автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Эластостатическое прессование тонкостенных стулок из порошковых материалов

РГЗ од

1 6 МЛ? 1523

На правах рукописи.

Смолин Геннадий Иванович

Э Л А СТО СТАТИ ЧЕ СКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ ВТУЛОК ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальности: 05.03.05 - Процессы и машины обработки давлением;

05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

наук.

Санкт-Петербург - 1998 год.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Мертенс К.К.

доктор технических наук, профессор Дурнев В.Д.;

кандидат технических наук, доцент Гоциридзе A.B.

О.А.О. "Красный октябрь" (г. Санкт-Петербург).

Защита состоится _1998 года в часов на заседай

диссертационного совета Д 063.38.22 в Санкт-Петербургском государственж техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая у 29, лабораторно-аудиторный корпус. Кафедра "Машины и технология обработ металлов давлением".

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан"

d>e/jf«/f*

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Егоров Ю.И.

ЭЛАСТОСТАТИЧЕСКОЕ ПРЕССОВАНИЕ ТОНКОСТЕННЫХ ВТУЛОК ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ -----------------------

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Порошковая металлургия является одной из быстро взвивающихся технологий современного машиностроения. Её методы' позволяют олучать изделия разнообразных форм и назначений, которые находят широкое рименение в различных областях науки и техники.

Порошковая металлургия обладает рядом преимуществ перед другими пособами изготовления деталей. Её использование повышает производительность руда в 1.5-2 раза. При этом потери материалов не превышают 5-10%, в то время как ри других способах обработки они составляют 40-60% и более. Значительно окращается количество операций.

Распространенными деталями в современных технических устройствах вляются тонкостенные втулки с отношением высоты к толщине стенки Н/Б>10. Это кладыши подшипников скольжения, разнообразные пористые фильтры; детали с собыми свойствами - изоляторы, резонаторы, элементы адсорбционных насосов, роводники лучков высоких энергий и др. Производство таких деталей составляет от !иллионов штук в год в общем машиностроении до единиц для устройств пециального назначения.

Важнейшей технологической операцией в порошковой металлургии является рессование, она определяет не только размеры и форму деталей, но и их ксплуатационные свойства. Детали типа "тонкостенная втулка" относятся к особо ложным для прессования. Традиционно оно осуществляется в изостатах 'идростатах), что связано с большими капитальными вложениями в освоение роизводства и низкой производительностью процесса. К сожалению, из-за малой зученности не нашел должного применения способ эластостатического прессования ЭСП), который обладает рядом преимуществ перед своим аналогом -здростатическим прессованием: простотой и универсальностью оборудования и снастки; высокой производительностью; возможностью создания в порошковой аготовке разнообразных схем напряженно-деформированного состояния; легкостью юханизации и автоматизации, что дает возможность его использования в гибких втоматизированных производствах; менее жесткими требованиями к технике езопасности.

В связи с этим актуальным является исследование технологических озможностей и параметров процесса ЭСП тонкостенных втулок из порошков, а также азработки методики их расчета.

Цель работы: Для расширения номенклатуры деталей получаемых методами орошковой металлургии исследовать технологические возможности и параметры роцесса эластостатического прессования тонкостенных втулок из порошковых ттериалов.

В соответствии с поставленной целью основными задачами работы являлись:

-определить технологические свойства полиуретана, необходимые для построения расчетной модели процесса ЭСП (модуль сдвига, модуль объемной сжимаемости, модуль упругости, коэффициент Пуассона);

-определить функции плотности порошков, входящие в определяющие соотношения и необходимые для построения расчетной модели процесса;

-разработать математическую модель процесса эластостатического прессована втулок из порошка, определить НДС в эластичном формующем элементе v порошковой втулке;

-разработать и программно реализовать на ЭВМ алгоритм решения порошковое части модели;

-экспериментально исследовать процесс эластостатического прессования втуло! из порошков, проверить корректность разработанной расчетной модели;

-провести математический эксперимент по оценке влияния параметров процессе (давления прессования, толщины засыпки, отношения толщины засыпки к внутреннему радиусу втулки) на плотность втулки и ее распределение по толщине и высоте величину разноплотности и разнотолщинности;

-разработать рекомендации по улучшению качества втулок, получаемых ЭСП ^ проектированию реальных технологических процессов.

