CC BY
2
УДК 62-91
Гордеев М.О.
студент 3 курса УлГТУ, г. Ульяновск, РФ
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ШТАМПОВКИ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ: АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И РЕЗУЛЬТАТОВ
Аннотация
В данной работе были изучены технологические процессы штамповки титановых сплавов, также проанализирована зависимость температуры от марки сплава. Титановые сплавы являются перспективными материалами для применения в различных отраслях промышленности благодаря своим уникальным свойствам. Целью данной работы является сбор и систематизация знаний о методах штамповки и вывод зависимостей. Методика исследования включала сбор информации, изучение свойств сплавов и обработку полученных данных. В результате были сделаны выводы о применимости титановых сплавов в различных условиях.
Ключевые слова
Титановые сплавы, штамповка, технологический процесс, заготовка, деформация, обработка.
Титановые сплавы обладают определёнными преимуществами, а именно: малая плотность, высокая коррозионная стойкость, малый коэффициент линейного расширения, низкий коэффициент теплопроводности, высокие механические свойства в интервале температур от криогенных (-250°С) до умеренно высоких (300-600°С). К недостаткам титановых сплавов относятся низкие антифрикционные свойства и высокая химическая активность. Учитывая эти свойства титановых сплавов, а также особенности производства выбираются методы, при помощи которых будет осуществляться обработка данных сплавов. В данной работе рассматривается горячая объёмная штамповка, штамповка с высокими скоростями деформирования, листовая штамповка.
В общем виде технологический процесс штамповки для рассматриваемых методов схож и представляет из себя следующую последовательность действий:
1. Подготовка заготовки.
2. Нагрев заготовки.
3. Загрузка заготовки.
4. Деформация заготовки.
5. Выдача готовой детали.
6. Контроль качества.
7. Механическая обработка.
8. Контроль качества после механической обработки.
Но на определённых этапах, таких как подготовка заготовки, нагрев, деформация и механическая обработка, есть свои особенности. Далее разберём подробнее каждый из этих этапов, для различных методов штамповки.
Горячая объёмная штамповка - это процесс обработки металла давлением, при котором нагретая заготовка деформируется в полости штампа с целью получения готового изделия или заготовки для дальнейшей механической обработки. Данный метод обработки металла является одним из основных способов получения заготовок и готовых деталей в машиностроении и металлообработке. Этот метод подходит для крупносерийного производства.
На этапе подготовки заготовка обрабатывается, удаляются углубления и острые вырубки, поскольку
поверхностные дефекты не устраняются штамповкой, а лишь заковываются, и их становится труднее обнаружить при контроле качества.
Нагрев осуществляется в индукционных нагревательных установках, а также электрических печах сопротивления, пламенных печах [2]. Температурный интервал горячей штамповки титана и его сплавов близок к интервалу ковки. В таблице 1 приведены температурные интервалы различных титановых сплавов в зависимости от способа штамповки.
Таблица 1
Сплав Температура, °С (не выше)
молот пресс ГКМ
ВТ1-0 920-700 890-650 890-650
ОТ4-0 950-700 890-650 890-650
ОТ4-1 950-750 910-700 910-700
ВТ5-1 1100-900 1020-850 1020-850
ВТ5 1100-900 1020-850 1020-850
ВТ3-1 980-850 950-800 950-800
ВТ9 1000-850 980-800 980-800
ВТ15 930-800 920-700 920-700
ВТ18 1020-950 1000-900 1000-900
ВТ20 1020-900 1000-850 1000-850
ВТ22 950-800 850-750 850-750
ВТ23 880-800 870-750 870-750
При деформировании в горячем состоянии титановые сплавы склонны к схватыванию с поверхностью инструмента. Предотвратить схватывание при горячей штамповке или уменьшить его можно с помощью смазок и химико-термической обработки. Применяют смазки на основе густых масел с добавкой 25% графита, 10-15% дисульфида молибдена и 4-5% слюды [2]. Штамповку заготовки осуществляют при помощи молотов и прессов. При деформировании титана на прессах он становится более пластичным, но при этом есть риск перегрева металла. На молотах за счёт использования многократных и лёгких ударов можно уменьшить перегрев заготовки.
