CC BY
57
2.Петров А.Н. Комплексное исследование коллоидно-графитовых смазочных материалов на водной основе // Кузнечно-штамповочное 7производство и обработка металлов давлением. 2011. №10. С. 45-48.
A.N. Petrov
INVESTIGATION OF COLLOIDAL-GRAPHITE LUBRICANTS FOR
WATER-BASED
We present the research methodology and choice of colloidal graphite lubricants. We give a complex research colloidal graphite lubricants, water-based. The method of optimal choice of colloid-graphite lubricant into account the physico-chemical and technological properties of the material. Selected colloidal graphite lubricant on the proposed methods have been used in the process of hot forging of compressor blades of gas turbine engine.
Key words: colloidal graphite lubricants, hot forging, technique, weight loss during heating, the size of graphite particles, the coefficient (a measure) of friction, lubrication of dies, nickel alloys.
Получено 20.01.12
УДК 539.374:539.52
Г. М. Журавлев, д-р техн. наук, проф.,
(Россия, Тула, ТулГУ), 40-16-74, [email protected],
Дао Тиен Той, асп.,(953) 433-94-92, [email protected],
(Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В ЗОНЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Приведен расчет распределения температуры в зоне пластической деформации полугорячего прессования с раздачей с учетом изменения температуры при транспортировке от нагревательного устройства на позицию обработки и тепловыделения при обработке давлением с использованием теории теплопроводности.
Ключевые слова: температурное поле, теплопроводность, охлаждение нагретой заготовки.
Рассмотрим расчет температурного поля заготовки с использованием классических теорий теплопроводности [1, 2, 3]. При транспортировке нагретых заготовок от нагревательного устройства на позицию обработки они охлаждаются за счет излучения и конвекции. Для практических расчетов тепловой поток, отводимый от твердой поверхности в окружающую
221
среду, определяется по формуле
где а- коэффициент теплоотдачи; Тд - температура заготовки; Тс - температура окружающей среды; F- площадь поверхности заготовки; t - время.
В то же время происходит переход тепла от более горячей части заготовки к более холодной за счет теплопроводности, определяемой по закону Фурье. Уравнение теплопроводности в цилиндрической системе координат имеет вид
где Т- температура в рассматриваемой точки; a - коэффициент температуропроводности; г - расстояние от оси до рассматриваемой точки.
Количество теплоты, подводимое к поверхности от оси заготовки:
где Xт - коэффициент теплопроводности.
Расчет температурных полей твердого тела в практических целях осуществляется решением уравнения теплопроводности (1) совместно с краевыми условиями. Рассчитаем температурное поле для сплошного цилиндра, радиус основания которого R и высота H=2l (рисисунок). Начальная температура во всех точках цилиндра одинакова и равна То. Начиная с
некоторого момента времени /=0, температура окружающей среды и, следовательно, поверхности цилиндра изменяется по линейному закону
где Ь - скорость охлаждения, b=const.
