В процессе штамповки в зависимости от толщины слоя смазочного вещества (СВ) возможны три основных вида трения (сухое, граничное и жидкостное), а также смешанные виды трения (полусухое и полужидкостное) [1, 2]. На практике невозможно поддерживать режим жидкостного трения в течение всего процесса штамповки без применения специальных схем. В процессе обычного деформирования смазка постепенно выдавливается, и жидкостное трение переходит в режим граничного трения.
Эффект Ребиндера оказался весьма важным для совершенствования процессов обработки материалов давлением (ОМД), в частности, штамповки, которая практически всегда осуществляется со СВ. Процессы ОМД, особенно труднодеформируемых металлов и сплавов, существенно облегчаются при добавлении в СВ поверхностно-активных веществ (ПАВ) или веществ, аналогично ведущих себя при высоких температурах (например, расплавы стекла и солей), которые по рассмотренному выше механизму размягчают и пластифицируют поверхностные слои деформируемого металла.
При этом обрабатываемый металл вроде как смазывает сам себя, локализуя в поверхностном пластифицированном слое избыточную сдвиговую деформацию, обусловленную действием сил трения.
Таким образом, действие жидких и твердых СВ сводится к тому, чтобы существенно снизить неравномерность деформации, чтобы сила штамповки почти полностью расходовалась на полезную работу пластической деформации, а потери на трение, т. е. потери на создание дополнительной сдвиговой деформации поверхностного слоя металла при этом были минимальны. Результаты выбора материала пропитки и связующего представлены в таблице 1. Данные таблицы для случаев эмульсии графитовой и вода-графит были взяты из открытых источников [3, 4].
Данные по вода-нитрид бора были получены самостоятельно в лаборатории. На рисунке 1 представлены снимки поверхности стеклотканей с пропиткой на разных увеличениях. Данные по свойствам выбранных стеклотканей, подходящих для высокотемпературной штамповки, представлены в таблице 2. Некоторые значения параметров были взяты из открытых источников литературы [5-9]. Такие параметры, как осажденный графит на стеклоткани, температура размягчения и другие определялись самостоятельно. Вид стеклоткани после высокотемпературного нагрева приведён на рисунке 2.
Из рисунка 2 видно, что отдельные нити и волокна ткани консолидировались, спеклись друг с другом. Температура размягчения не была достигнута вплоть до 1 200 °С. При более высоких температурах испытания не проводились, т. к. температура штамповки рассматриваемых сплавов лежит ниже температуры проведения эксперимента.
Эксперимент по горячей объёмной штамповке с применением разработанной ровинговой ткани с графитовой пропиткой был проведён с применением ровинговой ткани по ГОСТу 17139-2000 (данные в таблице 2 отсутствуют). Заготовки массой 380 кг из жаропрочных сплавов ЭП698 и ЭП742, нагретые до температуры 1 150 °C, деформировались на гидравлическом прессе. Температура подогрева инструмента составляла 400 °С. Ровинговую ткань укладывали в два слоя под углом 90° на поковку и в один слой на нижний инструмент (матрицу). В результате такого термомеханического нагружения ровинговая ткань разрушилась в процессе деформации.
Испытания будут продолжены на более прочных тканях, характеристики которых показаны в таблице 2. Применение в качестве основы высокотемпературного стеклянного волокна вместе с дополнительной графитовой пропиткой даёт возможность использовать материал не только в качестве огнеупорного/теплоизолирующего (с температурой эксплуатации до 1 300-1 400 °С) покровного материала, но и позволяет утверждать о потенциальном снижении трения на контактной поверхности с инструментом. Соответственно, это снизит износ и увеличит стойкость штамповой оснастки [10].
Также применение ровинговой ткани с пропиткой позволит получить более качественную поверхность, обеспечить лучшую теплозащиту заготовки, уменьшить вероятность залипания заготовки в штампе и засорение гравюры штампа излишками графита, что также положительно влияет на повышение стойкости штампового инструмента. Предполагается проведение численного моделирования процесса горячей объёмной штамповки с усреднённым значением фактора трения, выбранного для описания ровинговой ткани с графитовой пропиткой.
1. Абрамов, А.Н. Оценка трибологических свойств технологических смазочных материалов / А.Н. Абрамов, В.Ю. Шолом, Л.Ш. Шустер // Кузнечно-штамповочное производство. – 1996. – № 10. – С. 8-12.
2. Калпин, Ю.Г. Определение коэффициента трения при горячей изотермической осадке / Ю.Г. Калпин, Г.В. Елисеев // Известия вузов. Машиностроение. – 1976. – № 5. – С. 157-160.
3. Атрошенко, А.П. Горячая штамповка труднодеформируемых материалов / А.П. Атрошенко, В.И. Федоров. – Л. : Машиностроение, 1979. – 287 с.
4. Барыкин, Н.П. Высокотемпературные смазочные материалы для горячей обработки металлов давлением / Н.П. Барыкин, А.Х. Валеева, И.Ш. Валеев // Кузнечно-штамповочное производство и обработка металлов давлением. – 2004. – № 10. – С. 34-35.
5. Дудеров, И.Г. Общая технология силикатов / И.Г. Дудеров, Г.М. Матвеев, В.Б. Суханов. – М. : Стройиздат, 1987. – 560 с.
6. Солнцев, С.С. Защитные технологические покрытия для горячей обработки давлением сталей и сплавов / С.С. Солнцев, В.А. Розененкова, H.A. Миронова // Стекло и керамика. – 2007. – № 6. – С. 24-27.
7. Technical Data Sheet and Material Safety Data Sheet, Condalu 51, www.condat.com.
8. ТУ 0258-045-73103972-2018.
9. ГОСТы: 56212-2014, 17139-2000, 19170-73 и др.
10. Петров, А.Н. Повышение стойкости штампов при горячей штамповке путем изыскания оптимальных технологических смазок на водной основе: дис. … канд. техн. наук: 05.03.05 / Московский государственный технический университет «МАМИ». – М., 1988. – 142 л.
