ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Отмечено, что стружка является нежелательным видом металлического лома, поскольку обладает развитой поверхностью, что создает условия для более интенсивного взаимодействия с окружающей атмосферой. Тем самым создаются условия для окисления и газонасыщения, особенно при повышенных температурах, характерных для процессов переплава. Поэтому рассматривается процесс утилизации стружки, минуя стадию переплава. Целью работы является установление уровня наклепа стружки при обработке алюминиевых сплавов и прогноз ее влияния на последующий процесс переработки. Методы исследования: для оценки деформированного состояния применили метод конечных элементов, реализованный в программном комплексе РАПИД-2D. Последовательность действий включала создание начальной формы очага деформации и конфигурации инструмента. Взаимное перемещение инструмента и деформируемого материала задано с помощью соответствующих граничных условий. Деформируемая среда – вязкопластический материал со степенным упрочнением, физико-механические свойства соответствуют алюминиево-магниевому сплаву. Результаты и обсуждение: полученное решение показывает, что степень деформации сдвига в стружке может достигать величины более 2. При этом более высокий уровень деформации локализован со стороны выпуклой части стружки. Выполнено сравнение решения с полученными ранее другими авторами и показана их сходимость. В рассмотренном варианте решения различие в степени нагартовки стружки по ее толщине составляет 36 %. Рассмотрен вариант последовательности обработки заготовки вначале холодной деформацией, а затем резанием. Областью применения результатов работы является разработка методов переработки техногенных образований. Выводы. В процессе резания пластическая деформация стружки достигает значительных величин. В работе установлено различие величин степени деформации сдвига по толщине стружки в зависимости от близости срезаемого слоя к поверхности режущего инструмента. Предложено это различие учитывать на последующих стадиях обработки стружки. Наличие отмеченной неоднородности механических свойств приводит к последствиям в виде неоднородного распределения температуры начала рекристаллизации при последующих операциях термической обработки или горячей деформационной обработки. Введен принцип аддитивности степени деформации, полученной металлом на стадии пластического формоизменения заготовки, и формоизменения собственно стружки.

1. Yaroslavtsev V.M., Yaroslavtseva N.A. The perfection of technology for recycling steel chips // Черные металлы. – 2018. – № 12. – С. 66–71.

2. Solid state recycling of aluminium AA6061 alloy chips by hot extrusion / M.I. Abd El Aal, M.A. Taha, A.I. Selmy, A.M. El-Gohry, H.S. Kim // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6, iss. 3. – P. 036525. – DOI: 10.1088/2053-1591/aaf6e7.

3. Effects of chip conditions on the solid state recycling of Ti-6Al-4V machining chips / E.W. Lui, S. Palanisamy, M.S. Dargusch, K. Xia // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 238. – P. 297–304. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.07.028.

4. Chiba R., Nakamura T., Kuroda M. Solid-state recycling of aluminium alloy swarf through cold profile extrusion and cold rolling // Journal of Materials Processing Technology. – 2011. – Vol. 211 (11). – P. 1878–1887. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2011.06.010.

5. Сравнительный анализ технологий изготовления сварочной проволоки из эвтектического силумина с применением совмещенных методов обработки / Н.Н. Загиров, С.Б. Сидельников, Ю.Н. Логинов, Р.Е. Соколов // Цветные металлы. – 2017. – № 4. – С. 86–92. – DOI: 10.17580/tsm.2017.04.13.

6. Moungomo J.B.M., Kouya D.N., Songmene V. Aluminium machining chips formation, treatment and recycling: a review // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 710. – P. 71–76. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.710.71.

7. Review of solid state recycling of aluminum chips / B. Wan, W. Chen, T. Lu, F. Liu, Z. Jiang, Z. Jiang, M. Mao // Resources, Conservation and Recycling. – 2017. – Vol. 125. – P. 37–47. – DOI: 10.1016/j.resconrec.2017.06.004.

