автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Научные основы механики необратимого деформирования порошковых материалов при их обработке давлением с целью получения изделий общемашиностроительного назначения

_" БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОНЦЕРН ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

^ УДК 621.762

ГОРОХОВ ВАЛЕРИЙ МИХАЙЛОВИЧ

НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ НЕОБРАТИМОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ИХ ОБРАБОТКЕ ДАВЛЕНИЕМ С ЦЕЛЬЮ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ ОБЩЕМАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

05.16.06 - Порошковая металлургия и композиционные материалы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск 1997

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте порошковой металлургии с опытным производством Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой металлургии.

Научный консультант -»доктор технических наук, профессор Дорошкевич Е.А.

Оппонирующая организация - Институт проблем материаловедения национальной академии наук Украины

Зашита состоится 24 октября 1997 г. в 10 часов на заседании совета по защите диссертаций Д02.40.01 в Белорусском государа венном научно-производственном концерне порошковой металлургии по адресу: 220071, г.Минск, ул.Платонова, 41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой

Официальные оппоненты: академик НАН Б, доктор технических наук, профессор

Степаненко А.В.

доктор технических наук, профессор

Жданович Г.М.

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник

Кулак М.И.

металлургии

1997г.

©ГороховВ. М., 1997

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая работа посвящена развитию моделей деформирования сжимаемых пористых сред, их исследованию и применению к анализу технологических процессов обработки давлением спеченных порошковых заготовок при получении изделий сложной формы, постановке и исследованию краевых задач по пластическому деформированию различных порошковых композиций и разработке методов их решения.

Актуальность -темы диссертации. Развитие и совершенствование технологии получения изделий методами порошковой металлургии в настоящее время невозможны без глубокого понимания сущности явлений, происходящих при деформировании порошково-пористых материалов, и их количественного описания. В связи с этим разработка фундаментальных вопросов механики повеления порошковых пористых композиций при их обработке давлением является важным направлением в области создания материалов с требуемым комплексом функциональных свойств и разработки эффективных технологий получения изделий сложной формы с применением методов пластического деформирования.

Теоретическое обоснование и поиск новых вариантов изготовления деталей обусловлены недостатками традиционных методов порошковой металлургии, главными из которых являются повышенная пористость, невысокие размерная точность и качество поверхности изделий, а также недостаточный уровень механических свойств. Методы пластического деформирования спеченных заготовок обеспечивают получение практически беспористых изделий сложной формь! с высокими физико-механическими свойствами, высокой точностью и низкой шероховатостью поверхности.

Известно, что в настоящее время не существует единой обобщенной теории деформирования порошковых материалов, позволяющей с исчерпывающей полнотой описать многообразие явлений, характеризущих процессы уплотнения и формоизменения порошково-пористого тела в условиях внешнего нагружения. Ввиду сложности реальных процессов решение указанных задач в основном базируется на использовании некоторых упрощенных моделей обрабатываемой среды. Известно большое количество моделей, • с определенной степенью приближения описывающих закономерности поведения сжимаемых пористых тел при обработке давлением, причем вопрос об адекватности той или иной модели может быть решен только на основе экспериментального исследования.

Следует отметить, что в механике пористых сред хорошо развиты преимущественно одноэлементные модели. Это модели пластически деформируемых ежи маемых идеальных или упрочняющихся сред, позволяющие описывать деформирование спеченных заготовок при нормальных температурах, а также модели вязкого течения, где за основу взят физический механизм высокотемпературной ползучести, используемые для описания процессов горячего прессования. Однако решение задач теории деформирования порошковых материалов позволило установить, что применение простых моделей не позволяет с достаточной достоверностью описать все стороны изучаемого процесса. В ряде случаев требуется учет совместного действия эффектов упругости, пластичности и вязкости, т.е. оказывается необходимым переход к использованию более сложных реологических моделей.

Формирование общей точки зрения на механическое поведение пористых спеченных заготовок, деформируемых в условиях, когда необходим переход к сложным реологическим законам течения пористого тела, а также разработка методов его количественного анализа являются актуальной задачей современного материаловедения.

* Связь работы с крупными научными программа»!«, темами. Выполнение настоящей работы осуществлялось в соответствии со следующими крупными научными программами, темами - задание 04.05.02 научно-технической программы 0.08.17 "Порошковая металлургия" на 1981 -1985гг.; задание Ü2.05T и 03.13М научно-технической программы 0.08.17 "Порошковая металлургия" на 1986 - (990гг.; задание 2.1Н Единого плана фундаментальных исследований МНТК "Порошковая металлургия" на .1989 -1991гг.; задание 02.05 научно-технической программы "Машиностроение" на 1993 - 1995гг.; задание 04.05 научно-технической программы "Стоматология и челюстно- лицевая хирургия" на 1994 - 1995гг.; проект Т5-021 Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь на 1994 - 1996гг.; задание 473 Программы фундаментальных исследований "Механика динамических систем и процессь. управления" Плана важнейших НИР в области естественных, технически;, и общественных наук по РБ на 1996 -2000 г.г., утвержденного Постановлением Президиума АНБ от 23.11.95.

Цель н задачи исследования. Пслыо работы являе1ся исследование на основе обобщенной реологической модели порисш>: сжнм.к-мы,« cp>vi основных

закономерностей деформирования при получении порошковых изделии сложной формы общемашиностроитбльного назначения; создание методов количественного анализа процессов деформирования; решение прикладных задач обработки давлением порошковых материалов при расчете и разработке тех нэлогнческих процессов.

Для реализации цели поставлены следующие задачи:

- проанализировать существующие представления о механике поведения пористых сжимаемых сред при их пластическом формоизменении в широком диапазоне изменения условии обработки и сформулировать основные принципы конструирования моделей упруго-вя'ко-ппастического течения изотропных порошковых сжимаемых материалов;

- разработать обобщенную феноменологическую модель деформирования спеченных пористых заготовок в процессах обработки давлением с учетом эффектов упругости, пластичности и вязкости, а также обьемной сжимаемости;

- н^ базе методов конечных элементов и конечных разностей, разработать систему физического и геометрического моделирования процессов получения порошковых изделий с применением методов пластического деформирования спсченных пористых заготовок; •

- изучить особенности формирования очага деформаций, распределения напряженно-деформированного состояния и плотности при упруго-пластическом деформировании порошковых заготовок;

- исследовать особенности упруго-вязко-пластического деформирования пористых заготовок при калибровочно-уплотняюгцей обработке порошковых изделий и изучить роль внешнего трения на формирование напряженно- деформированного состояния и плотности;

- разработать модели нелинейновяэкого деформирования порошковых заготовок применительно к процессам горячей обработки давлением, изучить кинетику уплотнения и формоизменение пористых тел при вязком деформировании в различных условиях;

- применить основные результаты исследопапий для создания эффективных процессов порошковых изделий путем пластического деформирования спеченных заготовок.

Научная иорнзна полученных результант. Сформучирсигн:.',! обшме принципы конструиропания моделей упруго пяжо-п.|;>< ппсского течения ;ио

тронных порошково-пористых сжимаемых материалов; предложена обобщенная феноменологическая модель деформирования спеченных пористых заготовок в процессах обработки давлением; намечены пути обобщения предложенной модели на случай больших нелинейных деформаций, характерных для процессов формования изделий из металлических порошков. На базе метода конечных элементов разработан метод расчета напряженно-деформированного состояния и плотности порошковых заготовок при обработке давлением и создано программное обеспечение.

Установлены общие принципы формирования очага деформаций и напряженно-деформированного состояния при упруго-пластическом деформировании спеченных порошковых заготовок, а также закономерности упруго-вязко-пластического деформирования применительно к калибровочно-уплотняющей обработке порошковых изделий; решена задача о нахождении оптимальной формы исходной поковки при получении изделий сложной формы с глубоким формоизменением без трещинообразования.

Для анализа работоспособности быстровращающихся изделий, изготовленных из металлических порошков, проведено обобщение упруго-пластической модели для учета неизотермических условий эксплуатации и влияния центростремительных ускорений.

Предложены модели нелинейновязкого деформирования порошковых заготовок применительно к процессам горячего статического прессования, штамповки, изо- и квазиизостатического прессования; изучены кинетика уплотнения и формоизменение пористых тел в различных условиях деформирования; показан^ влияние внешнего трения на напряженно-деформированное состояние и распределение плотности внутри объема изделия.

Новизна Технических решений подтверждена 11 авторскими свидетельствами.

