Прессование и обработка пластиковых материалов Математические модели процессов деформирования и теплообмена при СВС-прессовании

Математические модели процессов деформирования и теплообмена при СВС-прессовании

 

Схема горячего прессования порошковых материалов в жесткой матрице с передачей давления через сыпучие или пористые среды, которая используется для получения компактных СВС-материалов, получила название квазиизостатического прессования. Несмотря на высокий современный уровень методов решения технологических задач обработки давлением порошковых материалов, теоретические работы по исследованию закономерностей деформирования при квазиизостатическом и СВС-прессовании ограничиваются простейшими моделями и методами решений.

В работе методом среднеквадратичных напряжений и скоростей деформаций получено кинетическое уравнение уплотнения при квазиизостатическом прессовании пористой нелинейно-вязкой заготовки. При выводе уравнения принималось допущение об однородном напряженно-деформированном состоянии заготовки и оболочки. Размеры оболочки считались бесконечными, и ее влияние учитывалось через коэффициент неизостатичности, представляющий собой отношение бокового давления к осевому давлению на заготовке. При таких допущениях фактически получено уравнение уплотнения нелинейно-вязкого тела при его однородном деформировании для различных схем напряженного состояния. Это уравнение было использовано в работах для анализа влияния размеров оболочки на закономерности уплотнения и формоизменения при квазиизостатическом прессовании. Оболочка считалась пористым линейно- вязким телом. Внешнее трение оболочки не учитывалось. Поле скоростей задавалось из условия однородности напряженного состояния и плотности по объему заготовки и оболочки. Построенная модель позволила получить лишь качественные оценки закономерностей уплотнения и изменения радиальных размеров заготовки.

В известных работах для исследования процесса деформирования при СВС-прессовании рассматривались простейшие модели – одноосное прессование в жесткой матрице пористого материала без учета оболочки и внешнего трения. При этом принималось допущение об однородном характере процесса деформирования и уплотнения заготовки. Естественно, что известные модели процесса СВС-прессования не в состоянии описать закономерности уплотнения и формообразования заготовки при ее деформировании совместно с оболочкой. Одной из причин использования только простейших моделей связано с полным отсутствием исследований механических свойств материалов сыпучей оболочки.

В работах на основе механики гетерогенных сред построена математическая модель макроструктурных изменений, в том числе и уплотнения, при СВС в пресс-формах под действием постоянной нагрузки. Однако и в этих работах рассматривались синтез и деформирование в теплоизолированной абсолютно гладкой пресс-форме без оболочки. Кроме того, модель не позволяет учесть главные факторы процесса: кинематические граничные условия, внешнее трение, форму заготовки, охлаждение продуктов СВС и т.д.

В традиционных технологиях порошковой металлургии горячее прессование инертных порошков осуществляется в изотермических условиях с внешним подогревом. При СВС-прессовании заготовка саморазогревается за счет тепла химических реакций, и затем на всех стадиях технологического цикла происходит непрерывное охлаждение продуктов синтеза. В этой связи принципиальную важность приобретают вопросы количественной оценки температурного режима, который, в первую очередь, определяет способность продуктов синтеза к пластическому деформированию и уплотнению.

В работе для оценки температурного поля в продуктах синтеза использовано решение одномерной задачи об охлаждении изохронно и равномерно нагретого бесконечного слоя, помещенного в неограниченную среду с граничными условиями IV рода. Реальный объект имеет конечные размеры, и для него характерен трехмерный теплообмен. Кроме того, подобная схематизация не учитывает подвижность фронта горения и неизохронность разогрева отдельных объемов продуктов синтеза.

 


Рейтинг@Mail.ru

Яндекс.Метрика