Научная новизна работы заключается в комплексном исследовании процесс: эластостатического прессования тонкостенных втулок из порошковых материалов Являются оригинальными и имеют самостоятельное практическое значен« содержащиеся в работе:

-расчетная модель ЭСП втулок из порошковых материалов; -алгоритм численного решения для построенной расчетной модели процесса, i котором реализован метод конечных элементов.;

-проведенное экспериментальное исследование процесса ЭСП тонкостенны; втулок из порошковых материалов;

-расчетно-экпериментальная методика определения упругих свойств полиуретана, знание которых позволило провести моделирование напряженно деформированного состояния в полиуретане с большей достоверностью;

-расчетно-экспериментальная методика определения функций плотность порошков, необходимых для моделирования НДС и прогнозирования распределена плотности в прессовке по предложенной расчетной модели процесса ЭСП втулок и: порошка.

На защиту выносятся: математическая модель процесса зластостатическогс прессования втулок из порошка; программная реализация порошковой части даннок модели для ПК типа IBM PC; результаты экспериментальной проверки корректност» разработанной математической модели; примеры расчета параметров НДС при ЭСГ втулок из порошка; рекомендации по проектированию оснастки для зластостатическогс прессования тонкостенных втулок.

Практическая ценность работы. Могут иметь практическое применение разработанные и апробированные методики определения параметров процесса ЭСГ втулок из порошковых материалов; программа расчета НДС в осесимметричноь порошковой детали monolitexe; расчетно-экспериментальная методика определени' 4

ехнологических свойств полиуретанов, а также функций плотности порошков; рограмма~~для~проектирования технологических процессов ЭСП втулок из порошка tulka.exe; рекомендации по конструированию оснастки.

Публикация и апробация работы. Основное содержание диссертации тражено в трех печатных работах. Материалы работы доложены на Российской аучно-технической конференции "Фундаментальные исследования в технических ниверситетах" (С.-Петербург, СПбГТУ, 1997 г.); "Научно-технической конференции спирантов и студентов. 24-ой юбилейной Недели науки СПбГТУ" (С.-Петербург, ;П6ГТУ, 1996 г.).

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, акпючения, списка литературы и приложения. Она содержит 105 машинописных траниц текста, включая 54 рисунка, 5 таблиц и приложения на 63 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и первой главе обосновывается актуальность работы, 1Нализируется состояние вопроса, сформулированы цель и задачи исследований. На юнове анализа существующих и разрабатываемых способов прессования деталей ипа "тонкостенная втулка" была предложена их классификация, которая позволила ¡ыделить перспективные способы, в частности, эластостатическое прессование.

В главе рассмотрены особенности процессов статического и импульсного |рессования порошков подвижными средами. Отмечается большой вклад в разработку ручных и практических основ порошковой металлургии российских и зарубежных 'ченых А.К. Григорьева, Р. Дж. Грина, Г.Я, Гуна, A.M. Дмитриева, Ю.Г. Дорофеева, В.Л. [олмогорова, Х.А. Куна, С.С. Кипарисова, М.С. Ковальченко A.M. Лаптева, H.H. 1авлова, В.Е. Перельмана, Г.Л. Петросяна, О.В. Романа, В.М. Сегала, В.В. Скорохода, Л.Б. Штерна, М. Ояне, С. Шимы и других.

В главе отмечается, что из существующих способов прессования деталей типа тонкостенная втулка" самым простым и универсальным является эластостатическое, в ;отором в качестве деформирующей среды используются различные эластомеры. Сформулированы требования к эластичной среде при ЭСП, которая должна >беспечивать близкое к гидростатическому давление на порошок, обладать ;пособностью принимать и сохранять необходимую геометрическую форму, обладать ;остаточной прочностью и износостойкостью, способностью легко отделяться от ipeccoBKH, её остаточная деформация должна быть близка к нулю. В настоящее время (аиболее удовлетворяют этим требованиям полиуретаны, которые способны работать ! закрытом объёме при давлении до 1000 МПа. Обладая всеми преимуществами постатических способов прессования, ЭСП отличается большей фоизводительностью, соизмеримой с прессованием в жестких пресс-формах; не ■ребует специального дорогостоящего оборудования, в то же время оснастка при ЭСП 'ниверсальна и более простая. Это определяет целесообразность его использования 1ри любой серийности производства.