К механическая обработке относится обрезка облоя, очистка поверхности и удаление газонасыщенного слоя. Обрезку производят в штампах, в холодном и горячем состоянии. Обрезка облоя в холодном состоянии применятся, если предел прочности при растяжении в отожжённом состоянии не превышает 50 кгс/мм2. Обрезка в горячем состоянии применяется, если предел прочности при растяжении в отожжённом состоянии превышает 50 кгс/мм2 или если при обрезке в холодном состоянии образуются трещины.
Штамповка с высокими скоростями деформирования. Методы высокоскоростного деформирования металлов имеют определенные преимущества перед штамповкой на обычных прессах и молотах, хотя использование такого оборудования и области применения этих методов специфичны.
Этапы разработки технологического процесса высокоскоростной штамповки поковок в общем сохраняют порядок технологических разработок при штамповке на обычных машинах, например на молотах [2].
Осуществляя скоростные методы нагрева заготовок (высокочастотный нагрев в индукторах), и, применяя скоростную деформацию за один ход молота, можно свести к минимуму окисления поверхности. Температуру нагрева заготовок под штамповку для титановых сплавов ВТЗ-1, ВТ5, ВТ6 и др. можно назначать в пределах 900-1000°С. Для технически чистого титана - на 50-100°С ниже. Штампы подогревают перед штамповкой приблизительно до 300°С.
Высокоскоростное деформирование импульсной формовкой энергии взрыва - вид обработки, чаще всего использующийся для листовой штамповки и раздачи труб. Сущность процесса заключается в получении импульсного давления при взрыве и передаче этого давления через жидкость (обычно воду) на деформируемую заготовку. Электроискровая обработка давлением - в этом случае энергия взрыва
заменяется энергией искрового разряда в жидкости. Его преимущество перед взрывной штамповкой -хорошая регулируемость энергии импульса. Электромагнитная штамповка - это метод обработки материалов, при котором заготовка помещается в электромагнитное поле, создаваемое специальными катушками. Под действием электромагнитных сил заготовка деформируется, приобретая нужную форму.
Защита металла поковок от окисления поверхности имеет особо важное значение, оптимальными являются высокочастотный нагрев и скоростное охлаждение поковок. Припуск на механическую обработку для большинства поковок можно назначать с учетом их дальнейшей обработки минимальным (0, 5 - 1, 5 мм).
Листовая штамповка. В производстве листовых заготовок и деталей из титановых сплавов применяют резку заготовок на гильотинных, дисковых и вибрационных ножницах, вырубку заготовок и деталей, пробивку и сверление отверстий в заготовках и деталях и др.
Листовая штамповка деталей из титановых сплавов возможна без нагрева металла (преимущественно для тонкостенных изделий из пластичных сплавов) и с нагревом (из листов большой толщины). Для малопластичных сплавов возможна штамповка с нагревом.
Основные операции листовой штамповки - гибка, вытяжка, отбортовка, формовка резиной, выколотка.
Гибка. При гибке необходимо учитывать упругую отдачу материала, которая зависит в основном от температуры деформирования, относительного радиуса гиба и угла гиба. Смазку при операциях гибки не применяют.
Вытяжка. Основным критерием, определяющим способность листовых материалов к глубокой вытяжке, является предельный коэффициент вытяжки. Предельный коэффициент вытяжки при комнатной температуре составляет 2, 0 - 2, 2 линейно возрастая с подогревом примерно до 3,6 при 500°С и мало изменяясь при дальнейшем повышении температуры до 700-750°С.
Отбортовка. Отбортовка применяется для получения деталей с большим фланцем и для придания им жесткости. Деформация при отбортовке происходит под действием растягивающих напряжений, вызывающих утончение материала в зоне отбортовки.
Формовка резиной. Процесс изготовления деталей из листового титана формовкой резиной состоит из двух последовательных операций: собственно формовки резиной и доводки контура детали согласно требованиям чертежа и шаблона.
