Том 25 № 4 2023 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Акинцева А.В., Переверзев П.П. Моделирование взаимосвязи силы резания с глубиной резания и объемами снимаемого металла единичными зернами при плоском шлифовании.................................................................................................................... 6 Шарма Ш.С., Йоши А., Раджпут Й.С. Систематический обзор технологий производства металлической пены...................... 22 Карлина Ю.И., Кононенко Р.В., Иванцивский В.В., Попов М.А., Дерюгин Ф.Ф., Бянкин В.Е. Обзор современных требований к сварке трубных высокопрочных низколегированных сталей................................................................................................. 36 Старцев Е.А., Бахматов П.В. Влияние режимов дуговой автоматической сварки на геометрические параметры шва стыковых соединений из низкоуглеродистой стали, выполненных с применением экспериментального флюса.............................. 61 Мартюшев Н.В., Козлов В.Н., Ци М., Багинский А.Г., Хань Ц., Бовкун А.С. Фрезерование заготовок из мартенситной стали 40Х13, полученных с помощью аддитивных технологий.......................................................................................................... 74 Логинов Ю.Н., Замараева Ю.В. Оценка схемы многоканального углового прессования прутков и возможности ее применения на практике................................................................................................................................................................................. 90 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Раджпут Й.С., Шарма А.К., Мишра В.Н., Саксена К., Дипак Д., Шарма Ш.С. Влияние геометрии наконечника сварочного инструмента на характеристики растяжения соединений сплава АА8011, полученных сваркой трением с перемешиванием.... 105 Чинчаникар С., Гейдж М.Г. Моделирование рабочих характеристик и мультикритериальная оптимизация при токарной обработке нержавеющей стали AISI 304 (12Х18Н10Т) резцами с износостойким покрытием и с износостойким покрытием, подвергнутым микропескоструйной обработке.................................................................................................................................... 117 Гуле Г.С., Санап С., Чинчаникар С. Точение стали AISI 52100 с наложением ультразвуковых колебаний: сравнительная оценка и моделирование с использованием анализа размерностей.................................................................................................... 136 Пивкин П.М., Ершов А.А., Миронов Н.Е., Надыкто А.Б. Влияние формы тороидальной задней поверхности на углы режущего клина и механические напряжения вдоль режущей кромки сверла.................................................................................. 151 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Мамадалиев Р.А. Влияние внутренних напряжений на интенсивность коррозионных процессов конструкционной стали......................................................................................................................... 167 Клименов В.А., Колубаев Е.А., Хань Ц., Чумаевский А.В., Двилис Э.С., Стрелкова И.Л., Дробяз Е.А., Яременко О.Б., Куранов А.Е. Модуль упругости и твердость титанового сплава, сформировавшегося в условиях электронного лучевого сплавления при 3D-печати проволокой................................................................................................................................................. 180 Воронцов А.В., Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Москвичев Е.Н., Новицкая О.С., Княжев Е.О., Денисова Ю.А., Леонов А.А., Денисов В.В. In situ анализ кристаллической решетки нитридных однокомпонентных и многослойных покрытий ZrN/CrN в процессе термоциклирования............................................................................................................................................... 202 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Гриненко А.В., Колубаев Е.А. Влияние высокоэнергетического воздействия при плазменной резке на структуру и свойства поверхностных слоёв алюминиевых и титановых сплавов............................................................................................... 216 Бобылёв Э.Э., Стороженко И.Д., Маторин А.А., Марченко В.Д. Особенности формирования Ni-Cr покрытий, полученных диффузионным легированием из среды легкоплавких жидкометаллических растворов.................................................................. 232 Бурков А.А., Коневцов Л.А., Дворник М.И., Николенко С.В., Кулик М.А. Формирование и исследование свойств покрытий из металлического стекла FeWCrMoBC на стали 35............................................................................................................ 