Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Стремительно расширяется сфера применения порошковой металлургии в народном *озяйстве, совершенствуется технология, повышается производительность труда, улучшается качество металлоке-рамической продукции. Бурно развивающееся производство изделий из металлических порошков непрерывно ставит перед учеными и инженерами новые серьезные задачи, требующие немедленного решения. В ряде случаев производственные достижения порошковой металлургии значительно обогнали соответствующие научно-теоретические разработки. К сожалению, необходимо отметить, что многие работы по порошковой металлургии, изданные в нашей стране и за границей, в определенной степени устарели и не отвечают современному уровню производства. Подавляющее большинство опубликованных работ посвящены исследованиям сложного комплекса явлений процесса спекания и изучению свойств порошковых изделий. Такой ва^кньїй процесс порошковой металлургии, как прессование изучен менее основательно, что в первую очередь, объясняется значительной сложностью рлссматрнваемых явлений. Большой вклад в развитие теории процессов прессования внесли такие известные ученые, как М.Ю.Бальшин, Г.М.Жданович, В.В.Скороход и др. Общеизвестно, что процесс прессования предопределяет ряд важнейших свойств будущего порошкового изделия, чаще всего дефекты процесса прессования не могут быть исправлены последующим спеканием.
В области теории прессования металлических порошков, при выводе основного уравнения, связывающего давление и плотность наметились два основных направления.
Первое из них характеризуется введением целого ряда упрощающих до-пушений, позволяющее решать ту или иную задачу элементарным путем, получать простые уравнения с достаточной для нужд практики степенью точности, описывающие рассматриваемый процесс. К данному направлению относятся теории, основанные на использовании гипотезы сплошности.
Второе направление, основанное ня попытках более езрогого математического описания всех основных физических явлений процесса прессования, оказывается слишком сложным и далеко не всегда приводит к результатам, которые могут быть использованы в инженерной прттнке. К данному направлению относятся теории, основанные на изучений контактных явлений.
Естественно, что граница между этими двумя направлениями не может быть резко проведена и не является стабильной. Следует отметить, что теории обоих направлений взаимно дополняют друг друга, что закономерно. Кроме 10-го, при теоретических исследованиях некоторых вопросов, использование гипотезы сплошности является необходимым, как например при исследовании распределения давлечии и плотности в прессовках и т.п. При выводе основного уравнения прессования более правильным и целесообразным является путь исследования дискретной гранулометрической структуры порошкового тела, основанный на изучении поведения отдельных частиц при различии контактных воздействий на основе принципов статистической механики. Так как частицы порошка, представляющие собой обособленные физические тела, подчиняются всем законам классической механики, то разработка дискретной теории сейчас является своевременной и перспективной. Современный уровень развития физики металлов и математики позволяет преодолеть значительные трудности в разработке дискретной теории прессования, основанной на всестороннем анализе поведения частиц при различных контактных воздействиях с привлечением методов статистической механики. В процессе прессования усилия между частицами передаются именно через контакты, поэтому анализ контактного взаимодействия частиц позволяет глубже проникнуть в суть достаточно сложных и интересных явлений, сопровождающих процесс. С этой точки зрения создание дискретной контактной теории прессования следует признать своевременным и необходимым. Анализируя вышесказанное, следует отметить, что задача уточнения уравнений, описывающих деформационный механизм уплотнения, величину силового контактного взаимодействия части порошкового тела, является актуальной.
Сбшь работы с крупными научными программами, темами. Данная работа выполнялась в соответствии с заданиями государственной научно-технической программы "Иисгрумеит"(1993 - 1995 гг.) н "Алмазы, сверхтвердые материалы и изделия на их основе"(1995 - 1996 гг.).
Цель и задача исследований. Целью данной работы является уточнение величины контактного давления на основе анализа силового взаимодействия частиц сжимаемого пористого тела, позволяющее оптимизировать парамеїрьі уравнения прессования порошковых материалов при получении изделий обще-машпносіронтельного назначения.
Для реализации указанной цели в работе поставлены следующие основные задачи:
-
Уточнение зависимости относительно контактного сечения от плотности порошкового тела, зависимости, описывающей'деформационный механизм уплотнения порошкового тела.
-
Выведение уточняющей зависимости давления силового контактного взаимодействия частиц порошкового тела в процессе уплотнения.
3. На основе полученных результатов уточнить и оптимизировать пара-
" метры уравнения прессования порошкового тела, связывающего давление к
плотность.
4. Уточнить и оптимизировать расчет технологического процесса изготов
ления деталей конструктивного назначения методом порошковой металлургии.
Научная новизна полученных результатов. Установление зависимости плотности порошкового гела от давления прессования является основной задачей при разработке теории, нз базе которой возможна научно обоснованная разработка технологического процесса прессования, одного из основных процессов технологии порошковой металлургии. Для решения этой задачи в первую очередь необходимо определить деформационный механизм уплотнения порошкового зела. Данный механизм должен учитывать все зри компоненты деформации: упругую, пластическую, структурную, межчастичную. Как известно, наличие слруктурной компоненты отличает деформацию порошкового тела от деформации компактного тела. Получена формула, устанавливающая связь между относительным контактным сечением порошкового тела а, и его относительной плотностью 8, представляющая собой зависимость, описывающую деформационный механизм уплотнения порошкового тела, существенно уточняющую аналогичные зависимости, полученные М.Ю.Бальшиным и Г.М.Ждановичем. Выведена уточняющая формула определения зависимости контактного давления от плотности порошкового тела в рассматриваемый момент процесса уплотнения.
Практическая значимость полученных результатов. Полученные результаты прошли апробацию в Белорусском государственном научно-производственном концерне порошковой металлургии и были использованы при разработке технологий изготовления заготовок коллекторов электрических машин, вкладышей ротора автомобильных стартеров, втулок тормозных систем подвижного железнодорожного транспорта.
-»
Основные положения диссертации, выносимые на защиту
Закономерность нарастания относительного контактного сечения порошкового тела с рослом его плотности.
Зависимость давления силового контактного взаимодействия частиц уплотняемого порошкового тела от его плотности.
Уточненная зависимость приведенного напряжения or плотности порошкового тела, описывающая процесс упрочнения материала частиц при уплотнении.
Уточненная зависимость приведенной деформации материала прикон-тактной области частицы от плотности.
Уточненная зависимость давления прессования от плотности прессовки, представляющая уравнение прессования порошкового тела.
Практическая независимость контактного трения на величину контактного давления.
Личный вклад соискателя. Автором были уточнены зависимости относительного контактного сечения от плотности порошкового тела, зависимости, описывающей деформационный механизм уплотнения порошкового тела, зависимости давления силового контактного взаимодействия частиц порошкового тела в процессе уплотнения, иарамеїров уравнения прессования порошкового тела, связывающего давление и плотность.
Апробация результатов диссертант:. Результаты исследований, включенные в диссертацию докладывались и обсуждались на заседании кафедры СММП БГПА и на заседании секции "Машиностроительные материалы" научно-технического совета ИМИ порошковой металлуршн Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой металлургии.
Онубликованносгь результатов. Основные результаты диссертации опубликованы в двух статьях.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, перечня условных обозначений, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка использованных источников и приложения. Рабоїа содержит 92 страницы машинописного текста, II иллюстраций, 7 таблиц, 70 библиографических источников.