книги из ГПНТБ / Колпашников А.И. Гидропрессование металлов
.pdf
9. РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОГО КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОСТИ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОВ ГИДРОПРЕССОВАНИЯ
Для осуществления процесса гидростатического прес сования, при котором вне очага деформации заготовка окружена средой, передающей на нее давление по зако нам гидростатики, а в очаге деформации между заготов кой и матрицей существует жидкостное трение, требуется определенное, количество жидкости.
Очевидно, что сумма объемов жидкости и заготовки равна объему рабочей зоны контейнера:
Q« + = Q«, (95)
где Q; K — объем жидкости; Q3— объем заготовки;
QK— объем рабочей зоны контейнера.
Вводя понятие «коэффициент заполнения контейнера
жидкостью К»: |
|
К = — |
(96) |
QK |
|
или |
|
/ С = 1 - £ - ; К = \ - - Щ - , |
(97) |
можно установить, что чем больше коэффициент |
К, тем |
больше избыточной энергии накапливает жидкость и тем больше скорость выстрела. Существует какой-то наи меньший объем жидкости (<2ж )т і„, при котором возмож но протекание процесса гидростатического прессования без распрессовки заготовки. При заливке меньшего объе ма прессшайба коснется торца заготовки, давление жидкости еще будет недостаточно высоко, чтобы обес печить боковой подпор, предотвращающий осаживание заготовки. Для определения (Q>K)min необходимо знать коэффициент сжимаемости жидкости при рабочих значе ниях температуры и давления. Коэффициент сжимаемо
сти жидкости |
|
определяют по формуле |
|
до |
|
я&юі |
|
(3 = |
= |
2, |
(98) |
<?ж Др |
|
<2ж4рв |
|
из
где Dp—внутренний диаметр рабочего контейнера;
Л/—путь плунжера до начала выдавливания за готовки.
Давление жидкости при этом перемещении возра стает до давления выдавливания р„, таким образом Ар =
= Рв-
Подставляя в (98) экспериментально найденные зна чения AQ и Ар = рпДля данной жидкости и данных усло вий прессования, находим коэффициент сжимаемости жидкости
nMDl
Р = |
р-. |
(99) |
Зная коэффициент сжимаемости жидкости и давление выдавливания, можно рассчитать минимальное количест во жидкости для осуществления процесса гидростатиче ского прессования любого металла:
Q« = |
QK/C = ^ ^ A " . |
(100) |
Найденное значение подставляем в формулу для оп |
||
ределения Р: |
|
|
Р = |
- ^ - |
|
|
'к КРв |
|
И ЛИ |
|
|
д/ = |
р/с/к/V |
(ion |
Последняя формула позволяет определить ход плунже ра, необходимый для создания в жидкости давления, рав
ного давлению выдавливания |
металла |
Максимально возможную |
длину заготовки ( / 3 ) т а х |
для контейнера определенной длины и диаметра опре деляем из условия
А/ = 1К - (Ушах, |
(102) |
т. е. начальное расстояние между прессшайбой и заготов кой принимаем равным ходу прессшайбы до начала исте чения металла. Таким образом:
( * э ) т « = М 1 - Р Я Р в ) . |
(ЮЗ) |
При проведении лабораторных исследований было установлено, что при уменьшении зазора между заготов-
кой и стенками контейнера вплоть до 0,1 мм и постоян ной вытяжке давление выдавливания не изменяется.
Небольшое увеличение давления при дальнейшем уменьшении зазора, очевидно, связано с некоторой не точностью изготовления заготовки и полости контейне ра, их несоосностыо. Это приводит к заклиниванию за готовки. Заклинивание может быть вызвано также пере косом заготовки в контейнере.
Для предотвращения указанных явлений авторы ре комендуют определять диаметр заготовки из следующе
го соотношения: |
|
D„ = (0,95-н 0,98) Dp. |
(104) |
При давлениях порядка 10000 ат сжимаемость боль шинства жидкостей достигает 25—30%, т. е.
РРв = ^ = 0,25ч-0,30.
Используя это соотношение, а также формулы (97), (103), (104), получаем соотношение для определения размеров заготовки и коэффициента заполнения кон тейнера жидкостью:
/ = / |
_ L - ? j _ P _ . |
(105) |
|
к 1 - 0 , 9 6 р в р |
v |
При давлениях рабочей жидкости до 12000 ат можно принимать
/3 = |
0,98/к ; d3 = 0,98 D p ; |
|
/С = |
— = (1 — 0.983) = 0,06. |
(106) |
|
QK |
|
При соблюдении соотношений объемов жидкости и заготовки, установленных по формулам (103) и (104), гидростатическое выдавливание происходит без разряд ки контейнера. После достижения прессшайбой торца матрицы часть конуса матрицы остается заполненной металлом. После поднятия прессштемпеля в контейнер подавали следующую заготовку и процесс прессования повторялся.
