Исследование влияния сдвиговых деформаций на структуру и механические характеристики пресс-изделий
Изучение влияния сдвиговых деформаций на механические свойства пресс-изделия из алюминиевого сплава. Разработка технологического процесса прессования профиля круглого сечения, позволяющего получать изделия с требуемыми эксплуатационными характеристиками.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.10.2018 |
| Размер файла | 771,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование влияния сдвиговых деформаций на структуру и механические характеристики пресс-изделий
Еремеев В.В., Евсеев П.С., Еремеев Н.В.
Аннотация
УДК: 669.02.09
Исследование влияния сдвиговых деформаций на структуру и механические характеристики пресс-изделий
Еремеев В.В.1, к.т.н.; Евсеев П.С.1, к.т.н.; Еремеев Н.В.1, к.т.н.
labomd@mail.ru; pavel338@yandex.ru; dragondrugs@gmail.com.
1 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)".
Исследовалось влияние сдвиговых деформаций на механические свойства и структуру пресс-изделия из алюминиевого сплава. На основании теоретических и экспериментальных данных разработан технологический процесс прессования цельного профиля круглого сечения, основанный на использовании дополнительных сдвиговых деформаций, позволяющих получать изделия с требуемыми эксплуатационными характеристиками.
Ключевые слова: алюминиевый сплав, пресс-изделие, сдвиговая деформация, мелкозеренная структура, коническая матрица, винтовая матрица.
Abstract
Eremeev Vladimir Victorovich; Evseev Pavel Sergeevich; Eremeev Nikolay Vladimirovich.
Influence of shift deformations on mechanical properties and structure of a press product from an aluminum alloy was investigated. On the basis of theoretical and experimental data the technological process of pressing of an integral profile of round section based on use of the additional shift deformations allowing to receive products with the required operational characteristics is developed.
Keywords: aluminum alloy, press product, shift deformation, fine grain structure, cone matrix, screw matrix.
Введение
Применяемые в настоящее время традиционные алюминиевые сплавы почти полностью исчерпали свой ресурс и не способны удовлетворять требованиям, предъявляемым при производстве новых образцов техники. Возможности современной металлургической промышленности позволяют значительно расширить границы использования алюминия, создавая на его основе сплавы с повышенными характеристиками прочности, жаропрочности, сопротивляемости усталостным напряжениям и т.п. В то же время, следует учитывать, что повышение уровня свойств алюминиевых сплавов только за счет их простого легирования и термической обработки довольно ограничено. Поэтому дальнейшее улучшение свойств алюминиевых сплавов связано с разработкой новых методов, обеспечивающих модифицирование их зеренной структуры.
Одним из известных условий модифицирования структуры металлических материалов является их интенсивная пластическая деформация, приводящая к измельчению зеренной структуры сплавов до размеров в нанометрическом диапазоне.
Механизм деформирования с использованием сжимающего гидростатического давления и деформаций сдвига позволяет активизировать процессы, протекающие в твердой фазе. Сдвиговые деформации благоприятно влияют и на снижение анизотропии свойств обрабатываемого материала. Это объясняет тенденцию к широкому использованию деформаций сдвига в различных процессах обработки металлов давлением [1, 2]. Один из способов, в котором относительно несложно реализовать данный механизм деформации, является прессование. При прессовании возможно создать такие условия, при которых, возникающее в заготовке деформированное состояние будет приближаться к состоянию "чистый сдвиг". Это позволит существенно повысить комплекс механических характеристик прессуемого материала.
Материалы и методы
В отечественной и зарубежной практике насчитывается немалое количество технологических процессов с применением сдвиговых деформаций [3-8]. В тоже время, подобные технологии не получили столь широкого применения в связи с их значительной сложностью и трудоемкостью в исполнении, а также необходимостью использования специализированного оборудования и оснастки.
