Автореферат Нуртазаева А.Е.


УДК 656.13.08                                                                       На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НУРТАЗАЕВ АДИЛЖАН ЕЛЕУОВИЧ

 

 

 

Уменьшение неравномерности деформаций при ковке

путем разработки новых инструментов и технологий

 

 

 

05.03.01 – Технологии и оборудование механической

и физико-технической обработки

 

 

 

Автореферат

 

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2009


Работа выполнена в Казахском национальном техническом университете имени К.И. Сатпаева

 

 

 

Научный руководитель                                               доктор технических наук

                                                                                       Машеков С.А.

 

 

 

Официальные оппоненты:                                          доктор технических наук

                                                                                       Абдуллаев Ф.С.

 

                                                                                       кандидат технических наук

                                                                                       Швоев В.Ф.

 

 

 

Ведущая организация:                   Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова.

 

 

 

 

Защита состоится «27» марта 2009г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д14.17.02 при Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г.Алматы, ул.Сатпаева, 22а, Институт машиностроения, МСК-21.

Тел. 8(7272)2577183, факс: 8(7272)926025, e-mail: aspirantura@ntu.kz

 

C диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева.

 

 

 

 

 

Автореферат разослан «25» февраля 2009 года.

 

 

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета                                                                 Сазамбаева Б.Т.


ВВЕДЕНИЕ

 

Общая характеристика проблемы. Развитие науки, масштабы практического использования ее результатов в настоящее время становятся важнейшими факторами повышения эффективности промышленного производства. Решение подобной задачи невозможно без разработки принципиально новых технологий, инструментов и оборудования, позволяющих получать изделия высокого качества при наименьших затратах на их производство.

В условиях рыночной экономики возникла необходимость в мобильных и ориентированных на потребительский спрос, ресурсосберегающих производствах, способных выпускать в сжатые сроки мелкосерийно различные изделия с низкой себестоимостью. При этом внедрение и совершенствование современных, в том числе безотходных технологий в металлообрабатывающей промышленности, развитие автоматизированных производств вызвало повышенное требование к качеству заготовок.

Актуальность темы. Применяемые в настоящее время технологические процессы ковки поковок типа валов и дисков, основанные на использовании традиционного кузнечного инструмента и существующих режимов деформирования, не всегда обеспечивают получение поковок с требуемым уровнем качества вследствии неравномерной деформации обусловленной большей или меньшей сосредоточенностью пластической деформации в различных местах объема заготовки.

Одним из основных приемов решения задачи обеспечения качества является создание оптимальных термомеханических параметров процесса для максимального использования природных деформационных свойств стали и сплавов, а также реализация более совершенных схем напряженно-деформированного состояния (НДС) металла при формоизменении. Определение характеристик НДС расчетным или расчетно-экспериментальным путем по очагу деформации позволяет применять современные модели прогнозирования для количественной оценки поврежденности металла макродефектами. Однако на данный момент методы расчета НДС носят приближенный, полуэмпирический характер, основанные на методах теории пластичности, сопротивления материалов и не пригодны для точной оценки качества заготовок и конструирования инструмента. В связи с этим требуется проведение численного исследования НДС деформируемых заготовок и инструментов в условиях их изготовления и эксплуатации на основе современных подходов с использованием определяющих соотношений теории пластичности и упругости.

Таким образом, исследования направленные на совершенствование технологии ковки для производства заготовок металлообрабатывающей промышленности с целью повышения качества поковок сталей и сплавов, а также конструирования новых инструментов являются актуальными.

Цель работы. Повышение качества поковок путем разработки новых инструментов и рациональных режимов деформирования.

Научной задачей настоящей работы является:

-                        разработка конструкции новых инструментов, обеспечивающих уменьшение неравномерности деформаций;

-                        расчетное и экспериментальное исследование закономерностей распределения НДС при ковке поковок типа валов в бойках обеспечивающих улучшение качества поковок;

-                        разработка обобщенной математической модели процесса ковки в бойках с изменяющейся формой рабочей поверхности, плоских, комбинированных бойках и на радиально-ковочной машине (РКМ), позволяющей прогнозировать получение в поковках типа валов мелкозернистой структуры;

-                        разработка рациональных деформационных режимов ковки сталей и сплавов на основе полученных научных результатов.

Научная новизна работы заключается в:

-  определении кинематических и прочностных параметров конструкции инструмента с изменяющейся формой рабочей поверхности;

-  разработке методики определения основных размеров криволинейно-выпуклой рабочей формы инструмента;

-  получении количественных данных и установлении основных закономерностей распределения НДС, температуры и энергосиловых параметров при моделировании ковки в бойках с изменяющейся формой рабочей поверхности;

-  разработке обобщенной математической модели процесса ковки в бойках с изменяющейся формой рабочей поверхности, плоских, комбинированных бойках и на РКМ, позволяющей прогнозировать получение мелкозернистой структуры;

-  разработке комбинированного метода деформирования стали и сплавов на основе выявленных закономерностей распределения деформаций при протяжке на РКМ, в комбинированных и плоских бойках.

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на использовании теории напряженно-деформированного состояния, конечно-элементном моделировании процессов ковки. В экспериментальной части для определения компонентов тензора деформации использовали метод координатных сеток с последующей статистической обработкой результатов. Объектами исследований были технология ковки стали, инструменты и образцы деформированные в бойках с изменяющейся формой рабочей поверхности.

Практическая ценность работы заключается в том, что на основе проведенных исследований усовершенствованы режимы деформирования сталей и разработаны новые конфигурации инструментов для ковки поковок типа валов, способствующие получению изделия с мелкозернистой структурой и стабильным уровнем механических свойств.

Положения, выносимые на защиту:

-   кинематические и прочностные параметры конструкции инструмента с изменяющейся формой рабочей поверхности, обеспечивающие уменьшение неравномерности деформаций;

-  методика определения основных размеров криволинейно-выпуклой рабочей формы инструмента для деформирования сталей и сплавов;

-  теоретические и экспериментальные результаты исследования НДС при ковке в бойках с изменяющейся формой рабочей поверхности;

-  рациональные деформационные режимы ковки сталей и сплавов, закономерности изменения структуры и механических свойств металла поковок, позволяющие прогнозировать получение мелкозернистой структуры.

