автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Разработки методики расчета конструкции матриц для прессования профилей сплошного сечения на базе выравнивания давления истечения металла в отдельные элементы профиля

РГ6 од

/ о м\п }0ср московский

' " орд ей а октябрьской революции и ордена трудового красного знамени институт стали и сплавов

На правах рукописи

ВАСИЛЬЕВ Андрей Алексеевич

РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА КОНСТРУКЦИИ МАТРИЦ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ СПЛОШНОГО СЕЧЕНИЯ НА БАЗЕ ВЫРАВНИВАНИЯ ДАВЛЕНИЯ ИСТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА В ОТДЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ПРОФИЛЯ

Специальность: 05.16.05 — «Обработка металлов давлением»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1993

Работа выполнена на кафедре пластической деформации специальных сплавов Московского института стали и сплавов.

Научный руководитель: кандидат технических наук, с. н. с. ГЛЕБОВ Ю. П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЩЕРБА В. Н., кандидат технических наук, с.н.с. ЩЕРБЕЛЬ Р. Д.

Ведущее предприятие: Ступинский металлургический комбинат

Защита состоится 26 мая 1993 г. в 9 час. 30 мин. на заседании специализированного совета К.053.08.02 в Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан » <Ялф€лллЛ 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

ЧИЧЕНЕВ Н. А.

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В потреблении машиностроением прессованных профилей из алюминиевых сплавов возрастает доля иаделий большой длины, двадцать и более метров, навиваем« длинномерными изде лиями.

Известные при прессовании профилей явления, ¡сак их скрутка, иагиб, отклонения угловых параметров, связанные с неравномерностью истечения металла ив канала матрицы, при производстве длинномерных изделий создают дополнительные технические трудности по устранению этих дефектов. Поэтому совершенствование методики проектирования матриц с целью уменьшения неравномерности истечения металла позволит снизить трудоемкость и повисит ряд качественных показателей прессованных профилей.

Состояние вопроса и цель работ. При разработке конструкции матричного комплекта для прессования профилей из алюминиевых сплавов, и в частности профилей даже простого поперечного сечения, решаются группы вопросов, связанные с обеспечением прочности, износостойкости, получения профилей требуемой геометрии и геометри-4eci х размеров его элементов. Последняя группа вопросов связана с решением проблемы выравнивания скорости истечения металла по всему каналу матрицы.

В литературе иавестен ряд решений этого вопроса с использованием оценки расположения канала, форкамер, наклонных участков, "паразитных" каналов и т. д Это указывает, что данная проблема пока не имеет завершенного решения. Тем более можно отметить противоречие: с одной стороны обсуждается влияние тех или иных элементов конструкции матрицы на скорость истечения и признавая, что эни окончательно не выравнивают скорость истечения, вводятся калибрующие пояски. При этом эффективность калибрующих поясков оценивается по эффективности силового противодавления, а не по эффективности изменения скорости. Хотя в литературе употребляется термин "неравномерность давления истечения", но решения по определе-шю величин неравномерности давления истечения для отдельных элементов профилей нами не найдено.

В связи с этим целью работы является, во-первых, разработка методики расчетного определения предполагаемых величин неравномер-юсти давления истечения в отдельные элементы канала матрицы; ю-вторых, на основе разности этих давлений определить параметры

калибрующих поясков, обеспечивающих их выравнивание; и, в-третьих, дать экспериментальную оценку влияния найденных конструкций калиб-. рующих поясков на выравнивание скоростей истечения металла. В работе решались следующие задачи:

- поиск путей определения расчетной величины давления прессования, требуемого для истечения металла в отдельные элементы канала матрицы;

- определение границ и площади области в плоском сечении заготовки у входа в конус матрицы, из которой формируется данный элемент профиля. Сечение проведено по касательной к верхней границе о»зга пластической деформации в точке, лежащей на оси симметрии. В дальнейшем указанное плоское сечение для сокращение обозначено ПС.

- определеление предполагаемого среднего- давления истечения металла из найденных областей в соответствующие элементы профиля;

- разработка конструкции калибрующего пояска, обеспечивающего компенсацию разности давлений для истечения металла по элементам профиля;

- проверка разработанной методики путем экспериментальных исследований в лабораторных и заводских условиях.

