CC BY
24
Расчет конструкций из композитных материалов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОСАДКИ-ПРЕССОВАНИЯ ПОЛОГО ПРОФИЛЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОРОШКОВ
Л.С. КОХАН, д-р техн. наук, проф., А.В. ШУЛЬГИН, канд. техн. наук, доц. * Ю.А. МОРОЗОВ, канд. техн. наук, доц.,
Б.Ф. БЕЛЕЛЮБСКИЙ, канд. техн. наук, Е.В. МОРОЗОВА, аспирантка Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ) 107023, г. Москва, ул. Б. Семёновская, д. 38., тел.: 8(495)361-14-80, 8(906)032-76-09*, shulgin00@mail.ru*
В работе приводятся исследования осадки-прессования полого профиля из композиционного материала на основе металлических порошков «железо-медь» и улучшения их качества за счет повышения однородности свойств.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: металлические порошки, композиционные материалы, осадка, сопротивление пластической деформации, относительная плотность.
Для производства изделий с заданными физико-механическими свойствами широко используются композиционные материалы, которые в отличие от классических сплавов позволяют создавать сочетания металлических порошков практически в любой пропорции. Процессы изготовления изделий из композиционных материалов на основе металлических порошков отличаются сниженными энергозатратами и высоким коэффициентом использования металла. При использовании скомпактированных и спеченных заготовок металлических порошков, важнейшим требованием является получение равномерной плотности и, соответственно, физико-механических свойств по всему объему изделия.
В работе рассматривается процесс осадки-прессования полого профиля из композиционного материала на основе металлических порошков «железо-медь». Рассмотрим процесс горячей осадки-прессования полого изделия диаметром D = 60 мм до высоты H = 30 мм с коэффициентом контактного трения
f = 0,35, при одновременном заполнении материалом полости штампа диаметром d = 40 мм и диаметром прошивающей иглы йигл = 20 мм (рис. 1).
Соответствующая вытяжка:
ь
)1-
D 2 - d и2гл
d2 - d
2
игл
602 - 202 402 - 202
= 2,67
Материалом принимается композит «железо-медь» с концентрациями КРе = 0,6 и КСи = 0,4 при плотности скомпактирован-ной и спеченной заготовки Р0 ~ 0,6. Константа пористости: а1 = аХРе КРе + а1Си КСи = 0,588 • 0,6 + 0,708 • 0,4 = 0,636 . При заданной плотности изделия р1 = 0,75 , деформация уплотнения Ком-
Рис. 1. Схема осадки-прессования полого профиля
позита:
£ =
р1 - р0 0,75 - 0,6
А
0,75
= 0,2
Согласно эмпирическим исследованиям, длина прессуемого отростка:
— = (0,6... 0,65)
d
f ° Л 1,0 + р1 еМ
а Н 2
/(2 =
1,0 + 0,35 60 - 0,75 • 0,2 • 2,67
= 0,62 • 40-0,636 •30 2-= 10,68 мм.
2 • 2,67 • 0,5
Переходим к определению диаметра раздачи заготовки в процессе ее осаживания. Начальная высота заготовки [1]:
(
\ =
Н + —
2,67 ) 0,6
р, 10,68 ) 0,75
Г1. = 1 30 + —— I —— = 42,5 мм.
(1)
В результате деформация осадки заготовки по высоте:
hn- Н 42,5 - 30
е =
hl
42,5
= 0,294.
Радиальная деформация вг и диаметр заготовки при свободной осадке Б [2]:
1,0
е =
-1,0 = -
1,0
-1,0 = 0,0645 ;
Я
(1,0 - е)
0,75 0,6
(2)
(1,0 - 0,294)
П = Б (1,0 + вг ) = 60 (1,0 + 0,0645) = 63,87 мм. С полученными результатами установим напряжение осаживания заготовки по методу баланса работ, согласно которому работа деформирования и трения при осаживании равны:
Л'у2 - ^)Н р е=43,872 -202)
4 4
А =
30 • 0,75 • 0,294 = 19115,9 мм3
АТр = f
2 - d и2гЛ )(п '-d и2гЛ ) + п(р'2 - d 2 )(П'-d 2 )
12 12
- + «1 d игл Н /
= 0,35
^63,872 - 202)(63,87 - 20) ^63,872 - 402 )(63,87 - 40) 12 12
+
+ 0,636 • 20 • 302 ]= 31757,3 мм3 Внешняя работа прессования:
А = ^П-^Ь -Н)= ^<63-872 -202>(42,
5 - 30) = 36122,2
3
мм .
