Изменение параметров процесса уточнения |
|
Т а б л и ц а 33 |
|
|
|
для случая прессования с обратным истечением |
|
|
Номер |
шах 1WI |
öflO |
floi |
QO2 |
|
итерации |
Дф |
|
|
|
|
|
|
1 |
0,101 |
— 1,67 |
12,92 |
— 11,6 |
6,51 |
3 |
0,153 |
— 19,16 |
15,20 |
— 10,8 |
8,63 |
5 |
0,205 |
— 25,60 |
18,11 |
- 9 , 7 |
8,75 |
7 |
0,249 |
— 25,71 |
19,26 |
— 9 ,3 |
9,17 |
9 |
0,277 |
— 25,79 |
19,26 |
— 9 ,3 |
9,17 |
Продолжение табл. 33
Номер |
max |4f| |
% |
а12 |
fl2q |
a2l |
0Zz |
итерации |
Дф |
|
|
|
|
|
|
1 |
0,101 |
— 6,91 |
— 0,11 |
— 0,06 |
0,91 |
0,02 |
3 |
0,153 |
— 6,09 |
— 0,83 |
— 0,09 |
0,67 |
0,07 |
5 |
0,205 |
— 4,41 |
— 1.2 |
— 0,32 |
0,19 |
0,13 |
7 |
0,249 |
— 4,36 |
— 2 ,3 |
— 0,96 |
0,07 |
0,21 |
9 |
0,277 |
— 4,36 |
- 2 , 3 |
- 1 , 3 |
0,05 |
0,33 |
As - ' в
Рис. 41. Картина течения, полученная при моделировании прессования с обѵ ратным истечением:
. I I — потенциальное теч ен и е;--------------уточненное положение линий
тока
сателыіых напряжений, действующих на границе обла сти течения, становится значительно меньшим (рис. 41).
Выполняя расчеты по программам математической модели для приведенных выше значений р\ и р2, прини мали р = 0,25 лишь на участке А2А 3, на остальной части контактной поверхности полагали р = 0.
Продолжительность расчета равна 2 ч (9 итераций). Начальное время расчета итерации составляло 20 мин и во время первых четырех итераций постепенно сокра тилось до 13 мин последовательным уменьшением рас четной зоны до размеров, показанных на рис. 41. По табл. 33 можно проследить, как изменяются значения коэффициентов разложения уточняющей функции тока и максимальное значение самой функции по итерациям.
Методика проведения экспериментов в промышленных условиях
Для исследования и сравнения распределения де формаций по объему заготовки при прессовании прямым и обратным методами были проведены эксперименталь ные исследования в производственных условиях [67].
Прессование вели на горизонтальном гидравличес ком прессе усилием 12 МН (1200 тс) из контейнера диа метром 130 мм. Использовали составной круглый слиток из сплава Д16, на меридиональном сечении которого на носилась координатная сетка с шагом 3 мм.
Сварку образцов в процессе прессования предотвра щала смазка поверхности стыковки образцов термостой ким полихлорвиниловым лаком [67]. Специальная обра ботка образцов после их разделения обеспечила необхо димую четкость линий сетки, что облегчило измерение координат узлов и проведение анализа. Длина заготовок составляла 240 мм.
Для экспериментов была изготовлена специальная инструментальная наладка (рис. 42), позволяющая ве сти прессование прямым и обратным методом в разъем ные матрицы из контейнера с разъемной втулкой. Это дало возможнсть избежать дополнительного искажения координатной сетки при подпрессовке и извлечении ча стично отпрессованного образца из контейнера.
Температура заготовок и втулки контейнера во всех случаях колебалась в пределах 390—400° С. Скорость истечения поддерживалась постоянной в пределах 0,7—
0,9 м/мин, т. е. условия прессования были выбраны близ кими к обычным для обработки сплава Д16.
Прессовали круглые прутки диаметрами 40 и 62 мм. Длины отпрессованных прутков составляли 0,5; 1; 2; 5
их диаметров, что позволило изучить различные стадии процесса прессования.
Рис. 42. Схемы прямого (а) и обратного (б) прессования из контейнера с разъ емной втулкой:
1— узел крепления |
прессштемпеля; |
2 — |
прессштемпель; 3 — контейнер; 4 -в т у л |
ка |
контейнера; 5 — кольцо |
(пробка |
для |
обратного прессования); 6 ~ прессшай- |
ба; |
7 — разъемная |
втулка; |
8 — разъемная матрица; 9 — мундштук; 10 — клин |
Качественный анализ результатов исследований в заводских условиях
На рис. 43 и 44 представлены фотографии образцов, отпрессованных прямым и обратным методами.
