Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Моделирование полунепрерывного выдавливания и волочения проволоки из титановой губки

Диссертация: Моделирование полунепрерывного выдавливания и волочения проволоки из титановой губки
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Осуществлено сравнение введенных физических уравнений, соответствующих условию текучести цилиндрического типа, с известными физическими уравнениями пористых тел, соответствующими условию текучести эллиптического типа. Показано, что результаты сравнения достаточно близки, если поры имеют одинаковую, например, сферическую форму. Отсутствие в новых физических уравнениях дилатансационного соотношения… Читать ещё >

Моделирование полунепрерывного выдавливания и волочения проволоки из титановой губки (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • 1. ХАРАКТЕРИСТИКА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ ВЫДАВЛИВАНИЯ И ВОЛОЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ
    • 1. 1. Особенности процессов изготовления прутков и проволоки из титана
    • 1. 2. Моделирование прямого осесимметричного выдавливания прутков
    • 1. 3. Моделирование процесса волочения проволоки
    • 1. 4. О теории пластичности пористых тел
    • 1. 5. Моделирование процессов деформации пористых заготовок с использованием структурно-феноменологического подхода
  • Выводы. Постановка цели и задач исследования
  • 2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ УРАВНЕНИЙ ДЛЯ ПОРИСТЫХ ТЕЛ
    • 2. 1. Модель пористого тела
    • 2. 2. Ввод физических уравнений пористого тела
    • 2. 3. Сравнение физических уравнений различного типа
    • 2. 4. Тестирование физических уравнений при решении задачи осесимметричного прессования в закрытой пресс-форме
    • 2. 5. Физические уравнения внешнего трения. Пластическое течение пористой массы при сжатии шероховатыми плитами
    • 2. 6. Идентификация физических уравнений
  • Выводы
  • 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУНЕПРЕРЫВНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ И ВОЛОЧЕНИЯ ПОРИСТОЙ ЗАГОТОВКИ
    • 3. 1. Определение энергосиловых параметров полунепрерывного выдавливания пористой заготовки
    • 3. 2. Оценка пористости выдавленных прутков
    • 3. 3. Определение условий схватывания торцев заготовок при полунепрерывном выдавливании
    • 3. 4. Способ полунепрерывного выдавливания
    • 3. 5. Выбор оптимальных размеров заготовки для полунепрерывного выдавливания
    • 3. 6. Моделирование волочения пористой проволочной заготовки
  • Выводы
  • 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ВЫДАВЛИВАНИЯ И ВОЛОЧЕНИЯ ПРУТКОВ И ПРОВОЛОКИ ИЗ ПОРИСТЫХ ЗАГОТОВОК
    • 4. 1. Прессование брикетов из титановой губки
    • 4. 2. Выдавливание пористой заготовки из титановой губки
    • 4. 3. Определение механических свойств выдавленных заготовок.,
    • 4. 4. Волочение проволоки из выдавленной заготовки
    • 4. 5. Концепция технологической схемы изготовления проволоки из титановой губки
  • Выводы

Актуальность работы заключается в том, что она касается развития теории обработки давлением пористых тел и технологии изготовления прутков и проволоки непосредственно из титановой губки. Выбор титановой губки для проведения исследований полунепрерывного выдавливания и волочения прутков и проволоки обусловлен тем, что титановая губка является естественным пористым технически чистым нелегированным титаном и используется в традиционной технологии изготовления полуфабрикатов из титана. Здесь необходимо добавить, что применение нелегированного титана в машиностроении зависит от соотношения требований конструктивной прочности и стоимости. Если требования по прочностным свойствам не высоки, то экономически целесообразно применение нелегированного титана. Следует отметить, что нелегированный титан марок ВТ1−0, ВТ1−00 по прочности, пластичности и вязкости не уступает некоторым углеродистым и коррозионностойким сталям, а также бронзам и медноникелевым сплавам, и может использоваться в условиях, где применяются указанные материалы.

К титановой губке, как к исходному материалу для получения из нее монолитных заготовок, был проявлен интерес со стороны фирмы «Sandia National Laboratories Tia Reid «(USA). С этой фирмой были выполнены работы по контракту «Моделирование и математическое обеспечение новой технологии полунепрерывного выдавливания и волочения проволочной заготовки» (приложение 1).

Для моделирования процессов обработки давлением структурно-неоднородных пластически сжимаемых тел, к которым мы относим титановую губку, используется теория пластичности пористых тел. Работы в этом направлении с использованием феноменологического подхода вели М. Ю. Бальшин, В. Н. Анциферов, А. К. Григорьев, И. С. Дегтярев, Ю. Г. Дорофеев, Б. А. Друянов, В. Л. Колмогоров, А. М. Лаптев, М. Б. Штерн, В. Авитцур, А. Р. Акисанья, Р.Дж.Грин, А. Г. Мамалис, У. Стахлберг, Н. А. Флекк и др.

Определяющие соотношения для некомпактного тела в рамках континуальных представлений получены Р.Дж.Грином, Г. Я. Гуном,.

B.Л.Колмогоровым и Ю. Н. Логиновым, А. А. Фроловым и др. Моделирование процессов обработки давлением биметаллических и композиционных материалов, которые также относятся к структурно-неоднородным материалам, осуществлено в работах Г. Э. Аркулиса, Л. Н. Могучего,.

C.Д.Волкова, С. А. Голованенко, Д. М. Карпиноса, Л. И. Тучинского, А. И. Колпашникова и В. Ф. Мануйлова, А. С. Матусевича, А. Д. Никулина, И. Н. Потапова, К. И. Портного, А. Г. Залазинского, Ю. В. Соколкина, А. А. Такшинова, и др.

Важной проблемой в решении задач обработки давлением является постановка физических уравнений пористых тел, замыкающих основную систему уравнений теории пластического течения. Формулировка таких уравнений в настоящее время осуществляется путем экспериментального изучения механических свойств деформируемых сжимаемых материалов. При этом при проверке адекватности математических моделей реальным процессам обработки некомпактных материалов давлением, протекающим в условиях, отличных от тех, в которых проводилась экспериментальная постановка физических уравнений, возникают определенные трудности и отклонения. Более точная формулировка физических уравнений связи, которые более полно описывают свойства деформируемых материалов, все еще является областью научного поиска.