244 Шарма Ш.С., Хатри Р., Йоши А. Синергетический подход к разработке легкого пористого металлического пеноматериала на основе алюминия с использованием литейно-металлургического метода.................................................................................... 255 Строкач Е.А., Кожевников Г.Д., Пожидаев А.А., Добровольский С.В. Моделирование эрозионного износа титанового сплава высокоскоростным потоком частиц........................................................................................................................................... 268 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 284 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 295 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 01.12.2023. Выход в свет 15.12.2023. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 37,0. Уч.-изд. л. 68,82. Изд. № 209. Заказ 296. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 25 No. 4 2023 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Aff airs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 25 No. 4 2023 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Akintseva A.V., Pereverzev P.P. Modeling the interrelation of the cutting force with the cutting depth and the volumes of the metal being removed by single grains in fl at grinding........................................................................................................................................ 6 Sharma S.S., Joshi A., Rajpoot Y.S. A systematic review of processing techniques for cellular metallic foam production................. 22 Karlina Yu.I., Kononenko R.V., Ivantsivsky V.V., Popov M.A., Deryugin F.F., Byankin V.E. Review of modern requirements for welding of pipe high-strength low-alloy steels.......................................................................................................................................... 36 Startsev E.A., Bakhmatov P.V. The infl uence of automatic arc welding modes on the geometric parameters of the seam of butt joints made of low-carbon steel, made using experimental fl ux......................................................................................................................... 61 Martyushev N.V., Kozlov V.N., Qi M., Baginskiy A.G., Han Z., Bovkun A.S. Milling martensitic steel blanks obtained using additive technologies................................................................................................................................................................................ 74 Loginov Yu.N., Zamaraeva Yu.V. Evaluation of the bars’ multichannel angular pressing scheme and its potential application in practice................................................................................................................................................................................................... 90 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Rajpoot Y.S., SharmaA.K., Mishra V.N., Saxena K., Deepak D., Sharma S.S. Eff ect of tool pin profi le on the tensile characteristics of friction stir welded joints of AA8011.................................................................................................................................................... 105 Chinchanikar S., Gadge M.G. Performance modeling and multi-objective optimization during turning AISI 304 stainless steel using coated and coated-microblasted tools........................................................................................................................................................ 117 Ghule G.S., Sanap S., Chinchanikar S. Ultrasonic vibration-assisted hard turning of AISI 52100 steel: comparative evaluation and modeling using dimensional analysis........................................................................................................................................................ 136 Pivkin P.M., Ershov A.A., Mironov N.E., Nadykto A.B. Infl uence of the shape of the toroidal fl ank surface on the cutting wedge angles and mechanical stresses along the drill cutting edge...................................................................................................................... 151 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Muratov K.R., Venediktov A.N., Mamadaliev R.A. Infl uence of internal stresses on the intensity of corrosion processes in structural steel....................................................................................................................................................................... 167 Klimenov V.A., Kolubaev E.A., Han Z., Chumaevskii A.V., Dvilis E.S., Strelkova I.L., Drobyaz E.A., Yaremenko O.B., Kuranov A.E. Elastic modulus and hardness of Ti alloy obtained by wire-feed electron-beam additive manufacturing................... 