Розрахунковий аналіз міцності складених прес-форм для обробки нагрітих порошкових матеріалів

Abstract

В роботі розглядається розрахунковий аналіз міцності складених прес-форм, для ізостатичного пресування нагрітих порошкових матеріалів. Ізостатичне пресування нагрітих порошків надміцних матеріалів у складених прес-формах виготовлених з вуглець-вуглецевих композитних матеріалів є одним із сучасних напрямів обробних галузей машинобудування. Ключовим моментом інтенсифікації технологічних процесів є підвищення силового впливу на заготовку, що, в свою чергу, призводить до підвищення силового впливу на елементи прес-форми. Розрахункове аналіз деформування прес-форми разом із заготовкою дозволяє зробити рекомендації стосовно раціональних значень конструкційних та експлуатаційних параметрів, за яких, по-перше, обладнання залишається працездатним, а, по-друге, досягається мета технологічної операції. У статті розглянуто розрахункові дослідження термопружного деформування системи «складена прес-форма – заготовка» з метою оцінки міцності елементів обладнання. Було розглянуто випадок рівномірного нагріву заготовки та елементів прес-форми. Розрахункові дослідження проводились із застосуванням методу скінчених елементів. Базовим обрано вісесиметричний чотирьох вузловий ізопараметричний скінченний елемент із білінійною апроксимацією температури та переміщень. Контактна взаємодію моделюється шляхом введення шарів спеціальних контактних скінченних елементів, які вводились поміж складовими частинами прес-форми та поміж прес-формою та заготовкою. Для оцінки міцності елементів прес-форми застосовано критерій Кулона-Мора. Еквівалентне напруження відповідно до цього критерію порівнювалось із граничними значеннями міцності. Наведено результати розрахунків, що ілюструють основних характеристик напружено-деформованого стану у елементах прес-форми. Виконано серію розрахунків, у яких варіювались розміри елементів прес-форми та їх вплив на показники міцності.The paper considers the computational analysis of the strength of composite molds for isostatic pressing of heated powder materials. Isostatic pressing of heated powders of high-strength materials in composite molds made of carbon-carbon composite materials is one of the modern directions of the processing branches of mechanical engineering. The key point of intensification of technological processes is the increase in the force effect on the workpiece, which, in turn, leads to an increase in the force effect on the mold elements. The computational analysis of the deformation of the mold together with the workpiece allows us to make recommendations regarding the rational values of the structural and operational parameters, under which, firstly, the equipment remains operational, and, secondly, the goal of the technological operation is achieved. The article considers computational studies of the thermoelastic deformation of the “assembled mold – workpiece” system in order to assess the strength of the equipment elements. The case of uniform heating of the workpiece and the elements of the mold was considered. Computational studies were carried out using the finite element method. The basic one was an axisymmetric four-node isoparametric finite element with a bilinear approximation of temperature and displacements. The contact interaction is modeled by introducing layers of special contact finite elements, which were introduced between the components of the mold and between the mold and the workpiece. To assess the strength of the mold elements, the Coulomb-Mohr criterion was used. The equivalent stress according to this criterion was compared with the limit values of strength. The results of calculations are presented, illustrating the main characteristics of the stress-strain state in the mold elements. A series of calculations was performed, in which the dimensions of the mold elements and their influence on the strength indicators were varied.