Выполненные в диссертации теоретические и экспериментальные исследования направлены на создание научно-обоснованных предпосылок для разработки технологической схемы изготовления прутков и проволоки непосредственно из титановой губки, которая также может быть использована для переработки некондиционного некомпактного титанового сырья в изделия и полуфабрикаты неответственного назначения.

Изложенное свидетельствует о важном народнохозяйственном значении технологии получения сплошных изделий из некомпактного сырья, что подтверждается включением данной тематики в основные задания к плану НИР Института машиноведения Уральского отделения РАН на 1997 год (тема 1.11.6.3. Моделирование процессов совместной пластической деформации разнородных металлических материалов для разработки экологически безопасных ресурсосберегающих технологий изготовления тончайшей проволоки и композитов, № гос. per. 01.960.9 412). Работа выполнена на основании контракта №АМ-7684 «Моделирование и математическое обеспечение новой технологии полунепрерывного выдавливания и волочения проволочной заготовки», заключенного 10.10.94 г. между ИМАШ УрО РАН и «Sandia National Laboratories Tia Reid» (USA), и постановления Президиума Российской академии наук в рамках «Комплексной программы фундаментальных исследований проблем машиностроения, механики и процессов управления» .

Цель и решаемые задачи. Опираясь на достижения механики пористых тел, с использованием методов математического и натурного моделирования дать теоретическое обобщение результатов исследований процессов полунепрерывного выдавливания и волочения пористых заготовок и создать научно-обоснованные предпосылки для разработки технологической схемы изготовления прутков и проволоки из титановой губки.

Исходя из этого в работе решались следующие задачи:

1. Разработать новую модель, основные соотношения и физические уравнения для пористого материала, которые позволят учитывать геометрию, расположение и различие в размерах отдельных пор, а также изменение пористости при конечных деформациях;

2. Разработать математические модели процессов прямого осесимметричного полунепрерывного выдавливания и волочения пористых заготовок;

3. Оценить остаточную пористость проволочной заготовки после выдавливания;

4. Определить зависимость допустимой вытяжки при волочении выдавленной проволочной заготовки от ее остаточной пористости;

5. Осуществить натурное моделирование технологических процессов полунепрерывного выдавливания и волочения пористых заготовок и проверить адекватность математических моделей реальным процессам;

Методы исследований. Работа выполнена по программе, содержащей этапы теоретических и экспериментальных исследований технологических процессов полунепрерывного выдавливания и волочения прутков и проволоки из пористой заготовки. Для исследования применены экстремальные теоремы теории пластичности, структурно-феноменологическая модель деформирования пористых тел, феноменологическая теория схватывания металлических материалов при их совместной пластической деформации (для прогнозирования прочности соединений).

Научная новизна работы. Выражена в следующих результатах:

— доказана целесообразность применения структурно-феноменологического подхода механики гетерогенных материалов и на его основе разработана новая модель пористого материала, которую применили для исследования процессов прессования некомпактного материала в закрытой пресс-форме, выдавливания некомпактного материала из сужающегося канала, образованного рабочими поверхностями цилиндрического контейнера и матрицы, волочения пористой проволочной заготовки;

— с использованием структурно-феноменологического подхода, для которого характерна связь геометрической структуры и физико-механических свойств зернистого каркаса со свойствами сопротивления пористых тел необратимому формоизменению, проведена конкретизация математической модели пористого тела;

— в рамках ассоциированного закона течения предложены простые для использования в инженерной практике физические уравнения пористого материала вида: где Т интенсивность касательных напряжений, Н — интенсивность скорости деформации сдвигасг^ - компоненты тензора напряженийа — среднее нормальное напряжение, — компоненты тензора скорости деформации- -скорость относительного изменения объемат8 — предел текучести, 8 -относительная пористость, кч, кр — коэффициенты, характеризующие геометрию, расположение и различие в размерах отдельных пор;

— для учета поверхностной пористости некомпактного материала на контакте с инструментом в процессах обработки давлением построена математическая модель внешнего трения для структурно-неоднородного (гетерогенного) материала, у которого на поверхность, на ряду с деформируемым металлом, выходят и поры, упрощающая постановку граничных условий на поверхности контакта деформируемого металла с инструментом;

— доказано, что введенные физические уравнения пористого тела могут успешно применяться в решении прикладных задач по исследованию напряженно-деформированного состояния некомпактных материалов в процессах обработки давлением.

Практическая значимость результатов работы. Характеризуется следующими техническими разработками и их использованием:

— созданы научно-обоснованные предпосылки для разработки технологической схемы изготовления прутков и проволоки непосредственно из титановой губки и предложена концепция технологического процесса;

— предложен и экспериментально опробован метод полунепрерывного выдавливания пористых заготовок, позволяющий получать длинномерные изделия из пористой заготовки малого развеса, и определена оптимальная форма исходной заготовки;

— в диссертации, в части связанной с выполнением работ по контракту «Моделирование и математическое обеспечение новой технологии полунепрерывного выдавливания и волочения проволочной заготовки1, заключенного между ИМАШ УрО РАН и «Sandia National Laboratories Tia Reid «(USA), получены прутки и проволока из титановой губки;

— подана заявка на изобретение (приложения 2−3), на которую получено уведомление о положительном результате формальной экспертизы заявки на патент за № 97 103 275 с приоритетом от 04.03.97 (приложение 4).

Практическое применение результатов работы. Полученные в результате экспериментальных исследований прутки и проволока из титановой губки переданы по контракту фирме «Sandia National Laboratories» (USA). Общая стоимость контракта составляла 20.000 USD. Долевое участие соискателя в выполненных работах по контракту оценено в 30%, что составило 6.000 USD (приложение 5).

