автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Развитие теории и технологии процессов обработки давлением компактных и дискретных материалов

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УДК 621.7.016.3: 621.762.4

РГБ ОД

I С '"О

АЛИФАНОВ Александр Викторович

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИИ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ КОМП АКТНЫХ И ДИСКРЕТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.03.05 — Процессы и машппм обработки давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск 2000

Работа выполнена в ордена Трудового Красного Знамени Физико техническом институте Национальной академии наук Беларуси

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

академик БИТА, доктор технических нау профессор МАКУШОК Е.М.

академик HAH Беларуси, доктор технических наук, профессор КЛУБОВИЧ В.В.

член-корреспондент HAH Беларуси, доктор технических наук, профессор ДОРОЖКИН H.H.

доктор технических наук, профессор ИСАЕВИЧ Л.А.

Оппонирующая организация:

«МАТИ» — Российский государственны] технологический университет им. К.Э. Циолковского

Защита состоится «26» декабря 2000 г. в 14 часов на заседании совета по защите диссертаций Д02.05.03 Белорусской государственной политехнической академий по адресу: 220027, г. Минск, пр. Ф.Скорины, 65, корп. 1, ауд.202, тел. 232-42-60.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат разослан «24 » ноября 2000 г.

Ученый секретарь

совета по защите диссертаций,

кандидат технических наук, доцент

в и КЛЕВЗОВИЧ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Повышение конкурентоспособности промышленной продукции, выпускаемой в Республике Беларусь, требует разработки новых и совершенствования существующих технологий с целью интенсификации производства, снижения трудоемкости, экономии материалов, улучшения качества изделий и т.д.

Вышеуказанным требованиям в полной мере удовлетворяют процессы обработки давлением компактных и дискретных материалов (под дискретными материалами понимаются порошки, гранулы, в том числе спрессованные и спечепные). Однако, при разработке и внедрении этих процессов в производство проявляются факторы и негативного характера: неудовлетворительная стойкость инструмента (особенно в процессах объемного холодного деформирования сталей), многочислешюсть и противоречивость рекомендаций по конструированию рабочих частей инструмента, не имеющих к тому же единого научного подхода, недостаточный научно-технический уровень методов исследования и выбора технологических смазок, применение которых исключает схватывание инструмента и заготовки. Все это говорит о недостаточном уровне знаний для управления процессами обработки компактных и дискретных материалов с целью снижения энергосиловых параметров процесса, оптимизации напряженно-деформированного состояния заготовки при её обработке и улучшения качества получаемых изделий.

Проведение исследований, направленных на устранение вышеперечисленных недостатков, имеет несомненную актуальность.

Представляется актуальной и разработка методологии единого научного подхода к анализу процессов пластического формообразования компактных и дискретных материалов на основе механики сплошных сред.

Известао, какую существенную роль играет в технологических процессах ОМД явление схватывания металлов. Несмотря на имеющиеся гипотезы о механизмах схватывания, до сих пор не сложились единые представления об их сущности и нет четких рекомендаций по управлению этими механизмами. Найти пути решения этой проблемы — значит, решить одну из актуальнейших задач теории и практики обработки давлением.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа выполнялась в рамках координационных планов важнейших республиканских программ в области естественных наук: Сплав [1976-1980 гг.), Сплав 2 (1981-1985 гг.), Материал (1986-1990 гг.), Материал 2 (1991-1995 гг.), Материал (1996-2000 гг.); Государственной научно-технической программы "Высокотемпературная сверхпроводимость" (проект "Композит"— постановление ГКНТ СССР от 27.01.89 г. №37, проекты "Импульс" и "Энергия"— постановление ГКНТ СССР от 08.02.91 г. №105); республиканских программ фундаментальных и поисковых исследований (проекты №Т5-206 и №Т22-368 - решение Совета Фонда фундаментальных исследований Республики Беларусь от 28.10.92г.; проект №Т95-333 - решение

СФФИ РБ от 12.01.9бг.; проект ЖГ96-272 - решение СФФИ РБ от 14.02.97г.; проект №Т97-377 - решение СФФИ РБ от 20.02.98г.); заданий межотраслевой республиканской научно-технической программы "Машиностроение" (постановление СМ БССР от 26.07.88г. №205), республиканской научно-технической программы "Инструмент" (Решение комиссии Президиума Совета Министров РБ по вопросам научно-технического прогресса от 9.0б.93г.), РНТП "Машиностроение" (Решение комиссии Президиума СМ РБ по вопросам НТП от 30.06.92г.), Государственной научно-технической программы "Станки и инструмент" (Постановление Правительства РБ от 3.01.97 г.).

Цель и задача исследования. Целью работы является: развитие теории и технологии процессов обработки давлением компактных и дискретных материалов на единой научной базе с учетом явления самоорганизации неоднородных деформационных процессов; углубление представлений о связи общего. напряженно-деформированного состояния идеального жестко-пластического тела с формированием жестких областей, влияющих на поведение материала и смазочной прослойки при их совместном деформировании; изучение взаимосвязи общего напряженно-деформированного состояния заготовки с параметрами внешнего и межчастичного трения при деформировании дискретных материалов, а также в процессах схватывания металлов; научное обоснование такой конструкции рабочей части инструмента, которая обеспечивает сохрашюсть смазочной прослойки на всем пути деформирования и минимум напряженного состояния в системе «деформируемое тело-смазка-инструмент».

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

1. На примере процессов прямого и обратного истечения, наиболее часто

ч' встречающихся при объемном холодном деформировании сталей, провести

анализ условий образования жестких областей, исследовать напряженно-деформированное состояние приконтактных слоев и смазочной прослойки в пределах этих областей, теоретически обосновать необходимость учета закономерностей пластического течения деформируемого материала при профилировании рабочих поверхностей инструмента.

2. Разработать методику и исследовать реологическое поведение смазок и смазочных композиций в условиях, максимально приближенных к производственным, с целью создания надежной смазочной прослойки на контактных

V/ поверхностях при холодном объемном деформировании сталей; проанализировать и обобщить существующие гипотезы механизма схватывания металлов, развить представления о влиянии температурно-силовых и кинематических параметров процессов ОМД на механизм схватывания.

3. С применением теории линий скольжения исследовать процесс прессования дискретных материалов с учетом межчастичного и внешнего трения, неоднородности и текущего изменения свойств дискретного тела.

4. Исследовать особенности прессования металлокерамики и высокотемпературной сверхпроводящей (ВТСП) керамики с последующей разработкой соответствующих технологических приемов, способствующих максимальному проявлению функциональных свойств изделий.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются в теоретическом плане - процессы прямого и обратного истечения компактного материала при его пластическом деформировании, условия образования жестких областей, процессы прессования дискретных материалов; в прикладном плане - процессы прямого и обратного холодного выдавливания легирован-*/ ных и малоуглеродистых сталей, процессы прессования изделий из металло-керамических материалов на основе алюминия и ВТСП керамик на основе иттрия и висмута.

Предмет исследования - напряженно-деформированное состояние компактных и дискретных материалов в объеме и приконтактных областях при обработке давлением, причины возникновения разрывов смазочных прослоек и образования очагов схватывания, методы повышения стойкости деформирующего инструмента и улучшения качества изделий; структурно-фазовые превращения в металлокерамических материалах на основе алюминия и ВТСП керамиках под воздействием высоких давлений и температур, методы получения изделий с высокими функциональными свойствами.

Гипотеза. В работе сформулировано и доказывается научное предположение о том, что поведение компактных и дискретных материалов в процессах деформирования подчиняется одним и тем же законам, что позволяет разработать научные основы деформирования этих материалов на единой теоретической базе, представляемой законами механики деформируемого тела с учетом принципа самоорганизации деформационных процессов.

Методология и методы проведенных исследований. Для достижения поставленной цели и решения задач была привлечена теория линий скольжения, являющаяся инженерным вариантом математической теории пластичности, разработаны и использованы на практике инженерные методы профилирования инструментов для прямого и обратного холодного выдавливания деталей с учетом закономерностей пластического течения, методы исследования технологических свойств смазок и смазочных композиций в условиях, максимально приближенных к реальным процессам холодного объемного деформирования, или непосредственно в производственных условиях.

Для исследования процессов прессования дискретных материалов разработана и использована модель, в которой учитываются основные параметры гидростатического состояния однородно и неоднородно сгруппированной среды, влияние межчастичного и внешнего трения, комбинированного на-гружения, спекания и других факторов.

Силовые параметры процессов деформирования определялись с помощью известных методов тензометрии. Измерение толщины фосфатных покрытий на стальных заготовках и изделиях осуществлялось с помощью прибора МТ-20Н, разработанного для измерения толщины пленок из немагнитных материалов. В работе использовались также методы рентгено-фазного и рентгеноструктурного анализа, дилатометрии и профилометрии.

Научная новизна полученных результатов. Разработана методология единого научного подхода к анализу процессов пластического формообразования компактных и дискретных материалов, которая базируется на исполь-

зовании теории линий скольжения и принципе самоорганизации неоднородных деформационных процессов. Изучен механизм образования жестких областей в процессах прямого и обратного пластического истечения в зависимости от контактного трения, степени деформации и профиля рабочей части инструмента. Показано, что наличие таких областей приводит к росту усилий деформирования, появлению остаточных напряжений в заготовке, а также приводит к торможению и разрыву смазочного слоя, что способствует образованию очагов схватывания заготовки с инструментом.

Теоретически и экспериментально обоснована целесообразность профилирования рабочих поверхностей инструмента для холодного деформирования металлов в соответствии с формой границ очагов деформации идеального жестко-пластического тела с целью устранения возможности образования жестких зон и оптимизации пластического течения приконтакт-ных слоев и смазочных прослоек в процессе деформации.

Разработаны методы исследования антифрикционных и защитных свойств смазочных прослоек, основанные на определении сопротивления смазочного слоя сдвигу и коэффициента пластического трения в условиях вдавливания и кручения, а также на способности некоторых смазочных композиций уменьшать, вплоть до полной ликвидации, ранее образовавшиеся наросты на инструменте. Показано, что наиболее равномерное, без разрывов, распределение фосфатного покрытия на выдавленных стальных изделиях обеспечивается инструментом, профиль которого в наибольшей степени соответствует форме границ очага деформации, построенного для конкретных контактных условий и степени деформации.

С учетом специфики течения сплошных сред сделан переход к дискретным моделям, основу которых составляет выявление приведенной фактической площади межчастичного контакта, передающей нагрузку, и установление взаимосвязи этой поверхности с текущим гидростатическим давлением. На этой основе предложены геометрическая модель пористого тела в виде набора цилиндров ортогональной структуры (вариант плоской задачи с рекомендацией обобщения на объемный случай с использованием полей линий скольжения плоских задач) и кусочная зависимость, связывающая фактическую поверхность контакта с приложенным давлением. Выявлены особенности проявления межчастичного и внешнего трения в процессе прессования, а также комбинированной схемы нагружения

Разработана модель области контакта шероховатых тел в виде пористого тела. Выведены расчетные формулы для определения силовых и сдвиговых параметров, обеспечивающих полный физический контакт сближаемых поверхностей. Предложена методика для определения температурно-силовых и кинематических параметров схватывания.

Выявлен механизм стабилизации при комнатной температуре неполных оксидов (субоксидов), что позволило получить оксидно-субоксидную керамику, отличающуюся высокой прочностью за счет снижения хрупкости.

Исследовано влияние усилий прессования на структурно-фазовые превращения и электрофизические свойства ВТСП керамик на основе иттрия.

Показано, что в интервале удельных давлений 500-2500 МПа стехнометриче-ский состав ВТСП керамик не меняется, отмечается некоторая потеря кислорода и усиление текстуры с увеличением давления. При этом величина температуры перехода в сверхпроводящее состояние увеличилась на 8К, а критическая плотность тока повысилась в 4 раза. Установлено, что дальнейшее повышение усилий прессования приводит к утрате ВТСП образцами сверхпроводящих свойств из-за потери кислорода ниже критического уровпя.

Показано, что обработка отпрессованных и спеченных ВТСП керамик на основе иттрия и висмута лазерным импульсом в наносекундном диапазоне приводит к повышению критической плотности тока на 3 порядка (104 -105АУсм2) за счет оплавления границ зерен с образованием сплошного псев-домонокристаллического поверхностного слоя.

Практическая значимость полученных результатов. Разработан инженерный метод профилирования рабочих поверхностей инструмента для процессов прямого и обратного холодного выдавливания стальных изделий, в том числе таких сложных, как шестерня, который базируется на аппроксимации линий скольжения дугами окружностей и на основных свойствах линий скольжения.