Практическая значимость полученных результатов. Разработанная ма тематическая модель упруго-вязко-пластического тела описывает деформирование пористых сжимаемых сред и позволяет, в силу общности подхода, решать широкий круг задач по анализу напряженно-деформированного состояния процессов прессонання, экструзии, прокатки, волочения и т. п. Высокая информативность результатов решения ( 12 выходных характеристик) позволяет оптимизировать процесс по любому из желаемых параметров - распрелслешно илошости,

распределению напряжений или деформаций, общему усилию или перемещению, контактному давлению на инструмент, упрочнению и др.

Разработанная система физического и геометрического моделирования является основой для расчета и оценки энергосиловых параметров деформирования, формирования очага деформаций, распределения плотности внутри обрабатываемого изделия и может использоваться для выбора оборудования и конструирования оснастки.

Разработанная автоматизированная конструкторско-технологическая система проектирования процессов обработки давлением и технологический классификатор спеченных для последующего деформирования заготовок предназначены для использования ■ при выборе исходной поковки, проектировании технологической документации опе'рации штамповки и разработке чертежей рабочей оснастки. Результаты этой работы используются в практике Белорусского государственного НПК порошковой металлургии.

Проведено решение ряда практически важных проблем оптимизации различных параметров деформирования Порошковых материалов. Решена задача упруго-пластического выдавливания порошковой медной заготовки коллектора электрических машин, оптимизированы основные параметры процесса. Создано и внедрено в практику Белорусского государственного НПК порошковой металлургии программное обеспечение для анализа работоспособности и оптимизации конструктивных параметров порошкового коллектора электродвигателей. С использованием разработанной модели разработан метод расчета на прочность порошково-пористых титановых имплантатов стоматологического назначения. По разработанным рекомендациям в НИИ порошковой металлургии в настоящее время организовано изготовление пористых титановых имплантатов с основанием формы, приближающейся к природному корню зуба, для нужд Минского государственного медицинского института. Решение задачи о нахождении оптимальной формы исходной заготовки под последующее деформирование без трещинообразования позволило разработать методику проектирования конструкции оснастки для технологических процессов штамповки спеченных заготовок коллекторов электрических машин, деталей шестеренных гидронасосов (компенсатор, подшипник) н калиброванных заготовок электродов для электроэрозионной обработки пресс-форм и штампов. Тех-

нологические процессы получения изделий этого назначения внедрены в практику Молодечненского завода порошковой металлургии.

Предложено теоретическое обоснование и экспериментально показана эффективность применения метода квазншостатического горячего прессования для получения ысокоплошых изделий из порошковых материалов конструкционного и инструментального назначения. На основании исследований предложен ряд вариантов горячего прессования порошковых материалов в условиях высоких температур и передачи давления через различные оболочки.

Экономическая значимость полученных результатов. Пакет прикладных программ для расчета и оптимизации конструктивных параметров коллектора электродвигателей, система физического и геометрического моделирования процесса обработки давлением порошковых заготовок и конструкторско-технологическая САПР обработки давлением представляют собой завершенные разработки с возможностью коммерческой реализации на рынках Республики Беларусь и за рубежом. Внедрение технологических процессов получения порошковых изделий общемашиностроительного назначения (коллекторов электрических машин, деталей шестеренных и топливных насосов, электродоа-ииструментов для обработки пресс-форм и штампов), получаемых с применением методов пластического деформирования спеченных пористых заготовок, позволило освоить а* ежегодное производство на Молодечнеяском заводе порошковой металлургии и Опытном производстве НИИ порошковой металлургии в объеме порядка 6 млн. штук деталей (около 1500 тонн), что обеспечивает значительный экономический эффект для народного хозяйства Республики Беларусь. Основные выводы и рекомендации результатов работы используются при разработке и совершенствовании технологических процессов получения изделий методами порошковой металлургии в практике Белорусского государственного научно-производстьенного концерна порошковой металлургии.

Основные положена диссертации, выносимые на за лигу.

1. Обобщенная феноменологическая модель деформирования порошковых материалов, учитывающая эффекты упругости, пластичности и вязкости, а также объемную сжимаемость.

2. Программно-алгоритмические средства математического моделирования напряженно-деформированного состояния и плотности порошковых материалов при их обработке давлением.

3. Теоретическая модель и программные средства для расчета температурных и силовых полей в порошковых изделиях с учетом нсизотермических условий эксплуатации и влияния центростремительных ускорений.

4. Методика нахождения оптимальной формы исходной заготовки при необратимом деформировании порошковых материалов без разрушения.

5. Феноменологические модели нелинейновязкого деформирования порошковых материалов при неравномерном трехосном сжатии и в квазиизоста-

о

тических условиях.

6. Теоретическое обоснование возможности и практическая реализация способов совершенствования технологических процессов получения порошковых изделий с применением методов пластического деформирования.

Личный вклад соискателя. Основные положения, выводы и рекомендации диссертации принадлежат автору и являются итогом его многолетней деятельности в области разработки научных основ процессов деформирования порошковых сжимаемых материалов. ' Автор самостоятельно выбрал научное направление - теорию деформирования порошково-пористых сжимаемых материалов; определил задачи ' исследования; разработал ряд математических моделей деформирования с учетом эффектов упругости, пластичности, вязкости и обьемной сжимаемости пористого тела; спланировал и выполнил большое количество модельных, в том числе численных, экспериментов по изучению закономерностей деформирования порошковых материалов; предложил методики и провел расчеты ряда различных схем деформирования применительно к конкретным технологическим процессам. Полученные автором результаты вносят значительный вклад в теорию и практику деформирования порошково-пористых сжимаемых материалов.

' Исследования в направлении создания методов математического расчета процессов обработки давлением спеченных пористых заготовок и разработки интегрированной системы моделирования, упруго-вязко-пластического деформирования проведены совместно с О.В.Михайловым и Е.В.Щтефаном.

Работа по созданию системы автоматизированного проектирования технологических процессов и оснастки для изготовления изделий из металлических порошков проведены совместно с Я.М. Боголюбовым и Л.В. Блиновой.

Апробация результатов диссертации. Основные рс-'льтаты и положения диссертации докладывались на следующих симпозиумах, конференциях и семи-

парах - 5 Международная конференция по порошковой металлургии, Готвальдов (ЧСФР), 1978г; 7 Международная конференция по порошковой металлургии, Дрезден (ГДР), 1981 г; Международная конференция по спеканию, Любляна (Югославия), 1981г; Международная конференция но порошковой металлургии, Дюссельдорф (ФРГ). 198бг; Международная конференция по реофизи-ке и теплофизике неравновесных систем, Минск, 1991г; 9 зимняя школа по механике сплошных-сред, Пермь, 199!г; 5 Всесоюзный семинар "Влияние высоких давлений на вещество", Одесса, 1980г; Всесоюзная научно-техническая конференция по горячему прессованию, Новочеркасск, 1982г, 1985г; 7 Международный симпозиум по композиционным материалам, Высокие Татры (ЧСФР), 1990г: Всесоюзная конференция по порошковой металлургии, Киев, 1991 г; Семинар Европейской экономической комиссии ООН "Новье материалы и их применение в машиностроении", Киев, 1992г; Всесоюзный семинар "Реологические модели и процессы деформирования порошковых пористых и композиционных материалов", 1984г, 1989г; Республиканская конференция по новым материалам н технологиям, Минск, • 1994г; научно-техаичижие конференции профессорско-преподавательского состава Белорусскою политехнического института, Минск, 1978-1992гг.; Учредительный конгресс по теоретической и прикладной механике, Минск, 1995г.; 3-я Международная конференция по термообработке, Бомбей, Индия, 1995г, 1-я Международная и 4-я Национальная конференция по порошковой металлургии в Румынии, Клю-Напока, Румыния,. 1996г., Международная научно-практическая конференция "Актуальные вопросы стоматологической имплантации", Минск, 1996. ; Международная научная конференция "Деформация и разрушение в конструкционных порошковых материалах", Высокие Татры, Словакия, 1996г., 7 - ой Международной выставке и симпозиуме "Новые материалы и технологии порошковой металлургии", Минск, Беларусь, 1997г.

Опубликованию*, результатов. Основные результаты исслздований и разработок по теме диссертации опубликованы в одной монографин. 46 печатных работах, в том числе защищены 11 авторскими свидетельствами.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 190 страницах машинописного текста, состоит из перечня условных обозначений, введения, общей характеристики работы, шести глав, выводов, приложения. Работа содержит 60 рисунков, библиографию 324 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во «велении показана актуальность рассматриваемых задач, представлены основные положения, выносимые на защиту, рассмотрены основные результаты, научная и практическая значимость работы.

В первом гл а в е приведен обзор последних достижений в обласш построения теоретических моделей для анализа поведения порошковых сжимаемых материалов при их пластическом деформировании в различных условиях.