Научная новизна работы:

- показано, что замена поверхностной мощности сил трения по конусу воронки на равновеликую мощность, но распределенную по параболическому закону во воем объеме пластической зоны, в известной кинематической модели радиального течения металла в конической воронке, позволяет получить расчетную величину неравномерного давления в ПС. Расчетные эпюры по неравномерности давления истечения согласуются с известными экспериментальными данными.

- разработана методика экспериментального определения формы и границ областей в ПО, из которых формируются соответствующие элементы профиля. Найдены аппроксимирующие функции, которые хорошо согласуется с экспериментальными данными. Найденные функции зависят от геометрических параметров поперечного сечения элемента профиля, координат привязки канала матрицы и координат центра тяжести плоской фигуры поперечного сечения профиля.

- используя найденные решения по неравномерному. давлению и расчетной области в ПС, во-первых, . определены средние давления, требуемые для истечения металла в кавдый отдельный элемент канала матрицы; во-вторых, показано,' что для обеспечения равномерного истечение металла во все элементы канала матрицы, необходимо найти

инструкцию калибрующего пояска иа условия создания противодавления истечению металла до выравнивания указанных средних давлений между собой.

Практическая ценность и реализация работы в промышленности.

11а основе разработанной методики был построен алгоритм расчета и на его основе составлена программа для проектирования на ЭВМ конструкции калибрующего пояска канала матрицу и его расположения относительно оси симметрии.

Алгоритм программы, инструкция работы с программой и программа на языке FORTRAN 77 для персональной ЭВМ (ГОВ10 систем ХТ/АТ переданы ЫИСиС в ВИЛС для использования в комплексной системе автоматизированного проектирования .технологического процесса производства профилей.

Апробация работы. Основные положения диссертации дошшдова-лись и обсуждались на региональном научно-техническом семинаре: "Опыт применения и разработки прогрессивных процессов пластического деформирования в машиностроительном производстве", Владимир, 1990 г.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка литературы из 75 наименований, приложения. Диссертация содержит 2М страниц машинописного текста, /7 таблиц, 51 рисунков и 25 страниц приложения.

Анализ литературных данных.

На базе анализа литературных данных показано, что многие дефекты наблюдаемые при прессовании профилей, связаны с неравномерностью скорости истечения металла в отдельные элементы канала матрицы, которые, как считают все авторы, обусловлены различным сопротивлением истечению металла в эти элементы канала,т. е. по существу различным давлением необходимым для истечения металла.

Для выравнивания скорости истечения металла в отдельные . элементы канала матрицы предложены различные методики определения расположения канала матрицы относительно ее центра, различные конструкции калибрующего пояска и способы их определения, различного рода наклонные участки, форкамеры, дополнительные отверстия для стока металла и т. п. Обобщения по этим вопросам изложены в ра-

ботах Е. В. Журавского и Б. И. Матвеева, И. Л. Перлина и Л. X. Райт-барга, Г. Я Гуна и Б. А. Прудковского, Ю. И Глебова и А. И. Царева, М. 3. Ерманка и И А. Сухорукова, Л Г. Степанского, А. Н. Равина и Э. Ш Суходреева и др. Однако количественной оценки различных величин среднего давления, требуемого для истечения металла в отдельные элементы канала матрицы, даже в случае простых форм поперечного сечения профиля, не приводится.

Тем не менее в работах Л В. Прозорова, на основе экспериментальных данных, а в работе К. Н. Шевченко, из теоретического исследования, приведены данные, что даже при осесимметричном прессовании прутка давление в ПС неравномерное. А в работах Г. Я Гуна, Ю. II. Глебова, М. 3. Ерманка и НЕ Славиной показано, что давление прессования для профиля и равновеликого по плоивди прутка практически одинаково, как для алюминиевых, так и титановых сплавов.

Совокупность изложенного использована в данной работе.

Расчет неравномерности давления в ПС.

Расчетное давление прессования в ПС принято нами состоящим из двух величин: равномерно распределенного давления, обусловленного деформацией металла, и неравномерно распределенного давления, обусловленного силами трения по контуру пластической зоны, который принят в виде конической поверхности с некоторым углом - оС.

Эта задача решена для осесимметричного течения при прессовании прутка. При этом использована широко известная модель течения металла в коническую воронку. Положение материальной точки, имеющей скорость , определяется в сферической системе координат.

В рамках этой модели мощность поверхностных сил трения металла по поверхности конуса: I

К/!'**.«. &И/8У, (1)

где У0 ~ начальная скорость на сферической поверхности входа в очаг пластической деформации; ¿^ - напряжение трения принимается постоянным по образующей поверхности конуса; - величина текущего радиуса ус при входе в очаг деформации; £ - величина текущего радиуса уэ на выходе из очага деформации; заменена нами на равновеликую мощность, но распределенную по всему объему конической воронки но некоторому закону :

' <//Гг/,„ -- ¿М $ ■ (2)

- неизвестная функция, подлежащая определению и характе-

г

ризуюшдя, по своему физическому смыслу, влияние сил контактного трения на величину давления, требуемого для истечения металла черев коническую воронку; ¿//К- элементарный объем, равный:

Неизвестная функция У/О^У должна удовлетворять условиям: при У ~ О - 0, при у-ос. = юх. Представив //У^ в виде

^ у о)

где К" - коэффициент, подлежащий определению, из (2) можно получить ряд решений для заданного значения (ъ и, приравняв каждое полученное решение к (1), однозначно определить величину - К в (3) для данного гь. Например получаем для гъ 2:

для

(4)

И т. д. (5)

Подставляя полученные решения относительно К для принятого h, г (2) получаем дифференнциальные уравнения, используя которые можно определить величину среднего давления на узких кольцевых поверхностях. Для этого угол оС разделяем на т частей с некоторым шагом аУ~ const и интегрируем (2) в пределах Ус - Ус¥,, tf+t -

& - JУ>. У4 Ji

■/¿{*K7'Ji''u (е)

Вычисленная мощность для объема кольцевого конического слоя Ус - У1Н приравнивается нами к мощности на сферической поверхности кольца ограниченного Ус - Уц, у входа в пластическую зону с площадью ^ Si, обусловленную некоторым равномерно распределенным давлением - ^ ^ _ ^ & Va (?)

Решая совместно (6) и (7) относительно получаем ряд решений для различных значений И, Для п. - 2:

а _ * ^

г*'1 ~ -z)(to\%,-ы Ус)

■(¿У;

для 1г - з

" *((Зое -Гс<6)а>м)(ссп

Полагая, что мощности на сферической поверхности и в ПС равны, а начальная скорость одинаковая, то давление прессования в плоском сечении кольцевого слоя с - равно:

а' - о г

(Ч (Ю)

где = У^/ъ^пОС

Поскольку ££ в (8) и (9) является постоянным множителем для удобства дальнейших вычислений перейдем к относительной величине равной: ^ * /

/V' " (И)

Расчетные величины давления прессования с использованием полученных равенств (8),(9),(10) сопоставлены с экспериментальными данными в работе Л. В. Прозорова, табл. 1, где - отношение давления в данной точке радиуса ^ к давлению на оси симметрии слитка.

Таблица 1

Сравнение расчетной величины и экспериментальной в двух точкая радиуса контейнера в зависимости от вида функции у (У), коэффициента вытяжки и коэффициента трения

1 п. 1 I/ А Чг- ПЬЧ ' 1 - ОЬи \ ¿£>ОН'Ъ\

0,5 | 0,<37 X* 0,5/?« 1 0,97^1 0,5 Я< 0,97^|

0,20 1,05 1 1,37 1 1

1 2 | 25 0,25 1,05 | 1.45 1 1

0,30 1,06 1 1,52 1,06 1 1,25 | - |

0,20 1,02 1 1,44 1 1

1 з | 25 0,25 0,30 1,03 1,03 1 1,53 1 1,62 1 1 1 1

0,20 1,05 1 1,37 1 1

1 2 1 4 0,25 0,30 1,06 1,06 1 1,45 1 1,53 1 1 1 1

0,20 1,02 1 1,44 - 1 " 1 1,16 1,59 |

1 3 1 4 0,25 1,03 1 1,54 1 1

.!■ 0,30 | 1,03 | 1,63 |

в

Из табл. 1 видно, что экспериментальные и расчетные величины относительного давления близки не только качественно, но и количественно. Это дало основание использовать полученные зависимости в данной работе.

Для использования полученных решений необходимо знать область в ПС, из которой формируется каждый элемент поперечного сечения профиля.

Определение границ и общей площади областей в ПС заготовки, ив которых формируется каждый элемент профиля.