Разработаны высокоэффективные смазочные композиции, обеспечивающие надежное разделение поверхностей инструмента и заготовки и предотвращающие их схватывание в экстремальных условиях холодного деформирования сложнопрофильных стальных изделий.

В результате использования рационального профилирования рабочих поверхностей инструмента для холодного выдавливания стальных изделий его стойкость повысилась в 2-5 раз.

Разработан метод получения высокопрочных и дешевых режущих пластин из оксидно-субоксидной керамики иа основе алюминия. Режущие пластины можно рекомендовать для обработки чугунов, в том числе закаленных, древесных материалов, в том числе модифицированной древесины.

Разработан комбинированный метод изготовления объемных ВТСП керамик на основе иттрия и висмута с высокими электрофизическим свойствами, приближающимися к свойствам тонких ВТСП пленок.

Разработан новый научный подход к анализу процессов прессования декретных материалов, который позволяет обеспечить более высокий уровень достоверности, повышение точности расчетов энергосиловых параметров процессов прессования, возможность управления свойствами конечного продукта, совершенствование известных и разработку новых высокоэффективных способов формования дискретных материалов.

Разработанные методы, материалы, инструменты, смазочные композиции можно рекомендовать к дальнейшему использованию на машиностроительных заводах республики при изготовлении деталей методами обработки давлением.

Теоретические и практические результаты исследований можно рекомендовать внести в виде дополнений в учебные программы технических ВУ-

Зов при подготовке специалистов в области обработки металлов (материалов) давлением.

Экономическая (социальная) значимость полученных результатов.

Результаты исследований процессов холодной объемной штамповки стальных изделий внедрены на Борисовском заводе автотракторного электрооборудования (БАТЭ) при переходе предприятия на новый уровень технологии — замену обработки резанием получаемых деталей на методы холодного объемного деформирования. Были освоены новые техпроцессы изготовления базовых деталей стартеров (шестерня, якорь с тягой, обойма с обгонными кривыми привода и др.) для автомобилей «Волга», «Москвич», «Жигули». При этом проявилось сразу несколько существенных факторов. Прежде всего, повышено качество изделия в целом (а не только отдельных деталей) вплоть до отказа от производства запчастей; возрос уровень механизации и автоматизации; снизились трудоемкость и металлоемкость изделий; повысилась культура производства, в числе прочего и за счет отказа от экологически неблагоприятных процессов (пайка, сварка). Ключевым показателем экономической эффективности является повышение коэффициента использования металла с 0,35 до 0,8-0,9. По отдельным деталям стартера этот результат превосходит показатели ведущих зарубежных фирм. По сравнению с исходными технологиями расход металла на изделие уменьшился в два раза. За период реконструкции 1976-1987 гг. объем производства холодных стальных поковок увеличился почти в 4 раза (с 0,6 до 2,24 тыс. тонн в год). На заводе БАТЭ создано единственное в Беларуси и одно из самых крупных среди стран-членов СНГ специализированное производство по изготовлению машиностроительных деталей методами холодной объемной штамповки. По результатам этой работы Министерство автомобильной промышленности СССР приняло решение о распространении опыта завода БАТЭ в целом на отрасль.

Экономический эффект на программу 1999 года составил 254,7 млн. рублей при экономии легированной стали 327 тонн, а всего за время поэтапного внедрения и использования разработок—6723,77 млн. рублей (в приведенных ценах на 01.07.2000 г.).

Оценкой работы в целом явилось присуждение Государственной премии РБ в области науки и техники 1988 г. Автор диссертации награжден также двумя серебряными медалями ВДНХ СССР.

Коммерческим продуктом, готовым к реализации, являются способы и конструкции инструментов для получения машиностроительных деталей методами прямого и обратного холодного выдавливания; методы исследования технологических свойств смазок в лабораторных условиях, приближенных к производственным или непосредственно в производственных условиях; новые высокоэффективные смазочные композиции; способ получения дешевых и высокопрочных режущих пластинок из оксидно-субоксидных керамик; методы получения изделий из высокотемпературной сверхпроводящей керамики с высокими электрофизическими свойствами.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Положение о том, что поведение компактных и дискретных материалов в процессе деформирования подчиняется одним законам, что позволяет разработать научные основы деформирования этих материалов на единой теоретической базе, представляемой законами механики деформируемого тела с учетом принципа самоорганизации неоднородных деформационных процессов.

2. Закономерности распределения контактных касательных напряжений и особенности деформирования смазочной прослойки в области жестких зон.

3. Вывод о целесообразности приближения формы рабочих поверхностей инструмента к форме границы очага деформации, разделяющей пластичные и жесткие зоны; инженерные методы построения профиля рабочих поверхностей инструмента.

4. Методы исследования технологических свойств смазок, моделирующие реальные условия холодного пластического деформирования металлов.

5. Усложняющиеся модели дискретных деформируемых тел, позволяющие осуществлять анализ напряженно-деформированного состояния с учетом влияния межчастичного и внешнего трения, неоднородности и текущего изменения свойств дискретного тела, определять границу и форму очага пластической деформации, учитывать комбинированные нагрузки.

6. Модель области контакта шероховатых тел в виде пористого тела. Метод определения силовых и кинематических параметров, обеспечивающих полный физический контакт сближаемых поверхностей.

7. Метод получения высокопрочных оксидно-субоксидньгх керамик на основе алюминия.

8. Метод получения объемных ВТСП керамик с высокими электрофизическими свойствами с применением обработки давлением и импульсного лазерного облучения.

Личный вклад соискателя. Обоснован единый научный подход к анализу процессов формообразования компактных и дискретных материалов на основе теории линий скольжения и с учетом принципа самоорганизации неоднородных деформационных процессов.

Проведены аналитические исследования процессов прямого и обратного истечения, изучено влияние контактного трения, степени деформации и профиля инструмента на формы очагов деформации и жестких зон; разработан метод построения и построены эпюры распределения контактных касательных напряжений, выявлена неоднородность деформирования смазочной прослойки, показан механизм запирания и разрыва смазочной прослойки в области жестких зон.

На основании проведенных исследований сделан вывод о возникновении особых кинематических условий для пластического течения деформируемого материала на границе очагов деформации и жестких областей; регламентированный разрыв скорости по этой границе выявил целесообразность

изготовления профиля рабочих поверхностей инструмента в соответствии с формой границы очага деформации.

Разработаны инженерные методы профилирования рабочих поверхностей инструмента, позволяющие избежать образования жестких зон и, соответственно, оптимизировать условия деформирования заготовки и смазочной прослойки, снизить усилия деформирования, повысить стойкость инструмента.

Разработаны метод и устройство для исследования антифрикционных и защитных свойств смазок и смазочных композиций в условиях, моделирующих реальные процессы холодного объемного деформирования сталей; разработан метод исследования защитных свойств смазок и смазочных композиций в производственных условиях на основе способности некоторых смазочных композиций уменьшать образовавшиеся ранее на инструменте задиры.

Проведены экспериментальные исследования инструментов с различным профилем рабочих поверхностей, а также различных смазочных композиций в технологических процессах изготовления деталей стартера методами прямого и обратного холодного выдавливания на заводе БАТЭ; исследования подтвердили теоретические выводы о полезности профилирования инструмента в соответствии с границей очага деформации и рекомендации по применению смазок.

Внедрены в производство на заводе БАТЭ новые конструкции инструментов и ряд смазочных композиций в технологических процессах изготовления холодным выдавливанием таких деталей стартера, как шестерня привода, якорь с тягой, обойма и др.. Долевое участие автора в представленной экономической эффективности по заводу БАТЭ составляет 20% (50,96 млн. руб. за 1999 год и 1344,7млн. руб. за время внедрения в приведенных ценах на 01.07.2000 г.).

Разработана модель прессования дискретных материалов с привлечением теории линий скольжения, позволяющая установить закономерности влияния взаимосвязи фактической контактной поверхности и контактных напряжений на пористость заготовки. Дана оценка предельного критического напряженного состояния, обеспечивающего компактность материала. Выявлены особенности проявления межчастичного и внешнего трения в процессе прессования, а также комбинированной схемы нагружения.

Развиты представления о схватывании металлов в процессах обработки металлов давлением, обобщающие основные положения наиболее известных гипотез о механизме схватывания, предложена методика для определения температурно-силовых и кинематических параметров схватывания.

Исследовано влияние усилий прессования на структурно-фазовые превращения и электрофизические свойства ВТСП керамик.

Работа, связанная с исследованием оксидно-субоксидных керамик на основе алюминия, проводилась совместно с A.B. Степаненко, Г.М. Левченко, М.Г. Морозовым, Д.С. Лысовым. Исследования структурно-фазовых превращений и свойств ВТСП керамик под воздействием лазерного облучения про-

водились совместно с A.B. Степаненко, А.Г. Ульяшиным, И.Г. Горольчук, Н.В. Францкевич, Т.Н. Хатько, A.A. Томченко. Разработка модели области контакта шероховатых тел в виде пористого тела осуществлена совместно с A.B. Степаненко и В.И. Резниковым.

Участие других соавторов выражалось в подготовке и проведении экспериментов, обработке и обсуждении результатов исследований.

Апробация результатов диссертации. Основные положения и результаты диссертации доложены на 36 международных, всесоюзных, межреспубликанских, республиканских, региональных и отраслевых научно-технических конференциях в гг. Хьюстон (США), Гренобль (Франция), Варна (Болгария), Тренчин (Словакия), Москва, Андропов, Барнаул, Волгоград, Ереван, Ленинград, Николаев, Омск, Петрозаводск, Рубцовск, Тула, Фрунзе, Харьков, Минск, Борисов, Гомель, Гродно, Новополоцк.

Опубликование результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в 66 научных трудах, в том числе: 1 монографии, 3 брошюрах, 9 научных журналах, 17 сборниках статей, 19 тезисах докладов, 5 информационных листках, защищены 12 авторскими свидетельствами. Общее количество страниц опубликованных материалов составляет 669.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из общей характеристики работы, шести глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Изложена на 195 страницах машинописного текста, содержит 106 рисунков, 10 таблиц, список использованных источников, включающих 295 наименований, 9 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В общей характеристике работы показана актуальность анализируемых задач, представлены основные положения, выносимые на защиту, приводятся основные результаты, обосновывается научная и практическая значимость работы.

В первой главе указаны имена известных отечественных и зарубежных ученых, внесших большой вклад в создание и развитие теоретических и технологических основ обработки давлением компактных и дискретных материалов, и предопределивших появление настоящей работы. В главе анализируются особенности . пластического деформирования компактных и дискретных материалов. Показано, что основу современной теории пластичности составляет система уравнений равновесия элементарного объема и уравнения состояния в его пределах. На этом положении сосредотачиваются основные противоречия теории, поскольку однородное деформированное состояние элементарного объема не допускает разрыва скорости в его пределах.

Подход к анализу процессов пластического деформирования, реализуемый в данной работе, состоит в том, что в основу анализа кладется, например, модель идеального пластичного тела, а влияние параметров процесса вводится в расчетную систему в виде дополнений. В диссертации, для исследования параметров технологических процессов, теория пластичности не-

пользуется, главным образом, в форме ее инженерной интерпретации, называемой теорией линий скольжения, в основе которой лежит выявление поля максимальных сдвигающих напряжений и анализ напряженного состояния и кинематики в его пределах. Эта теория позволяет на единой основе анализировать процессы деформирования компактных и дискретных материалов. Она же обладает тем преимуществом, что единым полем напряженного состояния устанавливается взаимосвязь внешнего и внутреннего трения. Их взаимозависимость определяется законом пластического трения, в котором коэффициент трения выражается через угол наклона плоскости сдвига. Взаимосвязь внешнего и внутреннего трения определяется также зависимостью величины сил трения от нормального давления. Анализ указанных взаимозависимостей позволяет сделать вывод о самоорганизации деформационного процесса, суть которого состоит в том, что каждая точка, элементарный объем, область деформируемого тела реагируют на изменяющиеся контактные условия, на всю неоднородность напряженно-деформированного состояния через вынужденную кинематику процесса.

Наиболее выраженным проявлением самоорганизации является появление в деформируемом теле очагов деформации и жестких (недеформируе-мых) областей. Это первый уровень самоорганизации процесса. В данной работе это свойство используется для нахождения вполне определенных инженерных решений. Ведь граница очага деформации, по которой имеет место разрыв скорости, может рассматриваться как контур инструмента, если жестким областям придать смысл присоединенных к инструменту масс.

