18 Февраль 2020

00:00:00 (GMT+5)

Ташкент +5 °C

Промышленность
26 Июл  2019 1107

Современно и экономично: новые возможности в процессах металлообработки

Всем известно, что развитие государства - слагаемое модернизации всех сфер жизнедеятельности. Решение проблем и внедрение передовых технологий в каждой области - путь к успеху. Отечественные ученые регулярно представляют миру свои труды и разработки, нацеленные на совершенствование определенных аспектов в той или иной отрасли.

Так, кандидат технических наук доцент кафедры "Технология машиностроения" Алмалык­ского филиала ТашГТУ имени Ислама Каримова И. Нугманов рассказал о технологии, которая поможет снизить затраты и трудоемкость в технологических процессах обработки металлов при производстве изделий. Предваряя беседу с ученым, небольшое введение для тех читателей, кто не близко знаком с миром обработки металлов.

Главным конструкционным материалом при создании любых деталей, машин и т. д., по сей день остаются металлы и их сплавы. Благодаря уникальным свойствам и широкому спектру возможностей они незаменимы во многих отраслях современного производства. Иногда случается, что не подходит ни один из существующих металлов и сплавов, и тогда создаются новые. Итак, материал есть, проектировочные чертежи созданы, пришло время "лепить" деталь для нужной конструкции. Но как это сделать из неподатливого металла? Это же не пластилин. Конечно, в подобных случаях необходимы новые, передовые решения и технологии, которые бы позволили при максимально эффективном результате затратить минимум ресурсов. Ну а теперь предоставим слово изыскателю.

- Как известно, материалы, наиболее широко применяемые в машиностроении, с точки зрения пластичности можно разделить на две группы. В первую входят легко деформируемые конструкционные стали и сплавы, из которых получение заготовки не очень затруднительно. Такая штамповка, в частности, на Ташкентском тракторном заводе позволяла экономить от десяти до 20 процентов металла.

Ко второй группе относятся материалы, обладающие высокой прочностью, жаропрочностью, длительной работоспособностью и другими свойствами, повышающими эксплуатационный ресурс машины. Это специальные стали, сплавы и композиционные материалы, получаемые методами как традиционной, так и порошковой металлургии. Стоят они значительно дороже и с трудом поддаются обработке давлением. Нелегко обрабатывать их и резанием. При этом значительная часть металла переводится в стружку, резко возрастают расход режущего инструмента и затраты труда. 

Таким образом, обработка металлов резанием - весьма расточительный процесс, которым заняты десятки миллионов людей во всем мире. Расточительность превращения большого количество металла в низкокачественный металлолом привлекла внимание к снижению этих потерь. Поэтому намечено заменить в машиностроении технологии, основанные на резании металлов, экономичными способами формообразования, позволяющими резко снизить отходы производства. Здесь речь идет, в частности, об обработке металлов давлением. Много усилий затрачено на создание методов формообразования деталей, при которых потери металла сведены к минимуму - холодная штамповка, прецизионное литье, порошковая металлургия. В результате достигнут определенный успех. Однако, несмотря на очевидную расточительность, механическая обработка все еще продолжает быть самым дешевым способом получения деталей разнообразной формы и вероятно, такое положение сохранится еще в течение многих лет.

Облегчить положение может более широкое использование эффекта сверхпластичности металлических материалов. Это их свойство сулит практически неограниченные возможности изготовлять  детали и точные заготовки из труднодеформируемых сталей и сплавов методом объемной штамповки. В режиме сверхпластичности удается использовать даже такие технологические приемы, которые в обычных условиях считаются вообще невозможными либо чрезмерно трудоемкими. Как известно пластичность редко превышает 50 процентов остаточного удлинения (при растяжении).

Надо отметить, что сверхпластичность - это особое состояние материала, способного к большой деформации. Установлено, что эффект сверхпластичности проявляется почти во всех машиностроительных сплавах на основе железа, титана, алюминия, никеля, цинка, включая труднодеформируемые инструментальные и жаропрочные стали и сплавы, в том числе композиционные, полученные методом порошковой металлургии.

Эффект сверхпластичности впервые нашел практическое применение в США. Американские специалисты еще в 1960-х освоили в промышленных масштабах ряд новых процессов формообразования. В их числе - однопереходная точная объемная штамповка сложных заготовок для газотурбинных двигателей (например, турбинного диска с лопатками) бесфильерное волочение, изготовление деталей автомобильных кузовов, корпусов вычислительных машин, авиационных деталей из алюминиевых и титановых сплавов давлением воздуха и газа.

