ЛОКАЛЬНОЕ УПРОЧНЕНИЕ ИНСТРУМЕНТА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

 

Гончарова Ю.Г., Гончаров С.Н. (ИНЭКА, г. Набережные Челны, РФ)

 

         The capability of rising mechanical and operating properties of punches by the thermomechanical treatment is stated in the given paper.

 

Повышение механических характеристик инструмента с использованием более дешевых сталей является актуальной проблемой. Данная возможность появляется при более глубоком использовании заложенных в стали свойств. Осуществление данной возможности можно вести несколькими путями: производить легирование стали; производить сложную термообработку стали; производить термомеханическую. обработку. Наиболее перспективным способом на сегодняшний день является термомеханическая обработка стали [1,2]. Развитие методов механической обработки интенсивной пластической деформацией в работах ряда авторов [4] позволяет добиваться от стали максимальных характеристик.

В настоящее время существует несколько схем реализации интенсивной пластической деформации (ИПД): равноканальное угловое прессование; по схеме «песочные часы»; наковальня Бриджмена (осадка с кручением); винтовое прессование; сочетание осадки, обратного и прямого выдавливания [4], разработанного при участии авторов. Особенностью последнего способа является высокая эффективность при малом числе циклов (чаще одного цикла достаточно), сохранение первоначальной формы заготовки после проработки структуры, глубокая проработка структуры материала и, как следствие, высокая пластичность после обработки, простота осуществления в лабораторных и промышленных условиях, не требует специального оборудования.

Задавая разное отношение площадей поперечного сечения пуансонов для обратного и прямого выдавливания, можно регулировать глубину проработки структуры и формирование текстуры стали или сплава. При равенстве площадей получаем примерное равенство усилий штамповки, что позволяет использовать для осуществления процесса один и тот же пресс.

Полученная после обработки заготовка может использоваться на окончательной операции штамповки с целью получения, например, поковки пуансона (см. таблицу 1). При этом получаем наибольшую степень накопленной деформации как раз в местах наиболее частого разрушения пуансона – у опорного утолщения. По данным расчета, выполненного с использование ПО Qform 2D/3D, получили степень накопленной деформации в зоне опорного утолщения около 1800 %. Также обратим внимание на то, что при выбранном соотношении площадей поперечного сечения пуансонов обратного и поперечного выдавливания 1:1 центральная часть поковки имеет меньшую степень проработки (около 500%). В таблице 1 приведены в п.1 данные о напряженно-деформированном состоянии в конце обработки ИПД, а в п.2 данные о конце штамповки поковки пуансона из обработанной ИПД заготовки.

 

Таблица 1 – Напряженно-деформированное состояние поковки пуансона

№ п/п	Поле накопленной степени деформации	Поле распределения среднего напряжения
1
2

При расчете использовали сохранение истории деформирования для определения накопленной деформации к концу процесса. Важно, что штамповка поковки пуансона осуществляется сразу же после ИПД, что позволяет усилить эффект проработки структуры. Если при этом конец штамповки осуществить так, чтобы температура заготовки понизилась до нижнего интервала штамповки для данной стали, то можно избежать рекристаллизации и сохранить мелкую внутреннюю структуру поковки.

Благодаря свойствам процесса выдавливания металл находится в основном в состоянии объемного сжатия (см. таблицу 1), что позволяет избегать разрыва сплошности.

Таким образом, имеется принципиальная возможность управления структурообразованием в стали для достижения локальной требуемой плотности дислокаций и создания определенной ориентировки зерна.

Литература

1. Термомеханическая обработка стали. Бернштейн М.Л., Займовский В.А., Капуткина Л.М. -М.: Металлургия, 1983. -480 с.

2. Механические свойства металлов. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. -М.: Металлургия, 1979. -496 с.

3. Гончаров, С.Н. Компьютерный анализ процессов пластической деформации / С.Н. Гончаров, М.Н. Гончаров; ГОУ ВПО «Кам. гос. инж.-экон. акад..» - Набережные Челны: 2009. - 170 c.

4. Гончаров С.Н., Шибаков В.Г., Мухин М.В. Способ пластического структурообразования металлов при интенсивной пластической деформации и устройство для его осуществления. Патент РФ №2189883 от 21.02.01