Современное производство требует применения совершенных технологий получения изделий высокого качества при широких возможностях механизации и автоматизирования процессов формообразования, благодаря чему достигается высокая производительность труды и низкая себестоимость изделий [1-7].
В этом отношении порошковая металлургия являются наиболее прогрессивным методом получения изделий из предварительно скомпактированных и спеченных металлических порошков. Данный подход позволяет не только существенно увеличить коэффициент использования металла, но и дает возможность широкого применения методов обработки металлов давлением при разработке и оптимизации прогрессивных технологических процессов получения изделий с заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами [8, 9].
Исследуем возможность получения сложных изделий путем двусторонней прошивки сплошной заготовки (рис. 1).
Напряжение деформирования в процессе прошивки устанавливаем из условия равновесия радиальных и тангенциальных напряжений при осадке толстостенной трубы равномерным давлением [10]

.

Решением уравнения будет

.

При  получаем  и , откуда .

Рис. 1. Схема двухсторонней прошивки

Максимальные касательные напряжения под пуансоном , тогда уравнение равновесия

.

Соответственно при условии пластичности

, получим .

Приравняем напряжения по общей границе

,

откуда нормальное напряжение и усилие прошивки

 и .

После деления на площадь под прошивнем  получим среднее напряжение прошивки [11]

.         (1)

Проиллюстрируем данный процесс примером горячей прошивки изделия диаметром  мм и  мм на высоту  мм при диаметре прошиваемой полости  мм.
Материалом принимается композит «железо-медь» с концентрациями  и  при плотности скомпактированной и спеченной заготовки.
Решение производим с применением уравнения равновесия для пористых тел.
По содержанию компонентов устанавливаем константу пористости, определяемую из условия пластичности Губера-Мизеса

,

где  – константа пористости композита, устанавливаемая связью высотных и продольных напряжений и зависящая от материала заготовки, температурных условий и плотности.
Для многокомпонентных систем, константа пористости будет оцениваться концентрацией соответствующих компонентов. Для исследуемых металлических порошков константы пористости [12-15]
железо ();
медь ().
Таким образом, константа пористости многокомпонентной системы

.

Относительное напряжение прошивки одной полости (1)

.

Приравнивая объем и плотность заготовки и изделия , определяем деформацию заготовки при заданной плотности изделия 

,

где , – объем скомпактированной заготовки и объем изделия

 мм³;

Исходя из найденной деформации, начальная высота заготовки

 мм.

Радиальная деформация (4) и диаметр заготовки при свободной осадке [16]

;
 мм.

Напряжение прессования отростка вследствие прошивки устанавливается с использованием метода баланса работ деформации, трения и прошивки. Так, для какой либо одной полости – верхней или нижней [17-20]

 мм³.

С полученными результатами, напряжение осаживания

.

Соответственно суммарное напряжение двухсторонней прошивки

.

Проверка кинематических и силовых расчетов процесса по сплошности осуществляется по методике Колмогорова В.Л. [21, 22]. Совокупность деформации формоизменения заготовки и радиальной деформации, определяют величину деформации сдвига

.

Степень деформации сдвига при разрушении, для отдельных составляющих композита, устанавливается по диаграмме пластичности (рис. 2).

Рис. 2. Диаграмма пластичности при холодной обработке

Оценочным критерием выбора  является показатель жесткости напряженного состояния

.

По диаграмме пластичности  и , тогда общая степень деформации сдвига для композита

,

где n – показатель пористости металлического порошка

 и ,

ρ , K – плотность и концентрация составляющих композита. Согласно уравнению связи плотностей композита «железо-медь» [23]

;
;
.

Полученная плотность металлических порошков с учетом их концентрации устанавливает совокупную плотность композита

.

Степень использования запаса пластичности определяется предельной величиной деформации сдвига, обуславливающей разрушение материала

,

что допускает деформирование заготовки по выбранному режиму без разрушения [24-30].