Отличительным достоинством разработанного технологического процесса прессования [9] является возможность управления сдвиговыми деформациями в прессуемом материале и гарантированное получение пресс-изделий с необходимой структурой и свойствами. Существенным преимуществом нового технологического процесса является возможность его реализации на традиционном прессовом оборудовании.
Создание сдвиговых деформаций в материале при прессовании весьма актуально при использовании матрицы особой конструкции. Геометрию матрицы (рис. 1) условно можно разделить на две части: обжимающую и калибрующую [10]. Обжимающая часть матрицы представляет собой винтовую эллипсную поверхность, располагающуюся от верхней рабочей плоскости в начале и заканчивающаяся переходом в калибрующую часть на выходе. Такая конструкция матрицы исключает возможность образования "мертвых" зон при прессовании, кроме того обеспечивает более свободное извлечение пресс-остатка.
Рис. 1 - Трехмерная модель матрицы
Применение матрицы подобной конструкции значительно снижает потребное усилие прессования, при этом вероятность появления растягивающих напряжений на выходе из калибрующей ее части уменьшается. сдвиговая деформация механическое прессование
Возможности управления сдвиговыми деформациями при прессовании достигаются изменением геометрии обжимающей части матрицы и варьированием температурно-скоростных условий процесса.
Для изучения влияния геометрических параметров матрицы на интенсивность сдвиговых деформаций проводилось опытное прессование на примере сплава системы Al-Ce. Использование церия, как представителя группы редкоземельных металлов, объясняется его способностью значительно увеличивать механические свойства сплава. Процесс прессования осуществлялся на вертикальном гидравлическом прессе усилием 2,5 МН из контейнера диаметром 52 мм как с использованием конической матрицы (рис. 2), так и экспериментальной винтовой (рис. 3). Прессование проводилось со слитка диаметром 50мм на пруток диаметром 10 мм.
Рис. 2 - Геометрические параметры конической матрицы
Рис. 3 - Геометрические параметры винтовой матрицы
В ходе эксперимента с использованием винтовой матрицы установлено, что в результате деформирования заготовки в обжимающей ее части, за счет больших сдвиговых деформаций обеспечивается повышение механических характеристик пресс-изделий по сравнению с результатами, полученными при прессовании через коническую матрицу (табл. 1).
Таблица 1 - Механические свойства горячепрессованных прутков в зависимости от геометрических параметров матрицы
|
Матрица |
Давление прессования, МПа |
Механические свойства |
|||
|
ув, МПа |
у0.2, МПа |
д, % |
|||
|
коническая |
400 |
156 |
110 |
12,0 |
|
|
винтовая |
360 |
193 |
130 |
24,2 |
На основании анализа металлографической структуры полученных прутков установлено, что при использовании конической матрицы зеренная структура центральной части заготовки плохо прорабатывается. В материале наблюдаются достаточно крупное вытянутое зерно и интерметаллидные включения, которые распределены в объеме пресс-изделия весьма неравномерно (рис. 4), что приводит к резкому падению его пластических характеристик.
Рис. 4 - Микроструктура прутка, отпрессованного через коническую матрицу
Рис. 5 - Микроструктура прутка, отпрессованного через винтовую матрицу
Напротив, при прессовании через винтовую матрицу происходит интенсивное измельчение литой зеренной структуры и интерметаллидных фаз, которые достаточно равномерно распределяются в объеме пресс-изделия (рис. 5).
Количественная оценка влияния геометрии матрицы на свойства пресс-изделий проводилась с помощью численных методов математического моделирования, в ходе которого изучалось изменение накопленной деформации в прессуемом материале. Установлена зависимость между длиной образующей матричной воронки и значением накопленной деформации, прирост которой, в случае использования винтовой матрицы, достигался за счет поворота сплошной среды относительно ее оси.
Рис. 6 - Зависимость накопленной деформации в прессуемом материале от размеров матричной воронки: 1 - конусная матрица; 2 - винтовая матрица
Результаты, полученные при моделировании, не являются универсальными, так как напрямую зависят от состава заготовок, режимов технологического процесса, параметров оборудования и применяемой оснастки.