Достоверность полученных результатов. Достоверность результатов теоретических расчетов достигается обоснованным использованием теоретических зависимостей, допущений и ограничений, корректностью постановки задачи математического моделирования, а также применением современных математических методов и средств вычислительной техники и подтверждены качественным и количественным их согласованием с данными эксперимента при погрешности в пределах 10 %.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на:

- международной конференции молодых ученых «Молодые ученые – 10-летию независимости Казахстана» (Алматы, 2002 г.);

- международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Алматы, 2004 г.);

- международной научно-практической конференции «Состояние и перспективы развития механики и машиностроения» (Алматы, 2005 г.);

- десятой Российской конференции пользователей систем MSC Software «MSC.Software: комплексные технологии виртуальной разработки изделий. Опыт применения на предприятиях СНГ и стран Балтии» (Москва, 2007 г.);

- международной научной конференции «Состояние и перспективы развития машиностроения в Казахстане» (Алматы, 2007 г.);

- научных семинарах кафедры «Станкостроение, материаловедение и технология машиностроительного производства», на совместном научном семинаре кафедр «Станкостроение, материаловедение и технология машиностроительного производства», «Стандартизация, сертификация и технология машиностроения» и «Подъемно-транспортные машины и гидравлика» Института Машиностроения КазНТУ им. К.И.Сатпаева, 2002-2008, Алматы.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы 17 научных трудах, среди них 4 статьи в периодических изданиях, перечень которых утвержден Комитетом по контролю в сфере образования и науки, и 8 тезисах докладов на международных научно-практических конференциях, а также в 5 предварительных патентах Республики Казахстан.

Личное участие автора. Основные результаты, изложенные в диссертации, получены автором лично, анализ полученных данных проведен самостоятельно с учетом имеющихся в отечественной и зарубежной литературе сведений.

Связь темы с планом научных работ. Работа выполнена в рамках госбюджетной тематики в соответствии с координационным планом научно-исследовательских работ Института Машиностроения КазНТУ им К.И. Сатпаева.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка использованных источников, включающего 191 наименований. Объем диссертации – 137 страниц машинописного текста, 96 формул , 5 таблиц и 60 рисунков.


ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

Во введении показана актуальность проблем и новизна темы диссертации, сформулирована цель работы, поставлены задачи исследования и изложены положения, выносимые на защиту.

В первом разделе показан обзор работ, посвященный исследованию ковки сталей и сплавов. Из приведенных в литературном обзоре данных видно, что в настоящее время ведутся многочисленные исследования в направлении создания новых способов ковки и конструкций инструмента. Однако все же большая часть их не находят широкого применения. Это объясняется многими причинами, в частности: сложностью изготовления многих инструментов; трудностью установки его на оборудование; высокими затратами на изготовление; невысокой производительностью; узким профилем специализации многих инструментов и т.д.

Во втором разделе для улучшения напряженно-деформированного состояния при ковке были предложены конструкции новых инструментов для осадки и протяжки металлов.

Если произвести объединение данных инструментов по общим признакам, то можно придти к следующему общему описанию конструкции, рисунок 1. Инструмент состоит из двух бойков 1 с криволинейно-выпуклым профилем рабочей поверхности 5, выполненной из упругого материала, четырех направляющих штанг 3 и двух нажимных толкателей бойка 4. Все конструктивные элементы связаны шарнирами 2.

Рисунок 1 - Инструмент с изменяющейся формой рабочей поверхности

 

В процессе деформирования заготовка устанавливается между упругими элементами верхнего и нижнего бойков. Движение ковочному инструменту сообщается траверсой пресса с постоянной скоростью. На первом этапе за счет достаточной жесткости упругого элемента происходит пластическая деформация заготовки между упругими элементами. На втором этапе, в момент достижения шарнирами в нажимном толкателе бойка 4 упоров (пазы в теле нажимного толкателя бойка), происходит движение верхних и нижних направляющих штанг 3, которые приводят к изгибу упругих элементов и вытеснению металла в направлении длинны заготовки. Остановка движения механизма инструмента наступает при достижении направляющими штангами 3 уступов в бойках.

В главе 2 установили, что механизмы инструментов относятся к плоским рычажным механизмам с низшими кинематическими парами, являющимся механизмами технологической оснастки кузнечных машин и прессов. Провели кинематическое исследование и сделали структурный анализ механизма. Взяв за основу классификацию структурных групп по Ассуру-Артоболевскому, установили, что предложенная конструкция инструмента относится к механизмам второго класса второго порядка.

В результате проведенного кинематического исследования плоского движения механизма аналитическим методом были получены формулы для расчета линейной скорости, ускорения и углового ускорения звеньев механизма.

В главе 2 так же рассчитали силовые элементы конструкции инструмента на прочность. Методика расчета реализована с использованием программы конечно-элементного анализа MSC.visualNastran 4D. Сборочная трехмерная геометрическая модель инструмента, была построена в CAD программе Inventor, и посредством встроенного транслятора импортирована в среду MSC.visualNastran 4D с принятыми кинематическими связями. Исходя из условия симметрии работы элементов конструкции, а также для оптимизации процесса расчета и упрощения расчетной схемы (рисунок 2), были приняты к расчету наиболее нагруженные силовые элементы конструкции, такие как нажимные толкатели бойка, направляющие штанги и шарниры.

Рисунок 2 - Расчетная схема и конечно-элементная модель инструмента

 

Взаимодействие элементов конструкции с упругим элементом моделировалось кинематической парой пружины. Жесткость пружины определяли по данным расчета усилия деформирования, полученной при моделировании ковки данным инструментом. Движение ковочному инструменту сообщается гидравлическим прессом. Абсолютное обжатие заготовки и время деформирования заготовки, составляют 5 мм и 6,67 сек. соответственно.

Проведенные на конечно-элементных моделях расчеты показали, что:

- полученные максимальные значения эквивалентного напряжения 1,355е+9Па и деформации 8,287е-3 мм не превышают максимально допустимого для данного материала значения предела прочности 1,380e+9Па. При этом максимальные концентрации напряжений и деформаций наблюдаются в направляющих штангах и связующих шарнирах;

- распределения суммарных перемещений в трех направлениях согласуется с деформированной формой конструкции. Максимальное значение перемещения 0,546 мм наблюдается в серединной части направляющей.