Общепризнанное влияние на скорость истечения металла в отдельные элементы канала матрицы длины - Рг , толщины - , периметра - !7Т, площади - элементов поперечного сечения профиля и расположения "привязки" канала матрицы относительно ее центра ХЛ)

послужило основанием предположить, что площадь области - и ее границы в общем виде можно рассматривать как функцию;

Для раскрытия этой функции задача разделена на две: первая -нахождение привязки канала матрицы относительно ее центра без одновременной оценки искомой области или скорости истечения или давления прессования , но с обеспечением ряда требований, выдвинутых на основе литературных данных; вторая - определение границ и пло-шдци искомых областей при фиксированной найденной привязке.

При решении первой задачи в методику, описанную в работах А. И. Царева и др., введен дополнительный учет площадей Д. , , выделяемых в поперечном сечении уголкового профиля, так называемыми, скелетными линиями. Е итоге получено, что координаты привязки выделенного элементарного уголка, на которые разбито сечение профиля, определяются выражениями:

где - расстояния от внешней углой точки уголкового профиля

до конца элементов.

При этом для- уголковых профилей с разновеликими элементами к

расчетной величине по (12) вводится поправка на смещение

координат привязки в направлении перпендикуляра к диаметральной линии на величину Z равную:

ZJzl, Ле

* Л f+S ' (13)

При решении второй задачи определение границ искомой области проведено экспериментально при выдавливании пластической смеси состава из 85 7. пластелина по объему и 15 ^парафина. Использован контейнер с диаметром 106 мм. Получали профили уголкового, таврового, аетобразного и швеллерного сечений.

Для прессования использовались гипсовые матрицы, входная часть которых формировалась упругой пленкой по методике согласно а. с. 609589, МКИ В 22 С7/7Э.

В предварительных экспериментах первоначально равновеликий по всему периметру канала матрицы калибрующий поясок дорабатывался до получения при прессовании равномерного истечения.

Для определения искомых областей использовались отработанные матрицы и заготовки, состоящие из пяти кольцевых слоег, с нанесенными на их боковой поверхности долевыми линиями координатной сетки с шагом 22,5 ааполнеными цветным пластилином. На боковой поверхности наружного слоя заготовки количество линий координатной сетки увеличено в два раза.

lia прессостатках определяли распределение линий координатной сетки боковой поверхности по периметру сечения профиля, рис.1, и длину дуги - 1fj , расположенную между точками, которые должны с периметра заготовки попасть в точки а-б, сопряжения данного элемента с другим элементом,рис. 1.

При определении ¿^ , рис. 1, ее концы, как правило, не совпадают с линиями координатной сетки, и находились приближенно по пропорциональному соотношению между соседними линиями координатной сетки и точками сопряжения а-б, рис. 1. Поэтому точность определения длины ¿з находилась в пределах î i мм.

Дуга определяется у профилей, состоящих из двух элементов, для элемента с меньшей площадью поперечного сечения, для профилей из трех и более элементов ^ определяется для крайних элементов, которые рассматриваются как дополнение к базовому элементу. В такой постановке очевидным является, что дуга éj всегда меньше полупериметра круга заготовки.

После нахождения ^ ее положение отмечалось на копии плоского

н

Схема н экспериментальному определению внешней границы области

Рис.1

Схема к экспериментальному определению внутренней границы области и сравнения её с расчетной величиной в виде дуги с радиусом ■

Рис.2

сечения недеформированной части заготовки, рис. 2. Там же отмечались точки выхода координатной сетки, лежащие на границах слоев, попавшие в поперечное сечение данного элемента полученного профиля. Найденную совокупность точек, попавших в рассматриваемый элемент сечения профиля, ограничивали плавной узкой полосой , рис. 2, начало и конец которой проходили рядом с граничными точками дуги

Эта полоса принята за форму внутренней границы искомой области, но ее количественные параметры подлежат определению.

Из анализа всех результатов установлено, что внутренняя граница искомой области выпуклая, и может быть представлена плавными кривыми типа дуги с некоторым радиусом Лх или двумя ветвями параболы.

Для определения количественных параметров внешней и внутренней границ искомой области проводили подбор функций для их аппроксимации.

Для аппроксимации длины дуги использован метод безразмерных критериальных коэффициентов, которые сост.- плены ив параметров в виде:

к _ ¿/¿г „ и к

' < Т Т.! 3-=1

!/' С ^ _ ,, _ ¿г/Л

О ^ л: ет///г (14)

Гл! J * / 4 '

где j- номер элемента профиля, 1- номер варианта коэффициента; и из координат привязки профиля Х„ , и координат центра тяжести сечения профиля - Дг.^г вида:

X - ~ _ А и- Ул - Упг _ 4 У!Щ

* ~ м, - ' X = ~ (15)

К критериальным коэффициентам /Сг, - предъявлены требования, чтобы: у

(16)

и для совокупности вариантов п :

/г? Л

ЛГ /С.'

