РОЗДІЛ 2
СТВОРЕННЯ ТА УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНІКИ ДЛЯ ФІЗИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ПЛАСТИЧНОГО ФОРМОЗМІНЮВАННЯ МЕЛАЛІВ ЗІ СКЛАДНОЮ РЕОЛОГІЄЮ В УМОВАХ НАДВЕЛИКИХ ДЕФОРМАЦІЙ
2.1. Вихідні положення та комплекс вимог до постановки і реалізації експерименту в умовах надвеликої деформації
2.1.2. Вихідними даними для створення нових технологій в галузі обробки металів тиском є достовірні дані про залежність опору деформації металів від її степені, швидкості та температури. Вони наведені у вигляді сімей пластометричних кривих. У пластометричному експерименті прослідковується чітка залежність достовірності його результатів від ступеня забезпечення однорідності деформації зразків, а точність - від суворості дотримування сталості (незмінності) швидкості деформації та надійності роботи апаратури для вимірювання зусиль та переміщень.
Вказане набуває значно більшої актуальності при дослідженнях процесів пластичного формозмінювання за умов надвеликих деформацій. Тому комплекс вимог до постановки та реалізації традиційного пластометричного експерименту в умовах реальних надвеликих локальних деформацій у першу чергу повинен включати можливість забезпечення і в цьому випадку однорідності деформації при постійному контролі за розвитком деформації зразка за допомогою відеозйомки.
2.1.2. Схема течії металів в реальних процесах обробки їх тиском, особливо при великих степенях деформації, відрізняється від ідеалізованих пластометричних випробувань тим, що одночасно мають місце як деформації стиснення, так і зсуву. При цьому значною мірою може зменшуватись величина опору деформації, навіть при прокатуванні реологійно простого металу.
До цього часу вплив зсувних деформацій на реологійні властивості металів не вивчався. Особливо значного впливу зсувних деформацій слід чекати при пластичному формозмінюванні реологійно складних металів в умовах надвеликих деформації. () та складних навантажень.
2.1.3. Враховуючи складність навантаження у реальних процесах обробки тиском металів зі складною реологією та значного впливу на неї зсувних деформацій, розробка пластометрії однорідного пластичного стиснення з одночасним зсувом є вкрай актуальною.
2.2. Аналіз існуючих конструкцій пластометрів
Пластометри?(реометри) - це випробувальні машини, кінематична схема яких дозволяє проводити дослідження опору деформації металів в умовах однорідного пластичного стиснення (крутіння, розтягування) зразків при постійних швидкостях деформації.
За типом приводу пластометри поділяються на пневмогідравлічні та механічні.
Навантаження у пневмогідравлічних пластометрах відбувається через передавальне середовище - газоподібне чи рідке. Основна перевага таких машин полягає у можливості отримання дуже високих швидкостей деформування. Однак, при цьому швидкість деформації змінюється у часі і залежить від опору деформації досліджуваного зразка, що небажано, оскільки спотворює результати випробувань. Тому найбільшого розповсюдження набули механічні пластометри, основною перевагою яких є можливість забезпечення незмінності швидкості деформації за рахунок використання оригінального елементу приладу - робочого кулачка, що має логарифмічний контур твірної [55].
Перший кулачковий пластометр було створено у 1950 за проектом Орована Е. та Лоузена Н. [55] на замовлення Британської асоціації чорної металургії (BISRA). Одне обертання робочого кулачка призводило до деформації стиснення у 50 % () при забезпеченні сталості її швидкості.
На цьому пластометрі були проведені перші дослідження цілої низки сталей, кольорових металів та їх сплавів вченими Елдером Дж. та Філіпом В. у 1954 [8] і Куком П.М. у 1957 [57] роках.
Перший пластометр на теренах СРСР було створено М.Я. Бровманом зі співробітниками на Південно-Уральському машинобудівному заводі (ЮУМЗ) у 1960 році [58]. На відміну від англійських попередників конструктори передбачили можливість проведення на ньому досліджень в умовах як стиснення, так і розтягування. Закони навантаження вони спробували відтворити подібними до умов процесу прокатки.
У цьому підрозділі роботи варто більш детально зупинитися на особливостях конструкції найбільш характерних зразків пластометричної техніки, створених за останні десятиліття, аби мати більш чітке уявлення про переваги і недоліки тих чи інших конструкторських рішень.
У 1963 р. американські вчені Бейлі Дж. та Зінгер А. [59] запропонували свою конструкцію пластометру (рис. 2.1,а), у якій підпружиненому штокові надається рух за допомогою робочого барабану з профільованим кулачком. Зусилля при цьому вимірюють за допомогою месдози, а переміщення - ходографом. Тут варто зазначити, що проблема дослідження властивостей металів за умов великих деформацій вже у ті роки примушувала дослідників шукати шляхи вирішення цієї проблеми. Американські вчені запропонували використовувати схему плаского стиснення, аби досягти до 3.0 і більше, але про достовірність таких даних не може йти і мови, хоча б уже через неможливість виключення впливу зовнішніх зон зразка на результати вимірювання опору деформації.
Роком пізніше німецькі інженери Кінцель О. та Бюлер Х. [60], використавши ідею наявності проміжного тіла (ролика) та змінивши тип приводу на електрогідравлічний, виготовили пластометр (рис. 2.1,б). У цій конструкції кулачок обертається увесь час і для його увімкнення ролик примусово обертається на певний кут навколо своєї вісі до моменту стикання з кулачком. Після деформування зразка стіл, у якому змонтовано ролик, утримується у верхньому положенні.
Рис. 2.1. Розвиток конструкцій пластометрів на сучасному етапі. Автори:
а - Baily I.A., Singer A.R.E. (США, 1963 р.);
б - Kienzle O., Buhler H. (ФРН, 1964 р.);
в - Биков Л.А., Трет'яков А.В., Марков А.С. (СРСР, 1965 р.);
г - Видрін В.Н. зі співробітниками (СРСР, 1968-91);
1 - кулачок;
2 - верхній пуансон;
3 - нижній пуансон;
4 - зразок.
У 1965 р. радянськими вченими Биковим