Рассмотрим деформацию координатных сеток при прессовании прутка диаметром 62 мм. Уже при длине прутка, равной 0,5 его диаметра, в случае прямого прес сования приконтактные слои слитка получили сдвиговую деформацию. На поверхности матрицы металл не дефор мируется, в то время как от контура канала по длине слитка в сторону прессшайбы распространяется зона сдвиговых деформаций. Центральные слои прутка полу чили весьма незначительную радиальную деформацию, т. е. остались малодеформированы.
При дальнейшем увеличении длины отпрессованного прутка (Id) зона сдвиговых деформаций, начинающаяся у контура канала матрицы, расширяется и смещается ближе к поверхности контейнера, отделяя «мертвую зо ну» и сливаясь постепенно с областью сдвиговых дефор маций, прилегающей к поверхности контейнера по его длине. На периферийных слоях прутка имеется зона ин тенсивных сдвиговых деформаций, в то время как цен тральные слои его деформированы значительно меньше.
При длине прутка, равной 2d (см. рис. 43, а), зона интенсивных сдвиговых деформаций отделяет «мертвую зону» на поверхности матрицы и прессование по сущест ву происходит как бы в коническую матрицу с больши ми силами трения на контактной поверхности. Очаг рас пространяется на весь слиток и приконтактные слои ме талла испытывают чрезвычайно интенсивную сдвиговую деформацию еще до входа в «геометрический очаг». Это приводит к резкой неравномерности деформации по се чению прутка.
Дальнейшее увеличение длины прутка делает преды дущую картину более четкой. В то же время зона сдвиго вых деформаций в слитке захватывает все больше цен тральные слои, что приводит к уменьшению неравномер ности деформации по сечению, но увеличивает неравно мерность по длине прессизделия. На рис. 43,6 виден как бы «конус» металла, получившего незначительную сдви говую деформацию, основанием которого является то рец отпрессованного прутка.
Рис. 43. Картина течения металла при прямом прессовании прутка диамет ром 62 мм:
а — длина прутка — два диаметра; б — пять диаметров
Рис. 44. Картина течения металла при обратном прессовании прутка диамет ром 62 мм:
а — длина прутка два диаметра; 6 — пять диаметров
При рассмотрении прессостатков прутков диаметром 62 мм, отпрессованных обратным методом, становится ясно, что картина течения в этом случае имеет совер шенно иной характер (см. рис. 44). В начальный момент прессования на поверхности матрицы образуется зона
затрудненной деформации, которая совершенно анало гична зоне затрудненной деформации, образующейся при осадке. Далее за этой зоной расположена зона сдви говых деформаций, которая распространяется к центру заготовки (сравните «бочкообразование» при осадке). Это приводит к тому, что центральные слои металла,
Рис. 45. Картина течения металла при прямом (а) и обратном (б) прессовании прутка диаметром 40 мм. Длина прутка — два диаметра
расположенные в плоскости матрицы, получают опреде ленную радиальную деформацию, а следовательно, и осевую. Таким образом, в этом случае передний конец начинает практически сразу же деформироваться.
Зона деформированного металла («очаг деформа ции») не превышает по длине величину, равную 0,3 диа метра контейнера, считая от поверхности матрицы. Ме талл в контейнере, за исключением этой зоны, является недеформированным. При увеличении длины прутка на чинает деформироваться зона затрудненной деформации и металл из нее вытесняется в приконтактные слои прутка, что ведет к увеличению радиальной деформации его центральных слоев, поскольку общая длина очага деформации не увеличивается.
Следует отметить, что при обратном прессовании (см. рис. 44, а) неравномерность деформации по сечению менее интенсивна, поскольку металл деформируется не посредственно у поверхности матрицы и не успевает по лучить значительных сдвиговых деформаций в контей нере.
Когда длина прутка достигает 5d, процесс можно считать практически установившимся. При этом на по верхности матрицы имеется тонкий слой интенсивно продеформированного металла, который образует своеоб разную «мертвую зону»; длина очага деформации оста ется постоянной.
