Выбор оптимальной схемы отделочно-упрочняющей обработки меж­лопаточных каналов

Минимальное меж­лопаточное рас­стояние Sk min, мм	Угол ви­ди­мости труднодос­тупных поверхно­стей max, град.	Исходный трещиноватый слой hмктр, мкм	Оптимальный способ (комбинация методов) отделочно- упрочняю­щей обработки	Типовая деталь
10	45	510	Струйнодинамический	Турбина компрессора
		1040	Вибрационный + струйнодинамический	Крыльчатка насоса с «открытыми» каналами
10	45	510	Вибрационный	Турбина высокооборот­ного компрессора Крыльчатка насоса с «закрытыми» каналами
		1020	Вибрационный + струйнодинамический
		2040	Виброэкструзионный с наложением тока
10	45	1040	Виброэкструзионный с наложением тока	Колесо турбины турбонасосного агрегата с «закрытыми» каналами
		2040	Виброэкструзионный с наложением тока + струйнодинамический

Разработанные методы и средства для их реали­зации решают проблемы обеспечения качества при производстве транспортных машин, работающих в экстремальных условиях воз­дейст­вия агрес­сивных и криогенных сред, что позволит до­пол­нить базу дан­ных технологии машинострое­ния по разделу отделочно-уп­роч­няющей об­работки гранулиро­ванной средой.

Таблица 2

Статистика отказов нагруженных деталей транспортных машин по причинам усталостного характера

Причина отказа лопа­точных дета­лей	Количество отказов по причинам усталост­ного характера в общем числе выходов из строя, %
	Обработка тра­дицион­ными ме­тодами	Детали после комбини­рованной обработки
Усталостное вы­краши­вание кро­мок	26	14
Газовая эрозия стенок	9	7
Межкристаллитная кор­розия	18	4

Литература

1. Сухочев Г.А. Управление качеством изделий, работающих в экс­тремальных условиях при нестационарных воздействиях / Г. А. Сухочев. – М.: «Машиностроение», 2004. – 287 с.

2. Патент RU 22173627 C2, МПК 7 В24В 31/06. Способ вибра­цион­ной обра­ботки / Сухочев Г.А., Бондарь А.В., Левченко А.В. // От­крытия, изобретения. – 2001. – №26.

3. Сухочев Г.А. Оптимальный гранулометри­ческий состав рабо­чей среды для комбинированной обра­ботки деталей транспорт­ных машин / Г.А. Сухо­чев // Научная работа в универси­тетских ком­плек­сах: Сб. науч. тр. Часть 2. – М.: Машино­строение. – 2005. – С. 75–81.

4. Сухочев Г. А. Новое оборудо­вание для упрочнения каналов пе­ременного профиля / Г. А. Сухо­чев // Металлообработка. – 2005. – № 2(26). – С. 40–43.

5. Сухочев Г. А. Вопросы технологии по­вышения качества нагру­женных деталей транспортных машин / Г. А. Сухочев // Спра­вочник. Инженерный журнал. – 2005. – № 12. – С. 17–22.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.756

В.В. Бородкин, В.В. Долгополова

ТИПОВЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ

БРИКЕТИРОВАНИЯ СТРУЖКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ

АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Рассматриваются особенности известных способов брикетирования стружки алюминиевых сплавов, причины возникновения неравномерной пористости брикетов и технологические методы повышения их качества

Брикетирование представляет собой процесс получения из стружки алюминиевых сплавов плотных брикетов определенной формы и размеров, обладающих достаточной прочностью для извлечения их из формующей полости.

Способы формования изделий из сыпучих материалов подразделяют на два вида: прерывистый и непрерывный. Группу непрерывного прессования составляют процессы прессования скошенным пуансоном, мундштучное прессование, прокатка и ударное прессование [1]. К прерывистому прессованию относят: прессование в закрытой пресс-форме; прессование в закрытой и открытой пресс-формах с наложением вибрации; пакетное и изостатическое прессование, а также центробежное и электростатическое прессование, которые осуществляют в открытых пресс-формах. В свою очередь, каждый из этих двух видов может быть холодным или горячим, а по виду приложения деформирующей нагрузки - с постепенно возрастающим или мгновенно возрастающим давлением (ударное прессование и прессование взрывом).

