Термопружність складених прес-форм для пресування нагрітих порошкових матеріалів

Abstract

В роботі розглядається аналіз термопружного деформування складених циліндричних матриць з вуглець-вуглецевих композитних матеріалів, призначених для ізостатичного пресування нагрітих порошків надміцних матеріалів. У теперішній час велику популярність набули технологічні процеси виготовлення деталей та елементів конструкцій із порошкових матеріалів. Одним з напрямів є ізостатичне пресування нагрітих порошків надміцних матеріалів у складених матрицях з вуглець-вуглецевих композитних матеріалів. Інтенсифікація виробничих технологічних процесів призводить до підвищення механічних та температурних навантажень на обладнання. Розрахункове дослідження деформування обладнання 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 матриця – заготовка» за умов ізостатичного пресування нагрітих порошків надміцних матеріалів. Розрахунковий аналіз базується на послідовному розв’язанні двох задач: задачі нестаціонарної теплопровідності та задачі термопружного деформування з урахуванням особливостей контактної взаємодії поміж складових елементів конструкції. Розв’язано задачу нестаціонарної теплопровідності та зв’язану із нею задачу термопружності, на базі чого визначені небезпечні режими нагріву з точки зору навантаженості матриці. В якості чисельного метода розв’язання використовується метод 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. Наведено результати розрахунків, що ілюструють розподіл температури та основних характеристик напружено-деформованого стану у різні моменти часу упродовж технологічного циклу пресування.

The paper considers the analysis of thermoelastic deformation of folded cylindrical molds made of carbon-carbon composite materials intended for isostatic pressing of heated powders of heavy-duty materials. At present, technological processes for the manufacture of parts and structural elements from powder materials have become very popular. One of the directions is isostatic pressing of heated powders of heavy-duty materials in folded molds of carbon-carbon composite materials. Intensification of production technological processes leads to an increase in mechanical and temperature loads on equipment. The computational study of the deformation of the equipment together with the workpiece allows us to make recommendations regarding the rational values of design and operational parameters, under which, firstly, the equipment remains operational, and, secondly, the goal of the technological operation is achieved. The paper considers the computational studies of thermoelastic deformation of the system “folded mold – workpiece” under the conditions of isostatic pressing of heated powders of heavy-duty materials. The computational analysis is based on the sequential solution of two problems: the problem of non-stationary transient heat transferring and the problem of thermoelastic deformation, taking into account the peculiarities of contact interaction between the constituent elements of the structure. The problem of non-stationary transient heat transferring and the related problem of thermoel asticity are solved, on the basis of which dangerous heating modes in terms of matrix load are determined. The method of finite elements is used as a numerical method of solution. An axisymmetric four-node isoparametric finite element with a bilinear approximation of temperature and displacements was chosen as the baseline. Contact interaction is simulated by introducing layers of special contact finite elements. The results of calculations illustrating the distribution of temperature and the main characteristics of the stress-strain state at different points of time during the technological cycle of pressing are presented.