На защиту выносятся следующие основные положения:

— применение структурно-феноменологического подхода механики гетерогенных материалов (в том числе порошкообразных материалов и композитов), для исследования процессов пластического формоизменения изначально некомпактных пористых тел;

— основные соотношения и физические уравнения пористого тела и их применение для исследования процессов прессования некомпактного материала в закрытой пресс-форме, выдавливания некомпактного материала из сужающегося канала, образованного рабочими поверхностями цилиндрического контейнера и матрицы, волочения пористой проволочной заготовки;

— использование экстремальных теорем теории пластичности для тел с кусочно-однородными свойствами для решения задач механики обработки давлением некомпактных пористых материалов;

— математическая модель внешнего трения структурно-неоднородного материала, у которого на поверхность, наряду с деформируемым металлом, выходят и поры;

— результаты экспериментальных исследований полунепрерывного выдавливания и волочения проволочной заготовки из титановой губки.

Личный вклад автора. Конкретизация физических уравнений и моделирование процесса деформации пористого телаприменение полученных физических уравнений пористого тела в решении задач обработки металлов давлением, таких как осадкапрессование некомпактных материалов в закрытой пресс-формематематическое моделирование процесса осесимметричного полунепрерывного выдавливания пористой заготовкиоценка остаточной пористости проволочной заготовки после выдавливанияопределение зависимости допустимой вытяжки при волочении выдавленной проволочной заготовки от ее остаточной пористости, обобщенных в виде диссертации, принадлежат лично автору.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на следующих конференциях и семинарах: научно — технической конференции «Теория и технология процессов пластической деформации-96», г. Москва, МИСиС, 1996гXI Зимней школе по механике сплошных сред, г. Пермь, 1997 г.- юбилейной научно-технической конференции «Расширение областей применения титановых сплавов», ВСМПО, г. В.Салда, 1998 г.- научном семинаре отдела высоких давлений ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург. 1997 г.- научном семинаре отдела механики интегрированных машиностроительных технологий Института машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург, 1997 г.- научно-техническом семинаре научно-внедренческой фирмы «НВФ ИНТЕХНОЛ» (инновационные технологии), г. Екатеринбург, 1997 г;

Технологический процесс изготовления прутков и проволоки из титановой губки экспонировался на выставках: региональной «УралКонверсия — Наука — Бизнес», 1996, 1997, 1998 г. г., г. Екатеринбургроссийской «Машиностроение», г. Москва, 1997 г.

Публикаиии. По теме диссертации опубликован препринт, 3 статьи, тезисы научного доклада.

Объем диссертации. Диссертация изложена на 140 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, заключения, содержит 35 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 145 наименований и 7 приложений на 41 странице.

Выводы.

1. Натурное моделирование процесса прессования титановой губки в закрытом контейнере позволило изготовить брикеты для последующего выдавливания и по результатам эксперимента определить зависимость остаточной пористости брикетов 5 от давления прессования рп. Оказалось, что область рациональных давлений находится в пределах 700.800 МПа;

2. С использованием элементов регрессионного анализа по экспериментальной зависимости рп/т5 = 1 Г (8) определено уравнение регрессии (4.4). Проверка соответствия выбранного уравнения регрессии опытным данным показала, что принятое уравнение адекватно описывает экспериментальные данные и его можно использовать в качестве модели исследуемого процесса;

3. Уравнение (4.4) аналогично уравнению (2.26), полученному в п. 2.4 в результате математического моделирования процесса прессования пористой массы в закрытом контейнере. Это свидетельствует об адекватности математической модели прессования пористой массы в закрытом контейнере реальному процессу;

4. В результате выдавливания брикетов с исходной пористостью 8% с вытяжкой ц=9 в матрицу с углом конусности а=60° при температуре нагрева 500°.600°С получены прутки диаметром 10 мм, часть которых (три прутка), в соответствии с контрактом №АМ-7684 «Моделирование и математическое обеспечение новой технологии полунепрерывного выдавливания и волочения проволочной заготовки», были представлены фирме «Sandia National Laboratories Tia Reid» (USA) для дальнейших исследований;

5. Температура выдавливания составных Ti+Cuзаготовок ТВЫД=500°.600°С обеспечивает возможность нагрева таких заготовок в печах без защитной атмосферы с минимальным газопоглощением;

6. Механические свойства у неотожженных прутков достигают уровня, сопоставимого со свойствами нелегированного титана марки Gr3 по условиям стандарта ASTM В265 и составляют: ат=341.347МПаав=470.483МПа.

8=19,3.22,7%. Пластичность выдавленных прутков достаточна для их последующего волочения;

7. Для волочения целесообразно использовать проволочную заготовку, полученную повторным выдавливанием прутков, размещенных пакетным способом в медной оболочке, являющейся одновременно газонепроницаемым пластичным матричным материалом. После повторного выдавливания композитной заготовки получена проволочная заготовка диаметром 2,5.3,0 мм;

8. В результате волочения проволочной заготовки получена проволока диаметром 1,92.2,0 мм, часть которой, в соответствии с контрактом №АМ-7684, была представлена фирме «Sandia National Laboratories Tia Reid» (USA) для дальнейших исследований;

9. Механические свойства отожженной проволоки, изготовленной из титановой губки методом полунепрерывного выдавливания и последующего волочения, достигают уровня, сопоставимого со свойствами холодно-деформированного технического титана марки ВТ1−0 и составляют: as=350.370Mfla- 5=34.42%. Прутки и проволока, полученные по предложенной в диссертации технологии могут найти широкое применение в ряде областей машиностроения в виде коррозионностойких титановых изделий, таких как: арматура, соединительные элементы, крепеж и т. д., к которым нет особых регламентированных требований по механическим свойствам;

10. Результаты математического и натурного моделирования процесса изготовления прутков из титановой губки позволили предложить концепцию технологической схемы изготовления проволоки из некомпактного титанового сырья, в которой исключены операции выплавки и обработки давлением крупных слитков.

Заключение

.

Результаты научных исследований приведены в выводах по каждому разделу. Здесь дадим лишь общую характеристику результатов работы.