180 Vorontsov A.V., Filippov A.V., Shamarin N.N., Moskvichev E.N., Novitskaya O.S., Knyazhev E.O., Denisova Yu.A., Leonov A.A., Denisov V.V. In situ crystal lattice analysis of nitride single-component and multilayer ZrN/CrN coatings in the process of thermal cycling.......................................................................................................................................................................................... 202 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Kniazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Grinenko A.V., Kolubaev E.A. Infl uence of high-energy impact during plasma cutting on the structure and properties of surface layers of aluminum and titanium alloys................................................................................................................... 216 Bobylyov E.E., Storojenko I.D., Matorin A.A., Marchenko V.D. Features of the formation of Ni-Cr coatings obtained by diff usion alloying from low-melting liquid metal solutions..................................................................................................................................... 232 Burkov А.А., Konevtsov L.А., Dvornik М.И., Nikolenko S.V., Kulik M.A. Formation and investigation of the properties of FeWCrMoBC metallic glass coatings on carbon steel.......................................................................................................................... 244 Sharma S.S., Khatri R., Joshi A. A synergistic approach to the development of lightweight aluminium-based porous metallic foam using stir casting method........................................................................................................................................................................... 255 Strokach E.A., Kozhevnikov G.D., Pozhidaev A.A., Dobrovolsky S.V. Numerical study of titanium alloy high-velocity solid particle erosion.......................................................................................................................................................................................... 268 EDITORIALMATERIALS 284 FOUNDERS MATERIALS 295 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 90 ТЕХНОЛОГИЯ Оценка схемы многоканального углового прессования прутков и возможности ее применения на практике Юрий Логинов 1, 2, a, Юлия Замараева 1, 3, b, * 1 Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, ул. Софьи Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620137, Россия 2 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, г. Екатеринбург, 620002, Россия 3 ОАО «Каменск-Уральский металлургический завод», ул. Заводская, 5, г. Каменск-Уральский, 623405, Россия a https://orcid.org/0000-0002-7222-2521, j.n.loginov@urfu.ru; b https://orcid.org/0000-0002-2620-7064, zamaraevajulia@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2023 Том 25 № 4 с. 90–104 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-90-104 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.7.01 История статьи: Поступила: 28 августа 2023 Рецензирование: 07 сентября 2023 Принята к печати: 25 октября 2023 Доступно онлайн: 15 декабря 2023 Ключевые слова: Угловое прессование Малопластичные металлы Прессовый инструмент Скорость деформации Степень деформации Метод конечных элементов Финансирование Работа выполнена в рамках государственного задания по теме «Давление» № АААА-А18-118020190104-3. Благодарности Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнауки № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Обработка малопластичных материалов требует создания высокого уровня сжимающих напряжений в процессе деформации. Это требование реализуется, например, в процессе равноканального углового прессования (РКУП). Однако продукция, получаемая методом РКУП, имеет сечение, идентичное исходной заготовке, что является одним из недостатков этого способа. Метод неравноканального углового прессования (НРКУП) в отличие от РКУП дает возможность изменить форму исходной заготовки в сторону приближения к форме готового продукта. Однако известное устройство НРКУП позволяет получить продукцию только в виде тонкой полосы прямоугольного поперечного сечения. Известные устройства для многоканального прессования не углового типа также имеют недостаток – их реализуют только на прессах горизонтального типа, где есть возможность приема длинномерных изделий на площадях цеха. Цель работы: оценка схемы многоканального углового прессования прутков, сочетающей в себе изменение формы исходной заготовки в поперечном сечении, а также накопление в процессе деформации высокого уровня деформации. Методы