На начальном этапе теория деформирования пористых материалов получила развитие при рассмотрении процессов холодного прессования в жесткой матрице, холодного и горячего ичостати«еского прессования. При исследовании кинетики уплотнения в основном использовался микререояогичеекш! подход, суть которого заключается в анализе локальных процессов течения в окрестности макродефекта в пористом теле и последующем обобщении результатов для описания уплотнения пористого тела как целого (М.Ю.Бальшин. Я.И.Френкель). Этот подход, в силу своих ограничений, мог быть использован для расчета только простых схем деформирования пористых материалов.

Позднее сформировался мйкрореологический подход к изучению вопросов механики уплотнения и формоизменения пористых тел, в соответствии с которым пористое тело рассматривается как сплошная среда, наделенная свойствами необратимой сжимаемости. Этот подход основан на обобщении положений гидродинамики, теории упругости П пластичности и решает краевые задачи определения напряжений и деформаций при заданных поверхностных и объемных силах. Основной вклад в развитие теории пластичности пористых тел внесли Г.Я.Гун, М.С.Ковальченко, В.Л.Колмогоров, А.М.Лаптев, В.М.Лещинский, В.З.Милуков, Г.Л.Петросян, В.Е.Перельман, А.И.Рудь. В.В.Скорохоч, М.Б.Штерн, Дж.Г'рин, Г.Кун, М.Ояне, Т.Табага, С.Шима и другие. Следует также о гмеги п> целую плечлу белорусских ученых, внесших существенный вклад в ратвитне теории и технологии формования порошковых материалов и пластического деформирования спеченных- заготовок, а имен-, но - Л С.Богинскнй. П.А.Витязь. Е.А.Доромгксвич. Г.М.Ждаковнч, Е.В.Звопарев, Л.А.Исасвнч, Е.М.Макушок, и Ч.Роман, В.М.Ссгал А. В С гепаненко и другие.

Показано, что процессы необратимого деформирования пористых тел , с точки зрения механики их поведения при внешнем нагружении, значительно сложнее и многообразнее, чем обработка давлением материалов, полученных обычным металлургическим переделом. Проведенный анализ и систематизация исследований позволили обосновать необходимость развития механики необратимого деформирования порошковых пористых материалов при их обработке давлением, а такжеГсформулировать цель и задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены вопросы разработки обобщенной феноменологической модели деформирования пористых сжимаемых материалов. Построение модели основан^ на базовых законах сохранения, хорошо известных из механики сплошных сред. В замкнутой .системе уравнений используются закон сохранения массы в виде уравнения неразрывности и закон сохранения импульса в виде уравнений движения, а при медленном установившемся течении и отсутствии массовых сил - уравнений равновесия. Кинематические соотношения, осуществляющие переход от скоростей перемещения к тензору

I '

скоростей деформаций ¿¡к , выбраны в линейном приближении. Для решения этих уравнений необходимы Соотношения, определяющие связь между напряженным и деформированным состояниями пористого тела в предположении конкретного реологического закона и свойств исследуемых материалов.

При формулировке определяющих соотношений принято, Что для изотропного упрочняющегося пористого тела скорости деформаций Могут быть

представлены в форме аддитивного разложения на упругую ак и неупругую ¿¡к составляющие

е*=-е*+е*; С)

. Упругая составляющая тензора скоростей деформаций определяется законом Гука в форме

ел = -¿-((г* + -р ),

Е 1 + и

где <?ik - единичный тензор, р - скорость изменения давления гидростатического сжатия. Зависимость модуля Юнга Е и коэффициента Пуассона о от пористости взяты в виде

Е = Е|,(1 - ff)m, l> = (1 - , (3)

где Ek, t>k - модуль Юнга и коэффициент Пуассона твердой фазы; тип • постоянные.

При описании неупругой стадии рассматриваются два физических механизма деформирования. Равновесное деформирование соответствует вариантам низкоскоростной холодной обработки металлов давлением и описывается хорошо известным реологическим законом, в основе которого лежит понятие пластичности. Варианты высокоскоростного или горячего нагружения характеризуются неравновесностью деформирования и возникновением наряду с пластическими напряжениями ст£ вязких релаксирующих напряжений . Определение неупругих составляющих скоростей деформаций проводится на основе нормального ассоциированного закона течения сФ

е* = V—, (4)

cblt

где ц - множитель Лагранжа. Выражение потенциала, определяющего начало пластического течения изотропного сжимаемого материала, принято в эллиптической форме, наиболее характерной дня процессов деформирования спеченных пористых заготовок

Ф(А *%(?)= ~ + ~ ~(\-0)а], (5)

Ф <Р

где р и т - первый и второй инварианты тензора напряжений, ф и <р функции пористости, crs - предел текучести твердой фазы. Существует целый ряд исследований, в которых получен явный вид функций пористости. Анализ показывает, что количественное различие между ними незначительно, а наиболее приемлемым вариантом их определения может быть эксперименгалыюе ис-|'лслование пористых образное в опытах ira растяжение, сжатие и кпучеиие.

Ассоциированный с (5) закон течения твердой фазы пористого тела в пластической области принимается в следующем виде

а "'1

<У»~ \1г г {<Р£* + (Ф-^<Р)е"3Л, (6)

4фег+<ру2 3

где е и у - первый и второй инварианты тензора скоростей деформаций. Факт упрочнения материала основы" при пластическом деформировании учитывается выражением

а.^о-л+А^,, ^ (7)

где А и х - постоянные упрочнения, о^ - предел текучести в отожженном состоянии. В соответствии с работами С.Шимы.Г.Л.Петросяна и М.Б.Штерна, для пористых тел вводится понятие эквивалентной скорости деформаций и эквивалентной деформации. Так, для эквивалентной деформации используется выражение

Вязкое деформирование твердой фазы описываем, исходя из уравнения (4), в котором коэффициент р связан с вязкостью л соотношением

»=Ь : (9)

Закон течения твердой фазы пористого тела для вязкой области определяем К£)К

а\ =1тк<р'е* + {ф-^<р)е'31к\. ■ (Ю)

Это выражение следует рассматривать как квазилинейное, в котором коэффициент вязкости не только зависит от температуры, но и является функцией

соответствующих инвариантов деформированного состояния. Это позволяет учесть влияние на вязкость изменения структуры вещества при деформировании, а также влияние скорости деформаций на характеристики процесса. Нами предложена функциональная зависимость для коэффициента вязкости, справедливая в описании как линейных, так и нелинейных процессов

7 = 770 £ч£-"ехр(-Д:3Г), (И)

где к^, к2, к3- постоянные, Т - температура. Как и при пластическом течении, в (11) необходимо -использовать эквивалентные значения деформаций и их скоростей. Экспериментальные з»,-,'»ения постоянных можно получить из опытов по определению сопротивления материалов деформированию в условиях одноосного нагружения при разных температурах и скоростях деформаций.-

При рассмотрении особенностей деформирования пористых упруго-вязко-пластических тел учтены два фактора. Во-первых, при переходе из упругого состояния в неупругое складываются скорости деформаций, как определено уравнением (I). Во-вторых, в неупругой области, с учетом независимости физических механизмов уплотнения и к.чения твердой фазы пористого тела, суммируются вязкие и пластические напряжения, т.е.

О-Х,; (12)

Учитывая эти обстоятельства, для обобщенной феноменологической модели деформирования пористого упруго-вязко-пластическою тела получаем реологический закон в виде

1 + и- _ V \ +РУ1

е., = ——(ст,» + 5Л-р) +-г—-- -7==[Фет* +

Е 1 + и 2г1ф<Рт]фе1 +<ру2 +&,ф<ры\---0 (13)

Выражение (13) замыкает систему основных уравнений обобщенной модели деформирования и позволяет приступить к решению конкретных задач обработки давлением пористых тел.

В третьей главе проведена разработка методов численного математического анализа и на их основе программного обеспечения решения задач деформирования пористых спеченных заготовок в процессах обработки давлением.

Общая процедура решения краевых задач на основе сформулированной модели деформирования упруго-вязко-пластического тела основана на использовании проекционно-сеточных методов - конечных элементов по пространственным аргументам и конечных разностей по временному аргументу. Для решения задач деформиро^ання порошковых материалов применена интегральная постановка с использованием вариационного энергетического уравнения. Разработанная методика основывается на подходе, сущность которого заключается в поэтапном рассмотрении движения тела в неподвижной системе отсчета. При этом обеспечивается автоматическая перестройка сетки конечны I элементов. Для изучения закономерностей поведения порошкового материал:! используется модифицированная схема Ныотона-Рафсона, когда глобальная матрица жесткости формируется только на первой итерации и остается постоянной для рассматриваемого шага нагруженил; полное ее переформирование I роизводигся через определенное, зависящее от специфики задачи, число шагов нагруже-ния. В работе применены метод и алгоритм автоматизированной генерации сетки элементов для любой двумерной многосвязной области произвольного очертания.