В главе 1 показаны общие подходы к проблеме математического моделирования процессов выдавливания и волочения некомпактных материалов с использованием основных положений теории пластичности пористых тел.

В главе 2 с использованием структурно — феноменологического подхода механики гетерогенных материалов построена модель пористого тела, которая позволяет описать характер изменения геометрии частиц и пор при значительных пластических деформациях рассматриваемого структурно-неоднородного материала. На основе построенной модели пористого тела определены и сформулированы новые физические уравнения и определяющие соотношения для пористого материала, позволяющие определить границы изменения, входящих в них параметров, для различных стадий необратимого формоизменения.

Осуществлено сравнение введенных физических уравнений, соответствующих условию текучести цилиндрического типа, с известными физическими уравнениями пористых тел, соответствующими условию текучести эллиптического типа. Показано, что результаты сравнения достаточно близки, если поры имеют одинаковую, например, сферическую форму. Отсутствие в новых физических уравнениях дилатансационного соотношения позволяет в ряде задач достаточно легко осуществлять интегрирование энергетического уравнения и получать аналитические решения краевых задач механики обработки давлением пористых материалов, что обычно не удается при использовании физических уравнений, связанных с условием текучести эллиптического типа.

Введена математическая модель внешнего трения для структурно-неоднородного (гетерогенного) материала, у которого на поверхность, наряду с деформируемым металлом, выходят и поры. Такая модель при расчётах даёт возможность учитывать поверхностную пористость материала на контакте с инструментом. Использование такой модели существенно упрощает определение граничных условий на поверхности контакта пористого деформируемого металла с инструментом.

В результате тестирования введенных физических уравнений при решении задач сжатия некомпактного материала в закрытой прессформе и пластического течения пористого тела при сжатии шероховатыми плитами показано, что введенные физические уравнения могут быть использованы при анализе процессов пластического течения пористых материалов с различной геометрией и расположением пор.

В главе 3 приведены результаты моделирования пластического течения пористого материала осесимметричной заготовки при выдавливании ее из сужающегося канала, образованного рабочими поверхностями цилиндрического контейнера и матрицы. Для решения краевой задачи использованы модель пластически сжимаемого тела и физические уравнения, введенные в главе 2. Подтверждено существование области оптимальных значений угла конусности матрицы при выдавливании 60°<2а<120°, при которых давление выдавливания ниже, чем при конусности 2а<60° и 2а>120°. Поэтому для получения изделий с минимальной остаточной пористостью следует, исходя из ограничений по мощности пресса, применять максимальные вытяжки с использованием матриц конусностью 60°<2а<120°.

Для оценки остаточной пористости прутков, выдавленных из некомпактной заготовки разработана методика, позволяющая оценивать по заданной остаточной пористости выдавленных прутков необходимое давление выдавливания и требуемую для этого вытяжку, т. е. дает возможность определять технологические параметры, при которых достигается требуемая остаточная пористость выдавленных прутков.

В результате выполненного математического моделирования процесса полунепрерывного выдавливания определены условия схватывания торцевых поверхностей недопрессовки и заготовки при совместной пластической деформации без образования дефектов типа микронесплошностей. Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод о целесообразности применения для полунепрерывного выдавливания заготовок бочкообразной формы, изображенных на рис. 3.8,г.

Предложен способ полунепрерывного выдавливания, который позволяет получить длинномерную проволочную заготовку из слитков малого развеса. Этот способ существенно упрощает традиционную технологию получения проволоки из труднообрабатываемых металлических материалов, в частности титана, склонного к налипанию на инструмент и к сильной окисляемости при нагреве. Защита обрабатываемой заготовки от вредного воздействия газов и налипания на инструмент обеспечивается металлической оболочкой, в которую помещается заготовка в процессе полунепрерывного выдавливания.

Расчеты допустимой вытяжки при волочении пористой проволочной заготовки без противонатяжения показали, что влияние исходной пористости на величину допустимой вытяжки практически несущественно. Причем, снижение трения на поверхности контакта заготовки с инструментом приводит к повышению значений допустимой вытяжки, что говорит о целесообразности использования в качестве дальнейшего волочения выдавленных прутков волочение в режиме гидродинамического трения. Оксидирование поверхности титановой проволочной заготовки перед волочением в режиме гидродинамического трения позволит уменьшить поверхностную пористость и снизить налипание титана на инструмент.

В главе 4 осуществлено экспериментальное исследование процессов прессования брикетов из титановой губкивыдавливания спрессованных брикетов в прутки и дальнейшего волочения прутков.

В ходе натурного моделирования процесса прессования титановой губки в закрытом контейнере при комнатной температуре определено рациональное давление прессования 800МПа, при котором остаточная пористость брикетов составляет 8%.

Натурное моделирование процесса прямого выдавливания с вытяжкой ц=9 в матрицу с углом конусности а=60° при температуре нагрева 600.650°С показало, что при исходной пористости брикетов 8% после выдавливания остаточная пористость прутков имеет значение менее 1,5%. Механические свойства у неотожженных прутков достигают уровня, сопоставимого со свойствами нелегированного титана марки Gr3 по условиям стандарта ASTM В265 и составляют: ат=341.347МПаав=470.483МПа 5=19,3.22,7%.

Повторное выдавливание композитной заготовки, состоящей из прутков, размещенных пакетным способом в медной оболочке, которая, в свою очередь, является газонепроницаемым пластичным матричным материалом, позволяет получить практически беспористую проволочную заготовку диаметром 2,5.3,0 мм.

В результате волочения проволочной заготовки получена проволока диаметром 1,92.2,0 мм. Механические свойства такой проволоки после вакуумного отжига достигают уровня, сопоставимого со свойствами холодноде-формированного технического титана марки ВТ1−0 и составляют: а8=350.370МПа- 8=34.42%.