При проектировании предлагаемых инструментов, с изменяющейся формой, одной из главных проблем является определение конструктивных размеров криволинейно-выпуклого элемента бойков и выбор материала для его изготовления. Решение рассматриваемой проблемы возможно путем прикрепления к бойкам криволинейно-выпуклого элемента, состоящего из одного или нескольких листов таврообразного сечения с толщиной максимальной в середине и плавно уменьшающейся по длине к концам. Используя соотношения теории сопротивления материалов, в главе 2 предложили методику определения основных размеров криволинейно-выпуклой рабочей формы инструмента для деформирования металлов и сплавов, а также установили влияние изменения основных размеров переменного сечения на нагрузочную способность упругого элемента.

В третьем разделе исследовали НДС заготовки при осадке и протяжке в инструменте с изменяющейся рабочей формой. Для моделирования НДС применили программный продукт конечно-элементного анализа MSC.SuperForge, специализированный для расчета процессов обработки металлов давлением.

Поковку представили в виде параллелепипеда с размерами 30*15*30 мм (для осадки) и 50*15*30 мм (для протяжки). В качестве материала заготовки выбрали свинец. Для моделирования пластичности материала заготовки была выбрана упругопластическая модель Джонсона-Кука. Радиус кривизны криволинейной рабочей формы инструмента составляет 90 мм, коэффициент трения между инструментом и заготовкой был принят 0,3. Ковка проходит при изотермическом температурном режиме, начальная температура инструмента и заготовки принимаем равным 200С. Трехмерная геометрическая модель инструмента построена в CAD программе Inventor, и импортирована в CAE программу MSC.SuperForge. В силу симметрии заготовки и ковочного блока рассматривается 1/4 их часть.

Осадка и протяжка заготовки в инструменте с изменяющейся формой осуществлялась на гидравлическом прессе со скоростью 1,5*10-3 м/сек с абсолютным обжатием в 5 мм. На рисунках 4 и 5 представлены картины распределения интенсивности напряжений и деформаций в заготовке при осадке и протяжке.

 

а)

б)

 

Рисунок 4 - Картина распределения эквивалентных напряжений (а) и деформаций (б) в заготовке при осадке

 

а)

б)

Рисунок 5 - Картина распределения эквивалентных напряжений (а) и деформаций (б) в заготовке при протяжке

На основе полученных результатов численного моделирования установили:

-   в начальный момент осадки и протяжки эквивалентные напряжения и деформации локализуются в контактных зонах заготовки с инструментом;

-   увеличение единичного обжатия приводит к переносу акцента эквивалентных напряжений и деформаций от контактной поверхности к центру и периферии заготовки;

-   в процессе осадки и протяжки в зонах локализации деформации повышается температура;

-   с увеличением единичного обжатия максимальная величина контактного давления переносится от оси к периферии заготовки;

-   характер скорости течения металла аналогичен развитию эквивалентных деформаций во времени;

-   при осадке и протяжке в инструменте с изменяющейся формой приращение степени деформации сдвига распределяется равномерно по сечению осаживаемой или протягиваемой заготовки.

С целью более полного доказательства достоверности полученных результатов провели эксперименты в лабораторных условиях. При проведении эксперимента из свинцовосурьманистого сплава было изготовлено двенадцать, квадратные в сечении образцы, размером 50×50×140 мм и бойки с изменяющейся формой. С целью исследования деформированного состояния образцы имели продольную плоскость разреза на оси симметрии образца. На поверхности среза наносилась координатная сетка с шагом h = 4 мм, после чего две части образцов соединялись сплавом Вуда.

Последовательность проведения эксперимента с использованием метода координатных сеток следующая. Исходные образцы деформировали на прессе в конструкции, позволяющей производить протяжку в бойках с изменяющейся формой, со скоростью деформирования J = 1,75 мм/с и обжатием De = 3 %. При этом после каждого обжатия образцы разъединяли на две части и измеряли деформированные координатные сетки на инструментальном микроскопе УИМ-23 с точностью ±0,01 мм. Эксперименты проводили трижды.

Для возможности исследования объемного течения металла при протяжке поковок типа пластин в бойках с изменяющейся формой, была предложена опытная схема деформирования. По данной схеме протяжку начинают с центральной части заготовки, что позволяет деформировать без деплантации плоскость симметрии XOY в продольном сечении. Опыты показали, что из-за малости величин обжатий прямые линии в плоскости XOY остаются прямыми и после деформации. Поэтому нахождение координат любой материальной точки в плоскости XOY после каждого единичного обжатия производилось простым геометрическим и арифметическим действием.

Начальные координаты узловых точек прямоугольной решетки, нанесенной в плоскостях симметрии, обозначены через , , а координаты материальной точки после каждого этапа деформирования – , ; тогда перемещение определится как:

.                                                   (1)

 

Определение поля перемещения в третьем направлении, перпендикулярной плоскости XOY, вытекает из условия постоянства объема, из которого следует, что перемещение по нормали можно определить по относительному изменению площади ячейки при переходе ее из положения N-1 в N-ое. На основе этого условия были определены координаты материальных точек в направлении оси Z, при этом из-за малости обжатия принято, что куб размером 4×4×4 превращается в параллелепипед с соответствующими в результате деформации размерами.

На основе простых алгебраических соотношений для четырехугольной сетки (ячейки) ABCD возможно определить размеры ячейки и его площадь, следующим образом: , , . Относительное перемещение  определяется из условия постоянства объема: .

Тогда перемещения в направлении оси z равно:.

После расчета размеров каждой рядом стоящей ячейки координаты стыкующихся точек были просуммированы и разделены на их количество.

Анализ перемещений опытных точек позволил сделать вывод, что функции перемещений ,  и  могут быть достаточно хорошо аппроксимируемы степенными рядами по координатам ,  и  следующим образом:

 

         .                           (2)

 

С помощью метода наименьших квадратов, который минимизирует сумму квадратов отклонений измеренных значений ,  и  от расчетных функций, получена система линейных уравнений.

Расчетами установили, что наименьшая степень полинома, удовлетворяющая критерию Фишера, равна 6, т.е. полиномы от 1 до 5-ой степени не отвечают достаточно точно (с 5 % уровнем значимости) картине пластического формоизменения металла.

Поля перемещений определены по экспериментальным данным для симметричного поперечного сечения исследуемого технологического процесса. При этом точка деформированного тела за один шаг деформации получит приращение перемещений:

.                           (3)

 

Используя полученные результаты, рассчитали приращение степени деформации сдвига для объемного течения металла. Для обработки результатов эксперимента была составлена программа в MATLAB.