1. Верхов Е.Ю., Морозов Ю.А. Автоматизация кузнечно-штамповочного производства (Механизмы и устройства): учебное пособие. – М.: МГОУ, 2010. – 104 с.
2. Роберов И.Г., Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Борисов А.В. Технологический режим тиснения прокаткой рельефных поверхностей // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – М.: МИСиС, 2009. – вып. 1. – С. 27-30.
3. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Морозов Ю.А., Борисов А.В. Комбинированная прокатка с одновременным прессованием обжимаемой плиты // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – М.: МИСиС, 2009. – вып. 7. – С. 22-25.
4. Роберов И.Г., Кохан Л.С., Борисов А.В., Морозов Ю.А. Отpаботка технологического pежима пpи пеpиодической пpокатке художественных пpофилей // Технология металлов. – М.: Наука и технологии, 2009. – вып. 8. – С. 15-16.
5. I.G. Roberov, L.S. Kokhan, Yu.A. Morozov and A.V. Borisov. Stamping complex surfaces by rolling // Steel in Translation, 2009, Volume 39, Number 1, Pages 11-14.
6. L.S. Kokhan, I.G. Roberov, Yu.A. Morozov and A.V. Borisov. Rolling with simultaneous pressing of the reduced plate // Steel in Translation, 2009, Volume 39, Number 7, Pages 533-536.
7. Роберов И.Г., Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Борисов А.В. Технологические pежимы тиснения выпуклых треугольных и трапецеидальных пpофилей // Технология металлов. – М.: Наука и технологии, 2010. – вып. 1. – С. 7-9.
8. Морозов Ю.А., Верхов Е.Ю., Шульгин А.В. Моделирование процессов и объектов в металлургии: учебное пособие. – М.: МГОУ, 2010. – 121 с.
9. Морозов Ю.А., Верхов Е.Ю. Компьютерное моделирование: учебное пособие. – М.: МГОУ, 2011. – 81 с.
10. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. – M.: Машиностроение, 1977. – 423 с.
11. Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Шульгин А.В. Создание композитных изделий на основе комбинированного процесса прошивки-прессования // Современные материалы, техника и технологии: научно-практический журнал / Сборник научных трудов 5-й Международной научно-технической конференции “Перспективное развитие науки, техники и технологий” 19-20 октября 2015 года. – Курск: ЮЗГУ, 2015. – С. 68-73.
12. Лукашкин Н.Д., Кохан Л.С., Роберов И.Г. Теория обработки давлением скомпактированных спеченных металлических порошков. – М.: МГВМИ, 2005. – 312 с.
13. Кохан Л.С., Пунин В.И., Шульгин А.В., Морозов Ю.А. Производство гнутых слоистых коррозионно-стойких профилей // Заготовительные производства в машиностроении. – М.: Машиностроение, 2014. – №2. – С. 35-40.
14. Кохан Л.С., Шульгин А.В., Морозов Ю.А., Котомов Д.А. Основные физико-механические свойства скомпактированного материала на основе металлических порошков // Современные инновации в науке и технике. Сборник научных трудов 4-ой Международной научно-практической конференции 17 апреля 2014 года. В 4-х томах, Том 2. – Курск: ЮЗГУ, 2014. – С. 287-290.
15. Кохан Л.С., Шульгин А.В., Морозов Ю.А., Белелюбский Б.Ф., Морозова Е.В. Исследование процесса осадки-прессования полого профиля из композиционного материала на основе металлических порошков // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: обзорно-аналитический и научно-технический журнал. – М.: РУДН, 2015. – вып. 4. – С. 68-70.
16. Кохан Л.С., Алдунин А.В., Шульгин А.В., Белелюбский Б.Ф., Морозов Ю.А. Прессование слоистых кольцевых изделий из композиционного материала на основе порошков железо-медь-хром // Технология металлов. 2013. № 11. С. 21-25.
17. Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Шульгин А.В. Прессование профилей ступенчатого типа из порошковых материалов // Актуальные вопросы науки, технологии и производства: I Международная научно-практическая конференция (26-27 сентября2014 г). – Санкт-Петербург: Международный союз ученых “Наука. Технологии. Производство”, 2014. – С. 55-58.
18. Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Шульгин А.В., Чернобаев А.В. Двустороннее прессование сплошных отростков из композитных заготовок // Новые технологии и проблемы технических наук / Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции (6 ноября2014 г.). – Красноярск: Инновационный центр развития образования и науки, 2014. – С. 26-30.
19. Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Шульгин А.В. Комбинированный процесс закрытого двухстороннего прессования // Новые технологии и проблемы технических наук. Выпуск II / Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции (10 ноября2015 г.). – Красноярск: Инновационный центр развития образования и науки, 2015. – С. 46-50.
20. Потехина Е.А., Крутина Е.В. Комбинированный процесс прямого и обратного прессования изделий с цилиндрическими сплошным и полым отростком // актуальные проблемы технических наук в России и за рубежом: Сборник статей Международной научно-практической конференции. г. Уфа, Республика Башкортостан, 2014. – С. 53-56.
21. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. – М.: Металлургия, 1986. – 688 с.
22. Кохан Л.С., Алдунин А.В., Шульгин А.В., Морозов Ю.А., Крутина Е.В., Хламкова С.С. Свободная осадка прямоугольных заготовок из композиционных материалов // Технология металлов. – М.: Наука и технологии, 2015. – вып. 9. – С. 9-13.
23. Кохан Л.С., Роберов И.Г., Линчевский Б.Ф., Шульгин А.В., Морозов Ю.А. Исследование обратного прессования заготовок из композиционных материалов на основе металлических порошков железо-медь // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – М.: МИСиС, 2008. – вып. 1. – С. 47-48.
24. Верхов Е.Ю., Морозов Ю.А. Анализ и разработка технологии изготовления гнутых толстолистовых деталей // Вестник московского государственного открытого университета. Москва. Техника и Технология. – М.: МГОУ. – №4 (6) октябрь-декабрь, 2011. – С. 14-19.
25. Кохан Л.С., Морозов Ю.А. Интенсификация процессов прокатки // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: обзорно-аналитический и научно-технический журнал. – М.: РУДН, 2013. – вып. 1. – С. 15-18.
26. Кохан Л.С., Морозов Ю.А. Устойчивость профилей при сортовой продольной прокатке // Перспективное развитие науки, техники и технологии. Материалы III-й Международной научно-практической конференции 18 октября 2013 года. В 3 томах, Том 2. – Курск: ЮЗГУ, 2013. – С. 173-176.
27. Кохан Л.С., Морозов Ю.А. Модель перемещения металла в калибрах ромбической системы // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: обзорно-аналитический и научно-технический журнал. – М.: РУДН, 2015. – вып. 1. – С. 25-28.
28. Верхов Е.Ю., Морозов Ю.А., Фролов А.А. Прижим вытяжного штампа для качественного получения сложных листовых деталей // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: обзорно-аналитический и научно-технический журнал. – М.: РУДН, 2015. – вып. 2. – С. 11-17.
29. Кохан Л.С., Морозов Ю.А., Шульгин А.В., Хламкова С.С., Славгородская Ю.Б. Выбор натяжения при тонколистовой холодной прокатке композиционных материалов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений: обзорно-аналитический и научно-технический журнал. – М.: РУДН, 2015. – вып. 3. – С. 17-22.
30. Морозов Ю.А., Верхов Е.Ю., Фролов А.А. Напряженное состояние материала в условиях неравномерных деформаций листовой штамповки // Современные автомобильные материалы и технологии (САМИТ-2015): сборник статей VII Международной научно-технической конференции (27 ноября2015 г.). – Курск: ЮЗГУ, 2015. – С. 133-142.

Все статьи автора «akafest»