Obrabotka Metallov 2014 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (63) 2014 33 ТЕХНОЛОГИЯ В рамках данного исследования осадке под- вергали образцы перфорированных пластин со степенью пористости 0,25 (эквивалентной плот- ностью 75 % от плотности материала матрицы – пластопарафина) толщиной 10,5 мм и размерами 140×70 мм с диаметром отверстий перфорации 4 и 8 мм. Деформирующее усилие приложено с меньшего торца. Перемещение инструмента равномерное, со скоростями в пределах от 0,5 до 5 мм/с. 2. Результаты исследований Данные эксперименты направлены на мо- делирование процесса изготовления металло- изделий из пенометаллов и порошков. При ха- рактерных температурах прессования порошков (свыше 0,5 от температуры плавления металла) материал основы проявляет выраженные пла- стические свойства. При этом дисперсная среда в целом подвержена необратимым пластическим изменениям объема. Сам материал основы при расчетах традиционно принимается пластиче- ски несжимаемым (пластическое изменение объема происходит только за счет закрытия и пе- рераспределения пор в объеме штамповки). Эти же свойства проявляет и выбранный для модели- рования перфорированный пластопарафин, что позволяет перенести выявленные в ходе физиче- ского моделирования качественные особенности формирования и эволюции фронта уплотнения на порошковые металлы; при этом качественная картина кривой усилия деформирования также должна проявлять подобие. Здесь и далее под фронтом уплотнения пони- мается нестационарная линия полного закрытия пор, ограничивающая вместе с линией контакта и жесткими границами матрицы объем матери- ала с единичной относительной плотностью. Распространение этого фронта в формируемом изделии является одной из наиболее важных ха- рактеристик процесса прессования пенометал- лов и порошковых металлов, так как создание в изготавливаемой детали полностью уплотненно- го поверхностного слоя определенной толщины является необходимым условием ее дальнейшей эксплуатации. Толщина этого слоя определяет величину предельно допустимой нагрузки на деталь, ее жесткость; с другой стороны, равно- мерность толщины этого слоя по поверхности детали также сказывается на ее эксплуатацион- ных качествах, особенно в случае быстродвижу- щихся деталей машин и механизмов. Процесс деформирования образцов на экс- периментальном стенде фиксировался посред- ством видеосъемки. Результаты по эволюции фронта уплотнения получены посредством по- кадровой обработки видеоматериалов средства- ми компьютерной инженерной графики. На рис. 2 приведены кривые, характеризующие эволюцию усилия деформирования с ростом степени деформации образца при различных скоростях инструмента и характере контакта на границах «матрица – материал» (наличие или от- сутствие смазки на контактных поверхностях). Данные на графиках – усредненные результаты серии экспериментов. Максимальное отклоне- ние нагрузки – в пределах 5 % от среднего зна- чения по серии. Видно, что при одной и той же степени по- ристости физический размер пор не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на усилие де- формирования (по крайней мере, в диапазонах параметров процесса, охваченных в эксперимен- те). Это позволяет заключить, что с точки зрения энергосиловых характеристик деформирования дисперсная среда может быть описана всего од- ним параметром – относительной плотностью. Отметим, что усилие деформации независимо от наличия или отсутствия смазки на контактных поверхностях существенно зависит от скорости деформирования, что связано с проявлениями вязкостных свойств материала основы (влияние вязкости будет также существенно для цветных порошковых металлов). 3. Обсуждение результатов Положения кривой фронта уплотнения опре- деляются как перемещениями пор в материале, так и величинами полуосей эллиптических пор и углами их поворотов относительно начального положения в текущий момент времени, при этом углы поворота эллипсов как раз характеризуют кривизну поверхности уплотнения. Положения фронта уплотнения (безразмерные величины, приведенные в долях текущей высоты образца), восстановленные по результатам постобработки изображений, показаны на рис. 3 для образцов, деформированных без смазки. По оси абсцисс –