8. Buchkremer S., Klocke F., Lung D. Analytical study on the relationship between chip geometry and equivalent strain distribution on the free surface of chips in metal cutting // International Journal of Mechanical Sciences. – 2014. – Vol. 85. – P. 88–103. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2014.05.005.

9. Control and mechanism analysis of serrated chip formation in high speed machining of aluminum alloy 7050-t7451 / Q. Shi, Z. Hao, S. Wang, X. Fu, H. Wang // Materials Science Forum. – 2020. – Vol. 990. – P. 13–17. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.990.13.

10. Koch A., Wittke P., Walther F. Computed tomography-based characterization of the fatigue behavior and damage development of extruded profiles made from recycled AW6060 aluminum chips // Materials. – 2019. – Vol. 12 (15), P. 2372. – DOI: 10.3390/ma12152372.

11. Electrical resistance-based fatigue assessment and capability prediction of extrudates from recycled field-assisted sintered EN AW-6082 aluminium chips / A. Koch, M. Bonhage, M. Teschke, L. Luecker, B.-A. Behrens, F. Walther // Materials Characterization. – 2020. – Vol. 169. – P. 110644. – DOI: 10.1016/j.matchar.2020.110644.

12. Effect of die design on the welding quality during solid state recycling of AA6060 chips by hot extrusion / V. Güley, A. Güzel, A. Jäger, N. Ben Khalifa, A.E. Tekkaya, W.Z. Misiolek // Materials Science and Engineering A. – 2013. – Vol. 574. – P. 163–175. – DOI: 10.1016/j.msea.2013.03.010.

13. Логинов Ю.Н. Решения технологических задач прессования с применением системы анализа процессов пластического деформирования "РАПИД 2D". – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. – 78 с. – ISBN 978-5-321-01026-6.

14. Dynamic mechanical behavior of 6061 Al alloy at elevated temperature sand different strain rates / X. Fan, T. Suo, Q. Sun, T. Wang // Acta Mechanica Solida Sinica. – 2013. – Vol. 26, iss. 2. – P. 111–120. – DOI: 10.1016/S0894-9166(13)60011-7.

15. The effect of varying strain rates and stress states on the plasticity, damage, and fracture of aluminum alloys / M.T. Tucker, M.F. Horstemeyer, W.R. Whittington, K.N. Solanki, P.M. Gullett // Mechanics of Materials. – 2010. – Vol. 42. – P. 895–907. – DOI: 10.1016/j.mechmat.2010.07.003.

16. Stress–strain behaviour of aluminium alloys at a wide range of strain rates / Y. Chen, A.H. Clausen, O.S. Hopperstad, M. Langseth // International Journal of Solids and Structures. – 2009. – Vol. 46. – P. 3825–3835. – DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2009.07.013.

17. Zones of material separation in simulations of cutting / H. Pan, J. Liu, Y. Choi, C. Xu, Y. Bai, T. Atkins // International Journal of Mechanical Sciences. – 2016. – Vol. 115–116. – P. 262–279. – DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2016.06.019.

18. Some insights on the modelling of chip formation and its morphology during metal cutting operations / T. Mabrouki, C. Courbon, Y. Zhang, J. Rech, D. Nélias, M. Asad // Comptes Rendus Mecanique. – 2016. – Vol. 344 (4). – P. 335–354. – DOI: 10.1016/j.crme.2016.02.003.

19. Orthogonal cutting simulation of OFHC copper using a new constitutive model considering the state of stress and the microstructure effects / L.A. Denguir, J.C. Outeiro, G. Fromentin, V. Vignal, R. Besnard // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 46. – P. 238–241. – DOI: 10.1016/j.procir.2016.03.208.

20. Колпашников А.И. Прокатка листов из легких сплавов. – М.: Металлургия, 1979. – 264 с. – ISBN 978-5-321-01026-6.

21. Alternative technology for manufacturing rod–wire products from AK12 silumin / N.N. Zagirov, Y.N. Loginov, S.B. Sidel’nikov, E.V. Ivanov // Metallurgist. – 2018. – Vol. 62 (5–6). – P. 587–596. – DOI: 10.1007/s11015-018-0696-9.