Высота «конуса» малодеформированного металла значительно меньше, чем при прямом прессовании. «Ко нус» по существу является усеченным и переходит в ци линдр (см. рис. 44,6), что говорит о равномерности де формации по длине прутка.
Анализ картин течения при прессовании прутка диа метром 40 мм (рис. 45) подтверждает выведенные ка чественные закономерности.
Методика расчета деформированного состояния
Координаты искаженных координатных сеток иссле дуемых образцов измеряли на инструментальном микро скопе УИМ-21.
Результаты измерений обрабатывали по специальной методике с привлечением теории конечных деформаций [68]. Как известно, при прессовании локальные дефор мации могут достигать весьма больших значений и ис пользование теории малых деформаций [19] приводит к существенным погрешностям. Этот факт подтвердили и предварительные расчеты, полученные в данном иссле довании, которые показали, что при использовании за висимостей типа
где еіи — компоненты тензора малых деформаций; щ — компоненты вектора перемещений, не выполняется усло вие несжимаемости
В связи с этим формулы для расчета конечных де формаций в прямоугольных декартовых координатах
е = |
1 |
/дис |
. |
дик . |
'dup |
дир \ |
|
|
lk |
2 |
\ dxk |
|
dx[ |
|
d x i |
d x k ) |
|
|
были |
преобразованы |
и компоненты тензора |
конечных |
деформаций |
в |
цилиндрических |
координатах |
определя |
лись как |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
dUp |
|
|
|
|
|
J J’ |
|
d p |
2 |
|
d p |
) |
\ d p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(V-I) |
8pz |
|
|
|
^2 |
, |
|
duz |
диг |
|
|
|
|
dp |
d p |
d z |
dp |
ÖZ |
|
|
|
|
|
|
где 8p — радиальная нормальная компонента тензора деформаций; еф — угловая нормальная компонента тен
зора деформаций; ez — осевая нормальная компонента тензора деформаций; ер2 — компонента тензора дефор
маций, характеризующая сдвиг; «р, иг — радиальная
и осевая компоненты вектора перемещения; р, cp, z — оси координат.
Кроме компонент конечной деформации, рассчитыва ли главные компоненты тензора деформаций по фор мулам:
ep + 8z |
4- |
ф / ( ѵ |
4F2 |
(Ѵ-2) |
еі.з = |
|
’ ьрг |
е2— еф
и направление главных осей тензора деформаций:
1 |
і 2Ѵ |
а = — |
a r c t g ------ i— , |
2 |
ер - в г |
где а — угол между направлением р и направлением еі. Были определены главные относительные удлинения
для каждой элементарной ячейки. |
|
Е і = \/Г1 + 2е,- — 1, |
(Ѵ-3) |
14-455 |
209 |
где t = l , 2, 3, а также величины интенсивностей дефор
мации сдвига Г = 2 |/|е |
п | |
и |
скоростей деформации |
сдвига Н = 2Уг \Іп \, где |
е11 |
и |
£п — соответственно вто |
рые инварианты девиаторов деформации и скоростей де формации.
В качестве проверки использовали условие несжи маемости в виде
Д = (1 + £ ,) ( ! + Д 2)(1 + £ 3) - 1 = 0 .
Все расчеты величин, характеризующих деформиро ванное состояние при прямом и обратном прессовании, были проведены на ЭВМ «Минск-22».
Компоненты тензора деформации находили по фор мулам (Ѵ-1), например деформацию в радиальном на правлении:
Аналогично рассчитывали и другие компоненты тен зора деформации. Главные деформации, главные на правления и главные удлинения определяли по фор мулам (Ѵ-2).
Для каждой узловой точки программа предусматри вала нахождение по соответствующим формулам вторых инвариантов тензора деформации и тензора скорости деформации, интенсивности деформации сдвига, интен сивности скорости деформации, величины изменения объема.
Количественный анализ деформированного состояния металла при прямом и обратном прессовании
Оценить количественно деформированное состояние по расстоянию между первоначально взаимно перпен дикулярными линиями координатной сетки, как это де лалось в ряде работ [5, 6], практически не удается, по скольку деформированное состояние в точке характери зуется совокупностью девяти компонент, образующих тензор (шесть из них попарно равны). Очевидно, дефор мированное состояние может быть охарактеризовано инвариантной по отношению к изменению осей коорди нат величиной— интенсивностью деформаций. Кроме этого, при известных направлениях главньіх деформаций