Наиболее широкое применение эффект сверхпластичности нашел в обработке металлов давлением. И дело тут не только в том, что удается получать большие деформации за один раз при минимальных усилиях. Одновременно формируется особая микроструктура материала и существенно улучшаются его механические свойства. Это открывает широкие возможности совершенствования эксплуатационных характеристик изделий. Многие по природе хрупкие литейные сплавы легко деформируются в состоянии сверхпластичности, при этом их структура изменяется настолько благоприятно, что становится возможной последующая холодная деформация.

Известно, что коэффициент использования металла особенно низок при производстве режущих инструментов - сверл, фрез, разверток. Здесь он колеблется от 65 до 15 процентов. Следовательно ежегодно тонны дорогостоящих видов стали уходят в стружку. Переплавлять их для повторного использования примерно в 2,5 раза дороже, чем изготовлять инструмент из стандартного проката. Доля точных заготовок, полученных обработкой металлов давлением, в инструментальном производстве пока еще очень мала из-за низкой пластичности инструментальных сталей и сложности их деформирования.

В настоящее время на ряду предприятий организована изотермическая штамповка различного быстрорежущего инструмента в режиме сверхпластичности, что  позволяет значительно приблизить конфигурацию заготовки к конфигурации готового инструмента. Обычная штамповка при высокой температуре позволяет изготовить лишь простейшие формы диска. Необходимо отметить и экономию энергии, поскольку нагрев следует производить не до 1200° С, а только до 700°-800° С. В будущем этот фактор приобретет все большее значение, являясь особенно актуальным в нашей республике.

Таким образом, реализация эффекта сверхпластичности в технологических процессах обработки металлов давлением позволяет за одну операцию на серийном или специализированном оборудовании сравнительно небольшой мощности получать детали сложной формы, очень близкой к конечной и соответственно резко уменьшить трудоемкость и стоимость изготовления изделия и повысить коэффициент использования металла.

Некоторые ученые отмечают, что при объемной изотермической штамповке реальных деталей редко весь материал деформируется в режиме сверхпластичности. Чаще всего одни участки испытывают обычную пластическую деформацию, другие - сверхпластическую.

Нам кажется, что при разработке материалов новой техники следует делать их сверхпластичными, применяя тем самым малоотходные способы получения из них деталей и точных заготовок. Следует отметить, что во многих отраслях используют конструкции и элементы из легких сплавов, поэтому предполагается значительно расширить применение алюминиевых конструкций в строительстве хранилищ сельскохозяйственной продукции. Думается, целесообразно заменить профили и прокаты из качественной конструкции легких сплавов, особенно в малонагруженных конструкциях. Имеем в виду прежде всего каркасы теплиц, легких хранилищ, торговых павильонов, декоративные элементы фасада зданий, интерьеров. Это сократит потребление качественных конструкционных легких сплавов и даст значительный экономический эффект.

Но для этого необходимо создание экспериментальной базы, на которой можно было бы проводить большой объем исследований, разрабатывать сверхпластичные материалы, создавать технологическую оснастку и оборудование. Такой пока нет…

Радует тот факт, что Алмалыкский филиал Ташкентского государственного технического университета имени Ислама Каримова, возглавляемый доктором технических наук, профессором Алишером Самадовым, планирует на базе АГМК проводить учебно-практические занятия по сверхпластичности металлов с использованием этого эффекта в процессе обработки металлов давлением.

К сожалению, ученые и разработчики этих технологических процессов недостаточно пропагандируют свои достижения, поэтому промышленность не располагает информацией о возможностях и преимуществах обработки сталей и сплавов в состоянии сверхпластичности, сведениями о необходимой оснастке и опыте эксплуатации.

Все эти вопросы требуют комплексного решения. На наш взгляд, соответсвуюшим ведомствам следовало бы обратить на проблему применения эффекта сверхпластичности особое внимание и создать условия для ее комплексного решения.

Подготовила
Юлия Сарымсакова. 

Опубликовано в газете "Правда Востока" в № 149 (29112) от 26 июля 2019 года.

Нажмите на кнопку ниже, чтобы прослушать текст Powered by GSpeech