Заключение
Разработанная технологическая схема прессования с применением интенсивных деформаций сдвига позволяет в значительной степени снизить энергосиловые параметры прессования, при этом обеспечивается получение пресс-изделий с мелкодисперсной структурой и комплексом повышенных механических характеристик. Большим преимуществом процесса является его реализация на традиционном прессовом оборудовании.
Полученные в ходе исследования результаты показывают, что для создания изделий гарантированного качества необходимо решение ряда вопросов, связанных с подбором компонентов в составе прессуемого материала, разработкой инструмента для прессования, а также установлением рациональных температурно-скоростных и деформационных режимов процесса.
Литература
1. Петров А.П., Еремеев В.В., Беспалов А.В. Возможности конечно- элементного моделирования винтового прессования // Технология легких сплавов. 2007. № 1. с. 121-125.
2. Бережной В.Л. Технологический анализ способов прессования через матрицу с поперечными напряжениями трения, кручения и сдвига / Технология легких сплавов. 2007. № 3. с. 84-90.
3. Benedyk J.C. Review and Analysis of Emerging Extrusion Processes. Part 1: KOBO and ECAE Extrusio Processes// Light Metal Age. April, 2001. P. 40-47.
4. Патент США №5737959. Korbel A., Bochniak W. Method of Plastic Forming of Materials. -Apr. 14, 1998.
5. Бережной В.Л. Технологический анализ равноканального углового прессования заготовок //Технология легких сплавов. 2007. № 1. с. 109-117.
6. Бейгельзимер Я.Е., Сынков С. Г., Орлов Д.В., Решетов А.В. Винтовая Экструзия // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2004. № 6. С. 15-22.
7. Бережной В.Л., Щерба В.Н., Батурин А.И. Прессование с активными силами трения. - М.: Металлургия, 1988. - 288 с.
8. Laue К. and Stenger Н. Extrusion: Processes. Machinery. Tooling. ASM, New York, 1981. - 457 p.
9. Патент РФ № 2562594.
10. Петров А.П., Еремеев В.В., Беспалов А.В. Проектирование матрицы для прессования профилей из алюминиевых сплавов с интенсивными сдвиговыми деформациями // Технология легких сплавов. 2008. № 4. С. 65-69.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Свойства материалов: механические, физические, химические. Виды деформаций: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение и изгиб. Расчет плотности, теплопроводности и теплоемкости материалов. Огнестойкость материалов: несгораемые, трудносгораемые, сгораемые.
презентация [32,0 M], добавлен 10.10.2015Принципы численного моделирования влияния пор на физико-механические свойства материалов. Разработка элементной модели углепластика, содержащей дефект в виде поры на границе волокно-матрица. Построение такой модели в программном комплексе ANSYS.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 21.09.2017Физические величины и их измерения. Различие между терминами "контроль" и "измерение". Штриховая мера длины IА-0–200 ГОСТ 12069–90. Параметры для оценки шероховатости. Назначение, типы и параметры угольников поверочных. Измерение деформаций и напряжений.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 28.05.2014Классификация и типы полимеров, их общая характеристика и сферы практического применения, свойства: механические, теплофизические, химические, электрические, технологические. Типы полиимидов, производимых компанией Fujifilm, требования к термообработке.
дипломная работа [1,1 M], добавлен 26.03.2015Структура межзеренных границ наноструктурированных материалов и сверхпластичность наноструктур. Сущность закона Хола-Петча. Дефекты в наноструктурированных материалах. Влияние границ раздела на механические свойства нанокристаллических наноматериалов.
курсовая работа [838,1 K], добавлен 21.09.2013Изучение электрооборудования фрикционного пресса, принцип его действия. Навыки в выборе электрических аппаратов, расчет основных элементов электрической схемы. Пресс–машина неударного действия для обработки материалов давлением. Выбор электродвигателей.
