УДК 621.762.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ДВУСТОРОННЕЙ ПРОШИВКИ КОМПОЗИТНЫХ ЗАГОТОВОК

Кохан Лев Соломонович1, Белелюбский Борис Феликсович2, Шульгин Александр Васильевич3
1Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), доктор технических наук, профессор кафедры «Машины и технологии обработки металлов давлением им. И.А. Норицына»
2Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технологии обработки металлов давлением им. И.А. Норицына»
3Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), кандидат технических наук, доцент кафедры «Машины и технологии обработки металлов давлением им. И.А. Норицына»

Аннотация
Приводятся исследования двухсторонней прошивки сплошной заготовки из композиционного материала на основе металлических порошков «железо-медь». Определяются силовые параметры процесса и оценивается возможность деформации с использованием запаса ресурса пластичности.

Ключевые слова: композиционные материалы, металлические порошки, осадка, относительная плотность, сопротив-ление пластической деформации


STUDY WAY FIRMWARE COMPOSITE BLANKS

Kohan Lev Solomonovich1, Belelyubsky Boris Feliksovich2, Shul'gin Aleksandr Vasil'evich3
1Moscow State Technical University MAMI, Doctor of Engineering, professor, Department of Machines and technology of pressure metal treatment. I.A. Naritsyn
2Moscow State Technical University MAMI, candidate of Engineering Science, associate Professor, Department of Machines and technology of pressure metal treatment. I.A. Naritsyn
3Moscow State Technical University MAMI, candidate of Engineering Science, associate Professor, Department of Machines and technology of pressure metal treatment. I.A. Naritsyn

Abstract
Researches duplex piercing solid billet of a composite material based on metal powders "iron-copper". Determined by the force of the process parameters and evaluates the possibility of using the deformation plasticity resource stock.

Keywords: composites, metal powders, relative density, resistance to plastic deformation, sediment


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Кохан Л.С., Белелюбский Б.Ф., Шульгин А.В. Исследование двусторонней прошивки композитных заготовок // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 12 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/12/61595 (дата обращения: 20.11.2016).

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].


Библиографический список
  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»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация