автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Определение контактного давления при прессовании порошковых материалов

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОНЦЕРН ПОРОШКОВОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

УДК 621.762

РГ6 о*

1 3 :

ХАММУДА ХАССАН АХМАД

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНОГО ДАВЛЕНИЯ ПРИ ПРЕССОВАНИИ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

05.16.06 — Порошковая металлургия и композиционное материалы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1997

Работа выполнена в Белорусской государственной политехнической академии.

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Г.М. Жданович.

Официальные оппоненты:

академик НАН РБ, доктор технических наук, профессор А.В.Слепаненко;

кандидат технических наук Ю.Н.Гафо .

Оппонирующая организация: Белорусский государственный

технологический университет.

Защита состоится 07 июля 1997 г. в 10.00 часов на заседании Совета по защиге диссертаций Д.02,40.01 Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой металлургии по адресу: 220071, г.Мннск, ул. Платонова, 41.

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

Автореферат разослан "4/" 1997 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций Д.02.40.01

В.М.Горохов

©Хаммуда Хассан Ахмад, 1997.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Стремительно расширяется сфера применения порошковой металлургии в народном хозяйстве, совершенствуется технология, повышаегся производительность труда, улучшается качество металлоке-рамической продукции. Бурно развивающееся производство изделий из металлических порошков непрерывно ставит перед учеными и инженерами новые серьезные задачи, требующие немедленного решения. В ряде случаев производ-сгвеннме достижения порошковой металлургии значительно обогнали соответствующие научно-теоретические разработки. К сожалению, необходимо отметить, что многие работы по порошковой металлургии, изданные в нашей стране и за границей, в определенной степени устарели и не отвечают современному уровню производства. Подавляющее большинство опубликованных работ посвящены исследованиям сложного комплекса явлений процесса спекания и изучению свойств порошковых изделий. Такой шГжпый процесс порошковой металлургии, как прессование изучен менее основательно, что в первую очередь, объясняется значительной сложностью рассматриваемых явлений. Большой вклад в развитие теории процессов прессования внесли такие известные ученые, как М.Ю.Бальшин, Г.М.Жданович, В.В.Скороход и др. Общеизвестно, что процесс прессования предопределяет ряд важнейших свойств будущего порошкового изделия, чаще всего дефекты процесса прессования не могут быть исправлены последующим спеканием.

В области теории прессования металлических порошков, при выводе основного уравнения, связывающего давление и плотность наметились два основных направления.

Первое из них характеризуется введением целого ряда упрощающих до-пушений, позволяющее решать ту или иную задачу элементарным путем, получать простые уравнения с достаточной для нужд практики степенью точности, описывающие рассматриваемый процесс. К данному направлению относятся теории, основанные на использовании гипотезы сплошности.

Второе направление, основанное ня попытках более строгого математического описания всех основных физических явлений процесса прессования, оказывается слишком сложным и далеко не всегда приводит к результатам, которые могу г быть использованы в инженерной примнке. К данному направлению относятся теории, основанные на изучений контактных явлений.

Естественно, что граница между этими двумя направлениями не может быть резко проведена vi не является стабильной. Следует отметить, что теории обоих направлений взаимно дополняют друг друга, что закономерно. Кроме того, при теоретических исследованиях некоторых вопросов, использование гипотезы сплошности является необходимым, как например при исследовании распределения давлечий и плотности в прессовках и т.п. При выводе основного уравнения прессования более правильным и целесообразным является путь'исследования дискретной гранулометрической структуры порошкового тела, основанный на изучении поведения отдельных частиц при различии контактных воздействий на основе принципов статистической механики. Так как частицы порошка, представляющие собой обособленные физические тела, подчиняются всем законам классической механики, то разработка дискретной теории сейчас являйся своевременной и перспективной. Современный уровень развития физики металлов и математики позволяет преодолеть значительные трудности в разработке дискретной теории прессования, основанной на всестороннем анализе поведения часгиц при различных контактных воздействиях с привлечением методов статистической механики. В процессе прессования усилия между частицами передаются именно через контакты, поэтому анализ контактного взаимодействия частиц позволяет глубже проникнуть в суть достаточно сложных и интересных явлений, сопровождающих процесс. С этой точки зрения создание дискретной контактной теории прессования следует признать своевременным н необходимым. Анализируя вышесказанное, следует отметить, что задача уточнения уравнений, описывающих деформационный механизм уплотнения, величину силового контактного взаимодействия части порошкового тела, является актуальной.