Результаты расчетов показали, что данные теоретических и экспериментальных исследований качественно и количественно совпадают.

Итак, если подвести черту под вышеизложенным, то можно отметить, что протяжка в инструменте с изменяющейся формой обеспечивает более равномерное распределение степени деформации сдвига и уменьшение неравномерности деформаций. Все это, способствуя измельчению структуры деформируемого металла, как в поверхностных, так и в центральных слоях заготовки, повышает качество получаемых поковок.

Результаты исследования легли в основу разработки режимов деформирования опытных ковок в производственных условиях. Опытную ковку осуществили в кузнечно-прессовом цехе АО «Павлодарский тракторный завод», используя промышленный молот с массой падающих частей в 3 тонны. В качестве исходной заготовки использовали заготовки из стали 35.

Для моделирования протяжки в инструменте с изменяющейся конфигурацией рабочей поверхности, были изготовлены выпуклые бойки с различными диаметрами, равными 50, 100, 150, 200 мм. Заготовку размером 200×200 мм в поперечном сечении нагревали до температуры 1100 оС и ковали по следующему режиму, таблица 1:

 

Таблица 1 - Режим опытной ковки

 

п/п

Протяжка

До сечения, мм

Относительная подача

Единичное

относительное

обжатие, %

Диаметр

выпуклого бойка, мм

1

в выпуклых бойках

170 × 170

совмещения перед каждым обжатием выступов бойка с впадиной заготовки

15 - 20

50

2

в выпуклых бойках

140 × 140

20 - 25

100

3

в выпуклых бойках

110 × 110

25 - 30

150

4

в выпуклых бойках

80 × 80

35 - 40

200

5

в плоских бойках

50 × 50

0,6-0,7

50 - 60

 

 

По аналогичным температурно-деформационным режимам была обработано вторая заготовка в плоских бойках. Из полученных поковок были вырезаны образцы из осевой и поверхностной зоны для микроструктурного анализа.

Микроструктура металла поковок, откованных в инструменте с изменяющейся формой, более однородная, чем при ковке плоскими бойками, при этом данная структура на 3-4 балла мельче, чем микроструктура металла поковок, откованных в плоских бойках. Деформирование заготовок в данных бойках позволяет значительно уменьшить волокнистость структуры, при этом направленность волокон почти не наблюдается, т.е. значительно уменьшается анизотропия свойств. В отличие от инструмента с изменяющейся формой, при протяжке в плоских бойках крупнозернистая структура сохраняется в периферийных частях поковки, а в центральной части структура мелкозернистая, при этом можно наблюдать сильно вытянутые в направлении течения крупные зерна, т.е. структура поковки волокнистая.

Таким образом, сталь 35, после деформации в инструменте с изменяющейся формой, имеет равномерную микроструктуру по всему сечению. При этом структура металла поковок независимо от направления и зоны вырезки остается равномерной и мелкозернистой и балл зерна равен 8 – 9.

При протяжке в плоских бойках обнаруживаются четко выраженные полосы локализации деформации. Локализация деформации по ковочному кресту приводит к получению мелкозернистой структуры в центре и крупнозернистой структуры в поверхностных слоях поковки, при этом в поверхностной зоне балл зерна равен 2-4, а в центральных зонах – 8-10.

Механические свойства металла поковок, полученных для исследуемых технологических схем ковки, определяли на образцах, вырезанных из продольного направления.

Статистическая обработка результатов механических испытаний образцов дает основание утверждать, что прочностные характеристики σт и σВ металла поковок изменяются незначительно и не зависит от схемы ковки. Пластические характеристики металла поверхностных слоев поковки, откованной в инструменте с изменяющейся конфигурацией, на 14 – 18% выше, чем у металла, полученного ковкой в плоских бойках. Относительное сужение и ударная вязкость поверхностных слоев поковки также на 12 – 18% выше для металла, откованного в инструменте с изменяющейся формой.

В четвертом разделе исследована возможность получения качественных заготовок для штамповки комбинированными способами, позволяющие локализовать деформацию последовательно в поверхностных и в центральных слоях поковки.

Как было сказано выше, при ковке заготовок в инструментах с изменяющейся формой рабочей поверхности на первом этапе деформация локализуется на поверхности, и на втором этапе в центре поковки, т.е создаются условия для качественной подготовки структуры заготовок для последующей штамповки. Однако, в связи со сложным конструктивным исполнением предлагаемых инструментов, сравнительно с традиционными инструментами, нами было поставлена еще одна цель – получение качественных заготовок, для штамповки разработать способ ковки, позволяющий локализовать деформацию последовательно на поверхности и в центре, поковки используя широко известные оборудования и инструменты.

Анализируя литературные данные, выбрали для ковки стали и сплавов плоские, комбинированные бойки и РКМ, и исследовали НДС при ковке в данных инструментах и оборудовании.

Расчет степени деформации сдвига возможен лишь при определении на каждом этапе деформирования эквивалентных деформаций , что значительно упрощается при построении математической модели самого процесса. Кроме того, с помощью математического моделирования нашли рациональные параметры технологического процесса путем отыскания экстремумов математической модели и определения необходимых углов кантовки, при которых достигается равномерное распределение  по сечению заготовки.

При построении математической модели процесса ковки круглой заготовки в комбинированных (верхний плоский, нижний вырезной с углом выреза α = 120о) плоских бойках и на РКМ, определяли эквивалентные напряжения и деформации, распределение температурного поля, контактного давления и скорости течения металла с использованием специализированного CAE-пакета MSC.SuperForge.

