Effect of the number of tag billets on the final part temperature

详细

The article describes the technology of deep cold die forging of parts which are made from low-alloy steel 20 and also the methodology of the experiment, revealed the effect of the number of stamped billets on the final temperature of the part

全文:

Введение Контактное трение при обработке металлов давлением чаще всего играет отрицательную роль. Оно увеличивает нагрузку на инструмент, приводит к повышению мощности деформирующего оборудования, способствует неоднородности деформации поковки, что в дальнейшем может создать неоднородную микроструктуру металла изделия [7]. Пластичность материала и качество поверхности штампуемой детали также может снизиться [8-9]. Стойкость инструмента существенно зависит от контактного трения. Для борьбы с отрицательными явлениями, вызванными контактными силами трения при штамповке, служат технологические смазки или покрытия, наносимые на инструмент или исходную заготовку перед деформированием. Особенно важно выбрать эффективную смазку при холодной объемной штамповке, когда нагрузки на инструмент достигают очень больших значений и приближаются к пределу прочности материала штампа (удельное давление может повышаться до 2000 – 2200 МПа). Практика последних десятилетий показала, что весьма эффективным способом уменьшения контактного трения при холодной объемной штамповке стальных деталей является нанесение на поверхность заготовок фосфатного покрытия с последующим омыливанием. При этом материальные затраты сравнительно невысоки. Фосфатное покрытие толщиной в несколько десятков микрометров и само является хорошей смазкой, и обладает высокой пористостью, благодаря чему хорошо удерживает основную смазку – мыло [1 – 4]. Известно, что при нагреве матрицы фосфатное покрытие с мылом на заготовке работает менее эффективно [5]. Нагрев в результате теплового эффекта деформации при холодной объемной штамповке детали «Корпус» (рисунок 1) достигает 200 - 250 °С. Отмечено повышение силы формообразования до 1860 кН при нагреве по сравнению с силой деформирования заготовки при начальной температуре 20 °С. Рисунок 1. Чертеж детали «Корпус» Технология изготовления детали «Корпус», изготавливаемой из стали 20, ГОСТ 1050-88, включает следующие операции. Отрезка заготовки от прутка Æ 48 мм. Отжиг заготовки при температуре 950 °С, время отжига – 3,5 часа. Проточка заготовки до Æ 47,2 мм (масса 480 г ± 5 г). Фосфатирование. Осадка заготовки. Высадка полуфабриката. Далее проводится ряд доводочных операций: сверлильная, токарная, фрезерная, слесар ная. Директивный технологический процесс фосфатирования. Обезжиривание образца бензином. Помещение в раствор соли «Мажеф» нагретой до 95 ºС на 15 минут. Промывание образца в холодной воде. Омыливание образца в растворе хозяйственного мыла (50 г на литр воды) при температуре 65 ºС в течение 10 минут. Сушка образца в потоке горячего воздуха. Состав соли «Мажеф» (Mn(H2PO4)2x2H2O) в соответствии с ТУ 6-09-02-570-2000 представлен в таблице 1. Таблица 1 Химический состав и технологические параметры соли «Мажеф» Компонент Количество, % Доля фосфорной кислоты, в пересчете на Р2О5 48,3 Массовая доля марганца Mn 14 ,7 Массовая доля железа 0,6 Массовая доля нерастворимых в воде веществ 4,9 Массовая доля сульфатов 0,7 Параметр Количество, % Общая кислотность 25 Потери при прокаливании 19 Экспериментальная часть Для установления средней температуры полуфабриката были проведены эксперименты с использованием датчика, фиксирующего инфракрасное излучение, изготовленного фирмой Micro-Epsilon Messtechnik GmbH. Диапазон измерений температуры данного датчика лежит в пределах от минус 20 °С до плюс 150 °С; оптическое разрешение равно 15:1; воспринимаемые длины волн находятся в пределах от 8 µм до 14 µм; время реагирования датчика 150 мс; контрольные размеры: длина 35 мм, Æ 12 мм. Замеры температуры проводили на 20 осаженных образцах перед извлечением полуфабриката из матрицы (масса матрицы с бандажом 6,650 кг), затем матрицу остужали в воде (до комнатной температуры), при этом пуансон не охлаждался. Всего было проведено 3 этапа измерений. На рисунке 2 показана схема штампа с установленным на нем датчиком Рисунок 2. Схема замера температуры образца (1. Датчик 2. Деталь 3. Матрица 4. Бандаж) Результаты измерений представлены в таблице 2 и на рисунке 3. Они свидетельствуют о том, что средняя температура полуфабриката при деформации увеличивается, но не превышает 100 °С. Рисунок 3. Средняя температура по результатам 3-х этапов При изучении эффективности работы смазок на водно-графитовой основе, используемых при горячей штамповке заготовок лопаток из жаропрочных сплавов [6], температура на контакте деформируемого металла с инструментом в результате тепловыделения от трения может значительно (иногда на 300 °С) превышать температуру при пассивном контакте двух нагретых тел. Вычисление фактической температуры на контакте, а также установление предельных значений температуры, выдерживаемых фосфатным покрытием, является задачей следующего этапа настоящего исследования. Таблица 2 Результаты замера температур после осадки № из-я Температура, ºС Средняя из 3 этапов № из-я Температура, ºС Средняя из 3 этапов Этап 1 Этап 2 Этап 3 Этап 1 Этап 2 Этап 3 1 52,4 68,78 74,73 65,3 11 89,36 90,15 89,27 89,6 2 59,07 75,63 79,17 71,3 12 88,74 89,11 93,83 90,6 3 71,27 79,72 78,75 76,6 13 87,09 94,04 93,44 91,5 4 67,72 76,93 85,51 76,7 14 89,57 91,28 91,77 90,9 5 72,02 83,34 81,83 79,1 15 93,71 89,28 92,49 91,8 6 81,17 80,44 87,07 82,9 16 92,8 87,82 97,12 92,6 7 84,11 86,05 85,43 85,2 17 93,53 95,54 96,23 91,5 8 87,33 86,77 89,89 87,9 18 92,34 94,93 98,87 95,4 9 86,41 89,26 88,69 88,1 19 95,84 96,68 94,83 95,8 10 91,59 91,29 88,67 90,5 20 95,29 95,99 93,78 95 Выводы При холодной объемной штамповке детали «Корпус» в результате теплового эффекта деформации повышается температура заготовки, что приводит к уменьшению силы формообразования примерно на 15 % по сравнению с начальной силой. Повышение давления связано с изменением структурного состояния фосфатного покрытия с омыливанием на поверхности раздела заготовки и матрицы.