исследования: конечно-элементное моделирование с помощью программного модуля DEFORM. Результаты и обсуждение. В работе рассмотрена схема процесса углового прессования с применением устройства, позволяющего получать, например, магниевые прутки диаметром d = 4,1 мм при количестве каналов матрицы n = 3 из заготовки круглого поперечного сечения. Контейнер данного устройства в своей нижней части имеет прямоугольный паз, куда вставлена матрица. Моделирование исследуемого процесса с применением матрицы при расположении осей ее каналов в плоскости, ортогональной оси контейнера, и в первом варианте – вдоль оси прямоугольного паза, а во втором – вдоль радиуса контейнера позволило осуществить оценку распределения среднего напряжения. Установлено, что на металл заготовки в обоих вариантах процесса деформации воздействуют напряжения сжатия на высоком уровне (–1600 МПа). Оценка степени деформации отпрессованных прутков позволила выяснить, что в обоих вариантах процесса на начальной стадии максимум степени деформации может достигать значения 2,6, а на установившейся стадии – 5,0. Установлено, что в случае применения первого варианта матрицы уровень деформации по длине прутков ниже, чем при применении второго варианта матрицы. Разница достигает 20 %. Посредством оценки распределения степени деформации в поперечном сечении отпрессованных прутков вблизи очага деформации установлено, что в случае применения первого варианта матрицы отпрессованные прутки первого и третьего канала имеют неравномерность, причем большее значение степени деформации находится на периферийной части прутков со стороны, граничащей с центральным прутком. Это различие степени деформации достигает 20 %. При размещении второго варианта матрицы эта неравномерность уменьшается до 12 %. Таким образом, в случае применения матрицы с расположением осей каналов вдоль радиуса контейнера степень деформации распределяется более равномерно по сравнению со степенью деформации при применении матрицы с расположением осей каналов вдоль оси прямоугольного паза. Для цитирования: Логинов Ю.Н., Замараева Ю.В. Оценка схемы многоканального углового прессования прутков и возможности ее применения на практике // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023. – Т. 25, № 4. – С. 90–104. – DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-90-104. ______ *Адрес для переписки Замараева Юлия Валентиновна, н.с. Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, ул. Софьи Ковалевской, 18, 620137, г. Екатеринбург, Россия Тел.: +7(950)200-56-79, e-mail: zamaraevajulia@yandex.ru Введение При обработке малопластичных материалов часто приходится прибегать к схемам, реализующим высокий уровень сжимающих напряжений [1–3]. Например, авторами работ [4, 5] показано, что посредством напряжений сжатия, достигае-
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 91 TECHNOLOGY мых в процессе равноканального углового прессования (РКУП) [6–8], возможно деформировать малопластичный магний и его сплавы наравне с пластичными средами. Однако устройства РКУП имеют недостаток: конечное изделие, полученное посредством данного метода, имеет сечение, аналогичное исходной заготовке [9–11]. Кроме того, конечное изделие имеет малую длину, что объясняется малой длиной исходной заготовки, ограниченной условиями трения на стенке контейнера. При разовом применении процесса РКУП в конечном изделии также наблюдается неоднородное деформированное состояние [12]. В случае применения неравноканального углового прессования (НРКУП) в отличие от РКУП изменение формы исходной заготовки заложено в сути процесса [13]. Устройство для НРКУП состоит из пуансона и контейнера, опирающегося нижней частью на плиту, при этом между нижним торцом контейнера и плоской поверхностью плиты имеется щелевой зазор прямоугольного поперечного сечения, выполняющий роль матрицы. В результате течения металла через зазор формируется листовая заготовка в виде тонкой полосы аналогичного зазору профиля, при этом возможность получения иного профиля отсутствует, что и является недостатком этого устройства. Однако есть потребность в пресс-изделиях круглого, квадратного и других сечений. Таким образом, данное устройство ограничено в своих технологических возможностях. Существуют устройства многоканального прессования не углового типа, где направление движения пуансона совпадает (прямой метод) или не совпадает (обратный метод) с перемещением в процессе деформации прессуемого профиля [14, 15]. Однако эти устройства также имеют недостаток: их применение возможно только на прессах горизонтального типа, обеспечивающих прием длинномерных изделий на производственных площадях, при этом на прессах вертикального типа прием таких изделий невозможен. Поэтому в данном случае