книги из ГПНТБ / Прессование алюминиевых сплавов. Математическое моделирование и оптимизация

жения) [25]. Поэтому более справедливой в общем слу­ чае является зависимость вида

где t — время.

Построение зависимости (ІІІ-З) является довольно сложной задачей. Поэтому исследователи, как прави­ ло, находят более простые зависимости, которые являют­ ся частными случаями выражения (ІІІ-2). Наибольшее распространение получили уравнения вида (ІІІ-Іа),

С физической точки зрения при пластической дефор­ мации в условиях горячей обработки металлов давлени­ ем происходят два одновременно протекающих процес­ с а — упрочнение и разупрочнение за счет рекристалли­ зации, а следовательно, релаксации напряжений. Поскольку эти процессы проходят во времени, сопро­ тивление деформации существенно зависит от скорости деформации. Связь кривых а—е для различных темпе­ ратурно-скоростных условий деформирования с меха­ низмами пластической деформации подробно изложена

вработах [26, 27].

Кпостроению функций (ПІ-2) для конкретных ме­ таллов и сплавов можно подходить с двух сторон. С од­ ной стороны, можно строить зависимости, рассматривая физическую сущность процесса.

Например, в работе [28] на основании данных ряда исследователей предполагается, что интенсивность уп­ рочнения металла, если рассматривать е как логариф­

мическую деформацию, можно принять постоянной, а напряжение при разупрочнении уменьшается пропор­ ционально величине (а—а0)> где сто — сопротивление де­ формации в начальный момент испытания. Тогда можно записать:

da = Dcfe — А {а — а0) dt

Если считать также, что | = const, после интегриро­ вания будем иметь

а — а0 + D — 1 — ехр

А

Здесь А — скорость релаксации, 1/с.

Как показано в работе [25], более точной зависимо­ стью является

do = Dde а dt,

X

где

Здесь U — энергия активации; ^ — постоянная; и — температура.

С другой стороны, имеется большое число эмпириче­ ских формул, описывающих зависимость сопротивления деформации от скорости, степени деформации и темпе­ ратуры.

Эмпирические формулы, определяющие совместное влияние термо-механических параметров на сопротивле­ ние деформации металлов и сплавов, приемлемы, одна­ ко, лишь в тех условиях, в которых были получены опытные данные, и использование этих формул для рас­ четов реальных процессов обработки металлов давлени­ ем часто приводит к существенным погрешностям.

Обычно экспериментальные исследования зависимо­ сти сопротивления деформации от термомеханических условий испытаний проводились или при постоянной скорости деформирования, или при постоянной скорости деформации. Некоторые исследователи вообще не ука­ зывают в своих работах на использованный закон изме­ нения скорости деформации.

Вто же время каждый из процессов обработки ме­ таллов давлением характерен своим определенным за­ коном развития деформации во времени, который зави­ сит от вида оборудования, масштабного фактора, гео­ метрии рабочего инструмента, технологической последовательности и цикличности процесса, а также от многих других параметров.

Внастоящее время в литературе имеется несколько

методов определения изменения сопротивления дефор­

114.

мации при сложном характере нагружения, связанных в основном с экспериментальным исследованием разуп­ рочнения металла при дробной деформации, а также при резко изменяющихся законах нагружения.

Наиболее полно учесть историю процесса нагруже­ ния при аналитическом определении сопротивления де­ формации позволяют уравнения теории ползучести.

Несмотря на разную природу длительной и кратко­ временной ползучести (мгновенной деформации), реоло­

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

В последние годы появился целый ряд работ, посвя­ щенных экспериментальному исследованию сопротивле­ ния деформации и пластичности алюминиевых сплавов при различных температурно-скоростных условиях де­ формации [30—40].

Однако в этих работах, как правило, приводятся ре­ зультаты исследований лишь некоторых сплавов в огра­ ниченных диапазонах изменения условий испытаний.

Следует таКЖё отметить, что исследования, результаты которых опубликованы, проводились на самых разнооб­ разных, порой несовершенных испытательных машинах по различным методикам, с неоговариваемой степенью точности. Все это, безусловно, затрудняет использова­ ние полученных опытных данных для расчетов пара­ метров процесса прессования.

Технически чистый алюминий

Одними из первых работ по определению сопротив­ ления деформации технически чистого алюминия явля­ ются исследования Надаи и Мэнджойна [41], в которых были получены кривые изменения а от температуры ис­ пытаний в диапазоне скоростей деформации £=10~3-ь- -ч- ІО3 с-1. Усилие растяжения и деформация образца по длине записывались с помощью фотоэлементов на эк­ ране катодного осциллографа: при больших скоростях на опытные кривые накладывались значительные иска­ жения, связанные с инерционностью измерительной цепи.

Алдер и Филлипс [30], а затем Арнольд и Паркер [31] проводили испытания технически чистого алюми­ ния осадкой цилиндрических образцов на кулачковом пластометре при различных температурах в диапазоне скоростей деформации от 1 до 30 с-1. Как отмечают авторы, постоянство скорости деформации при испыта­

тур до 500° С и скоростях деформации £ = Ы 0 ~ 4—6 с-1. Автор отмечает, что скоростной коэффициент увеличи­ вается с повышением температуры и степени деформа­ ции для случаев высоких гомологических температур.

Заслуживает также внимания работа Хоккетта [32], проведенная на кулачковом пластометре в диапазоне изменения скоростей деформации £=0,1н-200 с-1. Ис­ пытания проводили осадкой цилиндрических образцов из алюминия при условии g=const в диапазоне темпе­ ратур от —50 до 400° С. Кривые в координатах а—£ хо­ рошо описываются зависимостью:

о = k lg I -f o0,

116

где k и Go зависят от температуры й степени деформа­ ции.