10—739 |
145 |
10. СХЕМА РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ГИДРОПРЕССОВАНИЯ
При разработке технологического процесса гпдропрессованпя за исходные параметры принимают:
а) химический состав материала, его свойства при
различных температурах; |
|
||
б) |
конечную форму и размеры пресснзделия; |
||
в) |
требуемые |
механические свойства |
пресснзделия. |
Предполагают |
также, что известны |
эпергосиловые |
|
характеристики и размеры оснастки используемого обо рудования.
На основании полученных аналитических зависимо стей можно определить оптимальные технологические параметры процесса, а следовательно, и необходимые характеристики требуемой оснастки и оборудования.
|
Расчетная схема оптимальных технологических пара |
||||
метров может выглядеть так: |
|
||||
|
1. Определение размеров исходной заготовки: |
|
|||
|
а) диаметр |
заготовки |
|
||
|
Я „ = |
. |
|
(107) |
|
где |
А,— коэффициент |
вытяжки; |
|
||
|
dK |
— диаметр готового прутка; |
|
||
|
б) |
длина |
заготовки |
|
|
|
4 = |
|
|
|
(108) |
где |
/ п р — длина прутка |
с учетом технологических |
от |
||
|
|
ходов. |
|
|
|
|
2. Определение оптимального угла конусности мат |
||||
рицы: |
|
|
|
|
|
|
«оп'т = Y-jj-l/T^l+ln-^ln^L, |
(109) |
|||
где \х— коэффициент трения.
Предполагая жидкостной режим трения, можно при нять [1 = 0,05.
3. Оценка теплового эффекта
ДТ = а1 1пЯ + Ьх.
Коэффициенты а\ и Ь\ выбирают по табл. 16,
Получаемые значения теплового эффекта являются первым приближением к действительной картине рас пределения температур в очаге деформации, но, не смотря на это, могут быть использованы при уточнении ряда параметров: предела текучести материал заготов ки с т , вязкости жидкости Ї) и др.
4. Необходимое давление выдавливания
Р а |
= о т 1f2/ (a) In |
|
- S L |
c |
t g |
a) |
+ |
|
||
+ |
2(.i ctg a 1 + |
ln A, |
dK |
J |
|
|
|
(110) |
||
|
|
|
|
dK |
|
|
|
|
||
|
f(a)—функция, |
учитывающая |
влияние |
угла |
а; при |
|||||
|
|
обычных условиях / (ос) |
1; |
|
|
|
|
|||
|
|
h n — высота калибрующего пояска. |
|
|
|
|||||
5. Расчет величины |
противодавления: |
|
|
|
||||||
рп |
= |
0,58 о т |
|
|
|
|
|
|
|
(111) |
|
|
|
|
кр |
|
|
|
|
|
|
(о",Т)кр |
выбирают |
на |
основании |
данных |
работы |
[109] |
||||
или |
определяют экспериментально |
по |
методике, |
изло |
||||||
женной в этой работе, |
|
|
|
|
|
|
|
|||
6. Определение |
оптимального |
количества жидкости: |
||||||||
а) превышение уровня жидкости над верхним торцом |
||||||||||
заготовки |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 - Р Р в |
|
|
|
|
|
|
|
(112) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где |
6—коэффициент |
сжимаемости; |
|
|
|
|
||||
б) объем заливаемой жидкости |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
2\ |
ЛІ |
|
|
|
|
|
|
(113) |
|
|
|
4 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где D, — внутренний диаметр контейнера; , р - ( 1 , 0 2 ч - 1 , 0 5 ) Я н .
7. Скорость прессования. Цель расчета — установить, при какой скорости прессования трение между заготов кой и матрицей будет иметь жидкостный характер:
Ю* |
147 |
а) коэффициент вязкости для рабочей жидкости при давлении выдавливания
|
%z=T\*eq\' |
|
(П4) |
|
где |
ї)о—коэффициент |
вязкости при атмосферном 'дав |
||
|
|
лении: |
|
|
|
для |
машинного масла |
г|0 = 113-10- 2 г/(см-сек); |
|
|
для |
воды г|0 = 1,05- Ю - 2 г:'(см-сек); |
||
|
q—коэффициент, |
зависящий от природы рабочей |
||
|
|
жидкости: |
|
|
|
для |
машинного масла |
9=0,0023—0,003 см2/кг; |
|
|
для воды ^ = 0,000075 |
см2/кг. |
||
|
Влияние температуры па вязкость можно оценивать |
|||
формулой |
|
|
||
|
ті, = |
т ] 0 е - ^ - ' - \ |
|
(115) |
где |
Я—коэффициент; |
для масла X = 0,023 -г- 0,033; |
||
|
/—температура жидкости; |
|||
|
т]0 —коэффициент |
вязкости при температуре to; |
||
б) скорость прессования:
DP Ч в . ГС
где h3 и Лм —высоты микронеровпостей па заготовке и матрице.