Исследование возможности проектирования контура инструмента с использованием закономерностей полей линий скольжения является одним из основных направлений диссертационной работы. Особенно остро вопрос об оптимальном профилировании инструмента возникает в экстремальных условиях, в частности, в случаях объемной штамповки высокопрочных материалов, например, при холодной объемной штамповке стали. Спецификой этого процесса является лимитированное давление на инструмент, определяемое ресурсом прочности инструментальных материалов. При высоких давлениях, достигающих (3-4) а^ стали склонны к схватыванию с контактной поверхностью инструмента. В силу этого, одновременно с проблемой профилирования инструмента, возникает задача поиска соответствующих смазок, обеспечивающих надежное разделение контактных поверхностей в течение всего процесса деформирования.

В главе дан также краткий обзор исследований в области разработки инструмента для процессов прямого и обратного холодного выдавливания, в том числе с учетом контактных условий. Изучение литературных источников показало, что основное внимание специалистов было привлечено к профилированию инструмента для процессов прессования и волочения, в том числе для их разновидностей, с использованием гидростатических и гидродинамических эффектов.

Наибольшее распространение в практике профилирования инструмента для прямого прессования и волочения получили матрицы и фильеры с кони-

ческой заходной частью, позволяющие заметно снизить деформирующие усилия и улучшить качество полученных изделий. В ряде работ показано, что реальному характеру пластического течения в большей степени соответствует криволинейная форма заходной части матрицы, в частности, вогнуто-выпуклая (сигмоидальная или клотоидальная). Особенностями таких матриц являются плавные обводы и большая протяженность заходной (формообразующей) части инструмента. Применительно к процессам холодной объемной штамповки последнее обстоятельство представляется недостатком, так как плавные обводы, как правило, не отвечают конструктивному оформлению деталей. Подобные профили при изготовлении деталей могут быть использованы в частных случаях формоизменения за два или несколько переходов.

Для процессов обратного холодного выдавливания рекомендации по профилированию рабочих частей инструмента сводятся главным образом к выполнению на торце пуансона небольшого конуса. Причем эти рекомендации даются безотносительно к условиям трения на контактных поверхностях.

Рекомендации по выбору радиусов закруглений рабочих кромок инструмента как для прямого, так и для обратного выдавливания носят скорее качественный, чем количественный характер и не связываются с контактными условиями.

В общем случае холодной объемной штамповки формообразующие полости инструмента должны соответствовать конфигурации деталей (имеется в виду технологичная конфигурация). В литературе практически нет анализа упомянутой специфики, в то время как ее раскрытие способствовало бы более широкому применению вышеуказанного прогрессивного технологического процесса и разработке принципов конструирования технологичных деталей.

Обзор литературных источников по вопросам пластического деформирования дискретных материалов показал, что в основном все исследования можно условно сгруппировать по двум главным направлениям, в основу которых положены дискретная и континуальная модели деформируемого тела. К недостаткам дискретных моделей следует отнести то, что полученные в этом случае зависимости отражают скорее качественные, а не количественные связи между давлением и плотностью, относительно велико несоответствие расчетных и экспериментальных данных.

Создание реальной физической модели на базе представлений о деформировании тел с дефектами сплошности (континуальная модель) также связано почти с непреодолимыми трудностями, так как требует очень сложной математической формулировки искомых закономерностей. Для решения технологических задач некоторые исследова1-ели предлагают вводить в относительно простые математические соотношения эмпирические параметры, что неизбежно сказывается на точности результатов.

Использование теории линий скольжения для исследования процесса пластического деформирования дискретных материалов позволяет получить достаточно точные решения без применения сложного математического аппарата за счет того, что эта теория учитывает самоорганизацию процесса

пластического деформирования применительно и к деформируемое объему в целом, и к каждой (обобщенной) частице этого объема, в том числе с учетом неоднородности пористого состояния и композиционности структуры.

Учитывая вышесказанное, можно сформулировать следующие задачи исследования:

1. На примере наиболее распространенных процессов прямого и обратного истечения с привлечением теории линий скольжения проанализировать механизм образования жестких областей в зависимости от контактного трения и степени деформации, исследовать напряженно-деформированное состояние и условия деформирования смазочной прослойки в этих областях, а также условия образования очагов схватывания контактирующих поверхностей.

2. Теоретически и экспериментально обосновать целесообразность профилирования рабочих поверхностей инструмента для холодного выдавливания в соответствии с закономерностями течения деформируемого металла и смазочного слоя, позволяющего избежать появления жестких (переходных) областей со всеми отрицательными последствиями. Разработать инженерные методы профилирования инструмента для холодного объемного деформирования.

3. Разработать методику исследования технологических свойств смазочных прослоек в условиях, приближенных к условиям холодного объемного деформирования сталей.

4. На основе уточненных представлений о механизме схватывания металлов разработать методику определения вероятности схватывания в технологических процессах обработки металлов давлением.

5. Исследовать влияние геометрических особенностей профиля инструмента на силовые параметры процессов холодного выдавливания и работоспособность смазочной прослойки.

6. С использованием теории линий скольжения разработать модели деформации дискретных тел, построенные на основе применения реологии сплошных тел с учетом композионности структуры сплошность-несплошность.

7. Исследовать особенности напряженно-деформированного состояния при штамповке дискретных материалов с учетом межчастичного и внешнего трения, а также неоднородности пористого состояния.

8. Разработать обобщенный подход к исследованию напряженно-деформированного состояния при обработке давлением компактных и дискретных материалов на единой теоретической основе—на основе механики сплошных сред и принципа самоорганизации неоднородных деформационных процессов.

Во второй главе изложены результаты исследования закономерностей пластического течения деформируемого материала. В качестве расчетной основы для теоретических построений и анализа полей линий скольжения используется закон пластического трения. Коэффициент пластического трения

/лг=кс/к О)

представляет отношение сопротивления сдвигу смазочной прослойки кс к со-

противлению сдвигу деформируемого материала к. Этот закон позволяет связать в наиболее простой и физически обоснованной форме контактные условия с параметрами пластических очагов деформации и, в частности, с параметрами их границ, поскольку в другой интерпретации коэффициент пластического трения представляется в виде:

у.%~соз2(р, (2)

где (р - угол выхода линий скольжения на контактную поверхность.

В результате анализа полей линий скольжения, построенных применительно к процессам прямого и обратного пластического истечения, выяснилось, что форма и соотношение очагов деформации и жестких зон существенно зависят от контактных условий и степени деформации. Кроме того, анализ характера пластического истечения подсказывает идею рассматривать жесткие зоны, расположенные в контакте с инструментом, как часть инструмента, тогда граница очага деформации явится разделительной линией между деформируемым телом и инструментом. Для подтверждения целесообразности подобного конструирования инструмента были построены поля линий скольжения и эгаоры контактных касательных напряжений Гд- для процессов прямого истечения через матрицы с различной формой заходной части: плоской, конической, выпуклой, вогнутой, вогнуто-выпуклой и представленной в виде границы очага деформации. Анализ построенных линий скольжения показал наличие жестких зон практически для всех исследуемых форм инструмента (при наличии контактного трения), кроме представленной в виде границы очага деформации. Анализ эпюр распределения г> в области жестких зон показывает, что в их пределах происходит замедление течения смазочной прослойки и даже ее пережим, в результате чего смазочная пленка разрывается, обнажая ювенильные (чистые) поверхности инструмента и заготовки, что приводит к образованию очагов схватывания. Кроме того, смазка, окалина и другие инородные включения, находящиеся на боковой поверхности заготовки, при интенсивном течении металла (в случае больших степеней деформации) могут затягиваться внутрь, вызывая расслоение внутри полученных изделий. Если учесть, что характеру распределения контактных касательных напряжений соответствует и характер распределения деформаций приконтактного слоя деформируемого металла, можно сделать вывод о затухании деформации в области жестких зон, что может привести к возникновению остаточных напряжений в полученных изделиях. Эти выводы хорошо согласуются с результатами других авторов по исследованию ресурса пластичности при выдавливании через матрицы с конической, выпуклой и вогнутой образующими заходной части.

Для условий истечения через матрицу, заходная часть которой выполнена в форме границы очага деформации, жесткие зоны не образуются, распределение Ц имеет равномерный характер, а условия деформирования смазочной прослойки будут наиболее благоприятными, так как смазка поступает в зону раздела инструмента и заготовки без остановок и ускорений.

Подобные выводы получены и при анализе полей линий скольжения для обратной схемы истечения металла.

Таким образом, для процессов прямого и обратного выдавливания металлов наиболее целесообразно применять профиль рабочей части инструмента, моделирующий границу очага деформации, построенного для соответствующих контактных условий и степени обжатия.

Учитывая сложность математического выражения линий максимальных касательных напряжений (линий скольжения) и, соответственно, трудность их воспроизведения при построении рабочего профиля инструмента, возникла необходимость в упрощенном методе моделирования. В данной главе изложен инженерный метод профилирования инструмента для холодной объемной штамповки, в основу которого положена аппроксимация дугами окружностей границ очагов деформации и, соответственно, образующих рабочего профиля инструмента. Поле линий скольжения представляется центрированными веерами и их дальнейшим развитием в область заготовки.

Инженерный метод построения профиля инструмента для прямого выдавливания заключается в следующем.

Точка касания полем линий скольжения стенки контейнера при заданном коэффициенте пластического трения определяется пересечением стенки изостатой, соответствующей линии скольжения, угол выхода которой на контактную поверхность связан с коэффициентом пластического трения известной закономерностью:.

<Рт = ^arceos. (3)

Расстояния этой точки от оси симметрии / и от плоскости матрицы h, отнесенных к половине диаметра заходного отверстия матрицы d/2 (для упрощения принимаем, что d/2- i), определяются из выражений:

1=3/(1, (4)

к = ^[2сюрг+%а{{-1--12япрг), (5)

где tga- угловой коэффициент соответствующей изостаты, определяемый из функциональной зависимости tga —/(¿¿т), построенной для диапазона ^-О-1.

Используя выражения (4) и (5), можно вычислить длину хорды Ь, стягивающей дугу окружности, аппроксимирующую границу очага деформации, и угол у между хордой и границей очага деформации в точке выхода на стенку контейнера:

£=Лл)г+(/-/)2, (6)

у = --<рт . (7)

я

Радиус дуги окружности II, аппроксимирующей границу очага деформации, и координаты ее центра определяются по формулам:

(8)

Я = к + Ияп<рт ,

'т .

(9)

£ = Я сохгрТ

(10)

где Н и Б- расстояние центра дуги окружности от плоскости матрицы и стенки контейнера соответственно. При переходе от относительных размеров к действительным полученные значения Ь, Я, Н и Б следует умножить на масштаб поля (1/2. Для малых обжатий ф/й < 2) форму границы очага деформации, а следовательно, и контур инструмента, целесообразно аппроксимировать отрезком прямой. В этом случае образующей заходной части матрицы будет прямая, проведенная под углом а к оси симметрии.

При выдавливании зубчатых изделий типа шестерен степень обжатия по высоте зуба неодинакова. При профилировании матриц для этой операции предварительно необходимо получить профиль заходной части посредством вращения образующей вокруг оси матрицы, построенной для диаметров впадин шестерен (1в„, а затем построить образующую для диаметров выступов ^шст, которая является одновременно образующей усеченного конуса или усеченного сфероида вращения (в зависимости от формы образующей). Таким образом, на поверхности ранее полученной заходной части матрицы необходимо сделать углубления (в виде частей усеченного конуса или сфероида вращения), расположенные между плоскостями симметрии выступов зубчатого контура матрицы.

Для операций обратного выдавливания при плоской форме рабочих поверхностей инструмента также характерна неравномерная деформация смазочного слоя, вызванная наличием жестких зон. Частично или полностью устранить влияние этих зон на развитие сдвига в смазочном слое возможно приближением формы инструмента к некоторой оптимальной, предотвращающей вредное влияние неравномерности деформации на контактные условия. Распространяя закономерности развития полей линий скольжения, построенных по предельным условиям -фения (т^ = 2, г* = 0), на общий случай (0 <тк< 1), можно убедиться, что для процесса обратного выдавливания постоянству условий трения будет соответствовать инструмент с проточками на дне матрицы, радиус которых может быть определен по формуле:

(П)

где 2) - диаметр полости матрицы.