Сбызь работы с крупными научными программами, темами. Данная работа выполнялась в соответствии с заданиями государственной научно-технической программы "Инсгрумент"(1993 - 1995 гг.) и "Алмазы, сверхтвердые материалы и изделия на их основе"(1995 - 1996 гг.).

■Цель и задача исследований. Целью данной работы является уточнение величины контактного давления на основе анализа силового взаимодействия частиц сжимаемого пористого тела, позволяющее оптимизировать параме1ры уравнения прессования порошковых ма!ериалов при получении изделий обще-машинос1роителыюго назначения.

Для реализации указанной цели в работе поставлены следующие основные задачи:

1. Уточнение зависимости относительно контактного сечения ог плотности порошкового тела, зависимости, описывающей "деформационный механизм уплотнения порошкового тела.

2. Выведение уточняющей зависимости давления силового контактного взаимодействия частиц порошкового тела в процессе уплотнения.

3. На основе полученных результатов уточнить и оптимизировать пара" метры уравнения прессования порошкового тела, связывающего давление I!

плотность.

4. Уточнить и оптимизировать расчет технологического процесса изготовления деталей конструктивного назначения методом порошковой металлургии.

Научная повизна полученных результатов. Установление зависимости плотности порошкового гела от давления прессования является основной задачей при разработке теории, нз базе которой возможна научно обоснованная разработка технологического процесса прессования, одного из основных процессов технологии порошковой металлургии. Для решения этой задачи в первую очередь необходимо определить деформационный механизм уплотнения порошкового тела. Данный механизм должен учитывать все три компоненты деформации: упругую, пластическую, структурную, мсжчастичную. Как известно, наличие структурной компоненты отличает деформацию порошкового тела от деформации компактного тела. Получена формула, устанавливающая связь между относительным контактным сечением порошкового тела си и его относительной плотностью 8, представляющая собой зависимость, описывающую деформационный механизм уплотнения порошкового тела, существенно уточняющую аналогичные зависимости, полученные М.Ю.Бальшиным и Г.М.Ждановичем. Выведена уточняющая формула определения зависимости контактного давления от плотности порошкового тела в рассматриваемый момент процесса уплотнения.

Практическая значимость полученных результатов. Полученные результаты прошли апробацию в Белорусском государственном научно-производственном концерне порошковой металлургии и были использованы при разработке технологий изготовления заготовок коллекторов электрических машин, вкладышей ротора автомобильных стартеров, втулок тормозных систем подвижного железнодорожного транспорта.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

Закономерность нарастания относительного контактного сечения порошкового тела с ростом его плотности.

Зависимость давления силового контактного взаимодействия частиц уплотняемого порошкового тела от его плотности.

Уточненная зависимость приведенного напряжения ог плотности порошкового тела, описывающая процесс упрочнения материала частиц при уплотнении.

Уточненная зависимость приведенной деформации материала прикон-тактной области частицы от плотности.

Уточненная зависимость давления прессования от плотности прессовки, предегпвляющая уравнение прессования порошкового тела.

Практическая независимость контактного трения на величину контактного давления.

Личный вклад соискателя. Автором были уточнены зависимости относительного контактного сечения от плотности порошкового тела, зависимости, описывающей деформационный механизм уплотнения порошкового тела, зависимости давления силового контактного взаимодействия частиц порошкового тела в процессе уплотнения, параметров уравнения прессования порошкового тела, связывающего давление и плотность.

Апробация результатов диссертации. Результаты исследований, включенные в диссертацию докладывались и обсуждались на заседании кафедры СММП БГПА и на заседании секции "Машиностроительные материалы" научно-технического совета ИМИ порошковой металлуршн Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой металлургии.