С полученными результатами определяем напряжение осаживания и равное ему напряжение прессования
* = * = ^¿к = 19115,9 + 31757,3 = 1,408 " " А 36122,2
о п
(3)
Отметим, что при осаживании сплошного профиля [3]:
* = * = 1,0 + = 1,0 + 0,35 60 = 1,55 (отличие 10%).
о п
« Н 2 0,636 • 30 2
Далее рассмотрим напряжение прессования отростка. Работа деформирования, трения и прессования соответственно равны:
Ад =
п(й2 - А^л )
й.
й
—Р1 в; Атр = п-^/2 f + п-—2 Ь; А =
п (й2 - й^гл)—
2
2
4
4
Ц
где в - деформация уплотнения композита, оцениваемая изменением плотном-ти засыпки ро и изделия р^ (р^ = 0,75... 0,82):
* = р - ро = !,о _ Ро. Р\ Р:
С полученными результатами, напряжение прессования:
_ = ^^ = р: ^ + (^ + аигл ^ (4)
А " _ " игл
Приравнивая напряжение осаживания (3) и прессования (4), находим длину прессуемого отростка:
/ ч й2 _ й2
I = (^ - р еМУ игл -
2 /i(dfT + a d игл f)
402 — 202
= (1,408 — 0,75 • 0,2 • 2,67)--т = 9,52 мм.
v '2 • 2,67 (40 • 0,5 + 0,636 • 20 • 0,35)
Полученные результаты позволяют выбрать режимы процесса осадки-прессования для повышения распределения однородности свойств по объему полого профиля из композиционного материала на основе металлических порошков.
Л и т е р а т у р а
1. Кохан Л.С., Шульгин А.В., Новожилова И.С. Расчетная модель для определения физико-механических свойств композиционных материалов на основе металлических порошков // Технология металлов. - 2012. - № 9. - С. 26-28.
2. Кохан Л.С., Алдунин А.В., Шульгин А.В., Белелюбский Б.Ф., Морозов Ю.А. Прессование слоистых кольцевых изделий из композиционного материала на основе порошков железо-медь-хром // Технология металлов. - 2013. - № 11. - С. 21-25.
3. Кохан Л.С., Пунин В.И., Шульгин А.В., Морозов Ю.А. Производство гнутых слоистых коррозионно-стойких профилей // Заготовительные производства в машиностроении. - 2014. - № 2. - С. 35-40.
4. Kokhan L.S., Shul'gin A.V., Semenova L.M. Physic-mechanical properties of an iron-copper-zinc composite// Metallurgist. - 2010. - Vol. 54. - №7-8. - P. 468-471.
R e f e r e n c e s
1. Kokhan, L.S., Shulgin, A. V., Novozhilova, I.S. (2012). The computational model to determine the physical and mechanical properties of composite materials based on metal powders. Tehnologiya metallov. № 9, p. 26-28.
2. Kokhan, L.S., Aldunin, A.V., Shul'gin, A.V., Belelyubskiy, B.F., Morozov, Уи.А. (2013). Baling layered composite products of ring-based material powder of iron-copper-chromium. Tehnologiya metallov. № 11, p. 21-25.
3. Kokhan, L.S., Punin, V.I., Shulgin, A.V, Morozov, Yu.A. (2014). Production of bent laminated corrosion resistant profiles. Zagotovitel 'nyye Proizvodstva v Mashinostroenii. № 2, p. 35-40.
4. Kokhan, L.S., Shul'gin, A.V., Semenova, L.M. (2010). Physic-mechanical properties of an iron-copper-zinc composite. Metallurgist. Vol. 54, № 7-8, p. 468-471.
RESEARCHING THE PROCESS OF HOLLOW PROFILE SETTINGPRESSING OF A COMPOSITE MATERIAL BASED ON METALLIC POWDERS
L.S. Kokhan, A.V. Shul'gin, Yu.A. Morozov, B.F. Belelyubskiy, E.V. Morozova
MAMI, Moscow
The paper presents the researching processes of hollow profile setting-pressing of a composite material based on "iron-copper" metallic powders and the improving of the quality by increasing the homogeneity of properties.
KEY WORDS: metal powders, composites, setting, precipitate resistance to plastic deformation, relative density.