Большой вклад в исследование процессов зластостатаческого прессования жесли Б.В.Аллой, Л.С. Богинский, A.B. Гоциридзе, Л.А. Исаевич, П.А. Кузнецов, К.К. Иертенс, А.Г. Рябинин, М.И. Тимохова и др.

Проведенный анализ показал большие возможности и перспективност применения эластостатического прессования, однако его внедрению в производств! препятствует недостаточная изученность процесса. Так практически отсутствую данные о технологических свойствах полиуретанов, недостаточно исследован! технологические возможности и параметры процесса. Имеющиеся расчетные модел, процесса ограничиваются рассмотрением НДС в полиуретановом формующе: элементе, при построении которых упругие свойства полиуретанов принимались бе должного обоснования. Вытекающие из этого цель и задачи исследования приведен! в соответствующем разделе автореферата.

Вторая глава посвящена построению расчетной модели процесса ЭСП втула из порошка. Рассмотрено НДС полиуретанового формующего элемента и порошково втулки при ЭСП обжимом. Расчетная схема задачи приведена на рис.1, где: 1 эластичный формующий элемент; 2-

разделительная эластичная втулка; 3-порошок. При постановке задачи приняты следующие допущения: задачи нахождения НДС в полиуретанов ом формующем элементе и порошковой втулке решаются отдельно; эластичная среда является изотропным линейно-упругим материалом; разделительная эластичная втулка считается тонкой, при расчете учитывается только ее сжимаемость; процесс является стационарным; на границе раздела радиальные напряжения в порошке и эластичном формующем элементе равны; упругими деформациями в порошке пренебрегаем.

Решение проводилось методом конечных элементов в два этапа. На первом этапе решалась краевая задача нагружения эластичного элемента оснастки с приведенными силами от порошка, определенными по кривой прессуемо сти. На втором этапе моделирования определялось

напряженно-деформированное состояние в порошке. В качестве граничных условий задачи выступала эпюра радиальных напряжений на границе, полученная на предыдущем этапе.

Рис.1. Расчетная схема задачи.

Материал эластичного формующего элемента - полиуретан марки СКУ-ПФГИОО о ТУ 38.103 137-78. Экспериментально-расчетным путем при сжатии полиуретановых бразцоа в закрытой цилиндрической матрице, полагая известным значение модуля пругости из справочных данных, определены: коэффициент бокового давления олиуретана, модуль объемного сжатия, модуль сдвига, коэффициент Пуассона габл.1).

аблица 1. Упругие свойства полиуретана СКУ-ПФЛ-100.

N Наименование свойств Обозначение Величина Размерность

1 модуль упругости Е 12.5±2.5 МПа

2 коэффициент Пуассона V 0.49974+0.00006

3 модуль объемного сжатия к 7983±320 МПа

4 модуль сдвига 4.2±0.8 МПа

С применением метода статистических испытаний Монте-Карло были шределены пределы изменения упругих характеристик полиуретана, В частности, для оэффициента Пуассона полученная гистограмма распределения приведена на рис.2.

Задача нахождения напряженно-деформированного состояния полиуретанового Ьормующего элемента является осесимметричной, геометрически нелинейной, что !Ызвано нелинейностью связи перемещений границы полиуретан-порошок с

радиальными напряжениями на ней. Задача решалась за несколько этапов нагружения, на каждом этапе связь между перемещениями на границе с радиальными

напряжениями принима-лась в виде линейной аппроксимации кривой прессуемости. Коэффициент трения полиуретана по стали и по разделительной втулке принимался одинаковым и равным 1>р=0.007. Решение задачи выполнено численно на ЭВМ по программе ossym_wn.exe, позволяющей решать осесим-метричные задачи упругости и пластичности. В программе реализован метод конечных элементов, использующий принцип ¡иртуальных работ. Произведен расчет напряжений и перемещений для втулок двух ■ипоразмеров из медного порошка, размеры полиуретанового формующего элемента 380x050x124 мм. Некоторые результаты расчета представлены на рис.3,4,5. Они юказывают, что даже при небольших давлениях происходит выравнивание шпряжений и перемещений по высоте формующего элемента за исключением участков защемления. С ростом давления формующий элемент принимает фактически цилиндрическую форму, причем длина участков с искаженной формой

7

¡—

1]71— 135 "

а.ол

133 !-■

0.02 р

0.01 —

100 1-

Г

ШьЛ.

