7.1.5 Вихоровий розв’язок для закругленого штампу

Наразі граничні умови формулюються аналогічно до попереднього випадку, тобто на зовнішній закругленій стінці штампу (див. рисунок 7.10), яка теж є лінією току, ми маємо . Тому на закругленій стінці штампу довільно приймаємо , , а у внутрішній точці , довкола якої закручуються лінії току, вважаємо , , причому одиниця приймається тому, що всі величини є безрозмірними.

Рисунок 7.10 – (а) Розрахункова схема (а) і лінії струму в осередку деформування

7.1.6 Метод маркерів

Для реального дослідження руху в’язких матеріалів при здійсненні ковальсько-штампувальних операцій обробки матеріалів тиском, а також для перевірки запропонованих математичних моделей ознайомимося із наявним експериментальним устаткуванням.

Для здійснення фізичного моделювання кутового пресування та з метою забезпечення однорідних умов тертя було виготовлено набір роз’ємних штампів (див. рисунок 7.11а-г).

Рисунок 7.11 – Схеми в’язкої течії матеріалів при фізичному моделюванні кутового деформування

Аби уникнути при пресуванні заготівки витікання матеріалу із зони каналу, половинки роз’ємних штампів (див. рисунок 7.11) стягувалися гвинтами уздовж каналів. Оскільки течія матеріалу при кутовому деформуванні супроводжується фрагментацією мікроструктури заготівки, то є доцільним унаочнення течії матеріалу як з технологічної точки зору, так і з огляду на подальше проектування промислового устаткування. Водночас основні особливості пластичної течії матеріалів при таких технологічних операціях обробки тиском як кування, штампування, пресування та інші можна проаналізувати шляхом використання геометричних методів дослідження напружено-деформованого стану при фізичному моделюванні.

Найбільш простим методом фізичного моделювання течії пластичних матеріалів є застосування матеріалів, що легко деформуються, наприклад, свинцю, пластиліну, воску, парафіну, лінійно в’язких полімерів, у вигляді однорідної маси [17]. Проте деформування однорідної маси є досить неефективним методом для аналізу характеру локальної пластичної течії, оскільки досить важко відслідкувати лінії течії частинок матеріалу в зоні осередку пластичної деформації і прослідити формування застійної зони. Одним з простих геометричних методів є метод шаруватих моделей Драпкіна, який полягає у виготовленні чутливої до формозмінення моделі, що складається з різнокольорових, відносно однакових за товщиною та механічними властивостями шарів матеріалу. Так, оброблювані заготівки виконують складеними із шарів свинцю, евтектичного сплаву свинець-олово, полімерних матеріалів (монодисперсних полібутадієну та поліізопрену), воску, парафіну, глини, пластиліну тощо. Водночас поширений метод багатошарових композицій характеризується рядом недоліків. Так, основна складність застосування методу шаруватих моделей полягає в підготовці заготівки, яка складається з однорідних прошарків однакової товщини. Проте виготовлення рівнотовщинних слоїв вимагає використання спеціалізованого обладнання, наприклад, прокатного стану, що істотно ускладнює практичне застосування методу шаруватих моделей. Окрім того, кожен з прошарків м’якого матеріалу має різні фізичні та механічні властивості. Тому при обробці тиском механічна поведінка цілісної заготівки та багатошарової композиції, яка одержана простим геометричним нагромадженням окремих прошарків, істотно відрізняються.

До того ж, при використанні методу шаруватих моделей деякі особливості локальної пластичної течії, наприклад, утворення застійних зон, виявляються недостатньо чітко. При цьому розташування пластинок пластиліну перпендикулярно до вісі вхідного каналу не є сприятливим для дослідження пластичної течії матеріалу при РККП, оскільки не дозволяє виявити утворення застійної зони. Задля удосконалення дослідження локальної течії пластичних матеріалів і для кращого розуміння впливу таких факторів як форма інструменту і тертя на особливості течії пластичних матеріалів, на відміну від класичного методу шаруватих моделей, характер течії оброблюваного матеріалу будемо досліджувати емпіричним методом маркерів [18]-[21], який позбавлений всіх вищезазначених недоліків методу багатошарових композицій і забезпечує можливість його наступної алгоритмізації (див. рисунок 7.12).

Рисунок 7.12 – Картини течії пластиліну із додаванням дисперсних частинок для нестаціонарного (а, в, д) і усталеного (б, г, е) режимів течії

Практична реалізація методу маркерів в даному випадку полягає в тому, що на передню поверхню вихідного матеріалу, що легко деформується, укладаються дисперсні частинки іншого твердого матеріалу, після чого вони одночасно вдавлюються в об’єм вихідного матеріалу за допомогою гладенької пластини, яка розташована уздовж всієї поверхні оброблюваного матеріалу, причому вдавлювання відбувається до тих пір, доки тверді частинки не занурюються в об’єм досліджуваного матеріалу (див. рисунок 7.12).

В подальшому заготівка щільно укладається у вхідний канал штампу з прозорою бічною стінкою і продавлюється через нього пуансоном.

Відносне положення частинок фіксується на різних стадіях процесу деформування за допомогою камери, що дозволяє спостерігати утворення вихрів та застійних зон, а також аналізувати характер локальної течії пластичного матеріалу в процесі РККП і розраховувати локальні пластичні деформації. Розподіл частинок тирси на рисунку 7.12 дозволяє ясно ідентифікувати виникнення застійної зони в куті штампу.