Створення методів проектування процесів формоутворення конструкцій машинобудування при в’язкопластичному деформуванні гомогенних, евтектичнозміцнених та порошкових матеріалів

В роботі з використанням єдиного теоретичного підходу виконано аналіз процесів в’язкопластичного формоутворення типових конструкцій машинобудування з гомогенних та структурно-неоднорідних матеріалів. В основу теоретичного підходу покладено замкнуту систему рівнянь теорії пластичної течії механіки суцільного середовища з урахуванням в’язкопластичних властивостей матеріалів. Цей підхід дозволив забезпечити системне проектування процесів формоутворення конструкцій. Для його реалізації розроблений метод визначення моделі в’язкопластичного деформування матеріалів при випробуваннях на згин.

На основі експериментальних даних доведена ефективність деформування дрібнозернистих металів. Основною науковою ідеєю при реалізації теоретичного підходу є приведення структурно-неоднорідних (евтектичнозміцнених та порошкових) матеріалів до виду квазігомогенних розподілених дрібнозернистих структур технологічними методами. Керування структурою реалізовано методом гвинтового уширяючого пресування за рахунок великих деформацій зсуву в об’ємі заготовки матеріалу. Заключне формоутворення конструкцій машинобудування виконується з використанням умов вязкопластичного деформування.

Визначені закономірності формоутворення тонкостінних елементів постійної товщини та клиноподібної форми при в’язкопластичному деформуванні алюмінієвих сплавів АМг5, Д16, В93. Встановлено, що при постійній температурі ізотермічного пресування та постійній величині навантаження, висота тонкостінного елементу збільшується пропорційно часу витримки. Суттєвим є зменшення зусилля при зменшенні швидкості деформування.
Експериментально показано, що формоутворення тонкостінних елементів в твердорідинному стані зменшує енергосилові параметри процесу формоутворення. В роботі запропоновані режими обробки для деформуємих алюмінієвих сплавів Д16 та В95 з попередньо підготовленою глобулярною структурою.
Для типових представників моноколіс з радіальним і співвісним розташуванням лопаток визначені енергосилові параметри процесу і напружено-деформований стан в осередку деформації, що дозволило оптимізувати умови формоутворення. При дослідженні використано комплексний підхід співставлення аналітичних і чисельних розрахунків, а також експериментальних даних. Показано, що при проектуванні процесів необхідно враховувати використання ресурсу пластичності в небезпечних зонах осередку деформації. При цьому зменшення коефіцієнту використання ресурсу пластичності доцільно досягати керуванням швидкості деформацій та формою вихідної заготовки. Встановлено, що зі зменшенням швидкості деформування можна значно знизити технологічне зусилля процесу, а заповнення тонкостінних елементів відбувається більш стійко. Для реалізації процесів виготовлення деталей ГТД спільно з АТ «Мотор Січ» спроектована та виготовлена установка для ізотермічного штампування та штампове оснащення.
Виконано дослідження комплексного двухстадійого технологічного процесу пресування заготовок лопаток компресора ГТД. Використання на попередніх операціях гвинтового уширяючого пресування забезпечило дрібнодисперсну структуру евтектичнозміцненого титанового сплаву Ті-ТіВ 2 з рівномірно розподіленою фазою евтектики. Фомоутворення заготовки лопатки, що виконано на другій стадії, забезпечило підвищення механічних властивостей на 16…20%. Розроблено структурний технологічний процес виготовлення фрагменту порожнистої лопатки з листових титанових сплавів ВТ6 та ОТ4-1. Відпрацьовані основні операції процесу – дифузійне зварювання заготовки під тиском, а також формоутворення фрагменту лопатки в умовах над пластичності. Визначені режими обробки та розроблені технічні рекомендації по реалізації процесу. Розроблена конструкторська документація та виготовлено спільно з ДП ЗМКБ «Прогрес» ім. О.Г. Івченко оснащення для реалізації процесу.

З застосуванням теоретичного підходу запропонована та експериментально обґрунтована фізико-механічна модель взаємодії поверхонь деталі та інструменту з проміжним шаром металевої компоненти змащення. Виникнення великих деформацій зсуву в проміжному шарі металевого компоненту забезпечує зменшення коефіцієнту тертя та захист від адгезійної взаємодії поверхонь інструменту та деталі. Врахування вязкопластичної моделі деформування металевого компонента дозволило визначити при вигладжуванні коефіцієнт тертя, а також граничну величину коефіцієнта тертя, що забезпечує стійкість інструменту при обробці титанових сплавів.

Результати роботи пройшли апробацію на підприємствах АТ «Мотор Січ» та ДП ЗМКБ
«Прогрес» ім. О.Г. Івченко.