0,«?55 0.49970 0.49975 0,4998!] С. 43335

V

Рис.2. Гистограмма распределения

коэффициента Пуассона для полиуретана СКУ-ПФЛ-100.

искаженной формой уменьшается. Результаты расчетов, подтвержденньн экспериментом, показывают возможность прессования тонкостенных втулок с большиг отношением высоты к толщине стенки.

Ог(МПа)

1С00

; ; ¡ | i ¡ i i : i i ! 5! i... . ■ • ■ 4j* * ■ 4' * ",' '" f

' i 7 i i ! i i : ! ! ! i 4 ! ! !

1 ! !

¡!li A.I..Í...

j i i 1 .1.J...Í..

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.3 1.0

2Н,/НВТ

Рис.3. Распределение радиальных напряжений на границе полиуретана с порошком по высоте втулки. Толщина засыпки медного порошка 3.2 мм. Давление прессования: 1 - 54 МПа, 2- 260 МПа, 3477 МПа, 4- 717 МПа, 5- 880 МПа.

Коон

0 100 200 300 400 500 G00 700 000 9С0

Опр(МПз)

Рис.4. Зависимость коэффициента бокового давления полиуретана от давления прессования, при толщине засыпки медного порошка: 1- 6.1 мм, 2- 3.2 мм.

При постановке задачи для порошковой втулки определяющие соотношени: принимались в виде связи напряжений и приращений деформаций:

(I

шшж uumti

11Ш1Ш

;пш№ «««и;;

где Оде

(2

тензор;

приращений деформаций; А£у изменение объемной дефор мации порошка; А, В - функцм зависящие от плотности порошке его свойств и от масштабноп фактора е качестве которог может выступать изменена объемной деформации порошке Анализируя процесс прессовани брикета из порошка цилиндрической матрице с учета! (1,2) и известной связ; коэффициента бокового давлени порошка с относительной плотностью, экспериментально были определены функци плотности А* и В*, инвариантные относительно масштаба деформации:

А*=ЗА/Деу, В*=ЗВ/Д£У. (3

Зависимости функций А* и В* от относительной плотности представлены на рис.6,7 При насыпной плотности функции А' и В* стремятся к минус бесконечности.

Рис.5. Вид полиуретанового формующего элемента на разных стадиях деформирования. Толщина засыпки медного порошка 3.2 мм. Давление прессования: 1- 54 МПа, 2- 260 МПа, 3- 477 МПа, 4- 717 МПа, 5- 880 МПа.

Од£=А Da, Д£у=В <Т0, • девиатор

Уравнения связи напряжений и приращений деформаций с учетом (1,2,3) вписывались в~виде:~" - -----------------------------------------_.

gz =C(Asz+C2 , tr0 =С(Де0+Сг,

аг =CiAer+C2 , ' xrz =0.5CiAyri,

де С] - функция плотности и масштаба деформации, Сг - функция плотности, они шределяются из выражений:

Ct=l/(A*Aecp), С2= 3/В*- 1/А\ де Д£Ср - приращение средней деформации.

"еометрические соотношения для малых приращений деформаций принимались в

(иде:

Aez=5w/5z, АгГ~ди/дг, Дее=и/г,

AyTZ=8\v/dr+dnl5z, Aev=Aez+A£r+Ase,

де w, и - приращения перемещений вдоль оси Z и R соответственно на текущем »асчетном этапе.

Задача решалась за несколько этапов нагружения, на каждом этапе искали >ешение в приращениях перемещений, и для данной задачи оно должно обеспечивать линимум функционала:

Ф=0.5С;|(Дс72+Дег2+Дее2+0.5Дуг^у+С2[Део «iv- I(Fr u+Fzw).

(оиьечу) (ооьечу) (Узлам)

5десь Fr. Fz - внешние узловые силы, действующие на систему.