С использованием сформулированных методов математического анализа разработан вариант системы физического и геометрического моделирования и численного решения задач обработки давлением порошковых материалов. Система представляет собой инструментальные программные средства автоматизированного проектирования геометрических объектов, подге •: ,:ки входной и обработки выходной информации при численном моделировании процессов деформирования спеченных заготовок. Решение проводится следующим образом. С учетом поставленных граничных условий и выбранных физических свойств порошковом композиции теоретический расчет начинается в упругой области. Далее, когда в некоторых точках начинает выполняться условие пластичности,

решение проводится с использованием моделей развитого вязко-пластического 1ечения. Таким образом, преодолевается главная трудность жесткопластических моделей, состоящая в привлечении дополнительных гипотез для определения поля скоростей течения.

Разработанный пакет прикладных программ является составным элементом системы автоматизированного проектирования операций обработки давлением, представляющей собой копструкторско- технологическую САПР, выполненную на базе операционной системы "GCAD"(pa3pa6oTKa Института технической кибернетики HAH Б), с возможностью математического решения задачи деформирования и оптимизации на этой основе формы исходной заготовки под последующую штамповку. При работе с этой системой па первом этапе решается задача конструирования исходной заготовки и создается ее чертеж. На втором этапе выполняются моделирование процесса деформирования с визуализацией основных параметров и проектирование операции с представлением соответствующей технологической документации. Третий этап включает в себя проектирование оснастки и предусматривает разработку конструкции сменных элементов оснастки, зависящей от конфигурации и размеров получаемой детали и применяемого оборудования.

В четвертой главе представлены основные результаты применения разработанной модели для анализа напряженно- деформированного состояния пористых тел при их упруго-пластическом и упруго-вязко-пластическом деформировании.

В работе представлены результаты исследования закономерностей холодной штамповки выдавливанием применительно к получению порошковых медных профильных заготовок коллектора электрических машин. Исследовано течение спеченной пористой меди в кольцевой зазор при различных конструктивных параметрах и условиях деформирования. Данные о распределении напряженно-деформированного состояния в сечении пористой заготовки позволяют выделить следующие основные закономерности. Зона развитого .пластического течения распространяется от места истечения под углом 45 градусов, постепенно охватывая все сечение деформируемой заготовки. Переход в стационарный режим течения материала (зона развитого пластического течения) сопровождается стабилизацией усилия выдавливания. Напряжснно-л?формнрованное состояние выдавленной заготовки характеризуется сушсст-

иснно неоднородным распределением свойств по сечению. Концентрация нзопо-лос напряжении и деформаций ч точке перехода фланна и трубчатую часть повышается, а в областях со свободной границей и в упругих зонах, напрошв, г.лнижается. Распределение плотности характер!.чуется следующими особенностями. Трубчашя часть заготовки имеет высокую плотность, так как пористый материал при истечении в зазор штампа проходит через очаг.деформаций, в котором подвергается уплотнению под действием высокого уровня гидростатического давления и касательных напряжений. Максимальная плои.ость достигается в окрестности точки, где реализуется наибольший уровень напряжений. Существенное вх.ииние на усилие дкформирс ¡.-пия оказывают степень вытяжки и температура.

Известно, что в основе необратим.ой деформации как пористых, т.ис и компактных материалов лежат механизмы, связанные с движением разли шых дефектов в поликристалле. В холодном состоянии - это скольжение и двойни-кованис дислокаций; в горячей обработке давлением появлякмея дополнительные возможности для движения дислокаций, например, поперечное скольжение дислокаций, а также такие сопутствующие явления как отдых, крип, рекристаллизация. Тем не менее общность физических явлений в деформируемом пористом металле при комнатных и повышенных темпе) атурах позволяет анализировать напряженно-деформированное состояние с единых позиций; при этом в качестве неопределенного множителя Лагранжа в ассоциированном законе течения принимается коэффициент вязкости. Выражение

= »7(1 + ~') (И)

4 /"?

представляет собой переменный коэффициент вязкости при сдвиге эк Бивалентной нелинейной вязкой жидкости и является основной характеристикой визкопластнчных сред. В работе показано, что величина релакси-рующих неразновесных вязких напряжений в веществе пористого тела пропорциональна скорости деформирования. Увеличение температуры и исходной пористости зоготовкн и, следовательно, степени отклонения системы от состояния термодинамического равновесия/также приводит к повышению роли вязкой со-, ставляюшсп воющем процессе деформирования.

Решение задач об уплотнении и формоизменении пористого упруг с. вязко-пластического тела проведено длл схем свободной осадки и допресовки н закрьпом штампе, являющихся основными операциями калибровочно- уило1 нягощей обработки давлением пористых заготовок при штамповке, экструзии и ииамповкн с элементами истечения металла в направлении свободно!: поверх ноет. Одновременно решался вопрос о влиянии действующих на поверхности пористой заготовки касательных напряжений, вызванных внешним трением, на характер распределения наг, яженно-деформированного состояния и нлотноск: внутри обьема обрабатываемого изделия. Исследование проведено для мате риалов на основе мели, железа и алюминия, деформируемых в условиях повы-шейных температур и существования внешнего трения между пористой заготовкой и инструментам. Показано, что деформирование пс истых металлов происходит, как правило, в три стадии. Первая сталия характеризуется возрастанием упругой деформации пористого тела и формированием очага пластической зоны, который, постепенно расширяясь, охватывает сечение заготовки. Анализ результатов исследования показывает, что стадия развитого необратимого деформирования происходит в два этапа - объемное течение (уплотнение) материала по схеме сжатия до некоторой критической плотности и собственно пластическое течение металла. Характерной особенностью пластического формоизменения пористых металлов является существенная неоднородность в ¡'ас-предслснии параметров напряженно-деформированного состояния в объеме заготовки, обусловленная схемой нагружепия и влиянием внешнего грсния. Теоретические расчеты, проведенные в рамках разработанной упруго-вязко-пластической модели пористого сжимаемого тела, показывают, что как и для компактных материалов, при деформировании порошковых композиций образуются зоны затрудненного течения металла, в которых, несмотря на высокое гидростатическое давление, уплотнение протекает неэффективно из-за низких значений интенсивности деформаций сдвига, а также зоны с однородным распределением плотности, отстоящие от непосредственного контакта с деформирующим инструментом Так, например, для свободной осадки на начальной стадии, когда деформация незначительна, плотность практически рагпомсрпи распределена по сечению. В дальнейшем наблюдается уменьшение плотности на боковой поверхности образна, за исключением ¡он, близких к верхнему юр-пу. п ю время как пдэпюсп, п серг.-шне брикета увеличивавтся. При

значительно!! осевой деформации на боковой поверхности в центральной зоне наступает ра(угшотнение, что свидетельствует о возможности образования трещины. Расчеты показывают, а эсперименты подтверждают, что в центре образца достигается максимальная плотность, а непосредственно под пуансоном образуется " жесткая" зона пониженной плотности. При деформировании в закрытом штампе внешнее трение приводит к тому, что максимальная плотность достигается на торЦе в верхних угловых точках и в центре брикета. Хорошс прослеживается влияние внешнего трения о стенки матрицы, которое приводи) к тому, что на боковой поверхности плотность несколько ниже, чем в другш областях. Сравнительный анализ деоретических и экспериментальных кривы» уплотнения для рассмотренных схем деформирования показывает удовлетворительную сходимость.

Главной особенностью механической схемы деформирования по варианту экструзии является сочетание высокого уровня гидростатического давления и интенсивности деформаций сдвига в очаге развитого пластического течения, что весьма существенно для порошковых пористых материалов, обладающих пониженной пластичностью. Анализ показывает, что, как и для случая холодного деформирования, истечению пористого материала из контейнера предшествует его уплотнение, которое реализуется в основном в очаге деформации. Уплотнс ние пористого материала зависит от степени вытяжки: с ее увеличением плот ность возрастает, достигая 99 % в экструдироваиной часги заготовки. В обье мах, примыкающих к нижним углам контейнера, образуются "застойные" зоны в которых плотность материала в процессе деформирования мало изменяется Уплотненный в очаге деформации материал истекает из контейнера как жестко!, тело. Максимальные значения напряжений достигаются в объемах, расположен ных над особой точкой - местом перехода дна контейнера в полос! ь истечения. Эти объемы являются местом вероятного разрушения или образования дефектов.

