Решающее влияние на качество получаемых изделий и энергосиловые параметры процесса прессования оказывает характер течения деформируемого металла в контейнере во время выдавливания, т. е. характер взаимного перемещения отдельных объемов металла, их деформированное состояние. Характер течения металла влияет на равномерность структуры и механических свойств в объеме пресс - изделий. Поэтому исследование влияния различных факторов на характер течения металла позволяет эффективно влиять на результаты процесса прессования, имеет важное научное и практическое значение. Однако сложность закономерностей характера течения металла и зависимость их от множества факторов, а также взаимосвязь их друг с другом делают невозможным получение точного теоретического решения задачи течения металла при прессовании. Поэтому на практике нашли широкое применение в основном экспериментальные методы исследования характера течения металла при прессовании.
Течение металла при прессовании исследуют с помощью раз-личных экспериментальных и аналитических методов. Среди них наибольшее распространение получил метод координатной сетки [5]. При этом в качестве исходных заготовок используют два свинцовых полуцилиндра, получаемых литьем. Сущность метода заключается в нанесении на поверхность одного из полуцилиндров координатной сетки в виде продольных и поперечных канавок глубиной порядка 0,25 мм, образующих квадраты со сторонами около 1…6 мм в зависимости от размера образцов (рис. 2.1, а). Затем поверхности разъема смазывают машинным маслом для предохранения заготовок от сваривания при прессовании, затем складывают их и в таком виде прессуют.
Рис. 2.1. Составная круглая заготовка с координатной сеткой до (а) и после (б) прессования
После прессования деформированную заготовку отделяют от инструмента, разделяют ее по плоскости разъема и изучают происшедшие на различных участках изменения координатной сетки (рис. 2.1, б). По изменению координатной сетки судят о характере течения и распределения деформации по длине и сечению. В общем случае, если квадратный элемент координатной сетки получает только растяжение и сжатие, то он превратится в прямоугольник, если же имеется дополнительный сдвиг, то – в параллелограмм. На образце, изображенном на рис. 2.1, б, все квадратные ячейки исходного образца после деформации превратились в параллелограмм. Следовательно, при прессовании происходят деформации удлинения и сдвиг.
Деформацию удлинения можно определить двумя способами:
1) по отношению длин сетки до и после прессования; 2) по отноше-ниям площадей поперечных сечений соответствующих колец до и после прессования.
Первый способ является более точным для ячеек, находящихся ближе к центру (оси). При этом деформация удлинения осевого слоя оценивается как отношение расстояния между вершинами двух соседних поперечных линий координатной сетки к начальному расстоянию между этими линиями (рис. 2.2), т. е.
, 
, … 
.
Рис. 2.2. Общая схема искажения координатной сетки
Второй способ более точен для ячеек периферийных слоев, поскольку в них на координатных сетках точнее замеряется толщина слоев, чем длина параллельных оси сторон ячеек после прессования. В этом случае:
.
Сдвиговые деформации достаточно точно определяются измерением углов γ, которые образуются касательными к поперечным кривым и линиям и линиям, перпендикулярным к оси.
Поскольку γ3>γ2>γ1, то на периферии отпрессованных деталей сдвиговые деформации будут преобладать над деформацией растяжением.
Полученные таким образом показатели позволяют построить кривые изменения деформаций по поперечным сечениям (λ Di, di) пресс изделия и длине (λ li, li), а также выразить изменение сдвигов по диаметру.
Приведенная схема позволяет установить следующие основные положения, определяющие характер течения металла и деформации при прессовании через одноканальную коническую матрицу [6]:
1) все прямые продольные линии начальной координатной сетки, оставаясь, за исключением переднего конца, практически прямыми после прессования, претерпевают изгибы у входа в обжи-мающую часть пластической зоны и у выхода из этой части;
2) данные изгибы направлены во взаимно противоположные стороны, что свидетельствует о немонотонности деформации;
3) углы γ3>γ2>γ1, что свидетельствует об уменьшении немонотонности деформации от периферии к центру;
4) соединяя между собой все точки изгибов продольных пря-мых линий, получают две кривые поверхности, являющиеся грани-цами очага пластической деформации (ОПД) со стороны входа по линии КК' и выхода по СС'. Торцовые поверхности ОПД представляют собой плавные осесимметричные поверхности, выпуклость которых направлена против движения прессуемого металла;
5) на некотором расстоянии от ОПД продольные линии сетки изгибаются по направлению к оси заготовки, образуя пережимы, утонения центральных и утолщения периферийных слоев. Утолще-ния являются аккумуляторами металла периферийных слоев, сдвигающихся относительно внутренних;
6) все поперечные прямые линии начальной координатной сетки в заготовке симметрично изгибаются выпуклостью в напра-влении движения прессуемого металла; это указывает на неравно-мерность деформации и отставание периферийных слоев металла от центральных в направлении, параллельном оси прессования. При некоторых условиях процесса прессования поперечные линии могут оставаться неизменными вплоть до того, пока не начнут входить в ОПД (холодное прессование с эффективной смазкой, горячее прессование с обратным истечением) или даже изгибаться в проти-воположном направлении, т. е. периферийные слои могут опережать внутренние в направлении оси прессования (прессование с опере-жающим движением контейнера).
7) расстояние между изогнутыми поперечными линиями в заго-тове увеличиваются в направлении движения прессуемого металла от пресс шайбы к ОПД;
8) в традиционных условиях прессования в пресс-изделии ранее прямые поперечные линии координатной сетки, за исключением нескольких линий, примыкающих к его переднему концу, принимают формы, близкие к параболам (см. рис. 2.1);
9) в стадии установившегося процесса прессования скорости истечения металла, т. е. скорости выхода пресс-изделия из матрицы, на разных стадиях этого периода, т. е. в начале, середине и конце установившегося течения, будут различны.
Практическая часть