Как было показано выше, основной формообразующий контур матрицы для прямого выдавливания может быть очерчен границей очага деформации или кривой, ее аппроксимирующей. Тем не менее, этого еще недостаточно для сохранения работоспособности смазки по всей поверхности деформируемой заготовки, поскольку при резком переходе в особой точке реализуется множественное направление сдвига, что приводит, в силу неоднородности материала, к нарушению сплошности тонкого слоя смазки со всеми вытекающими последствиями. Поэтому необходимо ввести и определить радиус закругления на выходе из матрицы. Максимальный радиус закругления кромки для облегчения ее обтекания может быть взят из задачи внедрения пуансона в полупространство. При пластическом истечении реального тела выделяется поверхность (в диаметральном сечении - полуокружность или эллипс), по которой распределяется максимум приращения деформаций. Построение полей линий скольжения для пуансона, очерченного в соответствии с формой обтекания, при уменьшении трения показывает снижение удельного сопротивления деформированию. С учетом этого обстоятельства упомянутый радиус кривизны может быть принят как максимальный, а минимальный радиус для Т/с —кс может быть определен с привлечением метода суперпозиции для предельных значений Л/ =Лтах для ~к и /?г=0 для тц=0 :

„ D-d nt

где D- диаметр контейнера, if - диаметр рабочего пояска матрицы.

Кроме этого, для придания профилю матрицы обтекаемой формы на всем протяжении от входа в очаг деформации до выхода из него, необходимо назначить радиус R2 закругления на переходе от образующей контейнера к заходной части матрицы:

*г- — • — • (13)

Можно отметить, что назначение радиусов Ri и R2 не всегда является обязательным. Например, при обратном выдавливании деталей типа стакана при наличии пояска на пуансоне, а тем более его обратной конусности, контакта инструмента с заготовкой минимален и назначение регламентированного радиуса закругления на кромке пуансона не обязательно.

Реальные металлы в процессе холодной деформации упрочняются и это, при постоянстве свойств смазочного слоя, определенным образом отражается на коэффициенте пластического трения. Если для неупрочняющегося металла =лс/Л; То при упрочнении металла коэффициент пластического трения примет новое значение:

ц'х = кс/к')Где к>к,

(14)

что повлечет за собой некоторое изменение кривизны контура очага деформации и радиуса кривизны матрицы. Расчет ведется с учетом нового коэффициента трения /Л г по тем же формулам, которые выведены для случая отсутствия упрочнения. Причем упрочнение может быть учтено по среднему уровню или с учетом его приращения вдоль линии тока, совпадающей с профилем матрицы. В работе показано, что влияние упрочнения на геометрию инструмента, спроектированного с учетом закономерностей течения металла и смазочного слоя, незначительно.

В третьей главе представлены результаты исследования процессов холодного выдавливания изделий из компактных материалов. Реальные процессы холодного пластического деформирования сталей невозможно осуществить без применения эффективных смазок и смазочных композиций. До настоящего времени выбор оптимальных смазок и смазочных композиций для конкретных процессов холодной объемной штамповки представляет немалые трудности.

В данной работе для наиболее точного определения сопротивления смазочной прослойки сдвигу и его отношения к сопротивлению сдвигу деформируемого металла, а также для изучения контактных условий и работоспособности смазочных прослоек в процессах холодного объемного деформирования была разработана специальная методика.

Методика исследования технологических свойств смазочных композиций заключается в том, что конический индентор вдавливается в образец, покрытый исследуемой смазкой, до полного погружения рабочей части, а затем приводится во вращение; при этом измеряют крутящий момент, по которому оценивают антифрикционные свойства смазок, и путь трения до исчерпания работоспособности смазочной прослойки, характеризующий ее защитные свойства. Для определения коэффициента пластического трения выведена расчетная формула для данных условий эксперимента:

^ =3,2776, (15)

где Т- приведенная сила трения на контакте индентора и образца, () - усилие вдавливания индентора в образец.

С помощью этой методики был исследован ряд смазок, подсмазочных покрытий, смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и твердых наполнителей в различных комбинациях: 1 - фосфатные покрытия, без смазок; 2 - фосфатные покрытия + омыливающие смазки; 3 - фосфатные покрытия +омыливающие смазки + СОЖ; 4 - фосфатные покрытия + омыливающие смазки + СОЖ + твердые наполнители. Кроме того, исследовались те же комбинации смазок, наносимых на заготовки, не подвергавшиеся фосфатиро-ванию.

Образцы изготавливались из сталей 08кп (предел текучести су$ = 230МПа) и 15ХР (05= 550МПа).

Для процессов холодного выдавливания с небольшими обжатиями и малым путем трения могут быть рекомендованы исследованные омыливаю-

щие смазки, наносимые на не фосфатированные заготовки. Для жестких условий деформирования фосфатирование заготовок обязательно, кроме того, в зависимости от условий деформирования необходимо применять одну из исследованных смазочных композиций. Полученные результаты (для исследованных смазочных прослоек) можно использовать при разработке процессов холодного выдавливания металлов, пределы текучести которых близки к соответствующим пределам текучести исследованных сталей (08кп и 15ХР) или пересчитаны по формуле (1) для других материалов с учетом их сопротивления сдвигу.

Защитная способность смазок должна проявляться не только в чисто поставленном опыте, но и в производственных условиях, когда в силу случайных отклонений может возникнуть схватывание, и соответственно — задиры и наросты. Смазка, отвечающая стабильности технологического процесса,, должна не только предотвратить дальнейшее развитие подобного дефекта, но привести к ликвидации нароста. С этой целью была разработана методика исследования защитных и абразивных свойств смазок, основанная на способности некоторых подсмазочных покрытий и смазочных композиций уменьшать ранее образовавшиеся наросты. Исследования осуществляют следующим образом: сначала деформируют несколько заготовок без покрытия и смазки до появления стабильных задиров, а затем - заготовки, покрытые исследуемой смазкой, причем об экранирующих свойствах смазки можно судить из соотношения:

7 = (16)

где Ко и К - величины шероховатостей задиров на изделиях, полученных деформированием без смазки и с применением смазки соответственно. Чем больше показатель тем лучше защитные свойства смазки. Абсолютными защитными свойствами будет обладать та смазка, использование которой позволяет добиться, что Ко ->0 и Т]—>1.

По этой методике был исследован ряд смазочных композиций применительно к процессу холодной вытяжки. Исследована также кинетика нарос-тообразования на инструменте. Показано, что образование нароста происходит в основном за две стадии: быстрого роста и стабилизации, хотя возможно и патологическое развитие. Уменьшение нароста в общем случае осуществляется за три стадии: интенсивного уменьшения, нестабильного поведения и стабилизации или смыва.

Добавление в СОЖ типа "Сульфофрезола" тридцати процентов Мо^5 привело к практически полному удалению наростов за счет дробления кристаллических пластинок и проявления ими теоретической прочности в экстремальных условиях.

Далее в главе приведены результаты экспериментальных исследований влияния конфигурации инструмента на силовые параметры процессов холодного выдавливания и распределение фосфатного покрытия на поверхности

изделий. Исследования проводились в производственных условиях на заводе БАТЭ применительно к изготовлению ряда деталей стартера: якоря с тягой (прямое выдавливание), обоймы (обратпое выдавливание) и шестерни, получаемой из промежуточной заготовки прямым выдавливанием зубьев. Силовые параметры процессов определялись с помощью измерительных месдоз, усилителя ТА-5 и самописца Н320-9. Толщина фосфатного покрытия измерялась при помощи прибора МТ-20Н, предназначенного для измерения толщины покрытий из немагнитных материалов.

Конфигурация инструмента варьировалась: изменялись углы заходной части и радиусы кривизны. Были изготовлены инструменты с профилями, разработанными по предложенной в главе 2 методике.

Теоретически рассчитанное значение матричного угла для прямого выдавливания якоря с тягой (3/(1< 2; с = 0,7; материал-сталь 15ХР) составляет 2()=8О0. Испытывались матрицы с углами 2/5=60-180° и радиусами угловых переходов матрицы, равными 1-6 мм. Заготовки фосфатировались препаратом КФЭ-1 и омыливались смазкой "Стеарат НБ-5". Уменьшение матричного угла и увеличение радиусов переходов привело к снижению усилий выдавливания. Что касается фосфатного покрытия, то увеличение матричного угла вызывает неоднородность его распределения вплоть до разрывов, что приводит к образованию задиров на изделиях. При 2р<80° начинается утонение фосфатного слоя при неоднородности его распределения по поверхности изделия. Наиболее равномерное распределение по толщине фосфатного покрытая получено на изделиях, выдавленных через матрицу с углом 20=80°, что совпадает с теоретическими предпосылками.

Наиболее оптимальным радиусом перехода является радиус, равный Змм, сохраняющий равномерное распределение фосфатного покрытия.

Для процесса холодного выдавливания шестерни (сталь 15ХР, т=2,5; ■/=9) была изготовлена матрица с криволинейной заходной частью и углублениями на ней. Эта матрица испытывалась в сравнении с матрицами, заходные части которых были выполнены криволинейной (без углублений) и конической. Заготовки фосфатировались и омыливались, а в процессе выдавливания на них подавалась СОЖ английского производства "Макко-Экструд-Ойл-51Д". Минимальные силовые параметры, а также наиболее равномерное распределение фосфатного покрытия, без разрывов, соответствовали матрице, профиль которой построен из теоретических соображений (криволинейный, с углублениями). Максимальные усилия выдавливания и выталкивания, а также разрывы фосфатного покрытия были зафиксированы при испытании конической матрицы.

С использованием предложенных методик для процесса холодного выдавливания шестерни был разработан ряд СОЖ на основе сульфофрезола и твердых наполнителей: графита, мела, полиэтилена низкого давления, а также других добавок. Разработанные СОЖ прошли производственные испытания и в сравнении с "Макко-Экструд-Ойл-51Д", применяемой на заводе, показали хорошие результаты, а именно: меньшие усилия выдавливания (на 2025%) и способность уменьшать ранее образовавшиеся наросты на инструмен-

те. Длительные промышленные испытания смазки позволили рекомендовать их взамен импортной СОЖ.

Для изготовления обоймы привода стартера (материал—сталь 15ХР, £=0,6) был разработан штамп для обратного выдавливания со сменными нижними пуансонами (Б = 57 мм), на рабочей поверхности которых выполнялись кольцевые проточки различной кривизны, а на торце верхнего пуансона из конструктивных соображений был выполнен конус с углом у основания, равным 7°. Заготовки фосфатировались и омыливались. Увеличение глубины кольцевой проточки приводит к уменьшению усилий выдавливания, а при дальнейшем углублении падение усилий практически прекращается. Наибольшая толщина и равномерность распределения фосфатного покрытия сохраняются при следующих значениях глубины Ь и радиуса Я проточки: А=2,3 мм, К~ 47,5 мм, что с достаточно высокой точностью соответствует расчетным значениям.

При использовании плоского нижнего пуансона на дне полученных изделий образуются кольцевые разрывы фосфатного покрытия, что подтверждает теоретические выводы об отрицательном влиянии жестких зон на развитие сдвига в смазочной прослойке.

Результаты исследований показали, что применение кольцевой проточки стабилизирует условия течения в смазочном слое и оказывает положительное влияние на точность конструктивно важных параметров изделия. В частности, на конусность обгонных кривых обоймы привода стартера: при увеличении глубины проточки от 0 до 8 мм конусность К уменьшается от 35 до 5 мкм, а в случае применения теоретически рассчитанной глубины проточки равной 2,3 мкм, конусность К-20мкм (допустимая конусность — не выше 30 мкм).

В процессе работы над диссертацией были также разработаны способы и конструкции инструментов для получения методами холодного деформирования корпуса стартера (сталь 08кп), имеющего вид пустотелого цилиндра; корпуса коллектора (медь М1), представляющего собой втулку с фланцем, имеющую внутренний зубчатый профиль, и других изделий.

Четвертая глава посвящена разработке моделей прессования дискретных материалов с использованием теории линий скольжения. Это позволяет избежать применения сложного математического аппарата и, тем не менее, достичь достаточно точных решений за счет построения модели процесса, в наибольшей мере учитывающей влияние разнообразных факторов. Для разрабатываемой модели процесса прессования дискретных материалов наиболее информативной является модель жестко-пластического тела. Анализ такого многопараметрического явления, как прессование дискретных тел, должен быть проведен в рамках постепенно усложняющейся модели. Усложнение модели осуществляется в направлении детализации геометрических параметров, уточнения реологического поведения материала, изменения условий протекания процесса.

Основными физическими параметрами деформируемых дискретных тел являются приведенная площадь фактического межчастичного контакта и

средние фактические напряжения на ней (термин ((фактические» параметры введен в целях отличия от параметров, приведенных к номинальной поверхности). Поскольку в данной работе исходная плоская модель представляется набором цилиндров ортогональной структуры, ориентированной относительно прилагаемой нагрузки, речь идет о приведенной площади фактического контакта, передающей нагрузку от слоя к слою. В этом случае трение в пределах межчастичных контактов в условиях гидростатического сжатия не возникает, так как контактные площадки выступают в роли главных площадок напряженного состояния. Заполнение пор происходит за счет деформации частиц под воздействием нормальных напряжений.