Требуется найти распределение температуры внутри цилиндра в любой момент времени. Краевая задача для сплошного цилиндра имеет вид
Ґ 2 Л
дТ д 2Т 1 дТ
----= а--------\------
(1)
Тгр = Т 0 + Ьї,
дї
Т (г, z, 0) = То = const Т (г, z, 0, ї )= Т (г, z, ї )= То + Ы
(2)
^ = aV 2Tl dt 1
T1 \t=0 = ф(г ,z , 0) = T0 Til = 0
1 \гр
0 - решение задачи с граничными условиями f (t)= То + bt:
Э0 2/-,
----= aV 0
dt
0,=0 = 0 01 гр = f (t )= T0 + bt
Исходная заготовка
Для вычислений T и 0 воспользуемся известным решением задачи (2) в частном случае, когда Tp = Тс = const [4]:
Т(r, z,0)- T
T0 - Tc
ю ю
S S AnAmJ0 n =1 m =1
M,
R
cos
M
z
m
l
, (3)
где Jои Jl - функции Бесселя первого рода нулевого и первого порядков соответственно; цп - корни функции Бесселя первого рода нулевого порядка, т.е. цп удовлетворяют уравнению Jо (цп )= 0;
An
т ( ) ; Mm (2m l)0 ; Am ( l)
M nJ1vM n) 2
at R 2
m
-1 2
M
m
h R
ki = —; r
Fo-число Фурье. Fo Из уравнения (3) при Tc= 0 имеем
r
го го
Т1 = Т0 X X АпАт10
п=1 т =1
п л ,
cos
|Ы
г
т
I
^ 1Ци +цт7/ I^0
При То = 0 и Тс = 1 из уравнения (3) находим
гого
и (г,0)= 1-Х X АпАт1 0
п =1 т =1
А гЛ А
л
cos
ц
z
т
/
^ I ци +цт 7/ I^0
Для решения уравнения теплопроводности с граничными условиями используем теорему Дюамеля, так как функция окружающей среды / (/ )= Т 0 + Ы и ее производная кусочно-непрерывны при I >0. Следова-
тельно, получим
0(г, z, ^ )= Т0и (г, z, ^)+ | Ьи (г, z, 0)^0 = Т0
0
гого
Т 0 X X АпАт1 0 п=1 т=1
t
+ ЬI
0
t t
1 - X X АпАт10
п =1 т =1
Ц/
л
л
cos
cos
Ц
т
/
е -(ц П +ц т7/ К +
ц
гого
= Т0 + Ы - Т0 X X АпАт10
п=1 т=1
ц
л
т
cos
(2 2,2 )^0
-\Цп + цтк/ Г2
> л
¿0
|Ы
т
/
е (цп +цт7/ К +
ьл
2 t t
+ X X АпАт10
а п=1 т=1
|Ы;
л
cos
|Ы
т
/
,-(ц2+цт^/2 К -1
2 2 7 2
ц п + ц т
Ограничимся при расчете тремя членами. Тогда окончательно получаем решение задачи (2):
ьл
2 3 3
I ц п +ц т ) ^0
Т = Т0 + Ь +-X X АпАт10
а
п =1 т =1
л
cos
ц т
/
-1
2 2 7 2
ц п + ц т
(4)
Осуществим расчет охлаждение нагретой заготовки при передаче в рабочую зону.
Заготовку радиусом л= 0,006 м, нагретую до Т0 = 800 °С передают на рабочую позицию пресса для обработки. Продолжительность от выдачи заготовки из нагревательного устройства до обработки составляет I = 3 с. Длина заготовки Н = 21 = 0,01525 м. Температура окружающей среды Тс = 20 °С. Найдем температурное поле заготовки в момент начала деформации
Ограничимся при расчете в уравнении (5) тремя членами. Примем следующие значения некоторых членов уравнения:
е
е
t
г
г
г
г
/
г
г
г
г
г
г
е
Ь =-3 град/с - скорость охлаждения; а - коэффициент температуропроводности, а = 1,25 • 10 5 м2/с.
Расчет численных значений температуры для различных точек тела осуществлен на ЭВМ. Результаты приведены в табл. 1.
Таблица 1
Температурное поле заготовки в момент начала деформации
42 40 38 36 34 32 30 28
791 791,03 791,08 791,14 791,21 791,29 791,37 791,45 1
791 791,03 791,08 791,14 791,21 791,28 791,36 791,44 3
791 791,03 791,07 791,13 791,20 791,27 791,35 791,42 5
791 791,03 791,07 791,12 791,19 791,26 791,33 791,41 7
791 791,03 791,07 791,12 791,19 791,25 791,32 791,39 9
791 791,03 791,06 791,11 791,17 791,23 791,30 791,38 11
791 791,02 791,06 791,10 791,15 791,21 791,28 791,34 13
На основании проведенных расчетов получено температурное поле для момента начала пластического формоизменения.
Выделение тепла при пластическом формоизменении учитывается определением интенсивности. Для высокоскоростных процессов обработки металлов давлением допускается использование адиабатических условий. При адиабатических условиях пластического течения приращение температуры металла пропорционально накопленной пластической деформации [5,6]:
АТ
а ^ •H • іп c •Р
(5)
где с - удельная теплоемкость металла заготовки; с=691 Дж/(кгград); р - плотность металла; р =7599 кг/м3;
Н - интенсивность скорости деформации в узловой точке, определяемая по формуле
H = -
г
\
Є г - є 9
V
Ґ
+
Л
є 9- є г
V
Ґ
+
з-2
+ _ У гг 2 гг
а ^ - предел текучести; МПа; ?п = А? х п - время процесса к моменту появления текущего приращения температуры, с; п - число пройденных шагов
2
2
Для расчета численных значений приращения температуры была составлена программа на ЭВМ. В результате проведенного расчета получаем значения приращения температуры для узловых точек в пластической области на каждом шаге.
На основании проведенных расчетов температурного поля начала пластического формоизменения и приращения температуры в результате пластического формоизменения определяем температурное поле в зоне
деформации (табл. 2):
Т = Т +
1 пл 1 н т
АТ
2
где Тн - температурное поле начала пластического формоизменения; АТ - приращение температуры в результате пластического формоизменения.
Таблица 2
Температурное поле заготовки в зоне пластической деформации
42 40 38 36 34 32 30 28
791,01 791,039 791,085 791,145 791,215 791,294 791,376 791,459 1
791,01 791,038 791,083 791,141 791,210 791,286 791,366 791,447 3
791,01 791,036 791,079 791,135 791,202 791,275 791,352 791,430 5
791,009 791,035 791,076 791,129 791,193 791,263 791,337 791,413 7
791,008 791,033 791,072 791,123 791,184 791,253 791,324 791,399 9
791,008 791,031 791,067 791,116 791,174 791,239 791,308 791,381 11
791,007 791,027 791,060 791,104 791,156 791,216 791,280 791,348 13
Полученное таким образом температурное поле может быть использовано для уточнения расчета мощности пластической деформации, кинематических и деформационных характеристик.
Список литературы
1. Золотухин Н. М. Нагрев и охлаждение металла. М.: Машиностроение, 1973. 192с.
2. Кутателадзе С. С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. 415с.
3. Ланской Е. Н., Поздеев Б. М. Совершенствование процессов по-лугорячей объемной штамповки: обзор. М.: НИИМаш. 1989. 56с.
4. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967.
539с.
5. Смирнов В. С. Теория обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. 796с.
6. Томленов А. Д. Теория деформирование металлов. М.: Металлургия, 1972. 402с.
G.M. Zuravliov, DaoTienToi
CALCULATION OF THE TEMPERATURE FIELD IN THE PLASTIC DEFORMATION
In this paper, temperature distribution in plastic deformation zone of warm extrusion with expanding process was investigated, with the respect of the change in temperature under transportation from the heating system to the working position and heat emission in metal forming using heat-transfer theory.
Key words: temperature fields, heat-transfer, cooling of heated work piece.
Получено 20.01.12
УДК 539.374:539.52
Г. М. Журавлев, д-р техн. наук, проф., 40-16-74, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Чан Дык Хоан, асп.,(920) 755-79-17, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
РАСЧЕТ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ НА ВЫТЯЖНЫХ ОПЕРАЦИЯХ
Рассмотрен подход к расчету пластической повреждаемости на операции вытяжки. Выведены определяющие соотношения для анализа меры пластической повреждаемости на основе дилатинсии деформируемого материала. Показана методика расчета пластической повреждаемости для операции вытяжки с утонением.
Ключевые слова: расчет пластической повреждаемости, дилатансия деформируемого материала, показатель напряженного состояния.
В теории и технологии обработки металлов давлением широко распространение получили положения механики рассеянной повреждаемости, которые позоволяют довольно точно рассчитывать деформационные характеристики технологических операций и прогнозировать физикомеханические свойства готовых изделий. Определяющие соотношения для меры повреждаемости строятся на оценке явления пластической дилатан-