Онубликованносгь результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в двух статьях.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, перечня условных обозначений, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Работ содержит 92 страницы машинописного текста, |1 иллюстраций, 7 таблиц, 70 библиографических источников. •

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Введение содержит обоснование необходимости выполнения исследований по теме диссертации.

Первая глава содержит оценку методов решения поставленных вопросов, является кратким обзором публикаций, посвященных рассматриваемым вопросам. Частица порошка рассматривается как обособленное физическое тело, поведение которого при различных контактных воздействиях подчиняется законам механики сплошной среды.

Вторая глава содержит результаты теоретических исследований деформационного механизма уплотнения порошкового тела.

В теоретических исследованиях полагается, что структура порошкового тела не является геометрически правильной, взаимное расположение частиц равновероятно, все направления в порошковом теле равноправны. Каждая частица порошка как отдельное компактное тело подчиняется всем законам классической механики. Две контактирующие частицы в окрестностях контакта ограничены некоторыми, в общем случае, произвольными криволинейными поверхностями. Поставлена задача определить зависимость между величинами сближения центров частиц в направлении нормали контактного силового взаимодействия и размером образовавшейся площадки контакта, которая в общем случае представляет собой проекцию поверхности контакта на плоскость, перпендикулярную нормали (рис. I). Очевидно, что сумма

™к, + ™к, = <5к " (1)

' представляет собой величину сближения центров частиц по направлению нормали.

На рис.2 изображен возможный вид проекции поверхности взаимного контакта взаимодействующих частиц на плоскость, перпендикулярную нормали. Вводится в рассмотрение понятие эквивалентною конуса. Эквивалентным конусом с углом наклона образующей А.п будем в дальнейшем называть такой конус, который с точки зрения сопротивления контактной деформации будет равноценным, эквивалентным сопротивлению деформации приконтактной зоны рассматриваемой частицы. Этот подход является вынужденным и, возможно, единственным подходом в анализе сопротивления деформации частицы произвольной формы в окрестностях контактной зоны. Очевидно, что образующая эквивалентного конуса должна лежать вблизи следа пересечения частицы плоскостью, проходящей через нормаль контактного взаимодействия.

На рис.3 изображен эквивалентный конус до и после бесконечно малого приращения нормальной контактной деформации, где (IX* - приращение линейного размера площадки контакта; И,, - глубина пластической области в окрестностях рассматриваемого контакта; dA.ii - изменение угла наклона образующей эквивалентного конуса.

Учитывая то обстоятельство, что в процессе пластической деформации, материал частицы можно полагать несжимаемым, сумму элем сигарных смещенных объемов необходимо приравнять нулю. Это условие можно записав в следующем виде:

¿п; —уХ.л^,; (2)

М,, = ¿к^кЛи-Х^аЛ,,. (3)

Совместное рассмотрение выражений (2) и (3) позволило установить зависимость угла наклона эквивалентного конуса Я.,,

^„=2^171^--]] (4)

и нормальной контактной деформации он

(5)

2 1 + 1 V

от линейного размера площадки контакта Хк. В выражениях (4) и (5) при 8=1, где Э - величина относительной плотности в рассматриваемый момент процесса уплотнения, . Использование зависимости (5) и соотношений между среднестатистическими размерами'площадки контакта и относительным контактным сечением позволило вывести уравнение, описывающее деформационный механизм уплотнения порошкового тела

= (6)

\ Мо )

где а, - относительное контактное сечение; (Зо - относительный объем насыпки, представляющий собой величину, обратную относительной плотности насыпки Эо.

Выражение (6) устанавливает зависимость величины относительного контактного сечения от относительной плотности порошкового тела в рассматриваемый момент процесса прессования.

Рис. 1. Деформация частиц в окрестностях контакта

Рис. 2. Вид проекции поверхности взаимного контакта взаимодействующих частиц

Рис. 3. Деформация эквивалентного конуса

Третья глава посвящена изучению и определению давления силового контактного взаимодействия частиц порошкового тела в процессе уплотнения.

Силовое взаимодействие контактов частиц порошкового тела сопровождается упругими и пластическими деформациями. При этом имеет место самый общий случай контактного взаимодействия тел произвольной конфигурации и размеров, когда нормальная составляющая контактной деформации частиц, приводящая к сближению их центров сопровождается сдвигом частиц, приводящего их к относительному смещению. Точное решение задачи в настоящее время не представляется возможным, речь может идти лишь о приближенном решении.

Из обработки металлов давлением известно, что сопротивление пластической деформации приконтактной области тела практически мало зависит от формы поверхности контакта и связанных с этим закономерностей распределения контактных давлений на ней. Сопротивление контактной деформации определяется величиной среднего контактного давления (а„) или давлением течения.

Исследованиями Н.М.Беляева и ряда других авторов, установлено, что на прочность материала в широком смысле этого слова практически почти не влияет форма площадки контакта и закономерности распределения на ней контактного давления. Наступление и дальнейшее развитие пластических деформаций (хрупкое разрушение рассматривается как частный случай пластической деформации) определяется, главным образом, величиной сжимающей контактной силы и размером площади контакта п, следовательно, определяется величиной среднего контактного давления ст,.

Для определения величины контактного давления стк применен приближенный метод, предложенный в 1966 г. Г.М.Ждамовичем. Суть этого метода основана на предположении о том, что материал в зоне кошакта частиц находится в напряженном состоянии, близком к предельному. Уже в свободно насыпанных порошках контактные давления способны достигать величин, при которых начинается пластическая деформация материала в окрестностях зоны контакта. Поэтому еегь основания полагать, что материал частицы в приконтактной зоне деформации находится в предельном напряженном состоянии, характеризуемым определенной величиной приведенного напряжения ст„, которое также можно назвать "обобщенным напряжением" или "интенсивностью напряжений".

Г! окрестностях кон так 111011 зоны ма1сриал частицы находится в условиях обьечно!» напряженною состояния, определяемою тремя нормальными и шее-

гыо касательными составляющими напряжения. В дальнейшем рациональнее перейти к главным напряжениям, что существенно упрощает расчеты. Как из-Ьестно, главными напряжениями называются нормальные напряжения, действующие по главным площадкам, на которых отсутствуют касательные напряжения. Компоненты главных напряжений, следуя Г.М.Ждановнчу, можно записать в сумме двух слагаемых

: (7)

(8) <9>

...... .

Первые слагаемые \ вышеприведенных выражений представляют собой величины компонентов напряжений, возникших в рассматриваемой точке зоны контакта в результате действия на наблюдаемый контакт комбинированной контактной нагрузки. Данные коэффициенты могут быть определены на основании использования известных уравнений механики сплошной среды.

Вторые слагаемые, представляющие собой суммы интегралов, учитывают-дополнительные напряжения, возникающие в рассматриваемой точке зоны контакта в результате силового воздействия всех остальных контактных нагрузок, влияющих на напряженное состояние рассматриваемой точки.

Выражения (7), (8) и (9) после перехода к среднестатистическим величинам могут быть записаны в следующем виде:

ст, = -стк(£ + В,ак); (10)

<г. = -М&+В2ак): (П)

<Ь = -<7К(£, + В3ак). (12)

Выражения (10)...(12) определяют приближенные величины компонентов главных напряжений в произвольной точке приконтактной зоны частицы, находящейся в области предельного напряженного состояния. Очевидно, что компоненты главных напряжений в произвольной точке зоны предельного напряженного состояния зависят от величины среднего контактного давления стк. Для определения величины давления силового контактного взаимодействия частиц в контактах стк необходимо дополнительное условие. Таким дополнительным

условием, позволяющим произвести оценку сопротивляемости материала при-контактной зоны частицы деформации, является условие предельного напряженного состояния, так как очевидно, что материи частицы в окрестностях зоны контакта находится в напряженном состоянии, близком к предельному. Условие предельного напряженного состояния позволяет связать изменение компонент напряжений с изменением сопротивляемости рассматриваемого контакта деформации при переходе от моноконтактной к объемной, реальной схеме нагружения частицы. В работе предлагается следующий критерий предельного напряженного состояния:

(ст, - ст,)' + (ст.г -сг,)г -стг)г = ^¡-ага, (13)

где оп - величина приведенного напряжения, или интенсивность напряжений, изменяющаяся в процессе упрочнения от реличины предела текучести материала от до величины предела прочности свр; у - - коэффициент разнопроч-

^гс

поста материала, представляющий собой отношение предела прочности материала при растяжении сгВр к пределу прочности материала при сжатии овс.