Наиболее поздние работы по испытаниям техниче­ ски чистого алюминия были проведены при высоких скоростях деформации (£=102-^ ІО3 с-1).

Следует отметить исследования Саманта [33], ре­ зультаты которых были получены с использованием вы­ сокоскоростной испытательной машины в диапазоне из­ менения величины £ = 110-:- 260 с-1 при температурах 250—500° С.

Алюминиевые сплавы

В работе Арнольда и Паркера [31] было исследова­ но сопротивление деформации алюминиевых сплавов ти­ па АМц, АМг, АМг5, AB и АК8. Испытания проводили на кулачковом пластометре при постоянной скорости

испытания на сжатие цилиндрических образцов диамет­ ром 12,7 мм при отношении d/h, равном 0,5; 1,0; 2,0. Как следует из опытов, наибольшим скоростным упроч­ нением обладают сплавы системы А1—Mg. Для исследо­ ванных легированных алюминиевых сплавов (типа АМг5, АК8) характерно наличие максимума на опыт­ ных кривых при степенях деформации е=0,2-^-0,4 и последующее снижение величины сопротивления де­

практически параллельно оси абсцисс.

Вайлей и Сингер [34] также на пластометре провели исследование сопротивления деформации алюминия и его сплавов типа АК8 и В95. Полосы размером 110Х Х25,5ХЗ,2 мм подвергали плоскому сжатию при ус­ ловии постоянной скорости деформации в диапазоне изменения |=0,4-ч-311 с-1. Для этих сплавов отмечает­ ся заметное падение величины а при значениях степени

температуры испытаний.

Авторы работы [36] отмечают заметное снижение ин­ тенсивности роста о с увеличением степени деформации, а в некоторых случаях (сплав АМгб) наличие максиму­ ма на кривых o— f(e). Исследование проводили на спла­

117

вах Д16, В95, АД31 и АМгб с использованием разрыв­ ной машины и специально оборудованного волочильного стана. Испытания вели при постоянной скорости дефор­ мирования (скорости движения зажимов) в диапазоне £= 3-10_3-М4 с-1. По уровню значений о полученные в этой работе опытные данные несколько превышают дан­ ные других исследователей.

В. К. Орловым [37] была исследована величина сг сплавов А1, АМц, АД31, АМгб, Д16 для условий, соот­ ветствующих режимам горячей прокатки данных спла­ вов. Испытания проводились осадкой образцов на ку­ лачковом пластометре [25] в диапазоне изменения ско­ ростей деформации |= 4 ч -6 0 с-1.

Автор не отмечает снижения величины сопротивления деформации для высокопрочных алюминиевых сплавов при е>0,2-1-0,4 и опытные кривые а = /(е ) не имеют максимума, что противоречит результатам других иссле­ дователей [30, 31, 34, 38].

В фундаментальной работе Судзуки и др. [42], про­ веденной на пластометре при условии £=const, был ис­ следован алюминиевый сплав типа дураль в температур­

= 0,3-1-0,4 проходят максимум, а затем величина а сни­ жается, что особенно заметно при температуре испыта­ ний 200—300° С.

В работах [39, 40] были исследованы два алюминие­ вых сплава типа'АД при скоростях деформации соответ­ ственно 10~4—150 и 1,6—30 с-1 в температурном диапа­ зоне 20—370 и 20—500° С. С ростом температуры и сте­ пени деформации интенсивность упрочнения этих сплавов снижается и в диапазоне 300—500° С опытные кривые o =f ( s ) параллельны оси абсцисс.

Таким образом, на основании рассмотренных данных можно сделать вывод о том, что сопротивление деформа­ ции алюминиевых сплавов в значительной степени зави­ сит от скорости деформации и температуры, в то время как при температурах горячей обработки деформацион­ ное упрочнение незначительно.

Однако имеются определенные противоречия в ре­ зультатах, полученных различными исследователями; кроме того, практически ни в одной работе не приведены данные о точности полученных данных.

В дальнейшем приводятся результаты исследований

118

по сопротивлению деформации деформируемых алюми­ ниевых сплавов, полученные на пластометре конструкции УЗТМ, которые будут использованы для расчета пара­ метров горячего прессования.

3. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ НА КУЛАЧКОВОМ ПЛАСТОМЕТРЕ

Пластометр конструкции УЗТМ

Особое внимание заслуживают работы, проводимые на установках, позволяющих осуществлять различные законы нагружения в широком диапазоне температурно­ скоростных условий деформации.

Испытательная машина, на которой проводили свои исследования авторы работ [30 и 31], получила название кулачкового пластометра. Активным элементом установ­ ки является кулачок с логарифмическим контуром обра­ зующей.

В настоящее время в эксплуатации находится целый ряд установок типа кулачкового пластометра, которые успешно используются для решения широкого круга за­ дач теории и практики обработки давлением.

Одной из наиболее современных испытательных ма­ шин типа кулачкового пластометра является установка конструкции Л. А. Быкова, А. В. Третьякова и др. [43], схема которой представлена на рис. 21.

Привод установки осуществляется через систему ге­ нератор—двигатель от двигателя постоянного тока мощ­ ностью 18 кВт с плавным регулированием числа оборо­ тов (минимум 50 об/мин, максимум—800 об/мин).

От двигателя вращение передается через эластичную муфту и массивный маховик на коробку скоростей. По­ следняя представляет собой цилиндрический редуктор

муфту передает крутящий момент барабану, на котором укреплен кулачок со съемным шаблонным профилем.

Непосредственно в момент испытания при помощи специального фиксирующего устройства происходит вы­ брос кулачка в рабочее положение, и кулачок через шток с роликом толкает плунжер гидравлического меха­ низма. При этом рабочая жидкость гидромеханизма (смесь спирта и глицерина) под действием плунжера за­

119