Расчет температурных условий процесса прессования

Температурные режимы прессования металлов и сплавов являются одним из основных параметров рациональной технологии ведения процесса прессования. Температура нагрева прессового инструмента, заготовки для прессования, изменение температуры прессуемого металла в процессе выдавливания определяют энергосиловые параметры процесса, характер течения металла в контейнере, оказывают решающее влияние на стабильность свойств и структуры по длине и сечению пресс-изделия, стойкость прессового инструмента и в совокупности оказывают важное влияние на технико-экономические показатели процесса.

Определение температурных полей при прессовании связано с решением сопряженной, связанной краевой задачи нестационарной теплопроводности. Поэтому при решении данной задачи возникают значительные трудности, что обусловило привлечение различных методов при проведении исследований и осуществлении расчетов.

Расчет температурных условий процесса прессования можно решить численными методами, так как увеличение мерности, факторности задачи приводят лишь к увеличению объема вычислений и необходимости применения ЭВМ с соответствующим объемом памяти и быстродействием. В то же время по-прежнему актуально применение инженерных методов расчета, особенно тогда, когда решение задачи получено в виде формулы и с достаточной степенью точности. В этом случае решение получается быстрее, возможно провести анализ влияния основных параметров процесса на изменение температурных условий при прессовании.

Инженерные методы расчета температурных условий основаны на уравнении теплового баланса. Весь объем заготовки делится на элементарные цилиндрические блоки, которые во время прессования проходят две характерные зоны по интенсивности и расположению источников тепла: зона подхода металла к очагу деформации и очаг деформации. Тогда выходную температуру пресс-изделия можно определить как:

, (40)

где t = t₁₊ t_д – время прессования блока; Dt_1t (t₁), Dt_д(t_д) – изменение температуры блока за время пребывание в контейнере t₁ перед очагом деформации и время t_д пребывания в очаге деформации.

Для прутков и сплошных профилей:

, (41)

- для труб:

, (42)

- для прутков и сплошных профилей:

, (43)

- для труб

, (44)

где – коэффициенты аккумуляции тепла, теплопроводности, теплоемкости, температуропроводности и плотности материалов заготовки (индекс 1), втулки контейнера (индекс 2) и иглы (индекс 3);

D_k, d_и – диаметры контейнера и иглы; ;

– начальные температуры нагрева заготовки, контейнера и иглы;

q_v = P/t_д; Р – удельное усилие прессования:

- для прутка

, (45)

- для трубы

, (46)

где b = 1, 1; a» 60^о.

m_тр – коэффициент трения на игле; V_ср – среднее значение скорости движения прессуемого металла на поверхности очага деформации:

- для прутка

, (47)

- для трубы

, , (48)

где V – скорость движения прессующей траверсы; d_тр – наружный диаметр трубы. Время деформации будет равно:

- для прутка:

, (49)

при a» 60^о

, (50)

- для трубы:

, (51)

, (52)

где d_пр и d_тр – диаметр прутка и трубы, соответственно.

Необходимо отметить, что при расчете изменения температуры в очаге деформации необходимо использовать среднее геометрическое значение

, (53)

где ; .

Теплофизические константы прессуемых металлов и прессового инструмента для температурного интервала прессования представлены в табл. 12.

Таблица 12

Теплофизические константы прессуемых металлов и прессового инструмента

Вопросы для самоконтроля

1. На чем основаны инженерные методы расчета температуры прессования?

2. Какие известны численные методы для определения температурных условий процесса прессования?

3. Почему невозможно получить точное решение при расчете температурных условий процесса прессования?

4. Какие основные параметры влияют на изменение температурных условий прессования?

5. Как регулируются температурные условия процесса прессования?

6. Как взаимосвязаны скорость и температура прессования?

7. Какой процесс прессования называют «изотермическим»?

8. С помощью каких методов определяются температурные условия прессования?

9. Как выбирается температурный диапазон прессования?

10. Что такое «критическая» температура прессования?

Варианты заданий к разделу 3

Рассчитать температурные условия процесса прессования для типо-размеров пресс-изделий и размеров заготовки, определенных в разделе 2. Построить графики изменения температур.

Расчет температурных условий проводить в следующем порядке:

1. Определяем общее время прессования:

(54)

где – длина распрессованной заготовки; – высота упругой зоны; – скорость прессования; – диаметры заготовки и контейнера соответственно.

2. Находим время пребывания прессуемого металла перед ОЧПЗ:

, (55)

где t_д – время пребывания в очаге деформации (49, 51).

3. Выбираем уравнения реологии прессуемого металла – зависимость σ _S(ε ₁, έ ₂, Т₂) – сопротивление деформации от параметров деформации.

4. Находим температуру на границе контакта заготовки и контейнера для и с:

, (56)

где здесь, те же обозначения, что и в выше приведенных формулах.

5. Рассчитываем для данных температур по выбранному уравнению реологии.

6. Находим среднее геометрическое значение для данных значений:

, (57)

7. Определяем напряжение трения на границе контакта заготовка-контейнер: .

8. Рассчитываем для температуры t10 по выбранному уравнению реологии.

9. Значения, определенные в п.п. 7, 8, подставляем в уравнения в (41) или (42) и находим температуру прессуемого металла перед ОЧПЗ.

10. Рассчитываем для температуры t(τ ₁) по выбранному уравнению реологии.

11. Находим среднее геометрическое значение для данных значений:

, (58)

12. Определяем уточненное значение температуры прессуемого металла перед ОЧПЗ.

13. Рассчитываем для температуры t(τ ₁) по выбранному уравнению реологии.

14. Аналогично рассчитываем температуру в ОЧПЗ.