Т*Г 1-/

-Л

( 17)

. кроме того при изменениях величин^-, , в той числе при стремлении их к нулю, критериальные коэффициенты не должны принимать вна-чения бесконечность, и не допускать ситуации: когда при отрешении ¿С или к нулю, тоже стремится к нулю, периметр стремится к 2 или к .

Из дальнейшего рассмотрения опущены коэффициенты К,, К* , К& • » . как не отвечающие выдвинутым требованиям.

Поскольку коэффициенты К* и не отвечают требованиям (16) и (17), общее выражение для критериального уравнения, аппроксирую цего длину дуги ^ , принято вида:

Л " (18) Кроне того принято необходимым коэффициенты К/, ^ л и К, использовать попарно.

С учетом изложенного рассмотрено десять комбинаций коэффициентов для определения ^ :

^ = ^ -(19)

= ¿Мк , (20)

—1-' (21)

, яхта.

(23)

(24)

■м

(26)

Сопоставление расчетных длин дуги ^ с экспериментальными показало, что наилучшую сходимость для профиля уголкового типа дает формула (22), для профилей таврового и эетобразного еечения -(26), для профиля швеллерного типа - (21).

Расхождение экспериментальной и расчетной величины ¿^ находится в пределах 2...8 X.

Для определения параметров внутренней границы искомой области, при аппроксимации ее дугой с радиусом /€х или ветвями параболы, в основу принято расчетная величина дуги ^ , а так же, что площадь искомой области /у по условиям экспериментов при равномерном истечении профиля должна быть равна /> - , где - коэффициент вытяжки для всего профиля.

Площадь /у может быть представлена как сумма двух площадей: площади сектора , на основе дуги с хордой /4Т и радиуса равного XV , и либо площади сектора, на базе хорды и искомого радиуса & или либо площади, ограниченной хордой Л у и двумя ветвями квадратичной параболы с центром на оси перпендикуляра хорды

Поскольку одновначно определимы обшдя площадь /> и плошадь сектора , то однозначно находится площадь равная разности л/> = Ру - , которая должна быть обеспечена или дугой или двумя ветвями параболы. Отсюда, используя геометрические соотношения, однозначно определяется или величина радиуса /С или неизвестные коэффициенты у квадратичной параболы.

Сопоставление положений внутренней границы, рассчитанной как дуга с радиусом кв виде двух ветвей параболы, показало их близкое совпадение, и в дальнейшей работе использована только граница в виде дуги . Сопоставление расчетных величин , /?х ,. и экспериментально определенных, приведено на рис. 2, из котпг>ого видно их хорошее совпадение.

Найденные параметры позволили перейти к решению следующей задачи.

Давление, необходимое для истечения.металла в каждый данный элемент профиля, и расчет конструкции калибрующего пояска матрицы.

Определение давления, необходимого для истечения металла из найденной области в соответствующий элемент канала матрицы, основано на совмещении двух решений: неравномерного распределения давления по кольцевым слоям - и найденных границ областей, из которых формируется соответствующий элемент профиля.

Поскольку то и другое решение относятся к ПС, они могут быть наложены друг на друга. При этом линии нутренней границы, пересекая ' - тые кольцевые слои, выделяют в каждом из них некоторые площади Используя и соответствующие данному ко. _>цу давления ^, среднюю величину давления , требуемого для истечения металла из этой области в соответствующий элемент канала матрицы, можно представить в виде:

£> , &4М-- .

* * (29)

Для последнего элемента профиля величина однозначно вычисляется, если величину найти как разность между площадью всего г -того кольца и площадями частей колец | для остальных элементов.

После расчетов в, для всех элементов сечения профиля определяется разность максимального значения б?«« с остальными: л в* -- Для элемента, имеющего (?«.,*■ аС0Т = 0, для остальных

Следует отметить, что при расчете От и с одной стороны не учитывается силовое противодавление калибрующих поясков истечению металла при определении , ас другой стороны области, из которых формируется соответствующий элемент профиля, найдены при фактических величинах калибрующих поясков. Поэтому, по принятому в работе направлению решения задачи, -< должно быть компенсировано соответствующим противодавлением калибрующего пояска канала матрицы. Если расчетная величина калибрующих пояскои будет совпадать с экспериментальной, то это будет служить доказательством приемлемости данного подхода решения, поставленной задачи.