Одной из основных задач обработки давлением порошковых материалов является поиск оптимальной формы исходной заготовки нод пластическое деформирование с минимальными энертегнчсскимн затратами без нарушения сплошности материала, вызываемого сильными растягивающими напряжениями. Расп-тным путем определяется конструкция исходной порисгои «погонки tuvuii'pi»смой « .t.iJH.iieiHiu.'M обрабоiке давлением н •.ч':ииш;г. и ••> ммро шоп

напряженно-деформированного состояния, вызванного внешним трением с контактирующим инструментом при существовании, по меньшей мере, одной свободной поверхности, в направлении которой реализуется пластическое течение материала. В работе предложена процедура поиска, сущность которой состош в непрерывном слежении за исчерпанием ресурса пластичности пористого тела на свободной поверхности и остановке расчета в момент разрушения, если последнее наступило до заполнения металлом полости штампа. На последующем шаге моделирования в качестве исходной выбирается форма заготовки, предшествующая разрушению материала, и процедура расчета повторяется до окончательного заполнения полости штампа.

При анализе использована модель уирую-вязко-пластического пористою тела, а для определения предельной пластичности заготовки применена теория разрушения В.Л.Колмогорова, в рамках которой критерий деформируемости представлен как

(15)

Л*)

где С1 - использованный запас пластичности, В(0- коэффициент учитывающий влияние истории деформирования, H(t)- интенсивность скоростей деформаций сдвига, А1й(сг') - предельная пластичность при данном напряженном состоянии. Показатель напряженного состояния характеризуется коэффициентом жесткости *

а (16)

г

в котором ст0 - среднее напряжение в точке, т - интенсивность киса гель ых напряжений. Для определения величины предельной пластичности но-iCToro тела использовано выражение, предложенное Н.М Сегалом

гт') -i

¿Udntf, - п' +J]r

V >(.'~:(<т, 1 -At)

(I '

1де - предельная пластичность для компактного материала, 0о -

порно осп.. С = 0,25 - коэффициент формы, А - константы материала.

В работе представлены результаты расчета при решении задачи о затека-нни нориснчо м;пернала я обьемь' полусферической и тороидальной форм. Пыбр.ччныс схемы моделируют процессы получения при кпамповке различных зтеч.>._"ов на порошковой заготовке вдоль оси перемещения деформирующего пуансона и перпендикулярно ей Определена оптимальная форма исходных заготовок, при деформировании которых весь обьем заполняется пористым материалом без разрушения. Предложенную математическую процедуру поиска ошнмалымй формы исходной заготонки можно использовать для исследования не ючько простых по форме заготовок. Она позволяет сделать правильный выбор неполной заготовки н оснастки при проектировании процессов получения порошковых изделий пластическим деформированием спеченных пористых заготовок.

Модель упрут о-вязко-пластического деформирования сжимаемого пористого тела использована также при проведении расчетов на прочность и оценки работоспособности порошкового коллектора, работающего в составе электродвигателя. Анализ работоспособности проводили по силовому фактору (переход конечных элементов многосвязной двумерной области из угу/гого в пластическое состояние) и 1емпературному фактору (критическая температура разложения пластмассы коллектора электродвигателя). В результате получены значения предельно допустимых нагрузок, деформаций и температур, которые позволяют эксплуатировать коллектор без необратимых физических изменений, нарушающих его работоспособность. Проведены расчеты теплового и напряженно! о состояний порошковых коллекторов бытовой техники, работающих в стационарных условиях. Проанализированы конструкция и условия работы стартерного коллектора, работающего в нестационарном режиме при сильных токовых нагрузках с отбором большого количества электроэнергии за короткий период времени. Пакет прикладных программ'для анализа работоспособности порошкового коллектора и оптимизации его конструктивных параметров используется в практике Белорусского государственного НПК порошковой металлургии. Проведены расчеты напряженно-деформированного состояния пористых титановых дентальных имнлантагов различной конфигурации. Показано.

что прорастание костной ткани в пористый имилашаг приводит к увеличению в 1,5-1,7 ;аза допустимых нагрузок на систему без нарушения ее работоспособности. Путем оптимизации формы имплантата можно значшельно улучшть работоспособность системы, а также увеличить допустимые нагрузки на им-плангаг. Неразработанным рекомендациям в настоящее время в НИИ ИМ ор-гаш/юв.мп. изготовление пористых титановых н .1ь.„.н':.гоо для нужд Минского государственно медицинского института.

В пятой главе предложены основные гн развития модели деформирования для-анализа процессов уплотнения и формоизменения пористых тел при нелинейновязком объемном течении твердой фазы, характерном для горячего прессования порошковых материалов. При высоких темпера!урах предел ползучести твердых тел становится малым по сравнению с давлениями обработки, и для описания процессов используется реология вязкого тела.

Для описания нелинейных эффектов ползучести пориезых тел а работе предложено выражение для связи между напряженным и деформированным состояниями в пористом теле в виде

Г = ЗС(~)\ (18)

где у - интенсивность скоростей деформаций сдвига, т- интенсивность касательных иапрч/кений, К - модуль сдвига, Сип- постоянные, определяемые из экспериментов по изучению ползучести под напряжением.

Последовательное применение основных уравнений модели вязкого нелинейного течения приводит к уравнению кинетики уплотнения пористых тел

• С(Г Г'(1-р)

р=-^-;-Р, (19)

Кр-

где р - относительная шюгноезь пористого гела, р - скорость уплощения. Характерная особенность полученного выражения заключается в том, что кинетика уплотнения пористого тела при горячей обработке давлением определяется не только величиной среднего гидростатического дав-ення, но и интенсивностью касательных напряжечи.

13 paGoie проведен анализ кинетики уплотнения пористых тел при горячем прессовании п условиях неравномерного сжатия, определяемых различным о i ношением бокового и осевого давлений на поверхности прессуемого тделпя. Неравномерность условий приложения внешней нагрузки предлагается описывать отношением бокового давления к осевому, называемым степенью нстостатнчностн процесса. Анализ показывает, что приближение условий об-p.iGoiKH к нзосташческнм однозначно приводит к росту эффективности уплотнения. близкому к обработке в газостате. Проведенные в рамках вариационно-I о исчисления расчеты показывают, что существуют схемы приложения внешней ширузки, при которых степень нсизостатичности является функцией текущей плотности и которые обеспечивают достижение максимальной плотности. Эти схемы реализуются следующим образом: при малой плотности тела уплотнение проводится в условиях, близких к изостатшеским; в области высоких плошостсй необходимы радиальный сдвиг и интенсивная пластическая деформация вещества пористого тела.

Предложено уравнение, которое позволяет определять среднее значение компонент тензора деформаций пористого тела на любой стадии уплотнения. Его характерной особенностью ( в отличие от уравнения уплотнения) является независимость от свойств материала. Это означает, чю при одной и той же схеме нагружения и равной исходной относи! ельной плотности деформация будет одинаковой для порошковых тел различного состава. Полученные уравнения для составляющих тензора деформаций при прессовании в условиях неравномерною сжатия показывают, что в зависимости от соотношения бокового и осевого давлений радиальная деформация может проявляться деформацией сжатия или растяжения.

Одним из методов, реализующих на практике совмещение высокого уровня гидростатическою давления на пористое тело с пластической деформацией рсшества основы, является метод горячего прессования в к(<азшпостагнчсскпх условиях, обеспечиваемых использованием различных оболочек (в том числе пористых сред) для передачи давления на формуемое изделие. В работе проведено решение задачи о кинетике уплотнения и формоизменении спеченной j:uo-товки, помешенной в пористую оболочку. В эгом случае степень неизоста-гичйости является функцией плотности среды, передающей давление на образец. и изменяется в процессе деформирования. Исследование кинетических кри-

вых показывает, что эффективность уплотнения возрастает по мере увеличения плотности оболочки и приближения условий формования к изостатичсским. При малых значениях толщины слоя пористой среды, передающей давление на образец, процесс прессования протекает так же эффективно, как и в жесткой матрице.

В работе представлены основные результаты экспериментального исследования кинетики уплотнения и формоизменения порошковых материалов при прессовании в пористых оболочках и методики определения коэффициента вязкости. Показана удовлетворительная сходимость результатов теоретического расчета с данными эксперимента практически во всем интервале изменения плотности. Представлены основные рекомендации по применению метода горячего прессования порошковых материалов в условиях неравномерного трехосного сжатия при передаче давления на них через сыпучие и пористые среды; сформулированы условия, обеспечивающие получение высокоплотных заготовок.