Для решения задачи была разработана программа на языке Borland Pascal аерсии 7.0. В программе реализован метод конечных элементов. Дискретизация )бласти производилась треугольными линейными элементами, что позволило

Рис.6 Зависимость функции плотности А* медного порошка ПМС-1 от относительной плотности.

В*(МПа'1)

3.2í I-------

I

с. с: i------0.55 |

-3.50 f—

Г

-1.25 -1.50 ■¡.75

2.П

- >-

.«-ÍL.

с.;:' :.сз

Рис.7. Зависимость функции плотности В* медного порошка ПМС-1 от относительной плотности.

доводить многоэтапный счет без переразбивки области. Внутри треугольного ;имплекс-элемента характеристики материала принимались постоянными, ¡ависящими от плотности материала и масштаба деформации. Значения плотности и зеличины приращения средней деформации уточнялись в итерационном процессе для саждого этэпа нагружения.

В качестве примера приведем некоторые результаты расчета для втулк высотой 80 мм, внутренним радиусом 15 мм, толщиной засыпки медного порошк ПМС-1, равной 3.2 мм и 6.1 мм. Результаты расчета представлены в графическом вид на рис.8,9,10,11.

В данной главе приведены также результаты математического эксперимента п оценке влияния плотности засыпки порошка и начальной толщины засыпки н

9

1.0 0.9 0.8 П. 7 0.6 0.5 0.4 0.3

0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.3 1.0

2Н|/НВТ

Рис.8. Распределение относительной плотности по высоте втулки. Толщина засыпки порошка ПМС-1 равна 3.2 мм. Давление прессования : 1- 27 МПа, 2- 54 МПа, 3-158 МПа, 4- 259 МПа, 5- 476 МПа, 6716 МПа.

--i-!--1---¡-1 .■ ■!■ Г5 ■ Í ■ ■ ■■■!—И

~ i и \

^^ г.....г i ¡ " Л .4.3 J—¡^

v-rk-2 мм

, ,1 -II ' о II I Ii .H^wi-^

i i —■—1—j—,—^ i i i í ' 1 ! !

ДОС/о)

0.35

i 1 ¡ ! i ! | i/-

Ä / i

i | ' ■ i / / ' ¡ ■ j

1 ! ; ]/

; I i 1 ; ; ¡ f v í

/ 1 : i

1 ! L-K M M

0.30 0.25 0.2G 0.15 0.10 0.05 C.CD

0.0 0.2 O.i 0.5 0.6 1.0 1.2 U 1.6 1.3 2.0

S/Reh

Рис.10. Разноплотность втулки по толщине от отношения толщины засыпки к внутреннему радиусу втулки. Материал -порошок ПМС-1.

Д0(%)

Рис.9. Зависимость разноппотности втулю от давления прессования. Толщина засыгш порошка ПМС-1 равна соответственно 1- 3.^ мм, 2- 6.1 мм.

Рис.11. Расчетный профиль втулки пр1 давлении прессования 493 МПа. Толщин; засыпки порошка ПМС-1 равна 6.1 мм.

величину конечной средней плотности втулки, а также разноплотность по толщине. Е результате расчета установлено, что величина разноплотности втулки в радиальнол направлении практически ничтожна. При толщине засыпки 6.1 мм и внутреннего радиусе втулки 15 мм разноплотность по толщине менее 0.0003%. С роста 10

зтношения толщины засыпки порошка к внутреннему радиусу втулки разноплотность ю толщине увеличивается и достигает величины 0.32% при 8/К^н=2. ----------------

Замечен небольшой рост плотности втулки, которую можно достичь при одном и гам же радиальном напряжении, с увеличением отношения толщины засыпки порошка ( внутреннему радиусу втулки. Так увеличение 5/Кин с 0.67 до 2 приводит к увеличению относительной плотности при том же давлении прессования на 4%.

Результаты расчета хорошо совпадают с экспериментальными данными. Так значения средней плотности втулки разнятся с экспериментальными в среднем на 7% [рис.12). Результаты же расчета величины разноплотности втулки по высоте по чанным эксперимента и модели отличаются менее, чем на 6%. Это свидетельствует о там, что полученная расчетная модель пригодна для практического использования при проектировании технологических процессов эластостатического прессования втулок из порошка.