При расчете конструкции 1салибрующих иояскои принят ряд допу-

/£

щений: объемная деформация металла в тормозном конусе заменена на две плоские на базе его длины - £ и толщины - ~é , сопротивление деформации металла принято равным средней величине а напряжения трения по цилиндрической и конической частям калибрующего пояска 7^,, приняты равными некоторой доле, определяемой коэффициентом к , от напряжения трения по матрице - lU : Хкп = к , К {-4,2..

, В результате решения плоской задачи с помощью известного метода равенства мощностей получена величина противодавления калибрующего пояска, которая отнесенная к Z'm приводит к виду:

** "У + ' (30)

■где - ширина элемента на выходе из канала матрицы, - глубина тормозного конуса, у - тормозной угол, ^ - коэффициент "трения, ¿цл - длина цилиндрического пояска.

■В формуле (30) первое слагаемое - давление от деформации ме-ïaллa в тормо;. юм конусе,, второе - от сил трения по поверхности тормозного конуса, третье - от сил трения по цилиндрическому пояску.

В выражение (20) входят три неизвестных и Y, позто-

.. му оно не имеет однозначного решения. Для построения решения вна-. чале элементу с х - 0 назначается из каких-либо технических соображений некоторая минимальная величина цилиндрического пояска . éiiriH+in. и по третьему слагаемому в (30) находится кото-

рая прибавляется к остальным / 0: * Qx = ^^ + л (¡2-. Найденная величина t>Q} приравнивается к (30).

Проектант матрицы, задавая два из неизвестных параметров, получает решение относительно третьего, таким образом может быть найден целый ряд решений, выбор окончательного остается за проектантом. •

На оспорь построенной • методики была составлена программа UNDAV на языке FÛRTRAN-77 для ЮБМ и рекомендации по последовательному решению задачи.

Разработанная методика сопоставлена с ранее опубликованными литературными работали Царева А. И. и Алешина В. П.. Последняя является развитием известных работ Ерманка М. 3, Фейгина В. И., Сухору-кова Е А. ; ' . •

■ Для сравнительного расчета был взят тавровый симметричный

я

профиль ив работы Алешина В. П. с размерами: горизонтальный элемент - длина 83 мм, толщина 15 мм; вертикальный элемент - длина 73 мм, толщина 8 мм. Диаметр контейнера равен 200 мм; сплав Д16; пресс.о-вание без технологической смазки.

Калибрующий поясок рассчитанный в работе Алешина В. П. имеет различную глубину, поэтому для сравнения с другими методиками он был приведен к некоторой средней величине с использованием формулы:

/7 Ü /7. £

= — oí)

где с i глубина калибрующего пояска на соответствующей части периметра элемента - /7,-

Сравнение расчетных величин калибрующих поясков по »рем методикам представлены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение расчетных величин калибрующих поясков, полученных по различным методикам

Координаты привязки Величина калибрующих

профиля поясков

Методика У',-,, мм 1 У», т вертикаль ] горизонталь

1 ный элемент,! ный элемент,

1 мм | мм

Алешин В. П. 41,5. | 50,0. , 6,5 | 18,2

Царев А. И. . 41,5 | 44,0 6,5 | 12,2

Предлагаемая 41,5 1 44,0 ■ 6,5 | 10,3

Как видно из табл.2 координат привязки канала матрицы для данного профиля, рассчитанные по работам Царева А. И. и разработанной методике совпадают и несколько отличаются от полученных в работе Алешина В. П., а расчетные величины калибрующих поясков носят один характер.

Проверка в лабораторных и промышленных условиях разработанной методики проектирования канала матриц для прессования сплошных профилей.