Полученное значение vn используют при выборе обо рудования по его скоростным характеристикам.
8. Оценка скорости прессизделпя в момент разрядки контейнера:
2 |
_ о |
/ |
|
Значение vnp используют при разработке мероприятий по торможению прессизделия и обеспечению безопасно сти работы на оборудовании.
Г л а в а I V
ТЕХНОЛОГИЯ ГИДРОПРЕССОВАИИЯ
1. ВЫБОР РАБОЧЕЙ СРЕДЫ И СМАЗКИ ДЛЯ ХОЛОДНОГО, ТЕПЛОГО И ГОРЯЧЕГО ГИДРОПРЕССОВАНИЯ
При разработке технологии гидропрессования очень важен выбор среды, передающей давление, и смазки. От состава жидкости и смазки зависит давление вы давливания, качество прессизделий, а также стабиль ность процесса. В первых опытах Бриджмена разруше ние прессизделия происходило в результате неправильно го выбора смазки. Многие исследователи изучали влия ние состава жидкостей и смазок на давление выдавлива ния и качество прессизделий [9, 51, 75].
Важнейшие параметры жидкостей и смазок — сопро тивление сдвигу и вязкость в рабочих условиях, пластич ность, т. е. способность растягиваться в такой степени, чтобы покрывать новые поверхности, появляющиеся при
деформации. |
|
|
|
Ниже приведены значения |
коэффициентов трения |
||
различных смазок при высоких давлениях [115]: |
|||
|
|
С м а з к а |
Коэффцнент |
|
|
|
трения |
Дисульфид |
молибдена |
0,032 |
|
Графит |
|
|
0,036 |
Турбинное |
масло |
0,060 |
|
Касторовое |
масло |
0,064 |
|
Окись цинка |
0,071 |
||
Мыльный |
камень |
0,076 |
|
Турбинное масло с 1% графита |
0,081 |
||
Турбинное |
|
масло |
0,088 |
Машинное |
|
масло |
0,099 |
Порошок |
слюды |
0,260 |
|
Порошок |
буры |
0,480 |
|
Из указанных данных видно, что наименьший коэф фициент трения — у дисульфида молибдена. В последнее время MoS2 получил широкое применение в качестве
смазки в процессах обработки металлов давлением. Од
нако эта смазка дефицитна и дорога. Кроме |
того, при |
температурах выше 400—500° С дисульфид |
молибдена |
разлагается и становится |
абразивом. Учитывая эти не |
|
достатки M0S2, нами широко опробовались |
недорогие |
|
и недефицитные смазки, |
содержащие графит, |
который |
имеет также весьма низкий коэффициент трения, отли чается высокой стабильностью при повышенных давле ниях и температурах.
Неразбавленные минеральные масла недостаточно прочно связываются с подслоем, поэтому необходимо ис пользовать полярные или химически активные добавки (олеиновую кислоту, метиловый спирт, силиконовую смазку).
Основное требование, предъявляемое к рабочей сре де — обеспечение условий равномерной передачи давле ния па все поверхности заготовки. Повышенная сжимае мость среды — отрицательное свойство, поскольку уве личивается ход плунжера до начала истечения металла заготовки, уменьшается рабочий объем контейнера, воз растает потенциальная энергия сжатой жидкости. Если рабочая среда является одновременно и смазкой, то к ней предъявляются дополнительные требования (оп ределенный уровень вязкости и смазывающих свойств).
Вязкость большинства жидкостей возрастает с уве личением давления. Так, например, вязкость воды при
давлении 4000 ат увеличивается |
в 1,35 раза, керосина — |
в 51,3 раза, трансформаторного |
масла — в 4580 раз. Рез |
кое возрастание вязкости среды приводит к ухудшению поверхности и даже к полному разрушению прессиз делий.
Пью [51] рекомендует при давлениях до 10 000 ат применять минеральное масло SAE30 с добавками ди сульфида молибдена, который хорошо диспергирует в
масле. При давлениях выше 10 000 ат масло |
«замерзает» |
и не может быть использовано как рабочая |
жидкость. |
Поэтому при давлениях от 10 000 до 15 000 ат рекомен
дуется использовать касторовое масло с |
добавлением |
|||
10% метилового |
спирта, |
при давлениях |
от |
15 000 до |
28 000 ат — глицерин с 25% этиленгликоля, |
от 28 000 — |
|||
31 500 ат — изопентан с бензином. |
|
|
||
К сожалению, указанные жидкости сами по себе яв |
||||
ляются плохими |
смазками |
и трудно найти |
подходящие |
|