Спусканюк В.З. (кафедра ОМД), Янчев А.И. (ДонФТИ),

Манжура Г.В. (кафедра ОМД)

Одним из наиболее перспективных методов получения биметаллических прутков и профилей является прессование. Однако, несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные исследования процессов прессования биметаллических заготовок, до настоящего времени актуальной остается задача разработки простых и надежных математических моделей процесса, описывающих условия пропорционального истечения компонентов, изменение соотношения площадей поперечного сечения слоев в заготовке и прессизделии. Особенно это актуально для процессов прессования биметаллов с более прочным наружным слоем. Как известно, соотношение толщин оболочки и сердечника в прессизделии зависит от многих факторов, в основном от соотношения площадей поперечного сечения компонентов в исходном состоянии и соотношения прочностных свойств их материалов.

В данной работе прогнозирование изменения соотношения площадей поперечного сечения компонентов при гидропрессовании биметаллических заготовок проводится на основе результатов рассмотрения крайних случаев, а именно, гидропрессования биметаллической заготовки с одинаковыми прочностными свойствами компонентов и полой заготовки, у которой напряжение пластического течения условного материала сердечника s _с=0. Результаты прогнозирования проверялись при гидропрессовании биметаллических заготовок с медной оболочкой и алюминиевым сердечником.

Известно, что если напряжение пластического течения материала оболочки s _s равно напряжению течения сердечника s _с, то пластическая деформация заготовки при гидропрессовании происходит подобно монометаллической, относительные доли площадей поперечного сечения сердечника и оболочки не изменяются, т.е.

где – относительные величины площадей поперечного сечения сердечника до и после деформации соответственно;

- то же, для оболочки;

– внутренний и наружный диаметры оболочки в исходном состоянии.

При одинаковых условиях гидропрессования коэффициент вытяжки полой заготовки R₀, как известно, меньше, чем сплошного прутка R_п. Величина R₀ зависит от толстостенности исходной заготовки, степени деформации и угла воронки матрицы. Так, при гидропрессовании стальных полых заготовок через матрицы с углами воронки 2a =8..40° получена зависимость:

где - коэффициенты вытяжки полой заготовки и сплошного прутка соответственно;

– экспериментально установленный коэффициент пропорциональности.

Если рассматривать процесс гидропрессования полой заготовки как частный случай гидропрессования двухкомпонентной заготовки, состоящей из оболочки и сердечника, материал которого имеет s _с=0, то выражение (2) можно записать в виде:

, (3)

где – коэффициент вытяжки оболочки двухкомпонентной заготовки;

– в данном случае доля (в исходном состоянии) площади поперечного сечения полости от площади поперечного сечения сплошной заготовки диаметром D₀.

После гидропрессования относительная величина площади поперечного сечения полости равна:

, (4)

где - внутренний и наружный диаметры деформированной оболочки, или

. (5)

Так как D₁²=D₀²/R_п, то

. (6)

Полученные соотношения (3) и (6) можно, очевидно, использовать и для случая гидропрессования биметаллических заготовок в виде:

, (7)

где - коэффициент вытяжки биметаллической заготовки, который бы достигался при σ_с=σ_s;

- коэффициент пропорциональности для биметаллической заготовки.

В первом приближении принимается линейная зависимость этого коэффициента от соотношения напряжений пластического течения материалов сердечника и оболочки в виде:

. (8)

Упрочнение материалов можно учесть, используя аппроксимирующую функцию вида .

Для проверки предложенного расчётного соотношения проведена серия экспериментов по гидропрессованию заготовок с медной оболочкой и алюминиевым сердечником.

Эксперимент проводился на установке высокого давления вертикального типа, смонтированной на гидравлическом прессе усилием 0,98МН. Рабочий диаметр контейнера 26 мм. Угол конусности входной воронки 2a =20° , диаметр калибрующего пояска 15 мм, высота пояска - 6 мм. В качестве рабочей жидкости использовалось масло индустриальное И-30. Поверхность сборных биметаллических заготовок омыливалась.

Экспериментальные и расчётные данные приведены в таблице.

Таблица - Экспериментальные и расчетные данные

Номер образца	Do, мм	do, мм	Dк, мм	dк, мм	Кси	Кск.эксп	Кск.расч
1	24	22	15,46	14,21	0,8403	0,845	0,736
2	24	17	14,98	8,82	0,502	0,347	0,327
3	24	9	15,44	2,87	0,141	0,035	0,065

В расчетах использованы функции кривых упрочнения, полученные аппроксимацией экспериментальных значений:

s _с=38+112e ^0,2 - для алюминия;

s _s=80+245e ^0,1 – для меди.

В первом приближении для материалов биметаллической заготовки можно принять, что e =lnR_п.

Результаты экспериментов и расчетов представлены на рисунке.

Рисунок – Зависимость К_си от К_ск при гидропрессовании Cu-Al заготовок (R_п=2,56)

На рисунке сплошная кривая получена по выведенным зависимостям, пунктирная прямая характеризует пропорциональное течение, а точки отображают результаты эксперимента. Проверка адекватности модели производилась с помощью критерия Фишера. Проверка показала, что модель адекватна при К_ск0,7.

При гидропрессовании биметаллической заготовки, у которой σ_с существенно меньше σ_s , частный коэффициент вытяжки оболочки R_s меньше уровня R_п , который бы достигался при σ_с= σ_s . Другими словами, в деформированной заготовке только часть материала сердечника находится в оболочке на длине, определяемой частным коэффициентом вытяжки оболочки R_s , что и наблюдалось в эксперименте. Этот вывод соответствует известным представлениям о влиянии свойств деформируемых материалов на характер течения компонентов биметаллической заготовки.