Проверка разработанной методики решения поставленной задачи базируется на следующих соображениях:

- расчетное определение неравномерного давления в ПС .требуемое для истечения металла, зависит от коэффициента вытяжки, среднего

угла ОС , коэффициента трения, но не учитывает, как было отмечено, противодавления истечению со стороны калибрующего пояска;

- расчетное определение внешней и внутренней границы области в ПС, из которо.й формируется данный элемент профиля, зависит от параметров элемента , "¿г и параметров всего сечения Лл , ^ ; ,

•^г и- не учитывает конструкцию калибрующего пояска. Однако определение указанных границ получено исходя из наилучшего приближения дуги и радиуса ^ к экспериментально определенным при условии, что конструкция калибрующего пояска обеспечивает равномерное истечение металла без искажения формы профиля;

- определение давления, требуемого для истечения металла из указанной области в соответствующий канал матрицы, казалось бы позволяет- рассматривать задачу дискретно для каждого кольцевого слоя, но это не допустимо, поскольку общее давление разделено на два -равномерно ' распределенное от деформации и неравномерно распределенное от сил трения. Поэтому оценку различных величин требуемых давлений можно проводить только по некоторым средним значениям

В связи с этим каждой разности между лъ?г для равных элементов - х можно поставить в соответствие величину противодавления истечению металла, создаваемую конструкцией калибрующего пояска.

•. Данная величина противодавления по известным методам решения дает так же некоторую среднюю равномерно распределенную величину давления в ПС для области, из которой формируется рассматриваемый элемент.

Однако каких-либо аналитических доказательств, что приравнивание этих давлений обеспечит выравнивание скоростей истечения не имеется. Поэтому в работе приняты следующие два варианта проверки предложенного решения:

1. Сравнение расчетной Ееличины калибрующих поясков на базе данных о параметрах отпрессованных в лабораторных условиях профилей с параметрами ка..лбрующих поясков,' подобранных последовательной доработкой и обеспечивающих равномерное истечение металла.

2. Использование уже готовых матриц с отработанными поясками для прессования в .промышленных условиях надфилей из алюминиевых сплавов без искажения их геометрии и сопоставле.-че расчетной и экспериментальной величины внешних и внутренних границ указанной выше области в ПС. •

' Результаты проверки по первому варианту представлены в табл. 3

Таблица 3

Сравнение расчетных и фактических параметров калибрующего пояска у матриц в лабораторных исследованиях

Тип профиля N эле- Параметры калибрующего пояска

ментов фактические Ладанные расчетные

ММ С^п, «н| 1?*, ««1 /Л/»?

уголковый 1 2,0 5,0 | 6,0 2,0 | 5,0 1 6,9

2 1,5 " 1 " 1,5 - 1 - 1 - '

тавровый 1 4,0 - 1 - - '4,6 I - I - .

2 1,5 - 1 - 1,5 - 1 - 1 "

- 1 10,0 - 1 " - И,4| - | -

швеллерный• 2 1,5 - 1 " 1,5

3 1,5 - | - 1,5 - 1 " 1 "

1 8,0 " 1 " 9,0 | - |. -

зетобразный 2 1,0 - 1 " 1,0 - 1 " 1 "

3 3,0 - I " 2,7 | - | -

Полученные результаты по табл. 3 показали хорошую сходимость расчетных и фактических параметров калибрующего пояска у матриц в лабораторных исследованиях.

Исследования в промышленных условиях были проведены в ВМС на прессе 7,5 МН с контейнером 2>н = 95 мм с использованием заводских матриц для профилей уголкового, зетобразного и' швеллерного сечения, рис. 3. Прессование осуществлялось с использование . технологической смазки состава: масло С-23 - 75 %, графит С1,- 25 % по массе для сохранения линий координатной сетки. Заготовки были изготовлены из сплава марки Д16 длиной 200 мм, собранные из четырех труб с толщиной стенки 10 мм и центрального стержня диаметром 10 мм, на боко^ вой поверхности которых были нанесены риски шириной и глубиной 0,3-0,4 мм с шагом 15°. Температура нагр&ва контейнера и заготовок была равна 350°С, инструмента - 300*0. ;

Результаты сопоставления расчетных и полученных в промышленных условиях экспериментальных парасчров внешней ^ и внутренней , границ представлены в табл. 4. Сравнение параметров внутренней границы производилось сопоставлению точек, лежащих внутри области в недеформированном распрессованном слитке, из которой формируется соответствующий элемент профиля, с количеством точек попавших внутрь поперечного сечения данного элемента, рис. 4.

Вид и параметры поперечного сечения профилей • для промышленных экспериментов

I

353

I?

¿5,4

т

7

2:

/м

и»

*

М

/

/

/

/

<4

777.

Рис.3

Схема сопоставления расчетных и экспериментальных границ областей для профиля швелерного типа полученного в промышленных условиях

/С«

/3 • Н 1*

Рис. А

Таблица 4

Сравнение расчетных и экспериментальных данных по длине дуги ^ ■и количеству внутренних точек для- элементов профиля.

