CC BY
29
В. Л. КОНОВАЛОВ К. Д. САВЕЛЬЕВ Е. Д. ВАСИЛЬЕВ Н. С. АЛЕКСАНДРОВА
Омский государственный технический университет
ОСОБЕННОСТИ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ КРАЕВОЙ ЗОНЫ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО УЧАСТКА ПОЛЫХ ОБРАЗЦОВ С ОТНОСИТЕЛЬНО ТОЛСТОЙ СТЕНКОЙ, ОБЖАТЫХ В КОНИЧЕСКОЙ МАТРИЦЕ
Выполнен экспериментальный анализ влияния характеристик инструмента и исходных заготовок на параметры формоизменения краевой зоны цилиндрических участков образцов из толстостенной трубы, обжатых в конических матрицах. Полученные количественные оценки представлены графиками, которые помогут рационально проектировать штампованные изделия.
Ключевые слова: обжим, коническая матрица, толстостенная труба, формоизменение краевой зоны.
УДК 621.983.7
При обжиме в конической матрице, когда изделие формуется с образованием цилиндрического хвостовика, конфигурация его краевой зоны характерно отличается от остальной части, что вполне очевидно из представленного фотографического изображения (рис. 1а).
В таком случае схематически обжатый образец описывается формой и размерами согласно рис. 1б. При этом дальше по тексту S3=(d3 — d2)/2.
Видно, что оговоренные отличия состоят в:
— увеличеных наружном и внутреннем диаметрах;
— неравномерной толщине стенки.
В работах [1, 2] показано, что так происходит вследствие поведения металла, сходящего с конусной воронки и свободно разворачивающегося под действием изгибающего момента, возникающего от тангенциальных напряжений на кромке.
Для изделий из тонкостенных труб << 0,1.
Здесь и далее: S0 и D0 — толщина и наружный диаметр исходной заготовки) неравномерность толщины стенки в краевой зоне незначительна и не имеет сколько-нибудь существенного значения, так как кромка чаще всего подрезается при механической
Таблица 1
Размеры обжатых образцов, параметры матриц и исходных заготовок
Номер образца 5/Д) Угол матрицы К об. 53, мм hз, мм h4, мм
1 2 3 4 5 6 7
1 0,14 150 1,20 5,40 6,10 5,98
2 0,14 10° 1,25 5,38 5,44 8,60
3 0,18 250 1,40 7,14 5,86 5,94
6 0,18 100 1,40 7,20 5,20 8,15
8 0,14 100 1,30 5,60 5,30 7,90
13 0,11 150 1,30 4,97 5,20 5,15
17 0,14 250 1,20 5,50 7,31 7,76
18 0,18 250 1,30 6,55 6,14 6,65
19 0,14 150 1,30 5,63 5,85 5,85
20 0,18 100 1,25 6,98 5,51 9,20
21 0,18 150 1,30 7,00 6,67 6,29
22 0,18 150 1,20 6,61 6,90 7,30
24 0,14 100 1,55 6,15 3,02 6,64
25 0,18 100 1,30 7,02 5,30 8,70
26 0,18 250 1,25 6,36 6,68 7,36
27 0,18 200 1,25 6,45 6,10 8,50
28 0,18 200 1,40 7,00 5,27 7,55
33 0,11 100 1,25 4,32 4,80 7,70
34 0,14 250 1,25 5,19 6,40 7,26
35 0,11 100 1,30 4,58 4,40 7,40
36 0,11 250 1,25 4,00 6,30 6,46
37 0,18 250 1,20 6,50 7,70 7,80
43 0,14 250 1,40 5,20 4,50 5,40
44 0,11 150 1,50 4,92 4,05 4,78
48 0,11 250 1,40 3,93 4,50 5,30
49 0,11 250 1,30 3,95 5,45 5,50
500 0,14 200 1,40 5,72 5,05 7,47
57 0,18 150 1,50 7,63 4,10 4,94
59 0,14 150 1,50 6,38 3,66 4,87
60 0,11 150 1,20 4,28 5,40 5,50
64 0,11 200 1,30 4,40 5,74 7,10
78 0,11 200 1,40 4,50 5,00 7,00
80 0,11 200 1,25 4,30 6,00 7,30
83 0,18 200 1,30 6,80 6,00 8,23
111 0,14 200 1,30 5,65 6,00 7,85
112 0,14 200 1,25 5,40 6,10 8,00
113 0,11 100 1,55 4,86 2,80 5,50
115 0,11 100 1,40 4,51 4,10 7,03
116 0,14 250 1,30 5,19 5,70 6,55
118 0,14 100 1,40 5,90 4,80 7,40
200 0,11 250 1,20 4,35 6,86 6,90
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014
1.15
а = 10
Б,/Б..