На основе полученных результатов численного моделирования установили:

- при протяжке в плоских бойках эквивалентные напряжения и деформации локализуются в начальный момент протяжки в поверхностных зонах заготовки, а в последующих этапах протяжки, из-за возникновения силы трения, распределяются по ковочному кресту (рисунок 6);

 

а)

б)

Рисунок 6 - Картина распределения эквивалентных напряжений (а) и деформаций (б) в заготовке при протяжке в плоских бойках

- при протяжке в комбинированных бойках эквивалентные напряжения и деформации имеет большое значение на участках, прилегающих к поверхности или к центру заготовки, в то время как в центральной зоне заготовки – минимальную величину (рисунок 7);

- при протяжке в РКМ эквивалентные напряжения и деформации сосредотачивается на поверхностной зоне заготовки, при этом в центральных слоях эквивалентные напряжения и деформации имеет минимальную величину, рисунок 8;

 

а)

б)

Рисунок 7 - Картина распределения эквивалентных напряжений (а) и деформаций (б) в заготовке при протяжке в комбинированных бойках

 

а)

б)

Рисунок 8 - Картина распределения эквивалентных напряжений (а) и деформаций (б) в заготовке при протяжке на РКМ

- при ковке в плоских и комбинированных бойках, а также на РКМ в прилегающих к инструменту зонах поковки эквивалентные напряжения и деформации по величине является максимальными, а в центральных зонах соприкосновение инструмента с заготовкой эквивалентные напряжения и деформации являются, наоборот, минимальными;

- в процессе протяжки в плоских и комбинированных бойках, а так же на РКМ в зонах локализации деформации повышается температура;

- при ковке в плоских и комбинированных бойках, а также на РКМ с увеличением единичного обжатия величина контактного давления возрастает;

- характер скорости течения металла аналогичен развитию интенсивности.

Математическую модель процесса ковки круглой заготовки на РКМ и в комбинированных, плоских бойках строили полуэмпирическим подходом, сущность которого заключается в использовании основных физических закономерностей изменения  от относительного номинального обжатия ε и координаты материальной точки в сочетании с обработкой расчетных данных, и аппроксимации по методу наименьших квадратов.

Обработку расчетных данных вели с использованием описанного ниже алгоритма, для которого была составлена программа в MATLAB.

Проведенная аппроксимация степенным полиномом

 

                              (4)

 

(– угол поворота;  – степень полинома) показала, что при увеличении степени полинома точность аппроксимации возрастает и становится приемлемой для всех относительных высот при максимальной его степени, равной 13. В связи с этим окончательную формулу можно записать как

                                                  (5)

 

Зависимость полученных коэффициентов аппроксимации  от относительного радиуса можно представить как

       (6)

 

где  – расстояние исследуемой точки;  – радиус заготовки.

Для включения в полученную математическую модель зависимости  от единичного обжатия проведена аппроксимация коэффициентов  от .

В окончательном виде математическая модель распределения  по сечению круглой заготовки при протяжке запишется в виде сложной функции

 

                                     (7)

 

Были получены коэффициенты математической модели для распределения  по сечению круглой заготовки при протяжке в комбинированных, плоских бойках и на РКМ.

Табличный критерий Fтабл.= 1, а расчетный F = 0,92, 0,91, 0,94, т.е. расчетные значения меньше табличного, что доказывает пригодность полученной математической модели для практического применения.

С помощью математической модели процесса протяжки на РКМ и в комбинированных, плоских бойках было рассчитано распределение  в поперечных плоскостях. В последующем суммирование  по формуле  позволило определить величину степени деформации сдвига.

Результаты расчетов показали следующее:

- при протяжке в плоских бойках степень деформации сдвига локализуется в центральных зонах заготовки, а в поверхностных зонах из-за возникновения силы трения степень деформации сдвига по величине является минимальной;

- при ковке в РКМ степень деформации сдвига сосредотачивается на поверхностной зоне заготовки, при этом в центральных слоях деформация имеет минимальную величину;

- при протяжке в комбинированных бойках степень деформации сдвига имеет большое значение на участках, прилегающих к поверхности заготовки, в то время как в центральной зоне заготовки – минимальную величину;

- ковка в плоских, а также в комбинированных бойках приводит к сосредоточению степени деформации сдвига в прилегающих к инструменту зонах поковки, при этом в центральных участках контакта заготовки с инструментом деформация является минимальной;

- уменьшение относительной подачи переносит акцент степени деформации сдвига от центра к периферии вне зависимости от формы инструмента, в то время как увеличение градиента температуры, наоборот, сосредоточивает степень деформации сдвига в центре;

- результаты расчета степени деформации сдвига позволяют предположить, что при ковке в плоских бойках измельчение зерен происходит в центральной зоне заготовки, в то время как при протяжке в РКМ и комбинированных бойках хорошо прорабатываются поверхностные зоны заготовки;

- на основе расчета степени деформации сдвига и его распределения предлагается ковку сталей и сплавов проводить в два этапа. На первом этапе ковку производить в плоских бойках, а на втором – в РКМ или комбинированных бойках;

- с уменьшением угла кантовки и единичного обжатия до 10 – 15 % величина L по всему сечению заготовки возрастает, что связано с увеличением количества обжатий. Увеличение количества обжатий снижает производительность процесса ковки, поэтому для протяжки за один вынос (за один нагрев) с малыми углами кантовки и обжатиями необходим небольшой общий уков (1,25 – 1,6);

- при протяжке с большим общим уковом величину L невозможно увеличивать за счет уменьшения угла кантовки и единичного обжатия, так как при этом резко увеличивается количество ходов пресса, что снижает производительность процесса ковки;

- анализ распределения степени деформации сдвига показывают, что при протяжке на РКМ на конце заготовки обнаруживается утяжина металла в осевой зоне, поскольку периферийные слои заготовки имеют большие перемещения в направление протяжки, чем осевые слои. Это объясняется распространением очага деформации не на всю глубину сечения при малой величине подачи. Устранить утяжину можно выбором соответствующей величины относительной подачи и перекрытием поверхностей удара бойков.

Вышеописанное распределение деформации при протяжке на РКМ, в комбинированных и плоских бойках позволило разработать комбинированный метод деформирования двухфазных титановых сплавов. Опытно-промышленное опробование комбинированного способа протяжки титановых сплавов осуществили в Верхнесалдинском металлургическом производственном объединение (Россия, г. Верхняясолда) на основе договора на проведение совместной научно-исследовательской работы. Исходным материалом послужили промышленные слитки сплава ВТ9 размером Æ960×1650 мм.

В начале слитки на гидравлическом прессе подвергались протяжке в плоских бойках на диаметр 500 мм при температуре 1250 оС. Каждая из полученных заготовок разрезалась на три части, а затем нагревалась до 960 оС (на 40 оС ниже температуры полиморфного превращения Тпп) и подвергалась протяжке на гидравлическом прессе в плоских, комбинированных бойках и на РКМ с уковами 1,4; 1,5 и 1,6 в условиях каждой схемы. Полученные после этого заготовки также разрезались на три части и деформировались при температуре 1150 оС (b - область) в гидравлическом прессе с использованием инструментов тех же видов и РКМ, но с уковами 1,9; 2,0 и 2,1 в условиях каждой схемы. После деформирования с каждой поковки отрезались поперечные темплеты с целью изучения макроструктуры.