В завершении работы на основе созданных в диссертации научно-обоснованных и экспериментально опробованных предпосылок предложена концепция технологической схемы изготовления проволоки из некомпактного титанового сырья, в которой в отличие от результатов других исследователей исключены операции вакуумного спекания брикетов, их ковки и вакуумного отжига перед последующей пластической деформацией. Предложенный вариант пластической деформации титановой губки представляется наиболее экономичным при производстве титановых изделий, не регламентируемых особыми требованиями к механическим свойствам.

Результаты исследований внедрены в изготовление прутков и проволоки из титановой губки, которые были переданы по контракту фирме «Sandia National Laboratories» (USA). Общая стоимость контракта составила 20.000 USD. Долевое участие соискателя в выполненных работах по контракту оценено в 30%, что составило 6.000 USD (приложение 5).

Основные научные и практические результаты исследования:

— доказана целесообразность применения структурно-феноменологического подхода механики гетерогенных материалов и на его основе разработана новая модель пористого материала, которую применили для исследования процессов прессования, выдавливания и волочения пористых материалов;

— с использованием структурно-феноменологического подхода, для которого характерна связь геометрической структуры и физико-механических свойств зернистого каркаса со свойствами сопротивления пористых тел необратимому формоизменению, проведена конкретизация математической модели пористого тела;

— для учета поверхностной пористости некомпактного материала на контакте с инструментом в процессах обработки давлением построена математическая модель внешнего трения для структурно-неоднородного (гетерогенного) материала, у которого на поверхность, на ряду с деформируемым металлом, выходят и поры, упрощающая постановку граничных условий на поверхности контакта деформируемого металла с инструментом;

— в рамках ассоциированного закона течения предложены простые для использования в инженерной практике определяющие соотношения и физические уравнения пористого тела вида тельных напряжений, Н — интенсивность скорости деформации сдвигаОукомпоненты тензора напряженийа — среднее нормальное напряжение, -компоненты тензора скорости деформации- - скорость относительного изменения объемат5- предел текучести, 5- относительная пористость, кф кркоэффициенты, характеризующие геометрию, расположение и различие в размерах отдельных пор;

— доказано, что введенные физические уравнения пористого тела могут успешно применяться в решении прикладных задач по исследованию напряженно-деформированного состояния некомпактных материалов в процессах обработки давлением.

— созданы научно-обоснованные предпосылки для разработки технологической схемы изготовления прутков и проволоки из титановой губки, котогде Тинтенсивность касарая позволяет использовать в качестве сырья отходы металлургического производства, некомпактное сырье в виде порошка, губки, гранул и т. п., и предложена концепция технологического процесса;

— предложен и экспериментально опробован метод полунепрерывного выдавливания пористых заготовок, позволяющий получать длинномерные прутки из пористой заготовки малого развеса, и определена форма исходной заготовки;

— в диссертации, в части связанной с выполнением работ по контракту «Моделирование и математическое обеспечение новой технологии полунепрерывного выдавливания и волочения проволочной заготовки», заключенного между ИМАШ УрО РАН и «Sandia National Laboratories Tia Reid «(USA), получены прутки и проволока из титановой губки;