.05
1.00
0,95
&/Р=0.11
&/0=0.14 ^
* 1>=0.18
Б,/5.,
.20 1.15 1.10 1.05 1.00 0,95
1,25 1.30 1,35 1.40 1.45 1,50 1.55
коэффициент обжима
а = 15“
н. 1 >=0.1 1
я . 0=0,14
Я 0=^18
1.2 1.3 1,4
коэффициент обжима
1.5
5,/5„
1.10
1.05 1,00 0,95 0.90
1.10
1.05 1.00 0.95 0.90
а = 20’
N 1) О.І і
\ &/І) 0.18
1,25 1,30 1,35
коэффициент обжима
а = 25"
1.20 1.25 1,30 1.35
коэффициент обжима
1.40
N 1)0 П — і
___— ^
N 0=0,14
і Ь 1)-0,18
1.40
Рис. 2. Графики зависимости параметра S3/Sc от коэффициента обжима, угла матрицы и относительной толщины стенки исходной заготовки
н./н..
ь,/н„
0.050
0.040'
0.030
0.020
0.110
0.100
0.090
0.080
0,070
0,060
а = 20*
&/Р«0.14
&/Р=0.18
&/ЕМЩ /
1,25 1,30 1,35
коэффициент обжима
в = 25"
1.40
ч 1) п 14
Ь 1>=0,18
' П-О.ІІ ^
1.20 1.25 1,30 1,35 1,40
коэффициент обжима
Рис. 3. Графики зависимости параметра ^/Н0 от коэффициента обжима, угла матрицы и относительной толщины стенки исходной заготовки
и./н
0.095
0.090
0.085
0.080
0.075
0,070
0.065
о = 10
8.0=0.18
Ч 0=044
"—~—
& яхш
0.100
1,25 1,30 1,35 1,40 1.45 1.50 1.55
коэффициент обжима
а = 15"
Ь,/Н,
0.090
0.080
0,070
0.060
&/Р-0.18
Я. 0=014
^
<*/0=0,11
1,2
1,
1.4
1.5
коэффициент обжима
0.100
І1./Н,
ИЛ1
0.090
0.080
0.070
0.105
0.100
0.095
0.090
0,085
0.080
0.075
0.070
.25
а = 20"
&/0=0,18
Я/0=0.14 / "г
Ч 0=0,11
.30
.35
.40
коэффициент обжима а = 25’
Я./0=0.11 ч 1) 0.18
Ч |) 0 14
1.20 1.25
.30
1,35
1.40
коэффициент обжима
Рис. 4. Графики зависимости параметра Ь4/Н0 от коэффициента обжима, угла матрицы и относительной толщины стенки исходной заготовки
обработке на стадии получения готовой детали. Аналогично можно поступать и с толстостенными изделиями > 0,1), что, однако, приведет к более
существенным потерям металла в виде напуска. Рациональный подход в этом случае — включение краевой зоны в тело готовой детали. Такое возможно при наличии количественных данных о параметрах формоизменения края обжатого хвостовика.
Поставленная таким образом задача решена в экспериментах, выполненных на образцах из стали 20, которые подвергли холодному обжиму в матрицах с углами конусной воронки (на сторону) а в 10, 15, 20 и 25 градусов. Диаметры выходных отверстий, формирующих цилиндрический хвостовик, соответствуют коэффициентам обжима (К об) 1,2, 1,25, 1,30, 1,40, 1,50 и 1,55. Параметр К об определяется как отношение D0 / d.
Опытная партия образцов изготовлена из толстостенной бесшовной трубы наружным диаметром 42 мм и толщиной стенки 7 мм. Образцы готовили по следующей технологии:
— токарная разрезка трубы на заготовки длиной 70±0,2 мм;
— химическое покрытие поверхности способом ускоренного фосфатирования [3];
— редуцирование в холодном состоянии в матрице с углом конус 10° на диаметр 37,8±0,05 мм. При этом заготовки удлинялись до 75,5±0,25 мм;
— растачивание внутренней полости на диаметры, обеспечившие толщины стенок, соответствующие величинам параметра S0/D0 0,11, 0,14, 0,18.
Для уменьшения трения как при редуцировании, так и при обжиме заготовки омыливали.
Обжим произведен по открытой схеме [4, рис. 2.2а]. Деформированные образцы обмеряли в соответствии со схемой, приведенной на рис. 1б.
Для обеспечения неподвижности во время замеров заготовки и деформированные образцы зажимали в слесарных тесах. Каждый из размеров определяли дважды во взаимно перпендикулярных плоскостях. Поэтому результаты, внесенные в табл. 1, пред-
ставляют собой среднее арифметическое двух измерений.
Для удобства анализа результатов экспериментов в плане установления зависимости параметров формоизменения краевой зоны от характеристик деформирующего инструмента и размеров исходныгх заготовок, а также в целях практического пользования этими результатами, табличные значения представлены в форме графиков (рис. 2 — 4). В качестве параметров формоизменения приняты относительные величины S3/S0, Ц/Н0, ^/Н0. Причем Н0 — это длина исходной заготовки.