Макроструктура поковок балла 3-4 во всем поперечном сечении без трещин, соответствующая требуемому качеству металла заготовки, наблюдалась в случаях деформирования на первом этапе и втором этапе (уков 1,5) в плоских бойках, а третьем этапе на РКМ с уковом 2,1. При этом, максимальной производительности, т.е. минимальному времени деформирования при обеспечении требуемого качества, соответствует значение укова 1,5 на втором этапе и 2,1 на третьем этапе.

Протяжка в плоских бойках с уковом 1,5 при температуре (a+b) - области обеспечивает преимущественное деформирование осевой зоны заготовки, следствием которого при последующем нагреве выше Тпп является активное прохождение здесь процесса рекристаллизации. В результате, в этой зоне формируется мелкозернистая структура. Дальнейшее деформирование на РКМ с уковом 2,1 способствует перенесению акцента деформации в поверхностные слои заготовки и прохождению динамической рекристаллизации в этой области с формированием мелкозернистой структуры. Уков менее 2,1 не обеспечивает получение требуемой структуры, а более 2,1 - приводит к снижению производительности.

Протяжка в комбинированных бойках при температуре (a+b) - области с уковом 1,5 вызывает менее активное прохождение рекристаллизации в осевой зоне, что приводит к сохранению в этой зоне остатков нерекристаллизованой структуры с относительно крупным зерном, при этом мелкозернистая структура формируется в поверхностных слоях, где сосредотачивается деформация. Дальнейшее деформирование на РКМ обеспечивает также наилучшее деформирование поверхностных слоев и измельчению структуры. При этом в центральных слоях сохроняется крупнозернистая структура.

Однако, после протяжки в комбинированных бойках в (a+b) – области и ковка в плоских бойках в b – области позволяет получить мелкозернистую структуру по всему сечению поковки.

Заготовки, откованные по оптимальной технологии, в последующем деформировались штамповкой с использованием следующей схемы:

- нагрев до температуры Тпп – (30-40)0С;

- осадка на плоских или рельефных бойках до необходимой высоты;

- ультразвуковой контроль с целью обнаружения внутренних дефектов;

- дробеметная обработка заготовки для удаления окалины и остатков масла;

- покрытие защитно-смазочным покрытием ЭВТ-24 или ЭВТ-25;

- нагрев до температуры Тпп – (30-40)0С;

- штамповка на паровоздушном молоте.

Макроструктура поковки диска однородная. Величина зерна колеблется от 4 до 5 баллов по 10-балльной шкале макроструктур. Микроструктура в контрольных зонах однородная, без заметного присутствия бывших границ b-зерен. Она характеризуется вытянутым строением a-фазы и соответствует 2-4 типам шкалы №1 микроструктур для двухфазных титановых сплавов.

Уровень механических свойств поковок дисков по всем показателям соответствует требованиям ОСТ 190197-87, а по пластическим характеристикам выше, чем на поковках дисков, изготовленных по серийной технологии (таблица 2).

 

Таблица 2 - Механические свойства поковок дисков

 

Способ изготовления

Механические свойства

σB, МПа

δ, %

Ψ, %

KCV, Дж/см2

По разработанной технологии

1050 – 1100

1075

12  -  14

13

30 – 34

32

50 – 58

54

Серийная технология

882 – 1058

1000

6 – 14

9

18 – 35

24

21  -  42

35

 

Вследствие сокращения времени ковки производительность процесса получения поковок для последующего изготовления штамповок увеличилась в 1,5 раза.

 

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

 

1.    Предложены новые конструкции кузнечных бойков с изменяющей формой, обеспечивающие повышение качества поковок;

2.    Получены количественные данные и установлены основные закономерности изменения НДС, температуры и энергосиловых параметров при ковке в бойках с изменяющейся формой рабочей поверхности. На основе этих данных, установлено, что при осадке и протяжке в инструменте с изменяющейся формой схема НДС получается «мягким», а интенсивность деформации распределяется равномерно;

3.    Разработана методика определения основных размеров криволинейно-выпуклой рабочей формы инструмента для деформирования металлов и сплавов;

4.    В результате проведенного кинематического исследования плоского движения механизма аналитическим методом получены формулы для расчета линейной скорости и ускорения точки, а также угловое ускорение звена;

5.    Показано, что максимальные значения эквивалентных напряжений и деформаций не превышают максимально допустимое для материала инструмента значение предела прочности (1,355е+9<1,380e+9 Па);

6.    Разработана обобщенная математическая модель процесса ковки в плоских и комбинированных бойках, а также на РКМ позволяющая прогнозировать получение мелкозернистой структуры;

7.        Результатом расчета степени деформации сдвига, установлено, что: при протяжке на РКМ и в комбинированных бойках степень деформации сдвига сосредоточивается на поверхностной зоне заготовки (4,5-5,5, 1,5-2; 7-9, 1,5-2,5), при ковке в плоских бойках деформация сосредотачивается в центральной зоне заготовки (1,5-3,5, 7-7,5). На основе полученных закономерностей был предложен комбинированный метод, предусматривающий на первом этапе ковку производить в плоских бойках, а на втором этапе на РКМ или в комбинированных бойках;

8.        Показано, что при ковке в плоских бойках лучше измельчается структура в центральной зоне заготовки, а при ковке на РКМ и в комбинированных бойках – в поверхностной зоне заготовки;

9.        Выявлены закономерности влияния деформационных режимов ковки в бойках с изменяющейся формой и в комбинированном способе на изменение структуры сталей и сплавов.

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

 

1. Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. Методика определения деформированного состояния при протяжке Труды 2-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых. – Алматы: КазНТУ, 2002 г. – Ч.2. – С. 290-293.

2. Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. Математическая модель процесса протяжки круглой заготовки комбинированными бойками и на РКМ. Труды 2-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых. – Алматы: КазНТУ, 2002 г. – Ч.2. – С. 293-297.

3. Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. Методика экспериментального определения полей перемещений для объемного течения металла при протяжке. Труды 2-ой Международной научно-практической конференции молодых ученых. – Алматы: КазНТУ, 2002 г. – Ч.2. – С. 306-311.

4. Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. Абсадыков Б.Н. Влияние технологических параметров ковки на качество металлов. Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов: Сборник докладов, - Алматы: ЦНБ МОН РК, 2004. – с. 69-73.

5. Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. Абсадыков Б.Н. Математическая модель решения объемной задачи определения степени деформации сдвига при протяжке. Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов: Сборник докладов, - Алматы: ЦНБ МОН РК, 2004. – с. 76-82.

6. Омаров А.Д., Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. и д.р. Инструмент для протяжки. Пред. патент РК № 15284. Опубл. 17.01.2005, бюл. № 1.-2с:ил.

7. Омаров А.Д., Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. и д.р. Инструмент для ковки. Пред. патент РК № 15140. Опубл. 15.07.2005, бюл. № 7. - 2с:ил.

8. Омаров А.Д., Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. и д.р. Инструмент для осадки. Пред. патент РК № 16165 Опубл. 15.09.2005, бюл. № 9. -2с:ил.

9. Омаров А.Д., Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. и д.р. Инструмент для протяжки. Пред. патент РК № 16166 Опубл. 15.09.2005, бюл. № 9. -2с:ил.

10. Омаров А.Д., Машеков С.А. Нуртазаев А.Е. и д.р. Инструмент для штамповки. Пред. патент РК № 15280. Опубл. 17.01.2005, бюл. № 1. - 2с:ил.

11. Машеков С.А., Кавтаев Е.Е., Нуртазаев А.Е. Влияние технологических параметров ковки на качество поковок из двухфазных титановых сплавов. – Москва: Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, МИСиС, 2004, №12. С. 21-23.

12. Машеков С.А., Биякаева Н.Т., Нуртазаев А.Е. Методика расчета силовых элементов конструкции инструмента на прочность при ковке. Материалы Международной научной конференции «Состояние и перспективы развития механики и машиностроения в Казахстане». – Алматы: КазНТУ, 2007 г. – Том 2. – С. 33-38.

13. Машеков С.А., Биякаева Н.Т., Нуртазаев А.Е. Численное моделирование методом конечных элементов НДС заготовки при ковке в инструменте с изменяющейся рабочей формой. Материалы Международной научной конференции «Состояние и перспективы развития механики и машиностроения в Казахстане». – Алматы: КазНТУ, 2007 г. – Том 2. – С. 38-44.

14. Машеков С.А., Биякаева Н.Т., Нуртазаев А.Е. Исследование НДС заготовки при осадке в инструменте с изменяющейся рабочей формой с применением MSC.SuperForge. Материалы десятой Российской конференции пользователей систем MSC Software «MSC.Software: комплексные технологии виртуальной разработки изделий (VPD). Опыт применения на предприятиях СНГ и стран Балтии». – Москва, 2007 г

15. Машеков С.А., Биякаева Н.Т., Нуртазаев А.Е. Численное моделирование методом конечных элементов НДС заготовки при протяжке в инструменте с криволинейно-выпуклой рабочей формой. Алматы: Вестник КазАТК, 2007. – №5 (48). – С. 176-182.

16. Машеков С.А., Биякаева Н.Т., Нуртазаев А.Е. Численное моделирование методом конечных элементов НДС заготовки при осадке в инструменте с криволинейно-выпуклой рабочей формой. Алматы: Вестник КазНТУ, 2007. – №5 (40). – С. 59-64.

17. Машеков С.А., Биякаева Н.Т., Нуртазаев А.Е. Методика определения оптимальных размеров криволинейно-выпуклой рабочей формы инструмента для деформирования металлов и сплавов. Алматы: Вестник КазНТУ, 2008. – №1 (49). – С. 49-54.


НҰРТАЗАЕВ ӘДІЛЖАН ЕЛЕУҰЛЫ

 

Соғу кезінде деформацияның біркелкі емес болуын азайту үшін жаңа саймандар мен технологияларды жобалау

 

05.03.01 – «Механикалық, физико-техникалық өңдеу технологиялары мен жабдықтары» мамандығы бойынша техника ғылымдарының кандидаты ғылыми дәрежесін ізденуге

 

ТҮЙІН

 

Қазіргі таңда қолданылатын білік пен дискі тәрізді соғылманы соғудың технологиялық үрдістері дәстүрлі соққыш аспапты және деформациялау режімін қолдануға негізделген. Осы үрдістер, соққан кезде дайындаманың кез келген орнында деформацияның біркелкі емес болуы салдарынан илемдік деформацияның көлемі бойнша көп немесе аз шоғырлануымен сипатталады. Сонымен бірге, кәзіргі таңда қолданылатын технологиялық үрдістер дайындама сапасына талап етілетін деңгейінде үнемі соғылманы алуды қамтамасыз етпейді. Осыған байланысты металл өңдеу өндірісіне қажетті болат пен қорытпадан жасалған соғылма дайындамалардың сапасын артыратын соғу технологияларды дамытуға және жаңа соғу аспаптарын құрастыруға бағытталған зерттеулер өзекті болып келеді.

Жұмыстың мақсаты болып соғылма дайындаманың сапасын арттыруды қамтамассыз ететін тиімді деформациялау режимдерін зерттеу және жаңа ұсталық аспаптарды құру.

Осы жұмыстың ғылыми мәселесі болып мыналар саналады:

- деформацияның біркелкі еместігін азайтуды қамтамасыз ететін жаңа ұсталық соғу саймандардың құрылымын жобалау;

- соғылмалардың сапасын жақсартуды қамтамасыз ететін соққыштарда білік типті соғылмаларды соққан кезде пайда болатын кернеулі-деформацияланған күйдің (КДК) таралу заңдылықтарын зерттеу;

- білік типті соғылмаларда ұсақ түйіршікті құрылымды болжауға мүмкіндік беретін өзгеретін пішіндері бар соққыштарда, жазық, құрастырылған және радиалды-соғу машинасында (РСМ) соғу үрдісінің жалпыланған математикалық моделін құру.