В шестой главе изложены результаты практического использования исследований и технологических разработок. Решена задача создания методами пластического деформирования спеченных пористых заготовок высокоплотных порошковых изделий общемашиностронтелыюго назначения, в том числе заготовок коллекторов электрических машин из меди, деталей шестеренных гидронасосов из бронзы, электродов-инструментов ш материалов на основе меди, инструмента для ударного выдавливания из стали, конструкционных изделий на основе алюминия.

ВЫВОДЫ

I. В диссертации разработана обобщенная феноменологическая модель деформирования пористого сжимаемого тела, которая учитывает эффекты упругости, пластичности и вязкости, а также необратимой объемной сжимаемости порошковых материалов. Предложенная модель деформирования позволяет, в силу общности подхода, решать широкий круг задач по анализу напряженно- деформированного состояния и плотности в процессах прессования порошковых материалов, экструзии, штамповки и т.п.

На базе разработанной модели с использованием метода конечных элементов создано программное обеспечение, которое послужило основой системы

физического и геометрического моделирования операций обработки давление.1? порошковых материалов. Разработанный пакет прикладных программ явился сопавныи элементом системы автоматизированного проектирования операций обработки давлением, обеспечивающей возможность математического решения задачи деформирования и оптимизации на этой основе формы исходной заготовки под последующую штамповку.

2. Разработанная упруго-вязко-пластическая модель пористого сжимаемого тела позволяет детально описать закономерности формирования очага деформаций. Показано, что деформирование пористых металлов происходит, как правило, в три стадии. Первая стадия характеризуется возрастанием упругой деформации пористого тела и формированием очага пластической зон!/, который, расширяясь, охватывает все сечение заготовки. Затем наступает процесс необратимого деформирования, протекающий в два этапа - объемное течение (уплотнение) материала по схеме сжатия до некоторой критической плотности и собственно пластическое течение металла.

Характерной особенностью пластического формоизменения пористых металлов является существенная неоднородность в распределении параметров напряженно-деформированного состояния в объеме заготовки, обусловленная схемой нагружения и влиянием внешнего трения. Теоретические расчеты, проведенные в рамках разработанной упруго-вязко-пластической модели пористого сжимаемого тела, показывают, что как и в компактных материалах, при деформировании порошковых композиций образуются зоны затрудненного течения металла, в которых, несмотря на высокое гидростатическое давление, уплотнение протекает неэффективно из-за низких значений интенсивности деформаций сдвига, а та!сже зоны с однородным распределением плотности, отстоящие от непосредственного контакта с деформирующим инструментом.

3. Порошковые материалы, вследствие остаточной пористости, обладают пониженными. по сравнению с компактными, пластическими свойствами. При этом снижение пластических свойств тем существеннее, чем выше остаточная пористость. В работе проанализированы схемы напряженно- леформированно-ю состояния, обеспечивающие оптимальное соотношение гидростатическою давления и шпененвноетн касательных напряжений, что позволяет деформировать со значительными степенями лаже малопластичные материалы. Правильное определение (с применением методов комныогерногмоделирования» фор

мы исходной заготовки и схемы технологических переходов при обработке давлением позволяет сократить время на подготовку производства изделий сложной формы, сэкономить энергетические и трудовые ресурсы.'

4. Развитая в работе модель деформирования порошковых материалов использована при проведении расчетов на прочность и оценки работоспособности порошково-пористых изделий, работающих в составе сложных конструкции под действием поверхностных и объемных сил. При этом основные уравнения модели дополнены уравнением теплопроводности для учета неизотермических условий работы, изделий и уравнением для учета центростремительных ускорений, возникающих в порошковой быстровращаюшейся детали. Разработанная методика расчета и анализа напряженно- деформированного состояния и оценки работоспособности порошковых изделий при их эксплуатации применена к решению конкретных практически важных задач. Проведенные расчеты позволили оптимизировать конструкции порошковых коллекторов электрическ! х двигателей различного назначения и геометрию пористых титановых имгман-татов стоматологического назначения.

5. Увеличение скорости и температуры обработки давлением приводит к • существенной неравновесности деформирования и возникновению репаксирую-ших вязких напряжений в веществе пористого тела. В работе предложено учитывать это обстоятельство путем введения эффективного коэффициента вязкости, зависящего от степени, скорости и температуры деформирования. Увеличение пористости и, следовательно, степени отклонения системы пористого тела от состояния термодинамического равновесия, наряду со скоростью и температурой обработки, приводит к повышению роли вязкой составляющей в процессе деформирования. Расчеты, проведенные на базе предложенной модели, позволили установить основные закономерности распределения напряженно-деформированного состояния и плотности в различных процессах обработки давлением спеченных пористых заготовок и рекомендовать их для практического использования.

6. В работе предложены определяющие уравнения вязкого течения порошковых материалов, базирующиеся на постулатах В.В.Скорохо л и ¡й.С.Ковальченко и учитывающие эффекты нелинейной ползучести и обьем-ной сжимаемости деформируемого пористого тела. Показано, что, как и для случае,' холодной обработки давлением, уплотнение при гор ¡чем деформиро-

вапии порошковых материалов определяется не только величиной среднего гидростатического давления, но и интенсивностью касательных напряжений. Данное обстоятельство тем существенней, чем более нелинейной является зависимость, отражающая влияние скоростей деформаций в твердой фазе на возникающие напряжения.

7. В рамках обобщенной модели нелинейновязкого тела установлено существование оптимальных режимов уплотнения, позволяющих достигать высокой эффективности уплотнения при обработке в условиях неравномерного трехосного сжатия. Предложен метод горячего квазнизостатического прессования, характерная особенность которого заключается в передаче давления на материал через сыпучие и пористые среды при формовании порошкового изделия. Показано, что основные закономерности уплотнения и формоизменения пористого тела при деформировании в этих условиях определяются геометрическими размерами и плотностью слоя порошковой среды, передающей давление на тело.

8. Па основании выполненных комплексных исследований разработаны технологические процессы изготовления высокоплотных порошковых изделий с применением методов пластического деформирования спеченных пористых заготовок. По сравнению с традип чыми методами порошковой металлургии, разработанные процессы обеспечивают лучшую возможность получения высокоплотных деталей повышенных сложности, размерной точности и качества поверхности; снижение усилий деформирования и энергетических затрат. Применение методов пластического деформирования пористых заготовок позволило принципиально по-новому решить задачи получения изделий из порошковых материалов, таких как коллекторы электрических машин, детали шестеренных и топливных насосов, материалы электродного типа, других конструкционных изделий из металлических порошков.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1.Объемная штамповка порошковых материалов/В.М. Горохов. Е.А. До-рошкевич, A.M. Ефимов, Е.В. Звонарев,- Минск: Паука и icxhiik». IW. - 272с.

2. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарев Е.В.. Роман <).!}. Исследона ние процесса холодной штамповки выдавливанием спеченных пористых Maie риалов//Порошковая металлургия,- 1980,- N11.- (

3. Горохов В.М., 3si.чарчч Ii В., Ковальченко М.С. Кинетика уплотнения пористых материалов при горячем прессовании в квазиизостатических условиях. Сообщение 1. Вывод кинетического уравнения уплотнения// Порошковая металлургия." 1978,- N10,- С.26-31.

4. Горохов В.М., Звонарев Е.В., Ковальченко М.С., Устинова Г.П. Кинетика уплотнения пористых материалов при горячем прессовании в квазиизостатических условиях. Сообщение 2. Поиск оптимальных режимов уплотнения// Порошковая металлургия.-1978,- N11.- С.38-41.

5. Акимова J1.B., Горохов В.М., Ионкина Е.М. Уплотнение и формоизменение карбидохромового твердого сплава при квазиизостатическом горячем прессовании//Кузнечно-штамповочное производство,- 1981,- N1.- С.16-19.

6. Белько И.А., Горохов В.М., Дечко М.М., Звонарев Е.В., Ионкина Е.М. Влияние условий квазиизостатического горячего прессования на процесс уплотнения и структурные характеристики твердого сплава Сгз С г - 15% Ni.// Порошковая металлургия.-1981,- N2,- С.64-69. ...

7. Горохов В.М., Ковальченко М.С. Роман О.В. Кинетика уплотнения металлических порошков при горячем прессовании в пористых оболочках. Сообщение 1. Вдовод основных уравнений// Порошковая металлургия.- 1983,- N6.-С. 28 - 33.

8. Горохов В.М., Ковальченко М.С., Роман О.В., Устинова Г.П. Кинетика уплотнения металлических порошков при горячем прессовании в пористых оболочках. Сообщение 2. Теоретический анализ// Порошковая металлургия.-1983,- N8.-С. 21 -24.