Совместное рассмотрение выражений (10...13) позволило установить зависимость контактного давления а« от плотности порошкового тела в рассматриваемый момент уплотнения.

(14)

где В- постоянный коэффициент, определяемый расчетным путем. Функция Х1(й) определяет сопротивленце пластической деформации материала частицы и окрестностях контактной зоны при моноконтактной схеме нагружения. Ее величина может быть записана в следующем виде:

Величина приведенного напряжения с учетом упрочнения материала частиц определяется следующим выражением:

ап=СТт+К-ат)——

(16)

где а,ц-а, ; £ш - напряжение и деформация в образце в момент, предшествующий образованию шейки; <т,, ст, - пределы текучести и прочности материала часгиц; п - показатель упрочнения, равный

Д.

(17}

l_.fr

В этой главе установлено, что при наличии системы параллельных сил контактного трения, которая имеет место при уплотнении порошкового тела, не наблюдается их влияния на увеличение сопротивления осадки. В процессе уплотнения силы межчастичного трения, приложенные к различным точкам поверхности контакта, параллельны друг другу и направлены в одну сторону, противоположную направлению смещения контакта.

Поэтому силы межчастичного трения практически не влияют на величину давления силового нормального контактного взаимодействия частиц с«. Силы контактного трения, или сопротивления сдвигу контактов, не изменяют величину площади проекции поверхности контакта на плоскость, перпендикулярную равнодействующей нормальной контактной нагрузки, а способны лишь несколько изменить ее форму.

Четвертая глава посвящена методике экспериментальных исследовании н уточнению уравнения прессования.

Уравнением прессования называется взаимосвязь давления и плотности. Эта зависимость определяет сопротивление порошкового тела деформации под действием давления прессования. Знание этой зависимости необходимо при расчетах мощности технологического оборудования, при проектировании участков и цехов порошковой металлургии.

Уточнение уравнения прессования при наличии сил контактного трения; прямо пропорциональных нормальным контактным силам, записывается в следующем виде:

I - ВХ, (|9)а к к"

При наличии предельного трения, когда сопротивление относительному сдвигу контактов равно сопротивлению сдвига материала частиц, выражение (18) принимает следующий вид:

где Р- давление прессования: У? - коэффициент межчастичного трения; а, - кошакгное давление; ф - угол нормального контактного взаимодействия; соотносительное контактное сечение.

В уравнение прессования (18) входят пять параметров процесса: давление прессования, коэффициент межчастичного трения, среднестатистическая величина угла нормального контактного взаимодействия частиц, контактное давление и относительное контактное сечение.

Следует отметить, что только два параметра процесса уплотнения: давление Р и относительная плотность 9, являются точно и надежно определяемыми. Учитывая, что коэффициент межчастичного трения Д приведенное напряжение а„ и функция Х|(Э) являются величинами сравнительно медленно изменяющимися, можно использовать их расчетные значения, зависящие от плотности, чго позволяет определить экспериментальные величины относительного контактного сечения а» и контактного давления ст« при известных двух параметрах процесса уплотнения - давления и плотности:

а, =--?----,; (20)

М-^О + Лг (Р^п+ВР]

^ = (21)

Выражения (20) и (21) позволяют определить величину относительного контактного сечения порошкового тела и контактного давления, не прибегая к методу оценки электросопротивления брикета и связанной с ним большой погрешностью.

