OPTYMALIZACJA KSZTAŁTU KANAŁU DO WTRYSKU MATERIAŁÓW TIKSOTROPOWYCH

Transkrypt

1 56/1 ARCHIWUM ODLEWNICTWA Rok 006, Rocznk 6, Nr 1(/) ARCHIVES OF FOUNDARY Year 006, Volume 6, Nº 1 (/) PAN Katowce PL ISSN OPTYMALIZACJA KSZTAŁTU KANAŁU DO WTRYSKU MATERIAŁÓW TIKSOTROPOWYCH J. PIWNIK 1, A. PATEJUK, Poltechnka Bałostocka, ul. Wejska 45C, Bałystok STRESZCZENIE W pracy przedstawono schemat przepływu strug półcekłego metalu do płaskego kanału który rozprowadza metal do formy. Przedstawono przyblżoną analtyczną postać efektu obnżana lepkośc dla szczelny płaskej otworu cylndrycznego. Podano przy tym wytyczne nżynerske do projektowana sekcj matrycy z kanałem proflowanym. Key words: tkssotropc materals, optmal channel, vscosty. 1. WPROWADZENIE W procese technologcznym wtrysku stopu alumnum w stane sem-sold do otworu rozprowadzającego strumeń metalu następuje zmana lepkośc półcekłego metalu. Wynka to z cech materałowych dotyczących własnośc tksotropowych. W układze współrzędnych τ naprężene tnące, γ& - prędkość odkształcena postacowego, własność ta wyraża sę przyblżoną zależnoścą [1,, 3, 4]: m τ = C & γ (1) gdze: C m są stałym wyznaczonym w badanach reometrycznych. Materał tksotropowy cechuje pętla hsterezy w procese odcążena. Ilustruje to rys.1. 1 prof. dr hab. nż., jpwnct@pb.balystok.pl dr nż., apatejuk@pb.balystok.pl

2 Rys. 1. Krzywe płynęca materału tksotropowego Fg. 1. The curves of behavour for txsotropc materal Celem nnejszej pracy jest jakoścowe opracowane takego kształtu kanału szczelnowego od przekroju A-A do przekroju B-B, który wywoływałby na wyloce B- B najmnejszą nenewtonowską lepkość półcekłego alumnum.. KRYTERIUM FIZYCZNE OPTYMALIZACJI Należy zaznaczyć, że półcekłe alumnum posada cechy materału tksotropowego [1], stąd jego lepkość η maleje ze wzrostem prędkośc odkształceń postacowych γ& rys.. Rys.. Kształt optymalnego kanału odpowadające mu zmany lepkośc wzdłuż ln prądu Fg.. Shape of optmum channel and answerng hm changes of vscosty of along flow lne 14

3 Fzyczna nterpretacja tego zjawska oznacza, że półcekłe alumnum w trakce płynęca pownno deformować sę główne na skutek odkształcena postacowego. Udzał ścskana lub rozcągana w obszarze deformacj pownen być znkomy. 3. ZADANIE OPTYMALIZACJI Celem sformułowana matematycznego modelu rozważanej jakoścowej optymalzacj rozważmy heurystyczne równane konstytutywne półcekłego alumnum w postac (): L L p j = δ j + f η & Lε j + ( 1 f ) & ε () j 3 & ε gdze: - naprężene hydrostatyczne, f L = f L (, T, ε& ) udzał fazy cekłej, p = p ( ε&, T) granca plastycznośc fazy stałej dla soldusu, ε& składowe tensora prędkośc odkształceń, η L lepkość nenewtonowska cekłego alumnum, T temperatura, δ j - delta Kroneckera, ε& ntensywność prędkośc odkształceń. Równane () oznacza, że cekłe alumnum posada cechy ceczy lepkej cała plastycznego. Szczegółowa analza równana () prowadz do wnosku, że postać naprężeń stycznych według równana konstytutywnego można sformułować jako: L L p τ j = [ f ηl + (1 f ) & ε j 3 & ε ] (3) Równane (4) można zapsać w forme: S τ j = η & ε (4) j gdze η s jest lepkoścą zastępczą, która ma postać: S L L p η = [ f ηl + (1 f ) ] (5) 3& ε Można wykazać, że nenewtonowska lepkość η s zdefnowana wg. (5) maleje ze wzrostem prędkośc odkształceń postacowych ε& j. Wstępna, jakoścowa analza wyrażena (5) na nenewtonowską lepkość η s prowadz do wnosku, że mnmalne wartośc lepkośc zastępczej są zwązane z maksymalną redukcją przekroju deformowanej strug. Odpowada to maksymalnej wartośc ntensywnośc prędkośc odkształceń ε&, przy potęgowej zależnośc grancy plastycznośc fazy stałej p na ln soldusu: m p = Cε& (6) Potwerdzają to badana wykonane na maszyne Gleble []. Ostateczne optymalny profl Y b (x) w przekroju wzdłużnym A-B z rys.. oznacza: S Yb (x) op mnη maxγ& j maxε& maxλ (7) gdze: λ > 1 jest stopnem redukcj. 15