9. Горохов В.М., Ковальченко *М.С., Роман О.В. Кинетика уплотнения металлических порошков при горячем прессовании в пористых оболочках. Сообщение 3. Экспериментальное исследование// Порошковая металлургия.- 1983.-N9. - С. 23.-27.

10. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарев Е.В. Уплотнение и формоизменение порошковых материалов при горячем прессовании в условиях неоднородного напряженно-деформированного состояния// Порошковая металлургия,- 1984,- N5. -С. 100- 105.

11. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарев Е.В., Рябов И.Н., Тарусов И.Н. Напряженно-деформированное состояние пористой заготовки при горячем прессовании и свободной осадке с учетом внешнего трения. Сообщение

1. Математическое моделирование процессов// Порошковая металлургия.-1987,- N1. -С. 34 - 40.

12. Горохов D.M. Дорошкевич Е.А., Звонарев Е.В., Рябов И.Н.. Тарусов H.H. Напряженно-деформированное состояние пористой заготовки при горячем прессовании и свободной осадке с учетом внешнего трения. Сообщение

2. Анализ результатов исследования// Порошковая металлургия.- 1987- N2.-С. 43 - 46.

13. Горохов В. М., Дорошкевич Е.А., Звонарев Е.В., Рябов И.Н. О нахождении оптимальной формы пористой заготовки при горячей штамповке// Порошковая металлургия. • 1988.- N4. - С. И -15.

14. Горохов В.М., Дорошкевич Е.Л., Звонарев Е.В., Штерн М.Б., Штефан Е.В. Упрут опластическое деформирование спеченных пористых материалов в процессах обработки давлением. Сообщение 1. Теория упруго- пластического деформирования пористых материалов// Порошковая металлургия,- 1992,- N4. -С. I - 5.

15. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарев Е В., Штерн М.Б., Штефан Е.В. Упругопластичсское деформирование спеченных пористых материалов в процессах обработки давлением. Сообщение 2. Особенности деформирования пористых заготовок при штамповке выдавливанием// Порошковая металлургия,-1992,- N6, - С. 69 - 74. '

16. Горохов В.М., Звонарев Е.В., Куликов И.С.ГПетровский Г.В., Удот A.B. Система компьютерного моделирования термоупругого состояния порошковых коллекторов электрических машин'/ Вести АН Б. Серия физико- технических наук. - 1992.- N4. - С. 76 - 80.

17. Горохов В.М.. Звонарев F.B.. Ковальченко M C. Устинова Г.Г(. Уплотнение пористого тела при горячем кразиизЬстагическом пресс овации// Сб. трудов 5-ой Международной конференции по порошковой металлургии.-ЧССР. Готвальдов: 1978. - С.255 - 296

18. Горохов В М., Ковальченко М С. i VcЦелование процессов уплотнения и формоизменения пориешх магериапои при торкчем прессовании и условиях неравномерного трехосного c:xaiii:i'/ Cd. грудоп 7-ой Международной конференции по порошкочой метачлургин.- ! ДР. Дро.т^н: ГЛ.- С.125- !37-

19. Oorokliov V.M.. l>eliko М М.. lV.i(,sl;k;:v;eh H.A.. Roman О V. Dcnsilicatici) and bhrini аде of pow<lct «-atbülc •>tc.,K iluring tlie bot quasüwstatic .

pressing// Proceedings of International Conference on Sintering. - Ygoslavia, Lublyana: 1981.- P.467- 479.

20. Горохов B.M., Дорошкевич E.A. Изготовление спеченных детален сложной формы холодным пластическим деформированием// Кл. СЭВ-Порошковая металлургия.- М.: Металлургия - 1982- Выи. 5 - С.78 - 84.

21.Горохов В.М. Кинетика уплотнения металлических порошков при прессовании в упругих оболочках// Сб. Порошковая металлургия. Минск: Вы-шейшая школа.-1985 - Вып.З,- С. 9-12.

22. Горохов В.М., Ковальченко М.С. Современные представления о механике поведения порошковых материалов при горячем прессовании// Кн -Реологические модели и процессы деформирования пористых порошковых и композиционных материалов - Киев: Наукова думка. 1985. - С. 126 -136.

23. Gorokhov V.M., Doroshkevich Е.А., Zvonarev E.V., Ryabov I.N. Strain and density distribution in powder preforms during hot forging under external friction// Proceedings of the 1986 International Powder Metallurgy Conference • Germany, Dusseldorf: 1986. - P.909 - 914.

24. Головкин C.O., Горохов B.M., Дорошкевич Е А. Влияние добавок, объедающих низкой работой выхода электрона, на эрозионные свойства мели, используемой для обработки инструментальных материалов// Тр. 7-ого междуна родного симпозиума о композиционных металлических материалах.- ЧСФР, Высокие Татры: 1990,- С. 216 - 220.

25. Горохов В.М., Звонарев Е.З. Особенности реологии пористых мате риалов с учетом сжимаемости в упруговязкопластнчНой среде// Кн. Реофизика и теплофизика неравновесных систем. Минск: 199l.-T.l-- С. 82-93.

26. Горохов В.М., Тарусов И.И, Филипович Е П. Физико-механические свойства порошковых сплавов специального назначения// Сб. Порошковая ме-тачлургия,- Минск: Вышайшая школа.-1992.- Вып. 16.- С.28 - 32.

27. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарев Е В. Моделирование про нессов пластического деформирования спеченных заготовок// Кн. Новые материалы и технологии.- Минск: Наука и техника. -1994. - С. 46 - 47.

28. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарев Е.В. Моделирование процессов деформации порошковых материалов// Сб. Порошковая металлургия. Минск: Наука и техника. - 1995.- Вып. 17.- С. 27 - 35.

29. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А., Звонарсв Е.В., Устинова Г.Г1. Теория процессов деформации пористых тел в порошковой технологии/, Тез. докл. Белорусского учредительного конгресса по теоретической и при кладной механике.-Гомсль, 1995.- С.74,298.

30. Горохов В.М., Дорошкевич Е.А. Теория уплотнения порошковых ма терналов при нелинейновязком деформировании// Сб. Порошковая металлур гия.- Минск: Наука и техника - 1995,- Вып.18,- С. 146 - 153.

31. Блинова Л.В.. Боголюбов Я.М., Горохов В.М., Устинова Г.П. Система автоматизированного проектирования технологических процессов и иснасткт для изготовления изделий из металлических порошков// Кн. Системы автоматизации проектирования в машино - и приборостроении.- Mjihck: Изд. Института технической кибернетики АН Б.- 1995. - С.36 - 38.

32. Gorokhov V.M., Doroshkevich Е.А. Constitutive equations for combined clastic-plastic-viscous flow in P/M deformation processes// Proceedings of International conference on Powder Metallurgy.- Romania, Clui-Napoca: 1996.- P. 107-112.

33. Горохов B.M., Дорошкевич Е.А. Нелинейная ползучесть порошковых материалов при горячем изостатическом прессовании// Сб. Порошковая металлургия." Гомель.- 1996.- Вып.. 19. -С.17-20.

34. Чудаков О.П., Горохов В.М.. Максименко Л.Л., Устинова Г.П., Федченко И.Ю. Математическое моделирование системы "порошковый титановый имплантат - костная ткань" при приложении нагрузки// Кн. Актуальные вопросы стоматологической имплантации.- Минск,-1996. - С.47-54.

35. Дорошкевич Е.А., Тарусов И.Н., Горохов В.М. Физико-механические свойства порошковых алюминиевых сплавов конструкционного назначения// Тез. докл. 7 - ой Международной выставки и симпозиума "Новые материалы и технология порошковой металлургии".- Минск,- 1997. - С.95-96.

36. Витязь П.А., Дорошкевич Е.А., Звонярев Е.В., Горохов. В.М. Научные принципы оптимизации процессов порошковой металлургии и обработку давлением спеченных заготовок// Тез. докл. 7 - ой Международной выставки и симпозиума "Новые материалы и технологии порошковой металлургии",- Минск. -1997.-С.96-97.

37. A.c. 681656 СССР, МКИ D22F 3/12. Способ изготовления спсчсшшх изделий /М.И.Вернадский, В.M Горохов, Е.В.Звонарев(СС'СР).- N 25СУ149; Заявлено 12.07.77; Публикации не подлежит.

38. A.c. 873544 СССР, МКИ B22F 7/02. Способ изготовления сисчсшшх составных изделий / М.М. Дечко, В.М.Горохов, Е.В.Звонарев, В.И.Мсхед (СССР).- N2929997; Заявлено 27.05.81); Публикации не подлежит.