При штамповке применяет выколотку как вспомогательную операцию. Производят выколотку на пневматических выколоточных молотах и ручным способом при помощи молотка и специального инструмента.
Выдавка. Применяется, когда необходимо получить из тонкого листа деталь с неизменной конфигурацией по радиусу конической или цилиндрической формы. Для этой операции используются токарно-давильные станки.
При нагреве под штамповку и при термической обработке на листах образуется окалины, которые необходимо удалять для улучшения штампуемости материала, возможность контроля качества отштампованных деталей, улучшения качества последующих сварных соединений и качества поверхности готовых деталей, а также повышения надежности работы их в эксплуатационных условиях. Для снятия внутренних напряжений, образовавшихся в результате механической обработки деталей, листовой штамповки, сварки и т.п., применяют неполный отжиг. В таблице 2 приведены режимы неполного отжига [2].
Таблица 2
Марка сплава Межоперационный отжиг Окончательный отжиг
t, °С г, мин t, °С г, мин
ВТ1-00 550-600 10-30 500 30-60
ОТ4-0, ОТ4-1 650-700 10-30 450-600 30-60
ВТ5-1, ВТ6С, ВТ14 750-800 10-30 550-650 30-60
Список используемой литературы:
1. Живов, Лев Иванович. Кузнечно-штамповочное оборудование [Текст]: [Учебник для вузов по специальности "Машины и технология обработки металлов давлением"] / Л. И. Живов, А. Г. Овчинников. - Киев: [Вища шк.], 1972. - 279 с.
2. Обработка титановых сплавов давлением [Текст]: Применение и основные методы обработки / [Г.Е. Мажарова, А.З. Комановский, Б.Б. Чечулин, С.Ф. Важенин]. - Москва: Металлургия, 1977. - 96 с.
3. Т. 5: Магниевые и титановые сплавы. Т. 5 / Науч. ред. докт. техн. наук М. Б. Альтман, докт. техн. наук С. Г. Глазунов, докт. техн. наук С. И. Кишкина. - 1973. - 583 с.
© Гордеев М.О., 2024
УДК 612.821:615.47:616.12-008
Гучук В.В.
к.т.н., ст.н.с.
Институт проблем управления РАН г. Москва, РФ
ВОПРОСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ УПРЕЖДАЮЩЕЙ КРИТЕРИАЛЬНОЙ АДАПТАЦИИ ДЛЯ МОНИТОРИНГА И УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ СИСТЕМАМИ
Аннотация
Описываются вопросы использования технологии упреждающей критериальной адаптации -ситуационно-контекстной перестройки системы мониторинга и управления сложными научно-техническими объектами, осуществляемой по определенным принципам и направленной на обслуживание режима выхода из наиболее вероятного негативного развития управляемого процесса.
Ключевые слова
Критерий, адаптация, динамические параметры, нештатная ситуация, интерактивный режим, логический анализ.
Задача предотвращения возникновения нештатных и аварийных ситуаций является одной из важнейших при разработке высоконадежных систем мониторинга и управления сложными научно-техническими объектами. Во многих таких объектах время между явным проявлением скатывания процесса управления в сторону нештатного режима и началом неуправляемого развития аварии бывает настолько ничтожно малым, что ситуацию уже невозможно выправить никаким образом [1]. В этих случаях весьма эффективным может оказаться заблаговременная перестройка системы управления, направленная на обслуживание наиболее вероятного развития процесса управления объектом, а именно использование технологии, которую будем называть технологией упреждающей критериальной адаптации (ТУКА).
Упреждающая критериальная адаптация:
- позволяет выстроить адекватную для текущей ситуации систему приоритетов и ранжиров параметров и показателей, что исключает запуск неактуальных алгоритмов, могущих заблокировать на определенное время включение нужного алгоритма (важнейший фактор для работы сложно-технических изделий в условиях жесткого временного лимита);
- настраивает определяющие параметры, например, уровни прерывания, пороги и условия