Третья глава посвящена экспериментальному исследованию процесса ЭСП. Целью экспериментального исследования являлось определение зависимости вредней плотности втулки от давления прессования, величин разноплотности и

разнотолщинности втулки по высоте.

В эксперименте варьировались следующие факторы: толщина засыпки порошка, марка порошка, давление прессования. При проведении эксперимента следили за тем. чтобы масса засыпки от опыта к опыту оставалась постоянной. Перед прессованием производилась ручная утряска порошка.

После прессования втулки взвешивались, многократно обмерялись, результаты обмера обрабатывались с целью выявления величины отклонения формы и размеров. Вычислялась величина разнотолщинности втулок и их средняя плотность, после чего втулки размечали на сегменты и разрезали. Из каждой втулки вырезалось по восемь сегментов, соответствующих восьми уровням высоты. Сегменты многократно обмерялись, по усредненным обмерам уточнялась разнотолщинность втулок по высоте, после чего производилось взвешивание сегментов и определение их плотности.

В главе приведены результаты сравнения точности определения плотности сегмента втулки различными методами, обоснован выбор метода, примененного в работе. Определение плотности сегментов втулки проводилось методом гидростатического взвешивания.

1.2 ----------'-------1

0 50 100 15а 200 250 300 350 400 450 500

спр(МПа)

Рис.12. Зависимость средней относительной плотности втулки от давления прессования. Толщина засыпки порошка ПМС-1 равна 3.2 мм. 1- экспериментальная кривая, 2-расчетная.

В качестве материала эластичного формующего элемента в эксперимент« применялся полиуретан СКУ-ПФЛ-100 по ТУ 38.103.137-78. Втулки получены и; медного порошка (ПМС-1), железного (ПЖ4М2), керамического (ФХП-24).

В результате эксперимент! получены качественные втулки и металлических порошков ( отношением высоты к толщине стеню равной 80 и 40 при толщине стенки мм и 2 мм соответственно, а и керамического порошка - I отношением Н/8=40 при толщин! стенки 2 мм.

Для примера на рис.12,11 приведена часть результатов полученных на медном порошке ПМС 1 при толщине засыпки, равной 3.: мм и 6.1 мм.

Величина разноплотнооп втулки по высоте, зафиксированная I эксперименте, при толщине засыпю медного порошка 6.1 мм и давлении прессования 390 МПа не превышает 1.2% Разнотолщинность втулок по высоте не превышала 0.1 мм при толщине стенки 1.5 м( и 0.2 мм при толщине стенки 3 мм.

Эксперимент показал широкие возможности использования ЭСП для получени: высокоплотных втулок с высокой размерной точностью, практически равномерны» распределением плотности по высоте и большим отношением высоты втулки толщине стенки (Н/8=40-80).

В четвертой главе рассмотрены вопросы проектирования технологически процессов ЭСП втулок из порошков. При проектировании, в частности, определяются ход траверсы пресса, необходимое усилие прессования, основные конструктивны! размеры элементов оснастки. Задача проектирования технологических процессов ЭС1 втулок из порошка осложняется большим количеством параметров, характеризующи процесс, их взаимным влиянием, нелинейностью свойств используемых материалов.

Для снижения трудоемкости проектирования технологических процессов ЭСГ втулок из порошка разработана специальная программа vtulka.exe, в которо! реализован инженерный метод проектировочного расчета с учетом нелинейност! свойств применяемых материалов. Проектирование технологических процессо осуществляется методом пробных решений, согласно которому задаютс: предполагаемые размеры элементов оснастки и свойства используемых материалоЕ а по результатам решения технологом оценивается приемлемость той или ино! комбинации исходных параметров. Разработанная программа позволяв проектировать технологические процессы по схемам обжима, раздачи, а такж

е

и. ив I ! I ! 1 ; 1 1 ! 1

0.05 I / И ¡¡¡11

0.84 г

0.83 I I I 1

0.82 I ! I : | | 1 I

0.81 ; ! ! I ! I I 1

и.аи 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.3 1.0 н,/нвт

Рис.13. Распределение относительной плотности по высоте втулки. Толщина засыпки порошка ПМС-1 равна 6.1 мм. Давление прессования 390 МПа.

