Вопросы для самоконтроля

1. На чем основаны инженерные методы расчета температуры прессования?

2. Какие известны численные методы для определения температурных условий процесса прессования?

3. Почему невозможно получить точное решение при расчете температурных условий процесса прессования?

4. Какие основные параметры влияют на изменение температурных условий прессования?

5. Как регулируются температурные условия процесса прессования?

6. Как взаимосвязаны скорость и температура прессования?

7. Какой процесс прессования называют «изотермическим»?

8. С помощью каких методов определяются температурные условия прессования?

9. Как выбирается температурный диапазон прессования?

10. Что такое «критическая» температура прессования?

Варианты заданий к разделу 3

Рассчитать температурные условия процесса прессования для типо-размеров пресс-изделий и размеров заготовки, определенных в разделе 2. Построить графики изменения температур.

Расчет температурных условий проводить в следующем порядке:

1. Определяем общее время прессования:

(54)

где – длина распрессованной заготовки; – высота упругой зоны; – скорость прессования; – диаметры заготовки и контейнера соответственно.

2. Находим время пребывания прессуемого металла перед ОЧПЗ:

, (55)

где _д – время пребывания в очаге деформации (49, 51).

3. Выбираем уравнения реологии прессуемого металла – зависимость σ_S(ε₁, έ₂,Т₂) – сопротивление деформации от параметров деформации.

4. Находим температуру на границе контакта заготовки и контейнера для и с:

, (56)

где здесь, те же обозначения, что и в выше приведенных формулах.

5. Рассчитываем для данных температур по выбранному уравнению реологии.

6. Находим среднее геометрическое значение для данных значений:

, (57)

7. Определяем напряжение трения на границе контакта заготовка-контейнер: .

8. Рассчитываем для температуры t10 по выбранному уравнению реологии.

9. Значения, определенные в п.п. 7, 8, подставляем в уравнения в (41) или (42) и находим температуру прессуемого металла перед ОЧПЗ.

10. Рассчитываем для температуры t(τ₁) по выбранному уравнению реологии.

11. Находим среднее геометрическое значение для данных значений:

, (58)

12. Определяем уточненное значение температуры прессуемого металла перед ОЧПЗ.

13. Рассчитываем для температуры t(τ₁) по выбранному уравнению реологии.

14. Аналогично рассчитываем температуру в ОЧПЗ.

4. Оптимизация температурно-скоростных параметров процесса прессования для достижения максимальной производительности и требуемого уровня качества пресс-изделий

Процесс прессования является оптимальным, если получаемые пресс-изделия отвечают предъявляемым к ним требованиям по критериям качества, а используемые прессы полностью загружены по усилию и производительности.

Температурный режим прессования имеет решающее значение для создания оптимальных условий процесса прессования: достижения максимально-возможной скорости прессования (МВСП) и требуемого качества пресс-изделий. С одной стороны, высокая температура прессования может привести к снижению качества пресс-изделий вплоть до появления брака, а с другой, слишком низкая температура ведет к повышению сопротивления деформации так, что прессование становится невозможным из-за превышения усилия прессования над усилием используемого пресса. Поэтому при выборе температурного режима необходимо избежать обоих указанных граничных случаев.

Оптимальные температурно-скоростные режимы определяются в основном опытным путем. В табл. 1 приведены наиболее часто используемые в прессовом производстве цветных металлов температурно-скоростные режимы.

Для количественного решения данной задачи необходимо представить изменения МВСП в виде графической зависимости от температуры нагрева заготовки (рис. 4). Тогда на данной диаграмме будет два семейства граничных кривых: левое – предел по усилию пресса, а правое – предел существования прессуемого металла, выше которого происходит разрушение пресс-изделия (гипотеза «предельной» температуры). Очевидно, что оптимальная температура нагрева заготовки, обеспечивающая МВСП будет находиться на пересечении данных кривых. Необходимо отметить, что рабочий диапазон расширяется с увеличением усилия используемого пресса и отводом избыточного деформационного тепла во время прессования.

Рис. 4. Температурно-скоростные области прессования

Для построения предельной диаграммы в случае прессования конкретного пресс-изделия необходимы следующие математические зависимости:

1. сопротивления деформации прессуемого металла с учетом конкретного химического состава металла (уравнение реологии)

;

2. усилия прессования;

3. выходной температуры пресс-изделия;

4. значения «критической» температуры разрушения данного пресс-изделия на выходе из канала матрицы.

Предельная кривая по усилию прессования может быть построена, если заданы усилие пресса Р₀, технологические параметры процесса прессования и известна зависимость σ_S от скорости прессования и температуры. Для этого выбираем уравнение реологии В.Н. Выдрина:

, (59)

где – степень деформации; – скорость деформации, а K_V – скоростной коэффициент, определяемый из формул для прессования прутков – (4) и для труб – (5):

, (60)

, (61)

где v_пр – скорость прессования; α_М – угол матрицы; D_ОП.ОКР, D_ТР и d_И – диаметр описанной окружности профиля, наружный и внутренний диаметры трубы соответственно; Т – температура прессования; А, B, C, D – реологические константы материала, представленные в работе В.Н. Выдрина.

Выражение (3) можно представить в следующем виде:

(62)

где

. (63)

Для осуществления процесса прессования необходимо превышение усилие пресса Р₀ над усилием прессования Р_ПР:

(64)

где К₀ – коэффициент запаса усилия пресса, равный 1,1÷1,2.

Для определения усилия прессования Р_ПР воспользуемся формулой И.Л. Перлина, которую можно представить в следующем виде:

(65)

где К_УПР – коэффициент усилия прессования, учитывающий влияние технологических параметров на усилие прессование.

Тогда с учетом выше приведенных выражений получим аналитическую зависимость для кривой, обусловленной усилием прессования:

. (66)

Для нахождения данной зависимости (66) в работах В.Н. Выдрина, И.Л. Перлина или других ученых можно найти необходимые справочные данные.

В работе С.В. Беляева, показано, что предельная кривая, обусловленная разрушением пресс-изделия, с достаточной степенью точности для инженерных расчетов линейно зависит от температуры заготовки. Для ее нахождения достаточно знать две точки, которые находятся из уравнения выходной температуры пресс-изделия. Предельную скорость прессования определяют методом постепенных приближений для конкретных температур нагрева заготовки, приравнивая выходную температуру равной «критической». Значения «критических» температур для каждого сплава имеют вполне конкретное значение (рис. 4) или задаются технологическим регламентом для получения пресс-изделий с заданным качеством. Если отсутствуют справочные данные, то «критическую температуру можно принять равной (0,85÷0,95) от температуры плавления прессуемого металла Т_ПЛ.

При построении «предельной» кривой по температуре используют уравнение прямой, проходящей через две точки (А (Т_З1, v₁), В(Т_З2, v₂), рис. 4):

(67)

Точка пересечения С данных предельных кривых имеет координаты МВСП и оптимальной для этого температуры нагрева заготовки. Необходимо отметить, что оптимальный режим для достижения МВСП еще не гарантирует получения регламентируемого уровня качества пресс-изделий. Поэтому на практике иногда приходится жертвовать производительностью для достижения требуемого качества.