Для этих условий теория линий скольжения позволяет построить зависимость безразмерного фактического напряжения от величины относительной контактной площадки, передающей нагрузку, путем определения напряженного состояния частицы по параметрам ее поля линий скольжения. Основополагающими напряжениями являются а„ = (2+л)к, а*„ - (2+я/2)к и ст„=ао при р!~0, Р*б =0,5 и Ре =1 соответственно. Здесь индекс Б является признаком безразмерности, звездочкой отмечены параметры контакта, при которых происходит изменение характера течения материала частиц (от взаимного вдавливания к истечению в схлопывающиеся поры), - безразмерный параметр контактной площадки, Г - изменяющийся параметр площадки межчастичного контакта(в данном случае - ширина), — параметр конечной площадки контакта при достижении сплошности.

Зависимость параметра безразмерного контакта Р1; от безразмерного гидростатического давления Рц, при отсутствии межчастичного трения, представляется формулами:

¥б^Ре/(2^кП) <¥в для 0<РГ<¥В\

(17)

Рш^Рц +

м-)

1-ехр

тРг

для ^'<^<1, (18)

где т = 1/сг„к= 1/(2+я/2), Рб - безразмерное внешнее гидростатическое давление, равное:

(УпцРК. (19)

Относительно внешнего гидростатического давления выражение (18) трансформируется к виду:

РБ = Сг'пБ

Б У

для

(20)

Следующим существенным шагом для построения модели и анализа процесса прессования дискретных тел является оценка влияния межчастичного трения. Оно проявляется на уровне частиц из-за их стохастического распределения, неоднородности свойств и формы и изменяется по мере развития процесса прессования из-за стремления к однородности системы путем относительного смещения частиц. Межчастичное трение возникает также в объеме деформируемой среды за счет возникновения сил трения на контактных поверхностях инструмента и за счет относительного смещения частиц при совместном деформировании в процессе формоизменения. Влияние этих факторов на напряженно-деформированное состояние может быть учтено через изменение межчастичных контактов и контактных напряжений в их пределах.

В качестве критерия самоорганизации влияния межчастичного трения принимается изменение безразмерной приведенной площади фактического межчастичного контакта при воздействии касательных напряжений. Выражения (17) и (18) принимают вид:

Рп>= Рл+АРтб^Ра-', для О^Рпг^Б*,

Рта = Р* +

("Л

1-ехр

г . \

/-Р,

г /

(21)

для РЕ'<-Р„;<1, (22)

где Р7жи ДРтв - параметр безразмерной контактной

площадки с учетом влияния межчастичного трети и его приращение соответственно.

Увеличение площади межчастичного контакта на величину АР?;; в случае приложения контактных касательных напряжений г*=£ и при нормальном напряжении а„т =як соответствует такому же приращению межчастичного контакта в условиях отсутствия контактного трения (гк=0),но при нормальном напряжении о=(2+л) к. Из этого следует, что:

— = — = ИИЗ*. = 1,636,

(23)

Ргг = Рг

• = 1,636 •Р1,

Приведенная в (23) оценка влияния нормальных напряжений и сил трения на площадь межчастичного контакта не является постоянной на протяжении всего процесса прессования. Наибольший рост площади межчастичных контактов под влиянием контактного трения происходит в начале

процесса сжатия дискретного тела , когда межчастичпый сдвиг максимален. По мере уменьшения объема пор сдвиговые характеристики также уменьшаются, а в случае предельного уплотнения материала влияние межчастичного трения сводится к нулю, так как при закрытии пор межчастичный сдвиг прекращается. С учетом этого явления для оценки влияния трения на межчастичный контакт предлагается использовать более упрощенный по сравнению с (22) критерий самоорганизации влияния межчастичного трения на развитие межчастичного контакта:

Составляющая межчастичного трения от влияния внешнего контактного трения на поверхности инструмента определяется с учетом возникновения очагов деформации и жестких областей в пределах всего прессуемого дискретного тела. Каждая из специфических областей контакта в этой ситуации имеет свои особенности. В частности, в простейшей жесткой (переходной) области, примыкающей к контактной поверхности (осадка квадрата), согласно закону трения в ее пределах эпюра контактных касательных напряжений определяется выражением:

а ее отображение на весь объем этой переходной зоны — выражением:

где Тк — касательное напряжение на контактной поверхности переходной области и инструмента, г,-— максимальное сдвигающее напряжение вдоль г-го направления приведенного поля линий скольжения, Хб — безразмерная координата вдоль контактной поверхности при начале координат в особой точке, Х£=Х/В, В — ширина переходной области, о^ - угол выхода на поверхность линии скольжения внутри переходной области.

Адаптация выражений (25) и (26) к дискретному телу состоит во введении в них относительной поверхности межчастичного контакта:

(24)

тк = к(1-хд,

(25)

т,- = к[со$2щ + (1-хе)(1- со$2а1)],

(26)

Ъ = кРЕ[со$2а1 + (1-х$)(1- со$2а$].

(28)

Модель прессования в целом и составляющая ее модель деформации частицы должны проявлять чувствительность к комбинированию нагрузок. Если комбинированное напряженное состояние вызывается сжатием и сдвигом, то предельные напряжения слагаемых процессов лимитируются условием пластичности через векторное сложение:

г=17+о, г/ + г г < к1, (29)

где Г/ и Т2 — сдвигающие напряжения от комбинированного напряженного состояния двух слагаемых напряжений.

Направление т в плоскости Т1 т2 определяется углом ср:

<р=ап^ (11/12) (30)

Зависимость размеров приведешюй контактной площадки между частицами в комбинированном процессе от сдвигающих напряжений гидростатического давления можно представить в виде:

„ ч . т . (31)

/ хг

Учитывая, что -а„т -,

можно отметить, что оба компонента, участвующих в комбинированном процессе формоизменения элемента, гггг, оказываются определешшми в форме девиаторных частей составляющих процессов собственного (т{) и переносного (ъ) деформирования (29).

Привлечение к общему построению модели прессования дискретных тел реологической модели идеально-пластичного тела приводит к стремлению давления к бесконечности при схлопывании пор. Определение реального конечного напряжения, отвечающего этой ситуации, требует перехода от пластической задачи к упруго-пластической. В работе показано, что при анализе схлопывання пор можно использовать и модель идеально-пластичного тела, если рассматривать кроме локальных очагов истечения в поры и общий очаг неоднородного пластического сжатия, возникающий во всём сжимаемом объеме. Это позволяет на завершающей стадии схлопывания пор представить очаги локального истечения в полости, как образования, имеющие ограниченные относительные параметры, достигнув которые, очаги деформации линейно уменьшаются и расходятся друг от друга. Компенсация схлопываю-

щихся локальных полей линий скольжения происходит за счет общего поля сжатия. Предполагается, что форма полости пор в конечной стадии сжатия для рассматриваемой модели представляется цилиндрическим каналом. Круглое сечение соответствует минимальному напряжению этого критического состояния. Соотношение длины поля и радиуса поры при линиях скольжения, представляемых логарифмическими спиралями, дает угол поворота последних, равный и, что и позволяет оценить напряжение, определяющее конец схлопывания пор по пределу текучести на сдвиг и по твердости соответствующими величинами:

<ТпК = (2+2 л)к = 8,283к - 1,611НВ. (32)

Полученный результат может считаться нижней оценкой, поскольку связан с существенной идеализацией и схематизацией напряженно-деформированного состояния и как допущение, с постоянством предела текучести. Результат, приближающийся к реальному, должен учитывать теоретическую прочность материала. С учетом этого параметра в первом приближении можно считать, что:

(33)

Наконец, в анализе процессов штамповки спеченных заготовок из порошковых (гранулированных) материалов необходимо учитывать влияние операции спекания. Спекание, сопровождающееся усадкой материала и изменением формы и объема пор, частично выполняет функции процесса прессования. Хотя форма поры оказывает некоторое влияние на среднее напряжение, изменяющее ее объем, в первом приближении можно оставить ту же зависимость =/(7У> что и в исходном состоянии, изменив предел текучести, если он меняется при температуре спекания.

Текущая связь относительной плотности пористой заготовки рв с размером приведенной контактной площади между частицами Ь"Е в процессе прессования определяется зависимостью:

Рк =Роп + Рп (1- рец) (34)

где ре =Рот/РкВ > Роб — исходная плотность заготовки в момент начала пластической деформации, — конечная плотность заготовки.

Начальную плотность заготовки Рое можно определить после ее предварительной подлрессовки, достаточной для сохранения формы в свободном состоянии, одним из известных способов.

Зависимость же Гц = /(Рц) приведена выше в (17), (18), (21), (22) для

случаев отсутствия или наличия межчастичного трения.

Таким образом, предложенный в диссертации подход к развитию теории прессования дискретных тел и построению моделей для анализа соответствующих технологических процессов позволяет установить взаимосвязь практически всех влияющих факторов путем постепенного усложнения предлагаемой модели.

В пятой главе изложены результаты исследования роли адгезионных взаимодействий, в том числе схватывания металлов, в процессах обработки давлением компактных и дискретных материалов. Явления адгезии и частного ее случая - схватывания металлов сопровождают все процессы обработки давлением, в некоторых случаях проявляясь в положительной роли (при спекании дискретных материалов или получении биметаллических изделий), но часто - в отрицательной (на контакте инструмента и заготовки). В данной диссертационной работе были проведены экспериментальные исследования с целью выработки рекомендаций по выбору температурно-силовых и кинематических параметров процессов обработки давлением для обеспечения или гарантированного схватывания (адгезии) соединяемых поверхностей, или полного отсутствия этих явлений.

На основании анализа литературных источников, посвященных механизму адгезии в процессах спекания порошковых материалов, в данной главе делаются выводы о необходимости иметь чистые соединяемые поверхности, о важной роли поверхностной диффузии, а также о том, что движущей силой процесса спекания является стремление спекаемой системы уменьшить свою суммарную поверхностную энергию и что процессу спекания способствуют различные активирующие добавки. Из анализа литературных источников, посвященных вопросам снижения хрупкости керамик, делается вывод, что для повышения вязкости изделий из керамических материалов целесообразно использовать не чистые керамики, а металлокерамические материалы, представляющие собой гетерогенные композиции одной или нескольких керамических фаз с металлами. Керамической фазой могут быть оксиды, карбиды, нитриды и бориды, а металлической — алюминий, железо или тугоплавкие металлы.

Применительно к оксидной керамике отсутствуют данные о возможности получения основы из высшего и низших оксидов (субоксидов), например, алюминия, так как его субоксиды (Л120 и АЮ) обычно стабильны только при высоких температурах, приближающихся к температуре плавления высшего оксида (А1%Ог). В тоже время отмечается, что наличие в оксидной керамике неполных оксидов может привести к повышению ее прочности.

Учитывая, что керамические порошковые материалы, в отличие от металлических, пластически не деформируются, а заполнение пор под воздействием давления происходит путем переупаковки частиц или их дробления, особенно актуальным является изучение влияния усилий прессования на плотность заготовки, а также применение дополнительных высокоэнергети-

ческих воздействий (чаще всего тепловых) с целью снижения усилий прессования.

Необходимо отметить, что в процессе прессования керамических материалов в заготовке также образуются очаги интенсивного дробления и перемещения материала и области, где эти процессы затухают, что соответствует подобным областям пластичных тел. Разрушение спеченных керамических тел происходит по линиям скольжения.

В диссертации предложены методы получения горячим прессованием оксидно-субоксидной керамики путем введения в основной оксид активирующих добавок в виде одноименного металла или металла - восстановителя, обладающего большим сродством к кислороду, чем металл основного оксида, Определены процентные соотношения компонентов шихты, температурно-скоростные и силовые параметры процесса горячего прессования. Показано, что образующиеся субоксиды частично распадаются на высший оксид и металлическую фазу, а частично, за счет определенного температурно-скоростного режима охлаждения, стабилизируется при комнатной температуре, располагаясь по границам зерен высшего оксида. Этот эффект является основополагающим для увеличения вязкости и снижения хрупкости керамики. Металлическая (пластичная) фаза выделяется в микро- и макропорах, являясь препятствием на пути распространения микротрещин, что также повышает прочность керамики.