выгодным становится использование схемы углового прессования, где ось пресса вертикальна, а ось прессуемого изделия ей перпендикулярна. Изделия, полученные по такой схеме, возможно принимать на стеллаж, используя, например, дополнительные устройства натяжения готового профиля [16]. Обычно максимально допустимая степень деформации при прессовании определяется либо пластичностью металла, либо нагрузкой на прессовый инструмент. В отличие от обычных расчетов деталей на прочность, где допустимые коэффициенты запаса прочности ограничивают величинами от 5 до 10, прессовый инструмент часто работает на пределе возможностей при коэффициенте запаса несколько выше единицы. В этом случае такой инструмент применяется на один цикл прессования, а в следующем цикле приходится инструмент заменять из-за потери формы. Например, этот прием применяется при прессовании титановых, вольфрамовых, молибденовых и других сплавов. В связи с различными термомеханическими параметрами обработки, применяемыми для обработки разных сплавов, допускаемая степень деформации оказывается различной. Существуют рекомендации для применения разных коэффициентов вытяжек в производственных условиях для разных материалов: например, для бронз – от 30 до 50, для магниевых сплавов – от 60 до 100. Таким образом, максимально допустимый коэффициент вытяжки для магниевых сплавов составляет 100, что соответствует степени деформации около ln(100) ≅ 5. В дальнейших расчетах будет учтено это значение. Целью работы является оценка схемы многоканального углового прессования прутков, сочетающей в себе изменение формы исходной заготовки в поперечном сечении и накопление высокого уровня деформации в процессе деформации. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи. 1. Описать схему устройства для многоканального углового прессования прутков, в том числе особенности конструкции матрицы. 2. Создать два варианта компьютерной модели процесса холодной деформации магния методом многоканального углового прессования прутков d = 4,1 мм при количестве каналов матрицы n = 3 (первый вариант – оси каналов матрицы расположены вдоль оси прямоугольного паза, второй вариант – оси каналов матрицы расположены вдоль радиуса контейнера) и провести моделирование в программном комплексе DEFORM-3D.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 4 2023 92 ТЕХНОЛОГИЯ 3. Произвести анализ напряженно-деформированного состояния металла посредством компьютерного моделирования при применении двух вариантов матрицы, в частности осуществить сравнение среднего напряжения, осевых напряжений, скорости и степени деформации. Методика исследований Нами рассмотрена схема устройства для углового многоканального прессования (рис. 1), состоящего из следующих конструктивных элементов: пуансона 1, контейнера 2, фланца 3, болтов 4 и нижней плиты 6. Контейнер 2 соединен с плитой 6 посредством фланца 3 и болтов 4. В нижней части контейнера 2 (рис. 1, а) выполнен прямоугольный паз, расположенный под углом 90° относительно оси контейнера 2 диаметром D. В паз установлена матрица 5, обладающая в рассматриваемом случае тремя каналами равноосной формы. Форма каналов матрицы 5 показана на рис. 1, б. Оси этих каналов расположены под углом 90° относительно оси контейнера, вдоль оси прямоугольного паза. Следует отметить, что каналы могут быть размещены и иначе, а именно – вдоль радиуса контейнера. При этом в первом варианте размещения обеспечивается вытекание прутков из матриц параллельными рядами, во втором – симметрия течения металла прессуемых прутков относительно центра окружности полости контейнера. В данном случае в своем поперечном сечении каналы имеют форму круга. Следует отметить, что каналы могут иметь и другое поперечное сечение (например, квадратное), – это зависит от требований потребителя прессованной продукции. Таким образом, присутствие в числе конструктивных элементов устройства для углового многоканального прессования матрицы обеспечивает изменение конфигурации поперечного сечения прессуемого изделия до формы отверстий, имеющихся в матрице. Применение матрицы с количеством каналов n > 2 позволяет приблизить значения усилия прессования к минимально возможным значениям. Из теории прессования известно, что усилие пропорционально натуральному логарифму коэффициента вытяжки, а при большем количестве а б Рис. 1. Схема устройства для углового прессования прутков круглого поперечного сечения в количестве трех штук: а – начало процесса отражено на левой половине, стационарная стадия процесса отражена на правой половине; б – поперечный разрез А–А: слева показана матрица с расположением осей каналов под углом 90° к оси контейнера и вдоль оси прямоугольного паза, с отображением справа того же с расположением прутков (б) Fig. 1. The structure diagram of the device for angular pressing of bars round cross-section in the amount three: a – the beginning of the process is refl ected on the left half, the stationary stage of the process is refl ected on the right half; б – the cross section A-A: on the left shows a matrix with the axes of the channels at an angle of 90° to the axis of the container and along the axis of the rectangular groove, with the display on the right of the same with the location of the bars