Определена упрощенная,, но достаточно точно описывающая сложные уравнения прессования (20) и (21) формула, связывающая давление и плотность:

а» а«

Р = Р,-—(22)

где Р, - критическая величина давления прессования при стопроцентной плотности прессовки; п - показатель политропы, определенный расчетным путем.

Для железного восстановленного порошка с начальным значением относительной плотностиЗо = 0,3 - п = 4,32, для медного электролитического порошка при Эо = 0,243 - п = 4,76.

В табл.1 изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований величин контактных давлений о» для случаев ортогональной укладки

сфероидальных частиц свинца, которые, как и следовало бы ожидать, оказались достаточно близки к результатам двух методов наших экспериментов.

Таблица 1

Результаты теоретических и экспериментальных исследований величин контактных давлений о, для случаев ортогональной укладки сфероидальных частиц свинца

3 а. Х,(Э) а,—- рисч СТ1 —опыт

0,523 0,0000 2,5700 2,57 "

0,600 0,0348 1,7577 1,84 1,70

0,700 0,1480 1,4878 1,79 1,65

0,800 0,3410 1,2870 1,96 2,15

0,900 0,6220 1,2420 3,12 3,15

1,000 1,0000 . 1,0000 4,55 4,70

В табл.2 изложены результаты теорегических и экспериментальных исследований величин контактных давлений сфероидальных свинцовых частиц при гексогоналыюй системе укладки, когда каждая частица имеет 12 контактов.

Таблица 2

Результаты теоретических и экспериментальных исследований величин контактных давлений сфероидальных свинцовых частиц при гексогоналыюй системе укладки

3 а* Х,(8) ач -— расч От — опыт <>1

0,641 0 2,570 2,570 -

0,700 0,0431 1,773 1,882 1,850

0,800 X у 0,2248 1,438 1,904 1,880

0,900 0,5394 1,191 2,326 2,380

1,000 1,0000 1,000 4,249 4,210

[Ыан глава посвящена вопросам нракшческою применения теорегических реп ||||1!поп.

11олученные аналитические зависимости 8 - Р были использованы при разработке технологий изготовления заготовок коллекторов электрических машин, вкладышей ротора автомобильных стартеров, втулок тормозных систем подвижною железнодорожного транспорта..

Технология изготовления заготовок коллекторов электрических машин постоянного тока основана на холодной пластической деформации спеченной порошковой заготовки кольцевой формы. Преимущество данной технологии состоит в исключении операции ручной сборки ламелей в пакет и его последующей опрессовки пластмассой. Ламели в этом случае получают вырубкой из полосы клиновидного медного проката, при этом до 50% металла уходит в отходы. По предлагаемой технологии методом порошковой металлургии получаюз кольцевую заготовку с пазами на внутренней поверхности по числу ламелей, а затем подвергают опрессовке пластмассой и механической обработке гю наружной поверхности для вскрытия ламелей. Новый процесс позволяет повысить коэффициенты использования металла до 0,9 - 0,92; в 1,5 - 2,0 раза снизить трудоемкость изготовления коллектора, высвободить труд рабочих-сборщиков, металлорежущее и прессовое оборудование. Технология изготовления заготовок коллекторов в промышленных условиях освоена на Молодеченском заводе порошковой металлургии, НИИ порошковой металлургии, Борисовском АО "Завод БАТЭ". Объем выпуска такой продукции в 1993 г. составил 2500000 щт., в 1996 г. - около 1000000 шт.

Одной из важнейших операций технологического процесса является получение исходных заготовок (формовок) с заданной плотностью и равномерным распределением ее по высоте. Жесткие требования к колебанию плотности (± 1%) вызваны необходимостью полного удаления пластификатора из заготовки в процесс спекания. При разложении стеариновой кислоты или стеарата цинка образуется значительное количество газообразных продуктов, удаление которых требует наличия в заготовке открытой пористости. В противном случае продукты разложения пластификатора при охлаждении заготовки в печи спекания конденсируются на поверхности закрытых,пор, что сопровождается резким снижением пластичности спеченной меди. Это обстоятельство требует от технолога умения определения значений давления прессования, обеспечивающих заданную плотность порошковой заготовки, используя расчетные зависимости 9 -Р. Так, проведенные расчеты по определению давлений прессования заготовки коллектора 032x024x25 из порошковой меди показали, что использование

предложенного в настоящей работе уравнения прессования (18), (19) даег более точные результаты, чем уравнения Пальшина и Ждановичи.