— подана заявка на изобретение, на которую получено уведомление о положительном результате формальной экспертизы заявки на патент за № 97 103 275 с приоритетом от 04.03.97.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Производство титановых сплавов. Сб. Статей, вып.6, ВИЛС.1971.
  2. Л.С., Ушков С.С.- В кн.: Новый конструкционный металл титан. -М.: Наука, 1972. с.89−93.
  3. С.Г., Моисеев В. Н. Конструкционные титановые сплавы. М.: Металлургия, 1974. 368 с.
  4. В.А., Гуляницкий B.C., Крамник В. Ю. Металлургия титана. М.: Металлургия, 1968. 649 с.
  5. В.К., Аношкин Н. Ф., Бочвар Г. А. и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 512 с.
  6. .А., Гибадуллин P.M., Пигузов Ю. В. Технология термической обработки цветных металлов и сплавов. Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1980. 280 с.
  7. М.В. Термическая обработка тугоплавких редких металлов и их сплавов. М.: Металлургия, 1974. 344 с.
  8. Бай А.Л., Лайнер Д. И., Слесарева E.H. и др. Окисление титана и его сплавов. М.: Металлургия, 1970. 317 с.
  9. М.З., Соболев Ю. П., Гельман A.A. Прессование титановых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 265 с.
  10. С. С. Туманов А.Т. Защитные покрытия металлов при нагреве. М.: Машиностроение, 1976. 240 с.
  11. Ю.Г., Устинов B.C., Дрозденко В. А., Антипин Л. Н. Порошковая металлургия титана. М.: Металлургия, 1981. 248 с.
  12. H.A. Водород в металлах. М.: Металлургия, 1967. 303 с.
  13. .А. Водородная хрупкость металлов. М.:Металлургия, 1985. 216с.
  14. Zwicker U., Walter G. A method of improving the workability of titanium alloys, U.S. patent N2892742, NC1.148−115, June 30,1959.
  15. Ю.А., Башкин И. О., Колмогоров В. Л. и др. Влияние водорода на пластичность и сопротивление деформации технического титана ВТ1−0 при температурах до 750°С.// Физика металлов и металловедение, 1989. Т.67. Вып.5. с.993−999.
  16. Л.И., Аксенов Ю. А., Бадаева М. Г. и др. Обратимое легирование водородом и деформация титанового сплава ВТ6.// Металловедение и термическая обработка металлов, 1992. № 2. с.43−45.
  17. .А., Носов В. К. Водородное пластифицирование и сверхпластичность титановых сплавов.// Физика металлов и металловедение, 1984. Т.57. Вып.2. с.286−297.
  18. В.К., Колачев Б. А. Водородное пластифицирование при горячей деформации титановых сплавов. М.- Металлургия, 1986. 118с.
  19. Е.Г., Башкин И. О., Сеньков О. Н. и др. Влияние водорода на пластичность и сопротивление деформации титанового сплава ВТ20 при температурах до 740°С. // Физика металлов и металловедение, 1989. Т.68. Вып.6. С.1167−1172.
  20. Malyshev V.Yu., Bashkin I.O., Lappo I.S., Ponyatovskii E.G. Hydrogen plasticizing in titanium powder// The Physics of Metals and Metallography, Vol.74, No.1,1992.p.p.91−95.
  21. Aksyonov Yu.A., Anisimova L.I., Kolmogorov V.L. Reversible addition of hydrogen to titanium alloys II J. of Mater. Proc. Technol., 40 (1994) p.p.477−489.
  22. O.C. // Технология легких сплавов. 1970, № 6. с.45−50.
  23. Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР 450 632 МКИ В 21 j 5/00.
  24. В.И., Плахотин B.C. Производство фасонных профилей методом гидропрессования. М.: Машиностроение, 1978.
  25. Л.Н. Обработка давлением труднодеформируемых материалов. М.: Машиностроение, 1976. 272с.
  26. А.И., Мануйлов В. Ф., Ширяев Е. В. Армирование цветных металлов и сплавов волокнами. М.: Металлургия, 1974. 248с.
  27. .А., Шевченко В. В., Низкин И. Д., Дроздов П. Д. Теоретическое обоснование водородной технологии производства пресс-изделий из титановых отходов без их переплавки. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1997. № 4. с.60−65.
  28. С.С., Либенсон Г. А. Порошковая металлургия. М.: Металлургия, 1980. 496с.
  29. Е.С., Лаптев A.M. Влияние технологических факторов на свойства плотных брикетов и изделий из титановой губки. // Порошковая металлургия, 1987, № 4. с.28−33.
  30. A.M., Ободовский E.G. Пластическая деформация губчатого титана. // Порошковая металлургия, 1986, № 7. с.19−25.
  31. И.Л. Теория прессования. М.: Металлургия, 1964. 344с.
  32. М.З., Соболев Ю. П., Гельман A.A. Прессование титановых сплавов. М.: Металлургия, 1979. 264с.
  33. П.И., Горелик С. С., Воронцов В. К. Физические основы пластической деформации. /Учебное пособие для вузов. М.: Металлургия, 1982.151с.
  34. Гун Г. Я. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1983. 351с.
  35. В. Л. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970. 230с.
  36. В.Л. Механика обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. 688с.
  37. .М., Добычин И. А., Баранчиков В. М. и др. Адаптивное управление процессами обработки металлов давлением. М.: Металлургия, 1985. 144с.
  38. Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов / Пер. с англ. М.: Машиностроение, 1969. 504с.
  39. В., Кудо X. Механика процессов выдавливания металла: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1965.174с.
  40. И.Л., Райтбарг Л. Х. Теория прессования металлов. М.: Металлургия, 1975. 448с.
  41. Смирнов-Аляев Г. А. Механические основы пластической обработки металлов. Инженерные методы расчета. П.: Машиностроение, 1968. 271с.
  42. Л.В. Прессование стали и тугоплавких сплавов. М.: Машиностроение, 1969. 244с.
  43. В.И. Исследование поляризационно-оптическим методом закономерностей взаимодействия пластичности деформируемого тела с упругим инструментом: Автореф. дисс. .канд. техн. наук. М.: 1972. 21с.
  44. В.А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением. Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1983.175с.
  45. Г. Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978. 269с. -
  46. H.H. Прессование и прокатка металлических порошков./ Учебное пособие. Ленинград, изд-во ЛПИ им. М. И. Калинина, 1980. 64с.
  47. Н.Г. Динамическое горячее прессование в металлокерамике. -М.: Металлургия, 1972. 176с.
