Прессование и обработка пластиковых материалов Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном

Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном

 

В подразд. 7.3.1 было показано, что куполообразная форма заготовок, полученных по схеме радиального СВС-прессования круглых цилиндров, обусловлена образованием в оболочке двух характерных зон: высокоплотной боковой зоны и рыхлой центральной зоны. Результаты расчетов и экспериментов свидетельствуют, что при увеличении начальной высоты оболочки степень уплотнения боковой зоны уменьшается, напряженно-деформированное состояние оболочки становится более однородным и размерная точность спрессованной заготовки повышается. Однако простое увеличение вертикальных размеров оболочки является малоэффективным – плотность боковой зоны уменьшается всего на 5%, а плотность центральной зоны практически не изменяется (см. рис. 7.12). Более широкие возможности по регулированию напряженно-деформированного состояния оболочки имеет схема радиального СВС-прессования круглых цилиндров ступенчатым пуансоном (рис. 7.18).

 

Подпись:
Р и с. 7.18. Схема радиального СВС-прессования круглых цилиндров      ступенчатым      пуансоном
Использование ступенчатого пуансона позволяет при постоянной высоте центральной зоны hоб изменять высоту боковой зоны оболочки hб. В рамках гипотезы плоских сечений процесс уплотнения определяется величиной осевой скорости деформации еу, которая для боковой зоны на основании соотношений (7.6) и (7.8) будет равна

 

                                           Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном.                                        (7.9)

 

При увеличении высоты hб уменьшается как скорость осевой деформации еу, так и степень уплотнения боковой зоны оболочки. Варьирование скорости осевой деформации и уплотнения в боковой зоне достаточно просто осуществляется путем изменения высоты ступени на пуансоне hст (см. рис. 7.18).

 

В режиме вычислительного эксперимента было выполнено исследование влияния технологических параметров hоб и hст на закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном. В расчетах при постоянном значении hоб варьировалась величина hст. Рассматривались два значения начальной высоты оболочки hоб: 10 мм и 15 мм; высота ступени hст варьировалась в пределах от 5 до 25 мм с шагом 5 мм. Результаты расчета формы спрессованной заготовки приведены на рис. 7.19.

Анализ результатов расчета показывает, что форма спрессованной заготовки зависит от величины hст. При малых и средних значениях hст (до 15 мм) верхняя поверхность заготовки имеет куполообразную форму. С увеличением hст свыше 15 мм на деформируемой поверхности образуется впадина, и эта поверхность приобретает волнообразную форму. По сравнению с радиальным прессованием круглых цилиндров плоским пуансоном прессование ступенчатым пуансоном позволяет при одинаковой начальной высоте оболочки hоб существенно уменьшить высоту купола hк. Если в первом случае за счет варьирования hоб не удается получить величину hк меньше, чем ~ 6,2 мм, то во втором случае за счет изменения двух технологических размеров hоб и hст максимальная высота купола уменьшается до hк = 2 - 3 мм.

Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном

а

Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном

б

Р и с. 7.19. Форма сечения заготовки при радиальном СВС-прессовании ступенчатым пуансоном при hоб = 10 мм (а) и hоб = 15 мм (б):

1 – hст = 5 мм; 2 – hст = 10 мм; 3 – hст = 15 мм; 4 – hст = 20 мм; 5 – hст = 25 мм

 

Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании обусловлены напряженно-деформированным состоянием песчаной оболочки, так как материал заготовки (сплав TiB-40% Ti) при рассматриваемой температуре не оказывает сопротивления деформации. Деформирующие и формообразующие свойства песчаной оболочки в первую очередь зависят от величины и распределения плотности в ее характерных зонах – центральной и боковой. На рис. 7.20 приведены результаты теоретического исследования влияния высоты ступени на пуансоне hст на величину средней относительной плотности в центральной r2ц и боковой r2ц зонах спрессованной оболочки. Для обоих вариантов начальной высоты оболочки hоб увеличение высоты ступени hст приводит к уменьшению осевой скорости пластической деформации еу, скорости уплотнения и средней плотности в боковой зоне спрессованной оболочки. За счет снижения плотности и прочности боковой зоны происходит более интенсивная деформация и уплотнение центральной зоны оболочки (см. рис. 7.20, кривая 1) и расположенных под ней продуктов синтеза. В результате уменьшается выпуклость верхней поверхности и повышается размерная точность заготовки.

Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансономЗакономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном

а                                                                       б

Р и с. 7.20. Влияние высоты ступени на пуансоне hст на среднюю относительную плотность центральной r2ц (1) и боковой r2б (2)

зон спрессованной оболочки:

а – hоб = 10 мм; б – hоб = 15 мм

 

Из анализа результатов расчета следует, что несколько комбинаций технологических размеров hоб и hст обеспечивают приблизительно одинаковую высоту профиля, выступающего над диаметральным сечением заготовки с у = 0. При начальной высоте оболочки hоб = 10 мм примерно равноценными являются варианты с hст = 20 и 25 мм; при hоб = 15 мм – варианты с hст = 15, 20 и 25 мм. Оптимальным был признан вариант с hоб = hст = 15 мм, так как в этом случае отсутствует впадина на верхней поверхности заготовки.

Экспериментальная проверка математической модели процесса радиального СВС-прессования круглого цилиндра ступенчатым пуансоном была проведена для технологического варианта с hоб = 15мм и hст = 10 мм. Расчетная форма сечения хорошо соответствует форме сечения заготовки, полученной в эксперименте (рис. 7.21).

Наряду с геометрической и размерной точностью качество спрессованной заготовки определяется уровнем плотности центральной зоны заготовки, в которой выполняется профиль сопла. На рис. 7.22 показана расчетная область беспористого материала заготовки с r = 1. Видно, что центральная зона, в которой выполняется профиль сопла, является беспористой. Причем объем беспористого материала в заготовке, полученной радиальным прессованием круглого цилиндра ступенчатым пуансоном, намного больше, чем полученной прессованием сегментного цилиндра плоским пуансоном (см. рис. 7.16 и 7.21).

 

Закономерности формообразования при радиальном СВС-прессовании круглых цилиндров ступенчатым пуансоном


Рейтинг@Mail.ru

Яндекс.Метрика