Видно, что зависимость S3/S0 от а, S0/D0 и К об имеет в большинстве случаев характер, приближающийся к линейному. Исключение выпадает лишь для S0/D0 = 0,11 и а = 15°. При этом абсолютные значения S3 составляют от 92 % до 118 % от S0, а параметры матриц и размеры исходных заготовок влияют на эти значения однозначно:
— с возрастанием угла матрицы и коэффициента обжима толщина стенки краевой зоны увеличивается;
— чем толще стенка исходной заготовки, тем меньше приращение S3
Анализ графиков для Ц/Н0 и ^/Н0 показывает, что протяженность краевой зоны по наружной и внутренней поверхностям не совпадает. При этом снаружи она практически всегда больше. Для рассматриваемых параметров верно утверждение — возрастание S0/D0 и К об приводит к уменьшению как Ц/Н0, так и ^/Н0. Касаясь влияния а для исследованного диапазона углов, следует отметить, что при а= 150 длина краевой зоны больше, чем при а =10°, для а = 200 уменьшается, а при а = 250 снова возрастает.
В таком случае можно предполагать наличие некоего экстремального значения угла между 150 и 200, при котором длина краевой зоны будет минимальной. Нахождение данного угла требует проведения дополнительных исследований.
Таким образом можно рекомендовать приведенные выше результаты к использованию при назначе-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №2 (130) 2014
нии припусков и напусков на поковки и холодноштампованные полуфабрикаты, изготавливаемые обжимом толстостенных трубных заготовок в конических матрицах.
Библиографический список
1. Аверкиев, Ю. А. Технология холодной штамповки : учебник для вузов по специальностям «Машины и технология обработки металлов давлением» и «Обработка металлов давлением»/ Ю. А. Аверкиев, А. Ю. Аверкиев. — М. : Машиностроение, 1989. — 304 с.
2. Попов, Е. А. Основы теории листовой штамповки : учеб. пособие для высших технических учебных заведений / Е. А. Попов. — М. : Машиностроение, 1968. — 283 с.
3. Холодная объёмная штамповка: справ. / Под. ред. Г. А. Навроцкого. — М. : Машиностроение, 1973. — 496 с.
4. Коновалов, В. А. Формоизменение и силовой режим при обжиме толстостенных трубных заготовок : моногр. / В. А. Коновалов. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2012. — 112 с.
КОНОВАЛОВ Валерий Александрович, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Машиностроение и материаловедение».
САВЕЛЬЕВ Константин Дмитриевич, магистрант, группа ОДМ-612.
ВАСИЛЬЕВ Евгений Дмитриевич, магистрант, группа ОДМ-612.
АЛЕКСАНДРОВА Наталья Сергеевна, магистрант, группа ОДМ-612.
Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, ОмГТУ, кафедра «Машиностроение и материаловедение».
Статья поступила в редакцию 13.03.2014 г.
© В. А. Коновалов, К. Д. Савельев, Е. Д. Васильев,
Н. С. Александрова
УДК 621.794.61 н. ф. КОЛЕНЧИН
Тюменский государственный нефтегазовый университет
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ АНОДИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ ЗА СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ ОЗОНА__________________________
Рассмотрено строение, определены толщина и износ оксидных покрытий на алюминиевом сплаве АЛ9 после анодирования в водном растворе серной кислоты с применением озона. Установлено увеличение кристаллической составляющей (у-Д1203) в покрытии. Разработана технология анодирования корпуса шестеренчатого насоса, которая уменьшает износ деталей в 7 раз.
Ключевые слова: анодирование, алюминиевый сплав, озон, толщина, микротвердость, износ.
Анодирование деталей из алюминия и его сплавов активно применяется в промышленности для повышения коррозионной стойкости, поверхностной твердости, износостойкости и т.д. Его сущность заключается в формировании оксида алюминия за счет поверхностного слоя металла, погруженного в электролит, при пропускании постоянного электрического тока. Основными технологическими параметрами процесса являются напряжение, плотность тока, а также состав и температура электролита.
Технологию анодирования совершенствуют до сих пор: меняют состав и понижают температуру электролита, применяют импульсы тока различной формы, ультразвук, в зону реакции вводят дополнительный кислород, перекись водорода и т.д. Перспективным в этом аспекте оказывается добавление озона к воздуху для барботажа электролита в процессе анодирования.
Озон известен как активный окислитель [1], ре-докс-потенциал которого уступает только фтору. Озон окисляет серебро, золото, платину [2]. Озониды щелочных металлов типа КО3, NaO3 являются силь-
нейшими окислителями, т.к. содержат большое количество активного кислорода в виде аниона О3-. Отмеченная активность озона обусловлена появлением в ходе взаимодействия синглетного кислорода 1О2 в электронно-возбужденном состоянии и других активных радикалов.
При этом использование озона в процессе анодировании алюминия и его сплавов осложняется сравнительно малой его растворимостью в водных растворах, быстрым (миллисекунды) разложением озона при столкновении с твердой поверхностью.
В работе исследовали влияние озона на процесс анодирования в водном растворе серной кислоты, используя установку, схема которой приведена на рис. 1.
Эксперименты провели с образцами алюминиевого сплава АЛ9 с размерами 30х30х5 мм. Температуру поддерживали на уровне (0±1) 0С, содержание озона в воздушной смеси: 1, 2 и 3 мг/л при скорости ее подачи 2 л/мин, концентрация серной кислоты — от 2,5 до 20 мас. %. Использовали режим падающей мощности, который обычно позволяет формировать пленки большой толщины.