В табл.3 приведены результаты расчетов относительной пленноеIи прессования по формулам М.Ю.Баиьшина, Г.М.Ждановнча и по предо»! немой формуле.

Таблица 3

Результаты расчетов V*) по формулим ММО.Ьальшнка, Г.М.Ждановнча и но предлагаемой формуле

1', 1-г/см2 Зопыт. М.Ю.Бцлыцин Г.М.Ждаиозич Предлагаемая ф-ла

Э рас ч. погрет, "-.'> 3 расч. погреш, % .9расч. погреш,'¡'о

1 2 3 4 5 6 7 8

2000 0,739 0,60-1 18,26 0,704 4,76 0,711 3,81

4000 0,865 0,755 12,76 0,825 5,11 0,826 4,39

6000 0,911 0,843 7,44 0,898 1,39 0,903 0,78

Анализ приведенных данных свидетельст вует о том, что прел ин ас:мая формула обеспечивает получение более 1 очных расчетных значений плотнеет прессовок.

ВЫВОДЫ

1. В основу разработанной теории уплотнения порошкового тела положен анализ силового контактного взаимодействия частиц, что определяет ее дискретный характер. Этот анализ осуществляется на основе использования принципов статической механики. Частица порошка рассматривается как обособленное физическое тело, поведение которого при различных контактных воздействиях должно подчиняться законам механики сппошноН среды.

2. Принятая мидель эквивалентного конуса при анализе сопротивления деформации чаепшы произвольной формы й окрестностях контактной зоны позволила • уточнить зависимость между суммарной проекцией контактной поверхности прессовки на плоскость, перпендикулярную усилию пресса и ее плотности. Данная зависимость описывает деформационный механизм уплотнения порошкового тела, учитывающий упругую пластическую и структурную (межчастичную) компоненты деформации.

3. При силовом I онтактном взаимодействии частиц порошка в процессе уплотнения имеет место самый общий случай нагружения: приложены нормальная и тангенциальная составляющие контактной нагрузки. Для общего случая

определены компонента главных нормальных напряжений в окрестностях зоны' кошакга. Данное решение получено на основе предположения о том, что материал частицы в окрестностях зоны контакта находится в напряженном состоянии, близком к предельному.

4. Получено уточненное определение среднестатистической зависимости контактною давления от плотности порошкового тела в рассматриваемый момент процесса уплотнения. Эга зависимость учитывает, при помощи функции ,\|(Э), сопротивление пластической деформации материала частицы в окрестностях контактной зоны при монохоптактной схеме нагружения и растущее влияние на это сопротивления смежных контактов, что приводит вначале к уменьшению величины контактного давления, а затем к ее росту. Такой харак-(ер изменения величины контактного давления, подтвержденный экспериментально. описан впервые. |

5. Установлено, чю силы межчастичного трения практически не влияют на величину давления нормального силового контактного взаимодействия частиц. Силы контактного трения, или сопротивления сдвигу контактов, практически не изменяют величину площади проекции поверхности контакта на плоскость, перпендикулярную равнодействующей нормальной контактной нагрузки, а способны лишь несколько изменить ее форму.

6. Полученные уточненные уравнения прессования порошкового тела, устанавливающие взаимосвязь между давлением и плотностью, положены в основу расчета дсюлей втулочной группы и были использованы при разработке технологий изготовления заготовок коллекторов электрических машин, вкладышей ротора автомобильных стартеров, втулок тормозных систем подвижного железнодорожного транспорта.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Жданович Г. М„ Хаммума X. А. Деформационный механизм уплотнения по-

рошкового тела Н Сб. Порошковая металлургня. - Гомель: ООО "Ин-фотрнбо", 1996. - № 19,-С. 35-37.

