Сегментных цилиндров

Радиальное СВС-прессование круглых цилиндров с криволинейной деформируемой поверхностью характеризуется куполообразной формой и низкой размерной точностью спрессованных заготовок. Вполне логичным представляется технологический вариант, при котором шихтовая заготовка имеет форму сегментного цилиндра и ее верхняя деформируемая поверхность является частично плоской (рис. 7.13). Для схемы радиального СВС-прессования сегментных цилиндров, кроме начальной высоты оболочки h _об варьируемым параметром является начальная высота плоской площадки h _пл
(см. рис. 7.13).

На рис. 7.14 приведены результаты расчета формы сечения спрессованной заготовки в зависимости от начальных высот площадки h _пл и оболочки h _об. Изменение формы исходного цилиндра с круглой на сегментную приводит к изменению формы спрессованной заготовки – на верхней деформируемой поверхности вместо купола образуется кратер. Максимальная высота стенки кратера h _кр (см. рис. 7.14) определяет величину припуска на механическую обработку и может служить количественной мерой размерной точности спрессованной заготовки.

Увеличение начальной толщины оболочки h _об сопровождается повышением размерной точности и средней относительной плотности заготовки r₁ (рис. 7.15). При этом кривые h _кр(h _об) с увеличением h _об асимптотически приближаются к предельным значениям, зависящим от величины начальной высоты плоской площадки h _пл. При одинаковой начальной толщине оболочки h _об уменьшение высоты плоской площадки h _пл также способствует уменьшению величины припуска h _кр и повышению размерной точности.

При выборе оптимальных значений h _пл и h _об кроме минимальной величины h _кр следует учесть еще два условия. Первое условие является геометрическим – дно кратера не должно находиться ниже уровня диаметрального сечения заготовки с координатой у = 0. Второе условие касается качества спрессованного материала – центральная верхняя часть сечения заготовки, в которой выполняется профиль сопла, должна иметь минимальную пористость. Среди исследованных вариантов технологических параметров геометрическому условию удовлетворяют два варианта: h _пл = 12 мм; h _об = 20 мм и
h _пл = 9 мм; h _об = 10 мм. Выбор окончательного варианта осуществляется на основании результатов расчета распределения относительной плотности по сечению заготовки (рис. 7.16).

При начальной высоте плоской площадки h _пл = 12 мм верхние ² рабочие² объемы заготовки уплотняются до беспористого состояния (см. рис. 7.16, а). Уменьшение высоты h _пл сопровождается уменьшением объема и массы уплотняемого материала в верхней части заготовки. При начальной высоте h _пл = 9 мм, когда у кругового цилиндра удалено приблизительно 20% его объема и массы, оставшегося материала недостаточно для уплотнения верхних объемов заготовки до беспористого состояния. Поэтому, несмотря на локализацию пластической деформации и плотности в верхних объемах заготовки, они остаются рыхлыми, и пористость здесь составляет не менее 15% (см. рис. 7.16, б). В итоге по совокупности показателей качества оптимальным является вариант со следующими технологическими размерами: h _пл = 12 мм и h _об = 20 мм.

а б

в

Р и с. 7.14. Форма сечения заготовки при радиальном

СВС-прессовании сегментного цилиндра:

1 – h _об = 10 мм; 2 – 15 мм; 3 – 20 мм;

а – =15 мм; б – =12 мм; в – =9 мм

h кр, мм а б

Р и с. 7.15. Влияние начальной высоты оболочки h об на размерную точность h кр (а) и среднюю относительную плотность заготовки r 1 (б): 1 – h пл = 15 мм; 2 – h пл = 12 мм; 1 – h пл = 9 мм

r» 0, 85 r = 1 а	б
Р и с. 7.16. Зоны максимальной относительной плотности r при технологических размерах h пл = 12 мм; h об = 20 мм (а) и h пл = 9 мм; h об = 10 мм (б)

Следует отметить, что размеры области беспористого материала служат ограничением на размеры профиля сопла. Для рассматриваемой схемы характерна небольшая (~ 2 мм) глубина беспористой области, и прессование сегментного цилиндра может быть рекомендовано для изготовления изделий с неглубоким профилем сопла.

Экспериментальная проверка математической модели процесса радиального СВС-прессования сегментного цилиндра была проведена для заготовки с h _пл = 12 мм и двумя значениями начальной высоты оболочки: h _об = 5 мм и h _об = 20 мм (рис. 7.17).

Расчет	Эксперимент
а
Расчет	Эксперимент
б
Р и с. 7.17. Влияние начальной высоты оболочки h об на форму заготовки при СВС-прессовании сегментного цилиндра с h пл = 12 мм: а – h об = 20 мм; б – h об = 5 мм

Результаты эксперимента по форме спрессованной заготовки находятся в хорошем соответствии с расчетными данными.