На основе полученных результатов разработан способ получения дешевых и высокопрочных режущих пластин из оксидно-субоксидной керамики на основе алюминия. Опытно-промышленные испытания показали, что полученные пластины могут заменить дорогостоящие твердосплавные на операции резания чугунов, легированных сталей, в том числе и закаленных, а также древесины и древесных пластиков. Установлено, что в процессе резания алюминий выделяется из пор и выполняет роль твердой смазки, уменьшая трение, повышая ресурс резцов и улучшая качество изделий.

Развиты представления о схватывании металлов при обработке металлов давлением, обобщены главные аспекты наиболее известных гипотез о механизме схватывания. Учитывая выводы многих исследователей о необходимости достижения поверхностных энергий соединяемых металлических поверхностей какого-то порогового значения для осуществления схватывания, можно записать энергетическое условие для схватывания металлов в виде:

Am +Ат ¿А ext.) (35)

где Ащ и Am - поверхностные энергии соединяемых тел, Аа,. - энергия схватывания, необходимая для осуществления схватывания соединяемых тел.

В общем виде с учетом положений и выводов различных гипотез схватывания выражение дпяАа,. можно записать следующим образом:

Асхе.фк^Аметхим^Адцф ,

(36)

где А „л - энергия, необходимая для разрушения окисных и других адсорбированных пленок; Афк - энергия, необходимая для смятия шероховатостей на контактных поверхностях и сближения этих поверхностей на расстояние межатомных взаимодействий, то-есть для установления физического контакта; Амет - энергия, необходимая для установления металлических (в случае однородных металлов) связей; Ахим - энергия, необходимая для установления химических (в случае неоднородных металлов) связей; ААиф - энергия диффузионных процессов.

Естественно предположить, что в зависимости от свойств соединяемых металлов и условия, в которых происходит их контактирование, будут меняться:

В случае сближения контактирующих поверхностей путем тангенциального сдвига, наиболее характерного для большинства процессов ОМД, выражение для Л«,, можно записать следующим образом:

А*,. =-^- , (37)

где кг - сопротивление сдвигу менее прочного тела; 5 - расстояние, на которое должно переместиться одно из контактируемых тел для установления связей; ¥фК- площадь.физического контакта двух поверхностей; I - механический эквивалент теплоты.

Учитывая (35) соотношение (37) примет вид:

л .

Аш+Ат<—7-, (38)

На основании (35-39) предложена методика для определения темпера-турно-силовых параметров схватывания. Для этого в системе координат «давление-температура» проведены прямые, характеризующие склонность к схватыванию определенных металлов. Точки пересечения этих прямых с осью температур являются точками плавления для соответствующих металлов, причем углы наклона прямых к оси температур /7 характеризуют отношение суммы поверхностных энергий контактирующих металла к энергии схватывания:

сюр = Ат+Лп1. (40)

С учетом проявления различных механизмов схватывания модель ус-

ложшется, на характерных прямых могут появиться или впадины или горбики, характеризующие повышение или снижение способности к схватыванию данных металлов в связи с рекристаллизацией фазовыми переходами и т.д. Точка на прямой определяет или необходимую температуру для осуществления схватывания при заданном давлении (степени деформации) или необходимое давление (степень деформации) при заданной температуре.

Разработшшая методика позволяет также выбрать необходимые тем-пературно-силовые параметры для устранения вероятности схватывания в процессах ОМД.

Используя среднестатическое описание рельефа поверхности контакта в виде плоских «гребешков» и рассматривая область контакта как пористый пластический слой, получены аналитические выражения для критерия образования физического контакта, который определяет максимальный тангенциальный сдвиг или критическую величину интенсивности деформаций, обеспечивающие полное сопряжение поверхностей при совместной деформации как компактных, так и дискретных материалов. Показана возможность значительного снижения нормального давления при образовании соединения за счет наложения тангенциального сдвига.

С учетом вышеприведенных рекомендаций разработан и исследован способ получения биметаллической полосы путем выдавливания предварительно нагретого алюминия на движущуюся стальную полосу с разделением алюминия на два потока: основной и встречный, причем встречный поток очищает стальную полосу от окисных и загрязняющих пленок, обнажая юве-нилышй металл и обеспечивая полный физический контакт соединяемых поверхностей. Даны рекомендации по выбору относительной скорости тангенциального сдвига алюминия и стальной полосы, обеспечивающей максимальную прочность соединения.

В шестой главе рассмотрены вопросы получения объемных керамических высокотемпературных сверхпроводников с высокими электрофизическими свойствами обработкой давлением в комбинации с высокоэнергетическими излучениями. Разработаны методы получения ВТСП керамик на основе иттрия и висмута, включающие подбор и смешивание исходных веществ, термическую обработку полученной смеси, промежуточный помол, формование (обработкой давлением) и спекание.

С целью установления предела возможностей обработки давлением для улучшения основных функциональных свойств получаемых изделий исследовано влияние усилий прессования на структурно-фазовые превращения и электрофизические свойства ВТСП керамик на основе иттрия. Показано, что в интервале удельных давлений 500-2500 МПа стехиометрический состав ВТСП керамик не меняется, отмечается некоторая потеря кислорода и усиление текстуры с увеличением давления. Установлен монотонный рост температуры сверхпроводящего перехода Тс на 8К и критической плотности тока 1к в 4 раза за счет уменьшения пористости, увеличения числа межзеренных контактов и усиления процесса текстурирования.

Дальнейшее увеличение усилий прессования приводит к утрате сверх-

проводящих свойств ВТСП образцов из-за чрезмерной потери кислорода.

Поскольку самые высокие величины критической плотности тока объемных ВТСП керамик, получаемые за счет увеличения усилий прессования, не превышали 200А/см2, что не отвечает потребностям промышленности, были исследованы и другие методы высокоэнергетических воздействий, в частности, лазерное облучение ВТСП керамик.

В результате исследований показано, что обработка отпрессованных и спеченных ВТСП образцов ТВагСщО^х лазерным импульсом (плотность энергии в импульсе 1,7-2,1Дж/см2, длительность импульса 50 не, длина волны 1,06 мкм) приводит к образованию поверхностного токонесущего слоя в несколько микрон, обладающего значительно повышенными (на три порядка) по сравнению с исходным материалом значениями критической плотности тока и достигающими значений (>104А/см2) при азотных температурах. Последующего насыщения созданного слоя кислородом не требуется. Обнаружен также эффект повышения критической плотности тока (>105А/см2) в оплавленном приповерхностном слое висмутовой ВТСП керамики после импульсной лазерной обработки (плотность энергии в импульсе 0,6-3,0 Дж/с2, т = 50 не, X - 1,06 мк), несмотря на чувствительность висмутовой керамики к высоким температурам. Это указывает на существенно неравновесный характер процессов, протекающих при быстрой рекристаллизации расплава ВТСП материала, и их значительное отличие от процессов, проходящих в равновесных условиях.

Элекгронномикроскопические исследования показали, что при лазерной обработке ВТСП керамик в указанных интервалах плотностей энергии происходит оплавление границ зерен с образованием сплошного псевдомо-нокристаллического поверхностного слоя. Данные рентгенофазового анализа показали, что разложения сверхпроводящей фазы в ВТСП образцах при этом не происходит.

Температура перехода в сверхпроводящее состояние Тс при лазерной обработке также повышается на 8-10 К.

Обработка сверхпроводящей иттриевой керамики лазерными импульсами с плотностью энергии, превышающей 2,1 Дж/см2, приводит к частичному разложению сверхпроводящей орторомбической фазы ¥Ва2СизО7.x на поверхности образцов, которая восстанавливается после дополнительного высокотемпературного нагрева.

Эффект повышения критической плотности тока в обработанных лазером образцах ВТСП керамик существенно зависит от параметров исходных отпрессованных образцов. В образцах с низким содержанием сверхпроводящей фазы и невысокой начальной критической плотностью тока этот эффект наблюдается только после дополнительной высокотемпературной обработки.

31

ЗА1Ш0ЧЕПИЕ

1. Разработана методология единого научного подхода к анализу процессов деформирования компактных и дискретных материалов, основанная на закономерностях механики сплошных сред и принципах самоорганизации неоднородных деформационных процессов /1-3, 30/.

2. В рамках жестко-пластической модели деформируемого твердого тела с привлечением теории линий скольжения изучено и объяснено негативное влияние жестких зон на характер течения приконтакгных слоев и смазочных прослоек, показаны особенности формирования жестких зон при пластическом истечении через матрицы разнообразных конфигураций с различными контактными условиями /1,38,39,42 44/.

3. Впервые теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность изготовления рабочего профиля деформирующего инструмента в соответствии с формой границ очага деформации, что способствует устранению жестких зон и равномерности деформирования смазочной прослойки. Разработаны инженерные методы профилирования инструмента для процессов холодного объемного деформирования сталей, в том числе для изготовления шестерен, с учетом кинематических особенностей пластического течения /1-3, 17,18 ,39, 41,42, 29, 55-57/.

4. Разработаны оригинальные методы исследования антифрикционных и защитных свойств смазочных покрытий в условиях, максимально приближенных к производственным, позволившие создать ряд новых, эффективных смазочных композиций с твердыми наполнителями для процессов холодной объемной штамповки, протекающих в экстремальных условиях. Показано, что смазочная композиция для экстремальных условий должна обладать абразивными свойствами для удаления случайно образовавшихся наростов /1, 6, 19, 20, 22, 24, 40, 43, 54, 58-60/.

5. Разработаны, исследованы и внедрены в производство конструкции инструментов для процессов холодной объемной штамповки, в том числе для получения шестерен, обеспечивающие снижение силовых параметров процесса и неразрывность смазочной прослойки в процессе деформирования, что позволило повысить стойкость инструмента в 2-5 раз и улучшить качество изделий /1-3, 5, 16-19, 33-37, 39, 44-46/. Конструкции инструментов защищены авторскими свидетельствами /55-57, 61-64/.

6. От закономерностей течения сплошных сред сделан переход к исследованию механики течения дискретных тел путем выявления приведенной площади межчастичных контактов и установления взаимосвязи этой площади с текущим гидростатическим давлением. Разработана исходная модель прессования дискретных материалов в закрытом штампе, учитывающая основные параметры при гидростатическом состоянии однородно и неоднородно сгруппированной среды: влияние межчастичного и внешнего трения, взаимовлияние общего и локального очагов деформации, влияние комбинированного нагружения, спекания и других факторов. /9,10, 25, 30, 47, 54/.

7. На основе анализа механизмов спекания разработаны температурно-

скоростные и силовые режимы спекания шихты из оксидных керамик и металлов-восстановителей, позволяющие выделить и стабилизировать при комнатных температурах субоксиды (низшие оксиды), повышающие прочность керамики за счет снижения ее хрупкости. Разработан способ получения дешевых и высокопрочных режущих пластин из оксидно-субоксидных керамик на основе алюминия /10,15, 27,28, 32, 47,48/.

8. Развиты представления о схватывании металлов, объединяющие основные положения существующих гипотез схватывания. Предложена методика для определения температурно-силовых параметров схватывания, разработана модель области контакта шероховатых тел в виде пористого тела. Выведены расчетные формулы для определения силовых и кинематических параметров, обеспечивающих полный физический контакт сближаемых поверхностей. Показано, что дополнительное приложение тангенциальных сил существенно снижает нормальные давления. Разработан и исследован способ получения прочной биметаллической полосы путем выдавливания алюминия па движущуюся стальную полосу с разделением на два потока - основной и встречный, очищающий стальную полосу от поверхностных пленок и обнажающий ювенильную поверхность /9, 11, 12, 14, 15, 20-24/.

9. Разработаны и исследованы температурно-силовые режимы получения керамических объемных высокотемпературных сверхпроводников с применением обработки давлением. Установлено повышение критической плотности тока в 4 раза и температурного перехода в сверхпроводящее состояние иттриевьгх ВТСП керамик на 8К в результате повышения удельных усилий прессования от 500 до 2500 МПа. Выявлено, что дальнейшее увеличение усилий прессования производить нецелесообразно из-за потери образцами сверхпроводящих свойств в связи с уменьшением количества кислорода ниже критического уровня. Впервые показано, что обработка поверхности объемных ВТСП образцов на основе иттрия и висмута импульсным лазерным облучением в наносекундном диапазоне повышает критическую плотность тока приповерхностных слоев натри порядка 14, 7, 8,13, 26,31, 49-53, 65,66/.

