Технические науки / Металлургия

Скачков В.А., Иванов В.И., Нестеренко Т.Н., Очинский В.Н., Моисейко Ю.В.

Запорожская государственная инженерная академия

О ПОВЫШЕНИИ ПРОЧНОСТИ АЛЮМИНИЕВЫХ ТРУБОК

ПРЕЦИЗИОННОЙ ТОЧНОСТИ

Конструктивно-технологические решения теплообменных и газодинамических установок предполагают использование алюминиевых трубок прецизионной точности по толщине стенок и искривлению осевой линии с высокими прочностными и упругими характеристиками.

В работах [1-3] рассмотрены процессы волочения трубчатых заготовок, однако нет постановки и решения задачи обеспечения геометрической точности готовой продукции. Технологические методы обеспечения упругих, прочностных и геометрических характеристик алюминиевых трубок предполагают построение статистических характеристик черновых заготовок после их волочения в безоправочном режиме, на цилиндрических закрепленной и подвижной оправках, а также проведения последующей поверхностной обработки с оценкой степени деформационной анизотропии упругих и прочностных характеристик.

Одной из основных характеристик заготовок алюминиевых трубок является стабильность толщины стенки, которая определяет однородность жесткости трубок и их деформационное поведение в процессе волочения.

Для оценки статистических характеристик толщины заготовок проводили исследование представительных выборок, как по длине трубок, так и по их количеству. Толщину стенок измеряли с точностью до 0,001 мм по окружной координате на каждой фиксированной длине . Выполненные измерения позволили установить, что изменение толщины трубок h можно представить в виде соотношения

, (1)

где - текущая координата по длине трубки; - периодическая функция; - случайная функция с нулевым средним, которая удовлетворяет условиям эргодичности.

Периодическая компонента является гармонической и может быть представлена в виде

, (2)

где b₀ - статистическая средняя толщина стенки, учитывается только для расчета количества переходов и не влияет на стабильность толщины трубок; А, w, j - соответственно детерминированная амплитуда, круговая частота и фаза повторяемости, w = 2p/Т, Т - период колебаний.

Случайная компонента характеризуется корреляционной функцией

, (3)

где D_h - дисперсия толщины стенки; - расстояние от рассматриваемой точки i; k - положительная константа.

Последующая статистическая обработка результатов полученных измерений для заготовок алюминиевых трубок диаметром 8,0 мм и толщиной стенки 0,5 мм из сплава Д16Т позволила установить следующие значения параметров функций (2)-(3):

А = 0,041 мм; Т = 80 мм; D_h = 0,2676×10^-3; k = 2,839; j = 0.

При безоправочном волочении с вытяжкой 1,1 на первом переходе наблюдается изменение параметров функций (2)-(3) до значений:

А = 0,121 мм; Т = 96 мм; D_h = 0,5876×10^-3; k = 1,193; j = 0.

Волочение на цилиндрической закрепленной оправке с вытяжкой 1,05 на втором переходе обеспечивает выполнение параметров функций (2)-(4) в виде:

А = 0,012 мм; Т = 104 мм; D_h = 0,0066×10^-3; k = 0,798; j = 0.

Рассмотрение полученных результатов свидетельствует о том, что при безоправочном волочении степень колебания толщины алюминиевых трубок возрастает, а при оправочном волочении на закрепленной оправке - снижается. Однако фактическая стабилизация толщины стенки трубок приводит к искривлению осевой линии, что обусловлено несимметричностью зоны деформирования в волоке [1].

Для восстановления прямолинейности оси трубки необходимо ее подвергнуть обратной пластической деформации, при этом база обратной деформации должна соответствовать периоду Т = 104 мм, а уровень деформации e_обр - нижеприведенному соотношению:

. (4)

В процессе волочения заготовок трубок формируется деформационная анизотропия структуры их материала, степень которой определяется методами, изложенными в работе [4].

Прогнозирование упругих и прочностных характеристик алюминиевых трубок в условиях образования структурной анизотропии возможно с применением методов, представленных в работах [5,6].

Повышение жесткости трубок и обеспечение их геометрической точности достигается методом электрохимического оксидирования, при котором толщина оксидированного слоя находится в пределах 10...50 мин. Модуль упругости оксидированного слоя достигает 4...5 ГПа, а микротвердость составляет 50...90 МПа. Высокие показатели механических характеристик оксидных покрытий при их толщине, составляющей 10...15% толщины стенки, значительно повышают жесткостные параметры указанных алюминиевых трубок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Тарновский И.Я., Поздеев А.А. Теория обработки металлов давлением. - М.: Металлургия, 1963. - 431 с.

2. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. – 449 с.

3. Гун Г.Я. Пластическое формоизменение металлов. - М.: Металлургия, 1968. - 521 с.

4. Адамеску Р.А., Гельд П.В., Митюшов Е.А. Анизотропия физических свйоств металлов. - М.: Металлургия, 1985. - 235 с.

5. Соколкин Ю.В., Скачков В.А., Танкеева М.Г., Леонтьев В.В. Исследование процессов деформирования и разрушения композитных материалов и конструкций при сложном напряженном состоянии / Механика конструкций из композиционных материалов. - Новосибирск, Наука, 1984. - С.97-101.

6. Скачков В.А. Деформационная анизотропия и накопление повреждений в композитах при сложном нагружении / Механика неоднородных структур. - Львов: ЛПИ, 1987. - С.257.