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 93 TECHNOLOGY каналов общий коэффициент вытяжки уменьшается. Это становится важным фактором, если планируется прессование металлов с высокими значениями сопротивления деформации без применения нагрева. Однако приходится учитывать, что при увеличении числа каналов растет площадь контактной поверхности на уровне калибрующих поясков матрицы. Усугубляет ситуацию то, что учет этой площади в формуле определения усилия прессования осуществляется введением в качестве сомножителя коэффициента вытяжки, а это при прессовании значительная величина. Поэтому приходится следовать правилу минимизации длин калибрующих поясков. Их длина должна обеспечивать условие прочности с небольшим коэффициентом запаса. При постановке задачи длина калибрующих поясков назначена 4 мм. Следует специально отметить, что, в отличие от традиционного прессования, оси каналов матрицы в данном случае находятся в плоскости, расположенной под углом 90° к оси контейнера. Это позволяет уменьшить размер пресс-остатка, что, в свою очередь, ведет к росту значения выхода годной продукции. Равноосная форма каналов матрицы обеспечивает в каждом макроочаге деформации равномерное распределение напряжения. На рис. 1, а, б справа показана схема рассматриваемого устройства, отражающая взаимное положение деталей в промежуточный момент деформации заготовки 7 с получением прутков 8. Следует указать, что устройство устанавливается и фиксируется на столе пресса, а пуансон 1 (рис. 1, а) взаимодействует с ползуном пресса. Конструктивные элементы скрепления плиты 6 со столом и пуансона 1 с ползуном на рис. 1 не показаны. Подготовкой к процессу прессования цилиндрической заготовки 7 диаметром D является нанесение на нее смазки по торцам и боковой поверхности. Первым этапом цикла прессования является установка заготовки 7 в канал контейнера 2. Далее посредством привода пресса приводят в действие пуансон 1 и опускают его до соприкосновения с верхним торцом заготовки 7. На рис. 1, а, б слева показано взаимное положение деталей устройства в этот момент. На следующем этапе процесса пуансон 1 под действием усилия пресса Р перемещается, при этом деформируется нижняя торцевая поверхность заготовки 7, а основной ее металл вытекает в каналы матрицы 5. В результате такого цикла прессования формируются три прутка диаметром d, длина которых зависит от объема исходной заготовки и степени деформации материала. Эксперименты по холодному прессованию магния были выполнены на прессе номинальным усилием 10 МН [17] в условиях научной лаборатории института физики металлов УрО РАН. Номинальное усилие цилиндров подъема пресса – 2 МН. Номинальное давление рабочей жидкости – 32 МПа. Ход подвижной траверзы – 1000 мм. Наибольшее расстояние между столом и подвижной траверсой – 1800 мм. Сама сборка прессового инструмента соответствовала схеме углового неравноканального прессования, и при этом использовалась матрица с одним каналом прямоугольного сечения размерами 40×1 мм. Пуансон изготовлен из стали Р18 с целью исключения его разрушения вследствие воздействия на него в процессе деформации усилия достаточно высокого значения. Выбор этой марки стали обоснован ее высоким сопротивлением к разрушению и твердостью. Сталь Р18 была подвергнута закалке в вакуумной капсуле при температуре 1290 °С и трехкратному отпуску по одному часу при температуре 550 °С. В результате такой термической обработки получено достаточно высокое значение твердости (64 HRC). Прессование осуществляли из контейнера круглого поперечного сечения, состоящего из двух втулок, плотно вставленных одна в другую с натягом. Внутренняя втулка по сравнению с наружной изготовлена из более прочной стали, так как она в процессе воспринимает большую часть давления. Внутренний диаметр контейнера – 40 мм. Коэффициент вытяжки при получении полосы 40×1 мм составил 2 / ( ) 31 4 D bh π λ = = . Выявлено, что при таких технологических параметрах повреждений прессовой оснастки не происходит. Сделан вывод о том, что схема работоспособна и значение коэффициента вытяжки λ менее 31 в описанной схеме деформации является допустимым. При использовании рассматриваемого устройства, в состав которого входит матрица,
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1