10. В результате комплекса выполненных научно-исследовательских и организационных работ на заводе БАТЭ впервые в отрасли создано специализированное производство по изготовлению деталей стартеров холодной объемной штамповкой с объемом производства более 1500 тонн изделий в год с увеличением коэффициента использования металла с 0,35 до 0,8-0,9. Экономический эффект на программу 1999 года составил 254,7 млн. рублей при экономии легированной стали 327 тонн, а всего за время поэтапного внедрения разработок —6723,77млн.руб. (в приведенных ценах на 01.07.2000 г.).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Технологические процессы пластического деформирования в машиностроении/ А.В.Алифанов, Л.В.Захаревич, Е.М. Макушок, Л.Д.Оленин. — Минск: Наука и техника, 1989.—208 с.

2. Алифанов A.B., Захаревич JI.B,, Калиновская Т.В. Опыт внедрения прогрессивных процессов холодного деформирования металлов/Юбзорная информация. Серия Металлообработка.— Минск:БелНИИНТИ,1977.—40с.

3. Алифанов A.B., Захаревич Л.В. Новые методы холодного деформирования металлов и пути их совершенствования // Обзорная информация. Сер. Машиностроение и металлообработка.— Минск: БелНИИНТИ, 1981.—42 с.

4. Изготовление объемных и толстопленочных высокотемпературных сверхпроводящих изделий с высокими функциональными свойствами: Обзорная информация/ A.B. Степаненко, А.В.Алифанов, В.И. Есепкин, Н.В. Румак, A.A. Томченко, А.Г.Ульяншн.—Минск, 1992.—57 с.

5. Изготовление прямозубых шестерен холодным выдавливанием/ А.В.Алифанов, Н.В. Беляева, Л.В. Захаревич, Т.В. Калиновская // Кузнеч-но-штамповочное производство.—1978. - №7.—С. 4, 5.

6. Алифанов A.B. Технологические свойства смазочных композиций для процессов холодного объемного деформирования / АН БССР -Минск, 1987. - 12 е.—Деп. в ВИНИТИ 16.04,87., №2643-В87 // Вест" АН БССР. Сер. ф1з.-тэхн. навук. - 1987. - №3. - С. 116-117.

7. Толстые пленки Y-Ba-Cu-0 на корундовых подложках / A.B. Степаненко, Н.В. Румак, A.B. Алифанов, A.A. Томченко // Доклады АН БССР. - 1991. — Т. 35, № б. - С.499-502.

8. Low power density oxygen or hydrogen plasma effects on high-temperature superconductors/ A.G.Ulyashin, Yang Zhong-Quan, Yu.A.Bumai, N. Shlopak, V.Esepkin, A.Alifanov, A.Tomchenko // Physical status solids (USA).—1993.— V.140.—P.K31-34.

9. Алифанов A.B. Севастьянова Т.Е. О деформационном упрочнении порошковой бронзы Cu-0,4% Ti // Becui АН Беларуа, сер. ф\з,- тэхн. навук. -

1994. -№1.~ С. 3-8.

10.Алифанов A.B., Прокопов И.П. Особенности тепловых процессов при деформировании порошковых материалов / АН Б—Минск, 1995. - 45 с — Деп. в ВИНИТИ 20.12.94., №2963-94. // Весщ АН Б. Серфз.-тэхн. навук,—

1995. -№3, - С. 116.

11. Критерий образования физического контакта при твердофазном соединении металлов / A.B. Степаненко, В.М. Сегал, A.B. Алифанов, В.И. Резников / Доклады АН Беларуси. - 1995. - Т. 39, № 4. - С. 109-112.

12.Алифанов A.B., Резников В.И. Формирование пластического контакта при совместной деформации несвязанных материалов // Весщ АН Беларусь Сер. фiз.-тэxн. навук. - 1995. - № 3. - С.3-8.

13.Математическое моделирование лазерного отжига ВТСП керамики / И.А. Хорунжий, А.Г. Ульяшин, Н.В. Францкевич, A.B. Алифанов, A.B. Степа-

ненко // Доклады HAH Беларуси. - 1999. - Т. 43, Ks 4. - С. 114-116.

14.Алифанов A.B., Дмитрович Д.И. Получение биметаллической полосы методом совместного прессования //Вопросы обработки металлов и сплавов: Сб. науч. тр.— Минск: Наука и техника, 1975.— С. 40-43.

15.Макушок Е.М., Калиновская Т.В., Алифанов A.B. Адгезия и адгезионная составляющая трения // Макушок Е.М., Калиновская Т.В., Белый A.B. Массоперенос в процессах трения.—Минск: Наука и техника, 1978.—С.52-67.

16.Алифанов A.B., Гончаров В.А., Захаревич Л.В., Калиновская Т.В. Изготовление шестерен стартеров методом холодного выдавливания // Передовой производственный опыт в автомобилестроении: Сб.ст./ НИИНАвто-пром. — М., 1978. - Вып. 12.—С. 5-9.

17.Макушок Е.М., Алифанов A.B. Штамп для холодного обратного выдавли-вания/ЛТути совершенствования технологии холодной объемной штамповки и высадки: Материалы всесоюзн конференции.—Омск,1978.—С.49-53.

18.Алифанов A.B., Захаревич Л.В. Повышение стойкости инструмента для холодного обратного выдавливания //. Металлургия: Сб. научн. тр./ Высшая школа. —Минск, 1979—Вып.13 —С. 97-102.

19.Алифанов A.B., Белый A.B. Влияние присадок на технологические свойства смазок // Перспективные методы обработки металлов и повышение эффективности производства: Сб. научн. тр.—Минск: Наука и техника, 1981.—С.16-18. ■

20.Алифанов A.B. Некоторые вопросы возникновения схватывания в холодных процессах обработки металлов давлением // Там же.—С. 18-20.

21.Алифанов A.B., Дмитрович Д.И. Исследование модели продольной шероховатости при пластическом трении //Металлургия: Сб.научн.тр.— Минск: Высшая школа, 1981—Вып. 15—С. 116-119.

22.Алифанов A.B. Исследование задирообразования при вытяжке стальных изделий // Вопросы прочности и пластичности металлов: Сб.научнлр.— Минск: Наука и техника, 1981.—С. 84-90.

23.Алифанов A.B. Обобщенная схема для определения параметров схватывания металлов //Металлургия: Сб.научн.тр.— Минск: Высшая школа, 1983,— Вып.17,—С. 60-63.

24.Алифанов A.B. Развитие наростов в процессе холодного деформирования //Металлургия: Сб. науч .тр.—Минск: Высшая школа, 1989.—Вып.23.— С.37-40.

25.Stepanenko A.V., Aüfanov A.V., Lysov D.S. Production of New Materials, Hardening and Restoration of Parts by Combined Methods of the Forming and High Energy // Advanced Technologies for Material Processing and Repairing of Worn-out Parts. Proceedings of the 1-st Belarusian-Geiman Seminar.—Minsk,

1996,—P. 107-116.

26. Structure and Critical Current of Bulk High Temperature Superconductors After Laser Treatment/ A.G.Ulyashin, Yu.A.Bumai, A.V. Stepanenko, A.VAlifanov // Ibid—P. 70-74.

27.Production of ceramic materials for application in aggressive media / A.V. Stepanenko, A.V.AIifanov, A.M. Kuzei, D.S. Lysov // Advanced Technologies for Material Processing and Repairing of Worn-out Parts. Proceedings of the 2-nd International Conference.—Minsk, 1997—P. 106-115.

28.Получение режущих пластин из оксидно-субоксидной керамики на основе оксида алюминия /А.В.Степаненко, А.В.Алифанов, Д.С.Лысов, В.Д. Лысов // Разработка импортозамещающих технологий и материалов в химико-лесном комплексе: Материалы международной конференции.—Минск,

1997,—С. 96-100.

29.Алифанов А.В. Профилирование инструмента для холодной объемной штамповки сталей // Прогрессивные технологии обработки материалов: Материалы конференции БГПА.—Минск, 1998.—С. 25, 26.

30.Алифанов А.В. Развитие модели прессования спеченных и порошковых тел//Там же —С. 171, 172.

31.Atomic Hydrogen Effects of High - Тс Superconductors / N.F. Frantskevich, A.G. Ulyashin, V.V. Fedotova, A.V. Alifanov, A.V. Stepanenko, E.V. Zhuravkevich // Interaction of Radiation with Solids (I.R.S - 99): Proceeding of the Third International Conference. - Minsk, Belorus, 1999. - In two parts. Part 1,-P. 73-74.

32. Stepanenko A.V., Alifanov A.V., Lysov D.S. Polucenie rezuscich plastin iz oksidno-suboksidnoj keramiki / International Conference" TOOLS' 99: Zbornik prednasok. - Trencin,. Slovakija, 1999. - P. 146-148.

33.Примененне смазки МГ-2 в процессах холодного выдавливания / А.В.Алифанов, В.А.Гончаров, Л.В Захаревич, Т.В Калиновская: Информ, листок / БелНИИНТИ. - Минск, 1977. - № 423. - 4 с.

34. Штампы для холодного обратного выдавливания металлов / А.ВАлифанов, В.А.Гончаров, Л.В Захаревич, Т.В Калиновская: Информ. листок / БелНИИНТИ. - Минск, 1977. - № 420. - 4 с.

35.Алифанов А.В.,Гончаров В.А., Реут В.Д. Изготовление прямозубых шестерен методом холодного выдавливания: Информ. листок / БелНИИНТИ. -№412. -Минск, 1977.-4с.

Зб.Захаревич Л.В., Алифанов А.В. Холодное выдавливание изделий ступенчатой формы: Информ. листок / БелНИИНТИ. - № 174 - Минск, 1978. - 4 с.

37.Алифанов A.B., Захаревич JI.B., Калиновская Т.В. Штамп для редуцирования полых цилиндрических заготовок: Информ. листок / БелНИИНТИ. -№581 - Минск, 1978.-4 с.

38.Алифанов A.B. Влияние формы инструмента на условия работы смазочной прослойки в процессах холодного выдавливания // Прогрессивные процессы формообразования в обработке металлов давлением: Тез. докл. респ. конф,—Минск, 1982,—С. 98, 99.

39.Алифанов A.B. Разработка инструмента для холодного выдавливания, с учетом очага деформации и контактных условий //Там же.—С. 120,122.

40.Алифанов A.B. Методика исследований технологических свойств смазок для комбинированных процессов холодного выдавливания // Прогрессивные процессы обработки металлов давлением: Тез. докл. респ. конф.— Минск,1985.—С. 85-87.

41.Алифанов A.B. Разработка матрицы для холодного выдавливания шестерен И Прогрессивные процессы обработки металлов давлением: Тез. докл. респ. конф.—Минск, 1985.—С. 36,37.

42.Алифанов A.B. Исследование закономерностей пластического течения при прямом и обратном выдавливании и разработка профиля формообразующего инструмента // Современные проблемы технологии машиностроения: Тез. докл. всесоюзн. конф.—М., 1986.—С. 40, 41.

43.Алифанов A.B. Подбор и исследование смазочных композиций для холодной объемной штамповки // Теория и практика создания, испытания и эксплуатации триботехнических систем: Тез. докл. всесоюзн. конф.— Андропов, 1986.—С.174,175.

44.Алифанов A.B. Разработка инструмента для процессов прямого холодного выдавливания с учетом закономерностей пластического течения // Прогрессивные процессы и оборудование листовой и объемной штамповки: Тез. докл. зональной конф.—Барнаул, 1986.—С. 152-154.

45.Алифанов A.B. Разработка и внедрение инструментов для изготовления деталей автотракторного машиностроения холодной объемной штамповкой // Пути повышения качества и надежности инструмента: Тез. докл. всесоюзн. конф.—Рубцовск, 1987.—С. 3, 4.

46.Алифанов A.B. Процессы холодного выдавливания высокоточных стальных деталей сложного профиля // Получение и обработка материалов высоким давлением: Тез. докл. междунар. конф.—Минск, 1987.—С. 63, 64.

47.Алифанов A.B. Прокопов И.П., Лысов Д.С. Пластическое формообразование изделий из порошковых материалов // Современные технологические процессы получения высококачественных изделий методом литья и порошковой металлургии: Тез. докл. всесоюзн. конф.—Чебоксары, 1989.— С.242.

48.Алифанов А.В. Прокопов И.П., Лысов Д.С. Тепловой режим процесса получения металлокерамических материалов с применением обработки давлением // Свойства порошковых композиционных материалов и покрытий, технология их получения с применением импульсных нагрузок и обработки давлением: Тез. докл. всесоюзн. конф.—Волгоград, 1989.—С. 26, 27.

49.Atomic hydrogen and oxygen effect on high-Tc superconductors / Yang Z.Q., Ylyashin A G., Alifanov A.V. et al // JC- MAS -92:Abstract of 4 International Conference. - Houston, 1992. - P. 245-249.