4 Powyższe ustalene prowadz do wnosku, że kanał optymalny pownen być szczelną płaską. 4. PRZYBLIŻONE PORÓWNANIE EFEKTÓW OBNIŻENIA LEPKOŚCI DLA SZCZELINY I OTWORU CYLINDRYCZNEGO Ocena efektów rozrzedzena półcekłego alumnum na wejścu do otworu wyraźne zależy od kształtu otworu wlewka. Wynka to z wyrażena na lepkość nenewtonowską η s określoną wyrażenem (5). Czynnkem decydującym jest tu wartość prędkośc odkształceń ε&. Zakładając bowem ten sam udzał fazy cekłej f L oraz wartość grancy plastycznośc p wdzmy, że decydującym członem o wartośc lepkośc jest czynnk 1/ ε&. Przyblżone wyrażene na ntensywność prędkośc odkształceń ε& w warunkach przepływu płaskego osowo - symetrycznego ma postać [3]: 3 V & ε = 0 (1 + 1, 1,4ln λ ) (8) D gdze: V 0 jest prędkoścą stempla, D - jest średncą początkową wlewka, λ = przekrój początkowy/przekrój końcowy >1 jest stopnem redukcj. Rozważmy przepływ płask. Materał z cylndrycznej próbk wyjścowej o średncy D wpływa do kanału o wymarach b x g. Średn stopeń redukcj wynos: πd λ p = (9) 4bg Lokalny stopeń redukcj może być mnejszy od średnego w przyblżenu jest równy: D λ lokp = (10) g W przypadku wypływu osowo - symetrycznego w analogcznych warunkach pokazanych na rys. 3, stopeń redukcj jest wyrażony jako: D λ s = (11) b Porównując wyrażena (9), (10) (11) wdzmy, że przy tej samej średncy D: λ p >λ s (1) Oznacza to, że oblczona z wyrażena (8) wartośc ntensywnośc prędkośc odkształceń ε& dla przepływu szczelnowego będą wększe od analogcznych dla osowej symetr. Uwzględnając zwązk (9), (10), (11), (1) oraz wyrażene (5). 16

5 Rys. 3. Wypływ z kanały cylndrycznego do płaskego Fg. 3. In flowng from cylnder cal to play channel na lepkość nenewtonowską η s wdzmy, że w analogcznych warunkach średncy początkowej wlewka, nenewtonowska lepkość końcowa dla przepływu szczelnowego będze mnejsza od lepkośc końcowej w przepływe osowo - symetrycznym. Stosunek tych lepkośc, tj.: LEPKOŚĆ LEPKOŚĆ KOŃCOWA KOŃCOWA W PRZEPŁYWIE W PRZEPŁYWIE PŁASKIM OSIOWYM 4g gd < 1 (13) πb b Zatem zmnejszene lepkośc końcowej jest spowodowane zmnejszenem grubośc szczelny g. Można też zmnejszyć nenewtonowską lepkość kształtem wyjścowego wlewka. Zwązek (13) jest bardzo przyblżony, ale oddaje stotę problemu. 5. WNIOSKI KOŃCOWE Jakoścowe rozważana teoretyczne oparte na heurystycznym równanu konstytutywnym prowadzą do następujących wnosków: 1. Efekt obnżena lepkośc półcekłego alumnum w kanale przepływowym zależy od kształtu wyjścowego wlewka kształtu kanału przepływowego.. Najwększy efekt obnżena lepkośc półcekłego metalu obserwuje sę w wypukłym proflowanym kanale szczelnowym lub w układze klku takch kanałów. 3. Poruszony, bardzo trudny problem efektu obnżena lepkośc w przepływe materału tksotropowego metalu wymaga dalszych badań teoretycznych dośwadczalnych. 4. Dalsze badana pownny najperw dotyczyć wpływu kształtu wlewka na proces oraz dośwadczeń modelowych. Badana pownny tez rozwjać sę w kerunku oblczeń numerycznych. 17

6 LITERATURA [1] Proceedngs of the 4th Internatonal Conference on Sem - Sold Processng of Alloys and Compostes, Sheffeld, June [] J. Pwnk, M. Plata nn: Mechancal Behavor Characterzaton of Alumnum Alloys under Sem-Sold Deformaton Condtons. A report prepared for Alususse by Rensseler Polytechnc Insttute [3] J. Pwnk: Modellng of Plastc Flow Processes, Poltechnka Bałostocka, 14, 199. [4] W.F. Hosford, R. M. Cadel: Metal Formng, Mechancs and Metalurgy, Prentce - Hall Internatonal, Inc, New Jersey, THE OPTIMIZATION OF SHAPE OF CHANNEL DURING INJECTION OF TIKSOTROPIC MATERIALS SUMMARY The paper presents the methods of optmsaton the profle of plane channel durng njecton the tkssotropc metals. Analysed approxmate analytcal form from consttutve equaton. Partcularly analysed the flowng from cylnder to plane channel. The engneerng gudelnes were passed to projectng the shape of play channel. Recenzował: prof. Jerzy Mutwl, prof. Bazyl Krupcz. 18