оизводить приближенный расчет технологических и конструктивных параметров

оцесса при совмещенном радиальном и осевом уплотнении порошковой втулки. ________

Результаты расчета достаточно хорошо совпадают с экспериментальными нными, так разноплотность втулки по высоте отличается менее, чем на 8%. В главе кже даны рекомендации по повышению качества прессовок.

В приложении помещены примеры файлов с результатами расчета НДС в |лиуретане и порошке, таблицы с результатами определения функций плотности ¡рошков, листинг программы для расчета НДС в порошке, листинг программы для ауализации графических результатов, листинг программы для проектирования хнологических процессов ЭСП втулок из порошков, примеры результатов юектирования технологических процессов.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

ЭСП обладает рядом преимуществ перед своими аналогами: простотой и универсальностью, более высокой производительностью, возможностью создания высоких равномерных полей давления и их регулировки, легкостью механизации и автоматизации, универсальностью оборудования и оснастки, менее жесткими требованиями к технике безопасности.

Построенная теоретическая модель процесса эластостатического прессования тонкостенных втулок из порошка выявила влияние различных технологических факторов на плотность втулки, распределение плотности по высоте и толщине, величину разнотолщинности. Результаты расчета по модели процесса хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Разработана специальная программа топо1й.ехе, которая позволяет определять поля напряжений и деформаций в порошковой осесимметричной детали. В программе реализован метод конечных элементов, задачи решаются в приращениях деформаций. Предложена экспериментальная методика определения функций плотности порошка, используемых при решении.

В результате экспериментальных и теоретических исследований определены упругие характеристики полиуретана: модуль объемной сжимаемости, модуль сдвига, коэффициент Пуассона, что позволяет проводить моделирование НДС в

полиуретане с большей достоверностью.

Проведенный анализ НДС полиуретанового формующего элемента при осесимметричном эластостатическом прессовании втулок показал, что даже при небольших давлениях прессования (ст<100 МПа) происходит выравнивание радиальных перемещений и напряжений по его высоте. Формующий элемент принимает практически цилиндрическую форму за исключением участков, прилегающих к местам защемления. С ростом давления длина этих участков существенно уменьшается.

Коэффициент бокового давления полиуретана на порошок зависит от толщины втулки, соотношения размеров формующего элемента, свойств прессуемого

материала. С ростом давления коэффициент бокового давления такж( увеличивается и при давлении в 600 МПа достигает 0.95.

7. Анализ напряженно-деформированного состояния в порошке показал, что при ЭСГ получаются практически равноплотные втулки. Разноплотность втулок по высоте бе: учета эффектов у торцов не превышает 0.5% при давлении прессования 860 МПа I 1.2% при давлении прессования 600 МПа. С ростом давления величин; разноплотности втулки по высоте уменьшается.

8. Выполнено комплексное экспериментальное исследование процесса ЭСП втулок и порошка. В результате эксперимента получены качественные втулки и металлических порошков с отношением высоты к толщине стенки 80, а и керамического порошка с отношением Н/Э=40.

9. Разработана программа vtulka.exe, которая значительно снижает трудоемкое^ проектирования технологических процессов ЭСП втулок из порошков.

Ю.Проведенные исследования показали широкие возможности и целесообразное™ использования эластостатического прессования для получения высокоплотны: втулок и напрессовки порошка на внутреннюю и наружную поверхность трубы. Пр1 этом обеспечивается практическая равноплотность и равнотолицинность стеню втулки по высоте при больших отношениях её высоты к диаметру и высоты I толщине.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Экспериментальное исследование эластостатического прессования порошков / К.К. Мертенс, Г.И. Смолий, И.С. Колтакова II Научно-исследовательская конференци! студентов 25-ой юбилейной Недели науки СПбГТУ: Тез. докл. - СПб: СПбГТУ, 1996. с 109-110.

2. Математическое моделирование эластостатического прессование тонкостенных втулок из порошков. / К.К. Мертенс, Г.И. Смолий // Фундаментальны« исследования в технических университетах. Материалы научно-техничесюи конференции 16-17 июня 1997 года. - СПб: СПбГТУ, 1997. с. 294.

3. Анализ напряженно-деформированного состояния порошковой втулки пр1 эластостатическом прессовании. / К.К.Мертенс, Г.И.Смолий // СПбГТУ, 1998 г. -5 с Дел. во ВИНИТИ №