50.Plasma treatment effect on high-temperature superconductors/Z.-Q.Yang, A.G. Ulyashin, A.V. Alifanov, A.V. Stepanenko // Abstracts Eighth International school on Vacuum, electron and ion technologies.—Vama, 1993.—P.97.

51. Structural and phase changes in high-temperature superconductors ceramics due to laser radiation / A.V. Stepanenko, A.V. Alifanov, N.V.Rumak, T.N.Khatko // Mechanisms of superconductivity high-temperature superconductors.— International Conference Materials "M2R-HTS".~Grenoble, France—1994,— P.256,257.

52.Laser annealing, of bulk high-temperature superconductors / A.G. Ulyashin, I.G. Gorolchuk, A.V. Alifanov, A.V. Stepanenko, // Ibid.—P. 213,214.

53.Повышение критических токов в высокотемпературных сверхпроводниках при лазерной, электронно-лучевой и плазменной обработках /

A.Г.Ульяшин, А.В.Степаненко, А.ВАлифанов, Н.В.Францкевич // Материалы, технологии, инструмент.—1998.—Том 3, №2.—С. 110.

54.Калиновская Т.В., Алифанов А.В. Возникновение поверхности трения в среде и специфика смазки в экстремальных условиях / О природе трения твердых тел: Тез. докл. международного симпозиума. - Гомель, 1999. -С.79-80.

55.A.C. 644585 СССР, МКИ2 B21I 13/02; В21Д22/02. Штамп для холодного обратного выдавливания / Е.М.Макушок, А.В.Алифанов, ВА.Гончаров, Л.В.Захаревич, Т.В. Калиновская (СССР).—№2521869/25-27; Заявлено 31.08.77.; Опубл. 30.01.79.; Бюл. №4,—С.42-43.

56.A.C. 1038047 СССР, МКИ3 B21I 13/02; В21С25/02. Матрица для прямого выдавливания / А.В. Алифанов, Л.В.Захаревич, Д.С. Лысов, Е.М.Макушок,

B.Б.Станкевич (СССР).—№3375443/25-27; Заявлено 06.01.82.; Опубл. 30.08.83., Бюл. №32,—С.37.

57.A.C. 904867 СССР, МКИ3 В21К 5/20; В21Д37/20. Способ изготовления рабочей части пуансонов / А.В.Алифанов, Д.И.Дмитрович, Л.В.Захаревич, Т.В.Калиновская, Е.М.Макушок, А.С.Масаковская, (СССР).— №2919873/25-27; Заявлено 05.05.80.; Опубл. 15.02.82., Бюл. №6,—С.58-59.

58.А.С. 1001776 СССР, МКИ3 G01N3/56. Способ оценки технологических свойств смазок / А.В.Алифанов, Л.В.Захаревич, Т.В. Калиновская,

Д.С.Лысов, Е.М.Макушок, (СССР).—№3328455/25-23; Заявлено 13.08.81.—Не публ.

59.А.С. 1048787 СССР, МКИ3 С10М 5/02; С10М5/20. Смазки для холодного выдавливания металлов /А.В.Алифанов, А.В.Белый, ЛЛЗ.Захаревич, Т.В .Калиновская, Д.С.Лысов (СССР).—№3329779/23-04; Заявлено 13.08.81—Не публ.

60.А.С. 1302687 СССР, МКИ4 С10М161/00; C10N30. Смазки для холодной обработки металлов давлением / A.B. Алифанов, А.В.Белый, Л.В.Захаревич, Е.М.Макушок, В.Б. Станкевич (СССР).—№3951106/31-04; Заявлено 01.07.85.—Не публ.

61. A.c. 984598 СССР, МКИ3 В 21 J 1/00. Заготовка для изготовления полых цилиндрических изделий / А.В.Алифанов, Л.В.Захаревич, Т.В.Калиновская, Е.М.Макушок (СССР). - № 3326665/25-27; Заявлено 07.08.81 ;Опубл. 30.12.82, Бюл. № 48 // Открытия. Изобретения. - 1982. - № 48.-С 32.

62.A.c. 829311 СССР, МКИ3 В 21 К 1/76, В 21 J 5/00. Способ изготовления корпусов коллекторов электрической машины / Е.М.Макушок, А.П.Челышев, Д.С.Лысов, А.ВАлифанов, Л.В.Захаревич, А.Б.Бадевич (СССР). -№ 2800972/25-27; Заявлено 17.07.79,—Не публ.

63.А.С. 1063260 СССР, МКИ3 HOIR 43/08. Способ изготовления коллектора электрических машин / Е.М,Макушок, А.В.Алифанов, Т.В.Калиновская, Л.В.Захаревич, А.Б.Бадевич, ВА.Гончаров (СССР). - № 2495158/27-07; Заявлено 08.06.77.—Не публ.

64.A.c. 1091422 СССР, МКИ3 В 21 J 5/00. Штамп для изготовления коллекторов электрических машин / Д.С.Лысов, Е.М.Макушок, А.П.Челышев, А.В.Алифанов, Л.В.Захаревич, С.С.Клименков (СССР). - № 3300628/25-27;Заявлено 13.08.81. .—Не публ.

65.A.C. 1646308 СССР, МКИ5 С22С1/04; H01L39/24. Способ изготовления высокотемпературных сверхпроводников / A.B. Степаненко, A.B. Алифанов, ВА.Варавин, Б.М. Хусид, В.А. Хлебцевич (СССР).—№4657173/31-02; Заявлено 02.03.89,—Не публ.

66.A.C. 1734951 СССР, МКИ5 B22F3/24, H01L39/12. Способ изготовления длинномерных проводников из высокотемпературной сверхпроводящей керамики/ A.B. Алифанов, Г.М. Гайдаленок, A.M. Кузей, В.П. Новиков (СССР).—№4811105/02; Заявлено 06.04.90.; Опубл. 23.05.92., Бюл. №19 — С. 22.

39

РЭЗЮМЕ

ЛЛ1ФЛНЛУ АЛЯКСАНДР В1КТАРАВ1Ч

Развщце тэорьн 1 тэхналоги працэсау алрацоую щекам кампактных i дыскрэтиых матэрыялау

Ключавыя словы: тни сгазгання, ачаг дэфармацьп, напружана-дэфармаваны стан, кантактныя умовы, ступень дэфармацьп, прафшяванне шетрумента, кампактныя 1 дккрэтныя матэрыялы, порыстаснь, аксцша-субакЫдная керамнеа, высокатэмпературная звышправоднасць.

Аб'ект даследавття — працэссы апрацоую щекам кампактных i дыскрэтных матэрыялау.

Мша працы — стварэппе адзшага навуковага падыходу да aнaлiзy лрацэссау формаутварэгшя кампактных I дыскрэтных матэрыялау, заснованага на заканамернастях механш дэфармавання цвердага цела 1 прынцыпах самааргашзацьп працэсау.

Даследаваны заканамернасщ узаемауплыву ачагоу дэфармацьп 1 цвердых вобласцей у залежнасщ ад кантакгных умоу, ступеш дэфармацьп 1 геаметрычных параметрау формаутвараючага шетрумента. Распрацаваны меггады прафщявання шетрумента для халоднага аб'емнага дэфармавання матэрыялау, яюя мадэ.тнруюцъ геаметрыю гранщ ачагоу дэфармацьп з мэтай макс1мапьна магчымага устранения цвердых вобласцей 1 забеспячэння аптымальнай кшематьш цячэння змазачнага слою.

Ад заканамернасцей цячэння суцэльных асяроддзяу зроблены пераход да механш цячэння дыскрэтных цел шляхам выяулення прыведзенай плошчы М1жчасцшкавых кантактау 1 устанаулення узаемасувяз1 фактычнай кантактнай паверхш з бягучым лдрастатычным щекам. Распрацавана фхзйсаматэматычная мадэль прасавання дыскрэтных матэрыялау у закрытым штампе, якая у.тачвае уплыу М1жчасцшкавага кантактнага трэння, узаемауплыу агульнага 1 лакальнага ачагоу дэфармацьп, уплыу камбшаванага нагружэння, спякання \ друпх фактарау.

На аснове праведзеных даследванняу створаны шэраг прыкладных распрацовак, якш могуць выкарыстоувацца у прамысловасщ: шетрумент для прамога 1 адваротнага халоднага вышскання сталяу, яю aдpoзнiвaeццa высокай стойкасцю i забяспечвае паляпшэнне якасщ вырабау; метады даследвання тэхналапчных уласщвасцей змазак 1 змазачных кампазщый для працэсау АМД; новыя высокаэфекгыуныя змазачныя кампазщьп; спосаб атрымання танных 1 высокатрывальных рэжучых плаецшак з акадна-субаксщных керам1к; метады атрымання вырабау з высокатэмпературнай звышправоднай керамш з высоюм! электраф1з]чным! уласщвасцямь

40

РЕЗЮМЕ

АЛИФАНОВ АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

Развитие теории и технологии процессов обработки давлением компактных и дискретных материалов

Ключевые слова: линии скольжения, очаг деформации, напряженно-деформированное состояние, контактные условия, степень деформации, профилирование инструмента, компактные и дискретные материалы, пористость, оксидно-субоксидная керамика, высокотемпературная сверхпроводимость.

Объект исследования - процессы обработки давлением компактных и дискретных материалов.

Цель работы — создание единого научного подхода к анализу процессов формообразования компактных и дискретных материалов, основанного на закономерностях механики деформируемого твердого тела и принципах самоорганизации процессов.

Исследованы закономерности взаимовлияния очагов деформации и жестких областей в зависимости от контактных условий, степени деформации и геометрических параметров формообразующего инструмента. Разработаны методы профилирования инструмента для холодного объемного деформирования материалов, моделирующие геометрию границ очагов деформации с целью максимально возможного устранения жестких областей и обеспечения оптимальной кинематики течения смазочного слоя.

От закономерностей течения сплошных сред сделан переход к исследованию механики течения дискретных тел путем выявления приведенной площади межчастичных контактов и установления взаимосвязи фактической контактной поверхности с текущим гидростатическим давлением. Разработана физико-математическая модель прессования дискретных материалов в закрытом штампе, учитывающая влияние межчастичного контактного трения, взаимовлияние общего и локального очагов деформации, влияние комбинированного нагружения, спекания и других факторов.

На основе проведенных исследований создан ряд прикладных разработок, которые могут быть использованы в промышленности: инструмент для прямого и обратного холодного выдавливания сталей, отличающийся высокой стойкостью и обеспечивающий улучшение качества изделий; методы исследования технологических свойств смазок и смазочных композиций для процессов ОМД; новые высокоэффективные смазочные композиции; способ получения дешевых и высокопрочных режущих пластинок из оксидно-субоксидных керамик на основе алюминия; методы получения изделий из высокотемпературной сверхпроводящей керамики с высокими электрофизическими свойствами.

41

ABSTRACT

ALEXANDER VICTOROVICH ALEFANOV

Development of the theory and technology for Plastic Working of Compact and Discrete Materials

Key Words: Sliding lines, site of strain, stressed-strained state, contact conditions, degree of strain, shaping of tool, compact and discrete materials, porosity, oxide-suboxide ceramics, high-temperature superconductivity.

The subject of the investigation covers the processes designed for plastic working of compact and discrete materials.

The object of the work is creation of a general approach to analyzing the processes of shaping compact and discrete materials that is based on a mechanical behavior of a deformable solid bodyand principles of selforganizing the processes.

The investigation is made of the mechanisms: for interrelation between strain sites and rigid regions depending on the contact conditions, degree of strain and geometrical parameters of a shaping tool. The methods are developed for shaping tools to be used for a cold volume straining of materials. They model geometry of strain site boundaries for the purpose of attaining a maximum possible elimination of rigid regions and provision of optimum kinetics for a lubricant layer flow.

The transition is made from the regularities of continuous media to investigating the flow of discrete bodies by means of determining a reduced area of interparti-cle contacts and establishing a relationship between an actual contact surface and a hydrostatic flow pressure. The physic-mathematical model is worked out for pressing the discrete materials in a closed die. The model takes into account the effect of interparticle contact friction, a mutual influence of general and local strain sites as well as effect of a combined loading, sintering and some other factors.

The investigation conducted have laid the foundation for elaboration of applied developments which can be used in industry. They include tools intended for direct and backward types of cold extrusion of steels which are characterized by extended life and ensure guilty improvement of items; methods for studying technological properties of lubricants and lubricating compositions most suitable for plastic working of metals; new high-effective lubricating compositions; method for producing inexpensive high-straight cutting plates from oxide-suboxide ceramics and technologies intended for manufacturing items from high-temperature super-conducting ceramics with increased properties.