дипломная работа [233,3 K], добавлен 21.01.2011Разработка структурно-конструктивной схемы, электрических принципиальных схем и логической программы управления электроприводами пресс-брикетного агрегата. Расчет и обоснование выбора типа электродвигателей производственной установки, аппаратуры.
курсовая работа [777,5 K], добавлен 14.12.2012Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука. Физика слуха, понятие о звукопроводящей и звуковоспринимающей системах аппарата слуха человека. Поглощение и отражение звуковых волн. Акустический импеданс и реверберация.
реферат [53,9 K], добавлен 25.02.2011Особенность волновода как направляющей системы. Решение задачи распространения волн в волноводе круглого сечения с физической точки зрения. Структура поля в плоскости продольного сечения. Применение волны H01 круглого волновода для дальней связи.
курсовая работа [279,6 K], добавлен 25.06.2013Электрофизические свойства полупроводников. Структура полупроводниковых кристаллов. Элементы зонной теории твердого тела. Микроструктурные исследования влияния электронного облучения на электрофизические характеристики полупроводниковых приборов.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 18.09.2015Расчет на прочность статически определимых систем при растяжении и сжатии. Последовательность решения поставленной задачи. Подбор размера поперечного сечения. Определение потенциальной энергии упругих деформаций. Расчет бруса на прочность и жесткость.
курсовая работа [458,2 K], добавлен 20.02.2009Единый подход к изучению колебаний различной физической природы. Характеристика гармонических колебаний. Понятие периода колебаний, за который фаза колебания получает приращение. Механические гармонические колебания. Физический и математический маятники.
презентация [222,7 K], добавлен 28.06.2013Влияние внешних сил на колебательные процессы. Свободные затухающие механические колебания. Коэффициент затухания и логарифмический декремент затухания. Вынужденные механические колебания. Автоколебания. Конструкция часового механизма. Значение анкера.
презентация [7,1 M], добавлен 14.03.2016Механические характеристики ветротурбин. Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок. Построение математической модели силового полупроводникового преобразователя в составе электромеханической системы имитатора ветротурбины.
дипломная работа [4,3 M], добавлен 22.12.2010Требования к уровню подготовки учащихся. Методика изучения раздела "Механические колебания и волны". Особенности превращения энергии при гармонических колебаниях. Природа возникновения механических волн и звука, составление компьютерных моделей.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 08.10.2013Физико-географическое описание района, города Карталы. Геологическое строение и районирование. Уровни подземных вод. Физико-механические свойства грунтов, прочностные и деформационные характеристики. Основные причины возникновения и развития подтопления.
отчет по практике [7,3 M], добавлен 13.10.2015Определение параметров схемы замещения однофазного трансформатора, экспериментальное построение внешней характеристики. Механические характеристики асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. Внутренне устройство и принцип действия генератора.
лабораторная работа [1,4 M], добавлен 29.06.2012Свойства звука и его характеристики. Шум. Музыка. Речь. Законы распространения звука. Инфразвук, ультразвук, гиперзвук. Звук - это распространяющиеся в упругих средах - газах, жидкостях и твёрдых телах - механические колебания, воспринимаемые органами слу
реферат [13,8 K], добавлен 29.05.2003Свойства нанокристаллических порошковых материалов на основе тугоплавких соединений. Высокоэнергетические методы консолидации порошковых наноматериалов. Получение спеканием и свойства плотных образцов карбонитрида титана c нанокристаллической структурой.
реферат [5,2 M], добавлен 26.06.2010Расчет регулировочных характеристик двигателя постоянного тока (ДПТ) при различных способах регулирования скорости. Электромеханические и механические характеристики ДПТ при измененных токах возбуждения. Кривая намагничивания ДПТ в относительных единицах.
лабораторная работа [49,7 K], добавлен 12.01.2010