Наиболее распространенным способом брикетирования металлической стружки является холодное и горячее прессование в закрытых пресс-формах (см. рис. 1) [2-6].

Рис. 1. Схема прессования в закрытых пресс-формах

В процессе прессования стружка, находящаяся в полости пресс-формы, стремится к растеканию в стороны, но при этом удерживается боковыми стенками матрицы. Возникает боковое давление стружки на стенки матрицы, которое в результате внутреннего трения отдельных элементов стружки в несколько раз меньше, чем прилагаемое давление прессования. Вместе с тем из-за перемещения стружки в направлении приложения усилия возникают силы трения между стружкой и стенками матрицы, препятствующие получению равномерной плотности брикета. Наибольшая плотность наблюдается у стенки матрицы под прессующим пуансоном, наименьшая - у стенки матрицы возле неподвижного пуансона, если прессование одностороннее, или примерно в среднем сечении высоты брикета, если прессование двухстороннее. Наличие реактивных сил трения на стенках контейнера при прямом прессовании брикетов является основной причиной, препятствующей получению брикетов с равномерной плотностью. Большое влияние на однородную плотность оказывают и размеры брикетов (уплотнение образцов с высотой, превышающей два его диаметра, приводит к отслаиванию нижней части брикета), причем с увеличением диаметра брикетов и их высоты неравномерность плотности по объему также увеличивается.

Для повышения равномерной плотности брикетов иногда используют процессы брикетирования с использованием активных сил трения на поверхности контейнера (см. рис. 2) [7].

1 - пресс-штемпель; 2 - пресс-шайба; 3 - контейнер;

4 - неподвижный пуансон

Рис. 2. Схема активного брикетирования

Это достигается принудительным перемещением контейнера со скоростью, превышающей скорость перемещения пресс- штемпеля. Однако и в этом случае достаточно высокой равномерности распределения плотности в брикете достичь не удается.

Известны попытки достижения равномерной плотности по объему брикета, включающие в себя брикетирование на глухой матрице и дополнительную подпрессовку со степенью деформации 25-30% и кантовкой на 180^о [8], а также брикетирование осадкой и допрессовку [9], при которых осадку центральной части диаметром (0,3-0,8) диаметра заготовки осуществляют с деформацией, превышающей на 2-6% величину деформации периферийной части, которая составляет 19-81,5%, а допрессовку периферийной части производят до величины осадки центральной части. Упомянутые способы брикетирования являются весьма трудоемкими, требуют изготовления специального оборудования и к тому же не обеспечивают равномерной пористости по диаметру брикета.

Исследование механизмов деформации сыпучих материалов [10] показало, что уплотнение пористых тел при пластическом формоизменении связано со сдвиговой деформацией. Поэтому были разработаны новые способы сдвигового (равноканального) прессования (см. рис. 3 и 4) [11].

Реализация этих способов основывается на том, что вектор скорости течения в очаге деформации должен совпадать с направлением максимального сдвига. Однако эти способы достаточно сложны, требуют многоэтапного деформирования [12] и работы в режиме циклического нагружения сдвига и сжатия.

С целью интенсификации обновления поверхности контактируемых частиц, повышения величины гидростатического давления у калибрующей зоны и увеличения прочности и пластичности брикетов иногда применяют схему прессования, включающую вытяжку-осадку-вытяжку (см. рис. 5) [7].

Указанная схема позволяет при незначительной первой вытяжке создавать некоторую степень деформации с обычной для прессования неравномерностью распределения по сечению сдвиговых деформаций. Затем в схему деформации вводят осадку, цель которой - внести добавочный вклад в обновление поверхности за счет сдвиговых деформаций при осадке. И наконец, окончательная (вторая) вытяжка характеризуется максимальными сдвиговыми деформациями.

а) - исходное; б) - промежуточное положение;

1, 2 - нижняя и верхняя половины составного контейнера; 3 - пуансон; G - плоскость, передающая боковое давление со стороны верхней половины контейнера; L - плоскость, передающая подпор заготовки со стороны нижней половины контейнера; М - опорная плоскость; α - угол сдвига.

Рис. 3. Схема пресс-формы, работающей в режиме циклического

нагружения сдвиг-сжатие

а, б -исходное положение; в - промежуточное,

г - конечное положение; 1 - пуансон; 2 - контейнер; 3-5 - планки трения; 6 - основание; 7 - выталкиватель.

Рис. 4. Схема пресс-формы, реализующей наложение сдвига

в двух плоскостях на сжатие

1 - контейнер; 2 - матрица; 3 - матричный блок;

4 - матрицедержатель

Рис. 5. Двухканальная матрица для прессования по схеме

вытяжка-осадка-вытяжка

Ограниченность информации о возможных схемах деформирования сыпучих материалов привела к разработке различных классификаций схем прессования [13-15]. Наиболее интересной представляется укрупненная классификация формообразующих операций штамповки [16], базирующаяся на анализе процессов осадки и выдавливания. При штамповке эти операции могут выполняться в неподвижной (одностороннее деформирование) или подвижной «плавающей матрице» (двустороннее деформирование), без поперечного или с поперечным течением металла, пуансоном, незаходящим или заходящим в полость матрицы штампа (см. рис. 6).

Таким образом, брикеты, получаемые из стружки алюминиевых сплавов, изготавливают традиционными методами обработки металлов давлением, которые включают элементы осадки, прямого и обратного выдавливания и сжатия в пресс-форме. При этом в отдельных участках брикета возникают деформации растяжения, вызывающие локальный рост пористости, что приводит к разрушению при предельных степенях деформации. Согласно теории пластичности пористых тел [17] и с учетом вида напряженно- деформированного состояния получены математические модели [18-20], позволяющие на стадии осадки оценивать осевое напряжение, изменение пористости и предельную степень допустимой деформации. В этом случае вид напряженно-деформированного состояния характеризу-

Рис. 6. Классификация способов штамповки пористых заготовок

ют жесткостью схемы деформирования, которая определяется соотношением скорости объемной деформации к скорости деформации твердой фазы. Исследования пористости от степени деформации при осадке показывают, что с увеличением степени деформации пористость уменьшается до момента достижения некоторой предельной степени деформации (30-37%), а при дальнейшем увеличении степени деформации пористость увеличивается (см. рис. 7).

Рис. 7. Зависимость пористости от осевой деформации заготовки

при температуре 180^о С и скорости деформации 10 с^-1

Выводы. 1. Наиболее распространенными способами брикетирования стружки алюминиевых сплавов являются прерывистое холодное и горячее прессование в закрытых пресс-формах.

2. Наличие реактивных сил трения на стенках контейнера является основной причиной неравномерной плотности брикетов и даже их разрушения.

3. Установлено, что уплотнение пористых тел при пластическом формоизменении неразрывно связано со сдвиговыми деформациями, однако промышленная реализация режимов циклического нагружения сдвига и сжатия в настоящее время встречает известные технические трудности.

4. Исследования формообразующих операций, базирующиеся на анализе процессов осадки и выдавливания, показывают, что с увеличением степени деформации пористость брикетов уменьшается лишь до некоторой предельной величины, а затем начинает увеличиваться. При этом на отдельных участках брикета возникают деформации растяжения, вызывающие локальный рост пористости и даже расслоение брикета.

5. Наиболее рациональным способом брикетирования стружки алюминиевых сплавов представляется способ, сочетающий в себе элементы прямого выдавливания, осадки и сжатия в сферической пресс-форме с последующим отделением брикета от ствола вытяжной матрицы.