• I - | Длина дуги с^ , мм Число внутренних точек

Тип в элементах профиля

профиля | элемент 2 | элемент 3 элемент 2 элемент 3

|расчет |эксп. |расчет |эксп. расчет|экспер расчет | экспер

уголковый | 94,1 194-961 - | - 13 I 13 - 1 -

зет I 111,1|108 -| 111,1|108 -| | 110 | | 110 38 | 39 1 38 | 39 !

швелер | 86,2 |88-90| 86,2 |88-90 17 I 16 17 | 16

. Полученные результаты показывают хорошую сходимость расчетных и .экспериментальных величин.

Выводы.

1. Разработана меюдика проектирования конструкции канала матрицы для прессования профилей на основе выравнивания различных величин средних расчетных давлений, необходимых для истечения металла в отдельные элементы канала матрицы.

.2. Неравномерное давление прессования по кольцевым слоям в ПС, . согласующееся с экспериментальными данными, можно определить с использованием модели радиального течения металла в конической воронке при замене мощности поверхностных сил трения на эквивалентную по .величине мощность, но распределенную по всему 'объему пластк .еской о'ины по квадратичному закону.

3. Экспериментально определены форма и размеры внешней и внутренней, границы области в ПС, из которой формируется расчетный элемент

' профиля. Внешней границей является дуга длиной ^ по периметру заготовки, а внутренняя граница может быть представлена в виде дуги с некоторым ^адиусом - , ■ '

4. Получены критериальные функции от основных параметров канала' , матрицы аппроксимирующие количественно длину дуги - - внешней

Гранины ^ и величину радиуса внутренней границы, которые дают хорошую сходимость с экспериментальными дашь»-'.

5. Среднее давление, необходимое для истечения металла в каждый элемент канала матрицы, без учета взаимодействия между элементами профиля, однозначно определяется с использованием данных по нерав-

номерному давлению прессования и по границам областей, из которых формируется каждый элемент профиля.

6. Решение по конструкции калибрующего пояска, обеспечивающего выравнивание давлений для истечения металла по всем областям, из которых формируются соответствующие элементы профиля, не однозначно. Разработана последовательность получения ряда решений," обеспечивающих указанное выравнивание давления. Окончательный выбор из полученных решений должен сделать проектант.

7. Проверка в промышленных условиях при прессовании трех типов' профилей из сплава Д16 показало хорошую сводимость расчетных и экспериментальных данных.

8. На основе разработанных Mf 'одик и алгоритма расчетов создана программа проектирования конструкции канала матрицы для прессования профилей сплошного сечения, которая реализована для ПЭВМ на . языке FORTRAN 77, и передана в ВИЛС для использования в комплексной системе автоматизированного проектирования технологического процесса производства профилей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Васильев А. А. , Глебов КХ П., Царев А. И. О возможности ревк. ния проблемы проектирования канала матрицы для прессования профилей сплошного сечения через оценку силовых условий.'/Опыт применения . и разработки прогрессивных процессов пластического деформирования в машиностроительном производстве. Материалы регионального научно-технического семинара. - Владимир, 1990. - С. 16-17.

2. Глебов Ю. П., Царев А. Я , Васильев А. А. Оценка неравномерности 'давления на входе в пластическую зону при прессовании для про- • вотирования канала матрицы// Технология легких сплавов.- 1991.

- N3.- С. 32 - 35.

3. Ю. П. Глебов, А. И. Царев, А. А. Васильев Методика проектирования канала матрицы для прессования профилей с учетом силовых условий процесса// Технология легких сплавов. - 1991.- N4.- С. 17-25.

4. A.A. Васильев, А. И. Царев, Ю. П. Глебов Экспериментальное определение области' в плоском сечении заготовки, из которой формируется при прессовании заданный элемент профиля// Технология /кгких сплавов. - 19'">2. - N5.- С. '53-55, 94-95. -

5 .r\,i\< Васильев, Ю. П. Глебов Расчет потенциальной неравномерности скорости Истечения металла при прессовании из круглого контейнера// Изв. вузов. Черная металлургия, - 1992.- N11.- С. 28-30.

московский' ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ Заказ Объем -Д А Тираж £ ОО

Типография МШиС/- уд.Ордгоншсидзе, 8/9

м- .,.'■' ' ......- -г, * ■