки 4. Затем путем приложения к свободному концу балки 6 силы сдвига N, производят поворот заготовки относи