Жұмыстың ғылыми жаңалықтары:

- өзгеретін пішіні бар сайман құрылымының кинематикалық және беріктік сипаттамалары табылды және металдар мен қорытпаларды деформациялауға қолданылатын сайманның қисық сызықты дөңес жұмысшы пішінінің оңтайлы өлшемдерін анықтауға мүмкіндік беретін әдістеме жасалды;

- өзгеретін пішіні бар сайманмен соғуды моделдеу кезінде КДК, температураның және энергокүштік параметрлердің таралу өзгерулерінің негізгі заңдылықтары анықталды және мөлшерлік мәліметтер алынды;

- білік типті соғылмаларда ұсақ түйіршікті құрылымды болжауға мүмкіндік беретін өзгеретін пішіндері бар соққыштарда, жазық, құрастырылған және РСМ соғу үрдісінің жалпыланған математикалық моделі құрылды;

- құрастырылған тәсілмен соғу кезінде деформациялық режімдерінің болат пен қорытпалар құрлымының өзгеруіне әсер ету заңдылықтары айқындалды.

Зерттеу әдістемесі ретінде КДК теориясын және шекті элементтермен процестерді модельдеуді колдану негізінде жасалған. Математикалық модельдерді жасау үшін және теориялық есептеулерді жүргізу үшін MSC.SuperForge/visualNastran 4D бағдарламалық кешендер қолданылған.

Зерттеу объектісі ретінде болатты соғудың технологиясы, пішінін өзгертетін саймандар және өзгертетін пішіні бар соққышта деформацияланған үлгіліктер алынды.

Тензор компоненттерін анықтау үшін координаттық торлар әдісі қолданылды. Ысылманы бақылау және фотоға түсіру металлографиялық микроскоп МИМ-7 көмегімен жүргізілді.

Жұмыстың практикалық құндылығы болып жүргізілген зертеулер негізінде болатты деформациялаудың режимі жақсартылған және білік типті соғылмаларды соғу үшін құрал-сайманның жаңа құрылымы құрылымдалған. Аталған практикалық құндылық, мөлшері бойынша төмен ақаулары бар және тұрақты механикалық қасиеттері бар бұйымдарды алуға мүмкіндік береді.

Қорғауға шығарылатын тұжырымдар:

- өзгеретін пішіні бар сайман құрылымының кинематикалық және беріктік сипаттамалары;

- металдар мен қорытпаларды деформациялауға қолданылатын сайманның қисық сызықты дөңес жұмысшы пішінінің оңтайлы өлшемдерін анықтауға мүмкіндік беретін әдістеме;

- пішінін өзгертетін сайманда соққан кезде пайда болатын КДК теориялық және тәжірибелік зерттеулердің нәтижелері;

- болаттарды соғудың оңтайлы деформациялық режімдері, пішін өзгеретін сайманмен және құрастырылған тәсілмен соққанда алынған соғылмалар металының құрылымы мен механикалық қасиетінің өзгеру заңдылықтары.

Алынған мәліметтердің дұрыстығы. Тәжірибелерді жүргізген кезде алынған мәліметтерді өңдеудің ғылыми негізделген әдістемелері, тексерілген жабдықтар мен бақылау-өлшеуші аспаптар қолданылды.

Теориялық есептеулер нәтижесінің дұрыстығы теориялық қатынастардың және шектеулердің негізді қолдануымен, математикалық модель есебінің нақтылы қойылуымен, және де қазіргі заман талабына сай математикалық әдістемелер мен есептеу техникасын қолданумен және тәжірибелік мәліметтердің 10% шамасында сапа мен саны жағынан дәлелденді.


NURTAZAYEV ADILZHAN ELEUOVICH

 

Reduction of non-uniformity of deformations at forging

by development of new tools and technologies

 

05.03.01 major – Mechanical and physics-technical

processing technology and equipment

 

SUMMARY

 

Technological processes used now at forging forged such as shaft and the disks, based on use of the traditional forge tool and existing modes of deformation, not always provide reception forged with a required degree of quality owing to non-uniform deformation by the caused greater or smaller concentration of plastic deformation in various places of volume of preparation.

Researches the technologies directed on perfection at forging for manufacture of preparations of a metal-working industry with the purpose of improvement of quality forged piece steel and alloys, and also designing of new tools are actual.

The purpose of the work. Research and development of the new forge tool and the rational modes of deformation providing improvement of quality forged piece such as disks.

Scientific problems of the present work are:

- to develop a design of new forge tools providing reception forged piece high quality and to prove optimum constructive and geometrical parameters of the given tools;

- to study laws distribution of the stress-strain state (SSS) at forging forged piece such as disks in striker with the changing form and at the expense of a variation of modes of deformation development of the new technologies providing improvement of quality forged pieces from steels and alloys.

Scientific novelty of  work. In this work results of the decision of a problem on perfection of the new forged and stamping the products are submitted, allowing to raise quality of production.

- optimum constructive and geometrical parameters of tools from the changing form are determined;

- the technique of definition of the optimum sizes of the curvilinear - convex working form of the tool for deformation of metals and alloys is developed;

- the quantitative data are received and the basic laws of change of the SSS, temperatures and energy-power parameters are established at forging in various striker with the changing form;

- the mathematical model of process forging in flat, combined striker and on radial - forging to the machine is developed, allowing to predict reception in forged piece fine-grained structure;

- laws of influence of deformation modes forging in forged piece from the changing form and in the combined way on change of structure steels and alloys are revealed.

Objects of research were technology forging steel, tools with the changing form and samples deformed in forged piece from the changing form. Supervision and shooting microsection spent on vertical metallographic a microscope the VMM - 7.

The positions which are born on protection:

- optimum constructive and geometrical parameters of tools from the changing form;

- results theoretical and an experimental research it is intense - deformed statuses at forging in striker with the changing form;

- technique of definition of the optimum sizes of the curvilinear - convex working form of the tool for deformation of metals and alloys;

- optimum deformation modes forging steels, laws of change of structure and mechanical properties of metal forged piece, forged in striker with a changing configuration.

Practical value of work consists that on the basis of the lead researches modes of deformation steels are advanced and new configurations of the tool for forging forged piece such as disks and the shaft, products of the required form promoting reception with a minimum quantity of defects and a stable level of mechanical properties are developed.

Reliability of the received results. In a course of experimental researches carrying out of experiment and processing of the received data, verify the lab ware and instrumentations have been used the scientifically-grounded technique. Reliability of results of theoretical calculations is reached by proved use of theoretical dependences, assumptions and restrictions, a correctness of production of a problem of mathematical modeling, and also application of modern mathematical methods and means of computer facilities and confirmed with qualitative and their quantitative coordination with the data of experiment at an error within the limits of 10%.