  48. В.Я., Лаппо И. С., Анциферов В. Н., Перельман В. В., Талуц Г. Г. Гидростатическое формование порошков. Екатеринбург: УИФ «Наука», 1995.300с.
  49. .А., П.ирумов А. Р. Исследование процесса экструзии пористого материала // Вестник машиностроения. 1980. № 9.С.61−62.
  50. .А. Прикладная теория пластичности пористых тел. М.: Машиностроение, 1989. 168с.
  51. Р. Дж. Теория пластичности пористых тел // Сб. переводов «Механика». 1973. № 4. с.109−120.
  52. Ю.Н., Шарафутдинов Н., Колмогоров В. Л. Об уравнениях связи напряжений и деформаций для сжимаемого жестко-пластического материала.// Бюллетень ВИЛСа. Технология легких сплавов, 1977. № 4. с.20−25.
  53. Ю.Н. Формоизменение пористого цилиндра при осадке.// Межвуз. сб. науч. тр. «Обработка металлов давлением». Свердловск: Изд-во УПИ, 1986. с.23−28.
  54. Ю.Н. Уравнения связи напряжений и деформаций и условия трения для порошков твердых сплавов.// Межвуз. сб. науч. тр. «Обработка металлов давлением». Свердловск: Изд-во УПИ, Вып.5, 1978, с.47−53.
  55. В.Н. Новые разработки в области непрерывного прессования //Технология легких сплавов. 1990. № 11. с.60−62.
  56. Ю.П. О прессовании прутков без оставления прессостатков.// Цветные металлы, 1962. № 7. с.65−67.
  57. В.К., Гильденгорн М. С. Основы технологии производства многослойных металлов. М.: Металлургия. 1970. 236с.
  58. В.Л., Орлов С. И., Колмогоров Г. Л. Гидродинамическая подача смазки. М.: Металлургия, 1975. 265 с.
  59. А.Г. Расчет предельно допустимых вытяжек при волочении биметаллической проволоки.// Межвуз. сб. науч. тр. «Обработка металлов давлением». Свердловск: Изд-во УПИ, 1974.
  60. Справочник по триботехнике / Под ред. М. Хебды и A.B. Чичинадзе. В 3-х т., т.1. Теоретические основы.М.'.Машиностроение, 1989,400 с.
  61. А.Г. Системное моделирование и совершенствование технологии обработки давлением композитов электротехнического назначения: Автореф. дисс. доктор технич. наук. Екатеринбург, 1992. 25с.
  62. В.Л., Орлов С. И., Селищев К. П. Волочение в режиме жидкостного трения. М.: Металлургия, 1971. 156с.
  63. А.Ф., Клюев Л. И., Шабашов A.A. Прокатный стан для изготовления сверхпроводящих шин. Свердловск: 1979, 9с.(Деп. в ВИМИ, MPC «ТТЭ», 1982 г. № Д4 227).
  64. Е.М. Механика трения. Минск: Наука и техника, 1974. 252с.
  65. А.Н., Колмогоров В. Л., Буркин С. П. и др. Контактное трение в процессах обработки металлов давлением . М.: Металлургия, 1976. 416с.
  66. И.Л., Ерманок М. З. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971. 448с.
  67. С.Я., Лихтман В. И. Действие смазок при обработке металлов давлением. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 232с.
  68. А.Г., Новожонов В. И. Теплообмен, теплофизические свойства и реология в системе проволока смазка — инструмент при теплом волочении.// Межвуз. сб. науч. тр. «Обработка металлов давлением». Свердловск: Изд-во УПИ, 1978.
  69. В.Л. Гидродинамическая подача смазки при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1986. 168с.
  70. Авторское свидетельство СССР № 165 416, МКИ В21с 3/14/ Ю. Н. Ермаков, Б. Г. Зубов, С. И. Орлов, В. Л. Колмогоров и др. // Бюл. изобр., 1964 г. № 19.
  71. А.Г., Ляшков В. Б. Расчет силовых параметров и допустимых вытяжек при волочении волокнистых композиционных материалов II Теория и практика производства метизов: Межвузовский сб. Магнитогорск: МТМИ, 1975. Вып.11. с.139−144.
  72. В.Л., Битков В. В., Залазинский А. Г. и др. Волочение труб и проволоки из цветных металлов с гидродинамическим подводом смазки // Цветные металлы, 1978. № 9. С.54−57.
  73. Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1980. 734с.
  74. И.С., Колмогоров В. Л. О вариационном принципе для медленного течения сжимаемой вязкопластической среды // Сб. трудов Пермского политехнического института. 1972, № 112.с.Зг12.
  75. И.С., Логинов Ю. Н. Прессование некомпактного материала через коническую матрицу // Бюллетень ВИЛС «Технология легких сплавов». 1975. № 6. с.24−27.
  76. Теория ковки и штамповки / Е. П. Унксов, У. Джонсон, В. Л. Колмогоров и др.: Под ред. Е. П. Унксова и А. Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1992. 720 с.
  77. В.М., Резников В. И., Малышев В. Ф. Вариационный функционал для пористого тела // Порошковая металлургия, 1981. № 7.с.15−18.
  78. В.Н. Непрерывное прессованное со сваркой алюминиевых сплавов./ Красноярск: изд-во педагогического института, 1993. 216с.
  79. К.А. Сварка давлением. Л.: Машиностроение, 1972. 216с.
  80. А.П. Схватывание металлов. М.: Машгиз. 1958. 280 с.
  81. Parks G.M. Recrystallization welding. The Welding Journal. May, 1953.V.32.№ 5. P. 18−21.
  82. Durst G.A. A few observation on solid phase bonding. Metaii progress. 1947. V. 57.№ 1. p.p.97−101.
  83. A.M., Назарчук A.T. О механизме диффузионной сварки и повышении качества соединений // Автоматическая сварка. 1969.№ 4.с.23−28
  84. Н.Ф. Диффузионная сварка в вакууме. М.: Машиностроение, 1968. 331 с.
  85. С.Б., Кпокова Э. Ф. О механизме возникновения сцепления при холодной сварке металлов // Известия АН Латв.ССР.1954.№ 10.с.113.
  86. Tillecote R.F. Investigation of pressure welding. British welding Journal.1954. v.1. № 3. p.p.117−135.
  87. В.Л., Шарафутдинов H., Залазинский А. Г. Расчет прочности соединения при совместном деформировании однородных металлов // Известия вузов. Черная металлургия. 1976. № 2.с. 102−106.
  88. В.Л. О холодной сварке металлов с чистой поверхностью // Автоматическая сварка. 1970. № 6.с.25−27.
  89. Л.С. Основы сварки давлением. М.: Машиностроение, 1970. 312с.
  90. H.A. и др. Дислокационная теория схватывания./ Труды ЦНИИМПС. Вып.233. М.: Транжелдориздат, 1962.С.4−12.
  91. А.П. Исследование схватывания металлов при совместном пластическом деформировании. М.: Изд-во АН СССР, 1953. 120с.
  92. В.Н., Шепельский Н. В. Влияние обновления контактной поверхности гранул на прочность их схватывания / Технология легких сплавов. 1985. № 2. с.22−25.