39. A.c. 884856 СССР, МКИ B22F 3/00. Способ получения изделий из безвольфрамовых твердых сплавов / Л.В.Акимова, А.А.Всремейчнк, В.М.Горохоь.Е.М.Ионкипа (СССР).- N2864U41; Заявлено 03.01.80; Опубл. 30.11.81, Бюл. N44.-2c.

40. A.c. 1092837 СССР, МКИ B22F 3/12. Способ изготовления снеченши. композиционных изделий / М.М.Дсчко, В.М.Горохов, Е.В.Звонарев, И.Н.Тарусов (СССР).- N3423408; Заявлено 15.04.82; Публикации не подлежит.

41. A.c. 1119775 СССР, МКИ B22F 3/04, B22F 3/14, В22В 11/30. Изостат / В.М.Горохов, Е.В.Звонареа, И.Н.Тарусов, С.Л.Торочкоа (СССР).- N36120Ü6; Заявлено 29.06.83; Опубл.23.10.34, Бюл.Ю9.-2с.

42. A.c. 1205409 СССР, МКИ B22F 3/12. Способ изготовления спечгшшх слоист-ых изделий / С.О.Головкин, В.М.Горохов, Е.В.Звонареа, И.Н.Тарусов (СССР).- N3688075; Заявле о 05.01.84; Опубл. 15.09.85, Бюл. N23.-2c.

43. A.c. 1297342 СССР, МКИ B22F 3/12. Способ изготовления порошковых изделий из нержавеющих сталей аустеиитного класса / С.О.Головкин, В.М.Горохов, Е.В.Звонарев, И.Н.Тарусов (СССР).- N3923293; Заявлено 08.07.85; Публикации не подлежит.

44. A.c. 1435643 СССР, МКИ С22 9/00, В23 HI/06. Материал электрода-инструмента на оспозе меди . для эл ■ктроэрозионной обработки / В.А.Бараев, С.О.Головкин, В.М.Горохов и др.(СССР).- N4179407; Заявлено 12.01.87; 0публ.07.11.88, Бюл. N41,- 2с.

45. A.c. 1460829 СССР, МКИ С09/00, B22F 3/16. Способ изготовления порошковых электродов-инструментов из материала МБХ - 3 / В.Л.Бараев. С О.Головкин, В.М.Горохов и др.(СССР).- N4179412; Закалено i: 01.87; Публикации не подлежит.

46 A.c. 1694348 СССР, МКИ B22F 3/12. Способ получения изделий из порошков сп-'авов системы алюминий кремний - никель /

В.М.Горохов,Е.А.Дорошкевич, И.Н.Тарусов, Е.П.Филиппович (СССР).-N4785995; Заявлено 23.01.90; Опубл. 30.11.91, Бюл. N44.-20.

47. А/с/ 1726131 СССР, МКИ В22Р 3/12. Способ изготовления спеченных изделий из металлических порошков / В.М.Горохов Е.В.Звоиарев.И.Л.Моисеенко и др. (СССР).- N4810814; Заявлено 30.01.90 Опубл. 15.04.92. Бюл. N14.-30.

■33

РЭЗЮМЕ

ГАРОХАУ ВАЛЕРЫЙ М1ХАЙЛАВ1Ч. Навуковыя асновы механш не-абарачальнага дэфармавання парашковых матэрыялау пры ¡х апрацоуцы шскам з мэтай атрымання вырабау агульнамашынабудайшчага назначэння.

Юпочавыя словы: мадзлфаванне, дэфармаванне, сщскальнасць, порыс-тасць, напружанне, пругкасць, вязкасць, пластычнасць, рэалопя, ушчьшьненне, анашз, тэхналопя.

Дысертацыйная праца прысвечана развЦщю мадэляу дэфармавання сшскаемых порыстых асяродцзяу, ¡х даследаванто I убыванию да анатзу тэхналапчных рэжымау апрацоум щекам парашковых загатовак пры атры-манш вырабау складанай формы. Мэтай працы з'яуляецца абгрунтаванне ! распрацоука абагульненай фенаменалапчнай мадэл1 дэфармавання порыстых сшскальных асяродцзяу у працэсах апрацоум шскам спечаных загатовак, стварэнне метадау колькаснага анашзу I рашэння прыкладных задач дэфармавання парашковых матэрыялау. '

У працы сфармуляваны агульныя прынцыпы канструявання мадэляу пругка-вязка-пластычнага тыпу для ¡затропных парашкова-порыстых магэ-рыялау, распрацавана абагульненая мадэль дэфармавання спечаных порыстых загатовак пры апрацоуцы шскам. На базе метада канечных злементау рас-працаваны прынцыпы разлша шчыльнасщ 1 напружана-дэфармаванага стану спечаных загатовак пры апрацоуцы шскам 1 створана праграмнае забес-пячэнне для мадэл|'равання працэсау атрымання парашковых вырабау. Пра-ведзена л1кавае рашэнне рада прыкладных задач тэорьн дэфармавання парашковых матэрыялау пры пругка-пластыным, пругка-вязка-пластычным 1 не-лшейнавязкам аб'емнам цячэнш цвердай фазы порыстых асяроддзяу з ул1кам неабарачальнай сшскаемасш. Вывучаны агульныя заканамернасш 1 прапана-ваны аптымапьныя рэжымы дэфармавання парашковых сшскаемых матэрыялау.

Асноуныя вынш 1 рэкамендацьй працы выкарыстоуваюцца пры правяд-зешй разл1кау 1 распрацовак тэхналапчных працэсау атрымання парашковых вырабау з ужываннем метадау пластычнага дэфармавання у практы-цы Беларускага дзяржаупага навукова-вытворчага канцэрна парашковай ме-галургн.

34

РЕЗЮМЕ

ГОРОХОВ ВАЛЕРИЙ МИХАЙЛОВИЧ. Научные основы механики нс-обрат мою деформирования порошковых материалов при их обработке давлением с целью получения изделий обшемашиностроительного назначения.

Ключевые слова: моделирование, деформирование, сжимаемость, пористость, напряжение, упругость, вязкость, пластичность, реология, уплотнение, анализ, техиолопш.

Диссертационная работа посвящена развитию моделей деформирования сжимаемых пористы;: сред, их исследованию и применению к анализу технологических режимов обработки давлением порошковых заготовок при получении шледий сложной формы. Целью работы являегся обоснование и разработка обобщенной феноменологической модели деформирования пористых сжимаемых сред в процессах обработки давлением спеченных заготовок, со мание методов количественного анализа и решение прикладных задач деформирования порошковых материалов.

В работе сформулированы общие принципы конструирования моделей уцрую-вязко-пластического типа для изотропных порошковых пористых сжимаемых материалов, разработана обобщенная модель деформирования по-рчетых заготовок при обработке давлением. На базе метода конечных элемента разработаны принципы расчета плотности и напряженно-деформированного состояния спеченных заютовск при обработке давлением и создано программное обеспечение для моделирования процессов получения порошковых изделий. Проведено численное решение ряда задач теории деформирования порошковых материалов при упруго-пластичсском, упруго-вязко-плястичссхом и мелинейновязком объемном течении твердой фазы пористых сред с учетом необратимой сжимаемости. Изу«е!И1 общие закономерности и предложены оптимальные режимы деформирования порошковых материалов.

Основные выводы работы используются при проведении расчетов и разработке технологических процессов получения порошковых изделий с применением методов пластического деформирования в практике Белорусского государственного научно-производственною концерна порошковой металлургии.

RESUME

GOROKHOV VALERY MlKHALOVICH. Scientific Principles of Powder Material Irreversible Deformation Mechanics when Pressure Treating to Manufacture Products for General Engineering Purpose.

Key words: modelling, deformation, compactibility, porosity, stress, elasticity, viscosity, plasticity, reology, densification, analysis, technology.

A thesis is devoted to the development of deformation theory for porous compactible materials and its application to the analysis of technological parameters in 'forging processes of powder billets. The purpose of the thesis is making methods for mathematical analysis and solution of a number of practical problems for powder materials forging.

The main principles for construction of combined elastic, plastic and viscous constitutive laws for porous bodies have been formulated and gmeral'id phenomenological deformation theory has been created. Using finite element me'nod a special software for calculation stress, strain and density distribution withi% the volume of forged billets has been worked out. A number' of theoretical problems for elastic-plastic and viscous-plastic forging as well power law creep of porous bodies under various external loading have been invextigated. Optimal regimes for powder sintered materials forging have been proposed.

The main conclusions of the thesis are used for calculations of technological processes for obtaining powder construction parts in Byelorussian research anil production powder metallurgy concern.