Моделирование выполнено с использованием метода конечных элементов, при следующих условиях:
марка исследуемого сплава- свинцовистая латунь CuZn40Pb2;
диаметр заготовки- 185мм;
длинна заготовки- 300 мм;
температура заготовки- 7000С;
диаметр прессованного прутка -30мм;
величина прессостатка- 25мм
скорость прессования - 50 мм/с.
Следует отметить, что моделирование выполнено для "идеального изотермического прессования" т.е. температура заготовки остается постоянной на всем этапе прессования и не увеличивается в процессе деформационного разогрева. Данное допущение было ведено для облегчения создания модели на первом этапе ее разработки.
Моделирование процесса прессования в зависимости от изменения силовых деформационных условий было условно разделено на три характерные стадии. Первая начальная стадия процесса, в течении которой происходит распрессовка заготовки в контейнере и заполнение прессуемым металлом канала матрицы. При этом сила прессования повышается от 0 до максимального значения Рmax=7,3 МН (рисунок).
Вторая основная стадия процесса, характеризуемая установившимся течением металла, при которой уменьшается длина слитка, а соответственно и сила прессования (уменьшается поверхность контакта заготовки с контейнером). В конце второй стадии сила достигает минимального значения и равна Рmin=3,46МН.
Третья, заключительная стадия, во время которой установившееся течение металла нарушается и процесс прессования заканчивается. На этой стадии имеет место некоторый рост силы прессования вследствие роста боковых подпирающих напряжений. В конце третьей стадии сила прессования составила 3,94 МН.
Изменение напряженного и деформированного состояния в начальной стадии процесса.
Величина эквивалентных напряжений увеличивается от периферии заготовки к ее центру и в направлении от прессшайбы к матрице.
Максимальные значения напряжений наблюдаются в области перед входом металла в канал матрицы и составляют ~37 МПа.
Вблизи матрицы и прессшайбы наблюдается наличие упругих или иначе говоря "мертвых" зон, в которой напряжения минимальны и составляют 3-8 МПа. Металл в этих зонах на рассматриваемой стадии в истечении не участвует и образует объемы металла которые почти не деформируются. Упругая зона у матрицы образуется в следствии того, что скольжение металла по границе этой зоны требует меньших затрат энергии , чем если бы металл до контакта с матрицей двигался в направлении движения пресс- штемпеля. Наличие упругой зоны возле пресс - штемпеля объясняется тем, что металл находиться в наибольшем удалении от канала матрицы и начинает деформироваться только в начале третьей стадии.
Изменение напряженного и деформированного состояния на второй стадии процесса.
Распределение эквивалентных напряжений в объеме металла происходит также как и на первой стадии прессования т.е. максимальный уровень напряжений наблюдаются в области пред входом металла в канал матрицы в начале стадии и постепенно уменьшаются к ее концу. Средний уровень значений эквивалентных напряжений в близи канала матрицы в конце второй стадии составляет~18МПа.
Величина эквивалентных деформаций увеличивается от периферии заготовки к ее центру и в направлении от пресс - штемпеля к каналу матрицы. Максимальный уровень эквивалентной деформации наблюдается в канале матрицы. Его средний уровень в конце второй стадии составляет~6,25 мм/мм
Изменение напряженного и деформированного состояния на третьей стадии процесса.
Начало третьей стадии совпадает с моментом входа прессшайбы в пластическую зону деформации у матрицы. При этом начинается деформация "мертвых зон" расположенных около прессшайбы. В результате этого происходит рост сжимающих напряжений. Средний уровень значений эквивалентных напряжений вблизи канала матрицы в конце третьей стадии составляет 19,6 МПа
Значение эквивалентных напряжений в конце третьей стадии достигают своего максимального значения 7,85 мм/мм.
Следует отметить, что передний конец прутка, длиной около 100 мм является мало деформированным. Это связано с тем, что интенсивность деформации в начале процесса крайне мала. По мере уменьшения длины слитка величина эквивалентных деформаций непрерывно растет. В результате величина эквивалентных деформаций min= 2,5мм/мм - передний конец прутка, max=7,85мм/мм - задний конец деформируемого прутка.
Как известно из практики характерной особенностью прессования свинцовистых латуней является появление прессутяжины в конце третьего этапа. Основной причиной ее образования является увеличение скорости течения металла от периферии к оси, вызванное охлаждением слитка более холодными стенками контейнера. В связи с тем, что данная модель не учитывает изменение температуры прессутяжина не образовалась.
Полученные значения силы прессования оказались меньше соответствующих сил, получаемых в условиях ОАО "АЗОЦМ" на прессе силой 20 МН. Вместе с тем, характер изменения силы пресса на разных стадиях процесса соответствует действительности.Следующим этапом исследования будет построение и реализация математической модели процесса горячего прессования с рубашкой прутков из свинцовистой латуни с учетом теплообмена заготовки сокружающей средой (при переносе ее от печи к прессу) и с учетом теплообмена заготовки с инструментомпресса.
1. Технология обработки давлением цветных металлов и сплавов / А.В. Зиновьев, А.И. Колпашников, П.И. Полухин и др. - М.: Металлургия, 1992. - 512 с.
2. Полухин В.П., Г.В. Ашихмин. Медь. Латунь. Бронза. - М.: ОАО "Институт Цветметобработка", 2006. - 584 с.
3. Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. - М.: Машиностроение, 2004. - 336 с.
4. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Металлургия, 1983. - 360 с.
5. Тихонов Б.С. Тяжелые цветные металлы и сплавы: Справочник. - М.: Цветметинформация, 1999. - 416 с.
6. Конструкционные материалы: Справочник / Б.Н. Арзамасов, В.А. Брострем, Н.А. Буше и др. - М.: Машиностроение, 1990. - 687 с.
7. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. - М.: Металлургиздат, 1960. - Т.2. - 416 с.
8. Обработка цветных металлов и сплавов давлением / К.Н. Богоявленский, В.В. Жолобов, А.Д. Ландихов, Н.Н. Постников. - М.: Металлургия, 1973. - 472 с.
9. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. - М.: Машиностроение, 1979. - 215 с.