2. Жданович I". М., Хаммуда X. А. Определение давления силового контактного

взаимодействия частиц порошкового тела // Сб. Порошковая металлургия. -Гомель: ООО "Инфотрибо",1996.- № 19. -С. 38 - 40.

РЭЗЮМЕ ХАМУДА ХАСАН АХМАД

Вызначлше кащактааага шску при прэсаванж мстшмчных ларашко?

Ключавыя словы: кантактавы шск, прэсаваннс, дзфармаиыя, ушчыльнен-не, шчыльнасць.

Аб'ектам даследаванняу дысергацыйнай праиы з'яуляепца кантактавы щек пры прэсаватн нарашковых мапрыялау. Мэта даследаванняу - удакиид-нение вымчыш кантактаваи шску на падставе анашзу сшааога кшиакпмаш узаемадзеяння часцшак парашковага цела, якое ушчыльниецца-

Удакладнена формула, якая вызначаючае сувязь памгж идносным г.атак-тавым сячэннем \ яго идносшш шчыльнгсцю, што уяуляе прадсшуляючая сабой залежнасць, якая ашсвае дэфармацынны мехашзм ушчыльнення параыковаш цела, якое уключае у сябе усе тры кампаненты дзфармаиьп. Виведзенл удакладняючая формула вызначэння залежнасЫ кантикгиииги шску ад шчыльнаан парашковага цела у разглядаемы момант працзсу ушчыльнення.

На падставе атрыманых вьннкау удакладнена урауненне црзсавання парашковага пела, што вызначне судачынешй шипж шским I шчылышсшо, ямя никлидзены у аснову разлжу длаляу тыпу утулак. Дадзенае урауненне было вы-карыстана пры разл1ку 1 распрацо$цы тзхналогн вырабу нарыхтовак калехзарау электрычных машин, укладышау рот ар а аутамабшьных стартэрау, утулак тар-машых а'спм рухомага чыгупачнага транспарту.

РЕЗЮМЕ ХАММУДА ХАССАН АХМАД

Определение контактно1 о давления при прессовании металлических порошков

Ключевые слова: контактное давление, прессование, деформация, уплотнение. плотность.

Объектом исследовании данной диссертационной работы является контактное давление при прессовании порошковых материалов. Цель работы -уточнение величины контактною давления на основе анализа силового контактного взаимодействия частиц уплотняемого порошкового тела.

В работе уючнена формула, устанавливающая связь между относительным контактным сечением и его относительной плотностью, представляющая собой зависимость, списывающую деформационный механизм уплотнения ио-рошковою юла, включающую в себя все три компоненты деформации. Выведена уточняющая формула определения зависимости контактною давления от шюмюстн порошкового тела в рассматриваемый момент процесса уплотнения.

На основании полученных результатов уточнено уравнение прессования порошкового тела, устанавливающее взаимосвязь между давлением и плотностью, положенные в основу расчета деталей втулочной группы. Данное уравнение было использовано при расчск и разработке технологии изготовления заготовок коллекторов электрических машин, вкладышей ротора автомобильных стартеров, втулок тормозных систем подвижною железнодорожного транспорта.

SUMMARY

HAMMOUDA HASSAN AHMAD

Determination of contact pressure during compacting of metallic powders

Key words: contact pressure, compacting, deformation, compaction, density.

The object investigated in the thesis is a contact pressure observed during compacting the powder materials. The aim is to determine a more precise contact, pressure value on a basis of analysing a force contact interaction between particles of a compacted body.

The thesis presents a more precise formula that establishes the interrelation between a relative contact section and his latter relative density. This is a relationship that describes an operative deformation mechanism of a powder body compaction and includes three components of deformation. A more exact formula is also derived for determination of a contact pressure dependence on a powder body density at a given instant of a compacting process.

The results obtained have formed the basis for refining the equation of a powder body compaction that establishes the interrelation between pressure and density which are used as major values for calculating the component parts of a bush unit. This equation was used to calculate and to develop a process of manufacturing of blanks for commutators of electric machines, rotor inserts for automobile starters, brake sleeves for railway transport.