  93. М.С., Керов В. Г., Кривонос Г. А. Прессованное со сваркой полых изделий из алюминиевых сплавов. М.: Металлургия, 1975. 240с.
  94. U. Stahlberg and H. Keife. A powder-compaction model and its application to extrusion, J. of Mater. Proc. Technol., 30 (1992) .p.p.143−157.
  95. M.P.Schreiber. J.Mech. Work Technol., 12 (1985).p. 243.
  96. W.Johnson and P.B.Mellor. Engineering Plasticity, Nostrand Reinhold, New York, 1973.
  97. H. Keife and U.Stahlberg. J. Mech. Work Technol., 9 (1984).p.37.
  98. J.J.Dunkley and R.J.Causton. Powder Metall.lnt., 8 (1976).p. 115.
  99. J.J.Dunkley and R.J.Causton. Powder Technol., 13 (1977).p. 13.
  100. J.J.Dunkley and R.J.Causton. Proc. Int. Conf. Metals Society, Sheffild, July 1979.
  101. G. Friedman. Int. J. Powder Metall. Powder Techno!., 16 (1980).p. 29.
  102. A.G.Mamalis, A. Kandeil, M.D. de Malherbe and W. Johnson, J.Mech.Work Technol., 4 (1981).p. 237.
  103. N.V.Biba, H. Keife and U.Stahlberg. A finite-element simulation of powder compaction confirmed by model-materials experiment. J. of Mater. Proc. Technol., 36 (1993).p.p. 141−155.
  104. O.C.Zienkiewich, The finite element method, Mc Graw-Hill, New-York, 3rd ed" 1977.
  105. A.R.Akisnya and A.C.F.Cocks. Stage I compaction of cylindrical particles under non-hydrostatic loading. J.Mech.Phys.Soiids, vol.43, № 4. p.p.605−636, 1995.
  106. Arzt, E. The influence of an increasing particle coordination on the densification of spherical powders. Acta Metall, 30, p.p.1881−1890,1982.
  107. Helle, H.S., Easterling, K.E. and Ashby, M.F. Hot isostatic pressing diagrams: new developments. Acta Metall, 33, p.p.2163−2174, 1985.
  108. Ashby, M.F. Background reading: Hot isostatic pressing and sintering. Internal report, Cambridze University Engineering Department, Cambridze, 1990.
  109. Fleck, N.A., Kuhn.L.T. and Mc Meeking, R.M. Yielding of metal powder bonded by isolated contacts. J.Mech.Phys.Soiids, 40, p.p.1139−1162,1992.
  110. Ogbonna.N. and Fleck, N.A. Compaction of an array of spherical particles.4
  111. Acta Metall. Mater, (inpress), 1994.
  112. Akisanya.A.R., Cocs.A.C.F. and Fleck, N.A. Hydrostatic compaction of cylindrical particles. J.Mech.Phys.Soiids, 42, p.p.1067−1085,1994.
  113. Fleck, N.A. On the cold compaction of powders.J.Mech. Phys. Solids (submitted), 1994.
  114. Fischmeister, H.F. and Arzt, E. Densification of powders by particle deformation. Powder Metall, 26, p.p. 82−88,1983.
  115. Liu.Y-M., Wadley.H.N.G. and Duva, J. Densification of porous materials by power law creep. Acta Metall.Mater. 42, p.p.2247−2260, 1994.
  116. Д.Д. Теория идеальной пластичности. M.: Наука, 1966. 234с.
  117. Р.Я., Кондрашев Ф. В. Прессование керамических порошков. М.: Металлургия, 1968. 272 с.
  118. .А., Новиков С. П., Фоменко А. Т. Современная геометрия. М.: Наука, 1979. 759 с.
  119. Я.Е. Макроскопические дефекты в металлах. М.: Металлургиздат, 1962. 252 с.
  120. А.Г. Применение экстремальных теорем для определения напряжений и деформаций при развитом пластическом течении композита.// Известия АН СССР, МТТ.1984, № 6, с. 106−113.1. V.
  121. Ю.Н. Механика деформируемого твердого тела. М.: Наука, 1979. 744 с.
  122. .К. Современная кристаллография. Т.1. Симметрия кристаллов. Методы структурной кристаллографии. М., Наука, 1979. 384 с.
  123. А.Г., Колмыков В. Л., Соколов М. В. О физических уравнениях пористого тела. Тезисы докладов. 11-я Зимняя школа по МСС. Кн.1. Пермь.1997. с. 135.
  124. А.Г., Колмыков В. Л., Соколов М. В. О физических уравнениях пористого материала.// Известия вузов. Цветная металлургия. 1997. № 4. с.39−43.t
  125. В.В. Теория пластичности. М. «Высш. школа», 1969. 608с.
  126. А.И., Григорьев А. К. Теория деформирования пористых материалов с неупрочняющейся матрицей // Межвуз. сб. науч. тр. «Обработка металлов давлением». Свердловск: Изд-во УПИ, 1986. № 13. с.38−44.
  127. B.B. Реологические основы теории спекания. Киев: Наукова думка, 1972.152 с.
  128. М.Б., Сердюк Г. Г., Максименко Л. А. и др. Феноменологические теории прессования порошков. Киев: Наукова думка, 1982. 140 с.
  129. В. Т. Общие теоремы теории упругопластических сред. Е.: Изд-во иностр. лит., 1961.
  130. А.Г. Математическое моделирование процессов обработки давлением структурно-неоднородных материалов. Свердловск, УрО АН СССР, 1990. 90с.
  131. В.Л., Логинов Ю. Н. К расчету плотности и прочности изделий, получаемых прессованием некомпактного материала II Межвуз. сб. науч. тр. «Обработка металлов давлением». Свердловск: Изд-во УПИ, 1977. Вып. 4. с.84−87.
  132. Л.М. Основы теории пластичности. М.: Наука, 1969. 420 с.
  133. Л.И., Павлов В. А., Макагон В. И., Оресов Ю. Г. Технологические режимы горячей экструзии порошкового титана. // Теория и практика прессования порошков. Киев: Наукова думка, 1975. с.146−150.
  134. В.Н., Залазинский А. Г., Новожонов В. И. Феноменологическая модель схватывания однородных металлов // Известия вузов. Черная металлургия. 1996. № 6. с.32−35.
  135. А.Г., Новожонов В. И., Колмыков В. Л., Соколов М. В. Моделирование прессования брикетов и выдавливания прутков из титановой губки. Известия РАН, Металлы. 1997. № 6. с.64−68.
  136. Горловский М Б., Меркачев В. Н. Справочник волочильщика проволоки. М.: Металлургия, 1993, 336с.
  137. В.И., Третьяков A.B. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. Челябинск: Металл, 1993. 368с.
  138. .А., Ливанов В. А., Буханова A.A. Механические свойства титана и его сплавов. М.: Металлургия, 1974. 544с.
  139. А.Г. Планирование эксперимента. Учебное пособие. Екатеринбург, ИМАШ УрО РАН и УГТУ-УПИ, 1998. 100с.
  140. А.К. Техника статистических вычислений. М., Наука, 1971. 576с.
  141. В.И., Залазинский А. Г., Давыдова Л. С., Анисимова Л. И., Берсенев Ю. С. Исследование возможности получения прутков из титановой губки. // Цветные металлы. 1999. № 3. с.91−92.
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!