РАЗДЕЛ 2
ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Выбор направления исследования
В разделе 1 отмечалось, что появление многобойковых ковочных устройств позволило перейти от ковки двумя бойками к многосторонней радиальной ковке на гидравлических ковочных прессах.
Радиальная ковка на прессах потенциально способна совместить в себе основные преимущества и избавиться от многих недостатков традиционных процессов ковки на прессах и радиально-обжимных машинах. Немаловажным является тот факт, что внедрение многобойковых ковочных устройств не требует столь значительных капиталовложений, как приобретение специализированного ковочного оборудования, такого как РОМ и, следовательно, является весьма привлекательным с точки зрения модернизации кузнечно-прессового производства.
С другой стороны, процессы радиальной ковки на гидравлических ковочных прессах при помощи многобойковых ковочных устройств, как и все новое, являются наименее изученными. Теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении, которые могли бы стать основой для проектирования новых технологий ковки отсутствуют, а опыт эксплуатации таких устройства ничтожно мал.
Таким образом, в качестве направления исследований в настоящей работе был выбран процесс четырехсторонней радиальной ковки на гидравлическом ковочном прессе при помощи четырехбойкового ковочного устройства (рис. 1.13), разработанного в Украинском научно-исследовательском институте специальных сталей, сплавов и ферросплавов. Принято решение определить конфигурацию очага деформации и напряженное состояние металла, деформационный эффект ковки, технологическое усилие ковки, разработать рекомендации по назначению величины обжатий, подач и интенсификации ковки, определить качество металла поковок и наметить пути дальнейшего развития процессов четырехсторонней радиальной ковки на прессах.
2.2. Выбор методов исследования
2.2.1. Выбор материалов для исследований. В качестве материалов для исследований в данной работе были использованы конструкционные, нержавеющие, подшипниковые, штамповые, быстрорежущие и жаропрочные стали и сплавы, многие из которых обладают низкой технологической пластичностью и высоким сопротивлением деформированию.
Исследование деформированного состояния металла осуществлялось на заготовке с координатной решеткой, полученной методом порошковой металлургии из газораспыленного железного порошка.
Экспериментальное определение усилия ковки производилось на заготовках из стали ШХ15.
Исследование качества металла поковок по макроструктуре и по карбидной неоднородности выполнялось на заготовках из стали Х12МФ.
Исследование механических свойств металла проводилось на поковках из следующих сталей и сплавов: 30ХГСА, 08Х18Н10Т, ШХ15, Р9, Р18, Р6М5К5 и ХН78ТЮФ.
2.2.2. Методика теоретического исследования очага деформаций и напряженного состояния металла. Теоретическое исследование напряженного состояния металла в очаге деформации при единичном обжатии заготовки круглого поперечного сечения в четырехбойковом ковочном устройстве было выполнено методом линий скольжения.
Эффективность метода линий скольжения для анализа процессов пластического деформирования достаточно хорошо подтверждена экспериментальными и теоретическими исследованиями [3].
Для трехмерного очага деформации, который имеет место в действительности, строились неравноценные поля линий скольжения в продольном и поперечном сечениях очага деформации, дважды применяя допущение о плоской деформации для двух взаимно перпендикулярных сечений очага [42]. Справедливость такого подхода доказана В.А. Тюриным [16]. При построении полей линий скольжения был использован графоаналитический метод построения.
2.2.3. Методика экспериментального исследования итоговых деформаций. При экспериментальном исследовании итоговых деформаций в объеме поковки, полученной ковкой в четырехбойковом ковочном устройстве, была использована заготовка с объемной координатной решеткой, изготовленная методом порошковой металлургии. Метод порошковой металлургии, в данном случае, позволяет получать заготовки высокого качества, избегая явлений оплавления и коробления элементов координатной решетки, которые характерны для заготовок, полученных методом заливки координатной решетки расплавом жидкого металла [43-44].
Для изготовления заготовки было разработано и использовано устройство оригинальной конструкции (рис. 2.1). Сборка устройства осуществлялась следующим образом. Координатная решетка, состоящая из металлического каркаса 1, в котором с натяжением установлены стержни координатной решетки 2, помещалась в металлическую капсулу 3, ко дну которой была приварена нижняя крышка 4. Далее капсула заполнялась металлическим порошком 5, для чего в каркасе координатной решетки были предусмотрены специальные отверстия. Затем к капсуле приваривалась верхняя крышка 6 с предварительно установленным в ней вакуумпроводом 7. Окончательная засыпка капсулы металлическим порошком производилась через вакуумпровод.
Рис. 2.1. Устройство для получения заготовок с
объемной координатной решеткой:
1 - каркас координатной решетки; 2 - стержни координатной решетки; 3 - капсула; 4 - нижняя крышка; 5 - металлический порошок; 6 - верхняя крышка; 7 - вакуум провод
Капсула 3 была изготовлена из цельнотянутой трубы диаметром 157 мм и толщиной стенки 6 мм из стали 10. Нижняя крышка 4, верхняя крышка 6 и вакуумпровод 7 также были изготовлены из стали 10. Каркас координатной решетки 1 был изготовлен из стали 10, а стержни координатной решетки диаметром 2 мм - из стали 08ГС. В качестве наполнителя был использован газораспыленный порошок железа с размером частиц 400-800 мкм.
После сборки устройство подвергалось операциям дегазации и герметизации на специальной установке дегазации и герметизации. Дегазация осуществлялась с одновременным нагревом до температуры 250 ?С до остаточного давления не менее 9,5 Па в течение двух часов. Про