Неоднородность механических свойств при вытяжке с утонением стенки цилиндрических деталей из двухслойных анизотропных материалов Текст научной статьи по специальности «Физика»

Таким образом, установлено, что анизотропия механических свойств заготовки оказывает существенное влияние на силовые режимы и предельные возможности формоизменения при обжиме тонкостенных цилиндрических заготовок в режиме ползучести, что необходимо учитывать при проектировании технологических процессов.

Библиографический список

1. Яковлев С.П. Обжим и раздача тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала жестким инструментом в режиме ползучести / С.П. Яковлев, А.В. Черняев, Д.В. Крылов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. - 2007. - Вып. 2. - С. 133 - 137.

2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев [и др.]. - М: Машиностроение-1, Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. - 427 с.

3. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов / Н.Н. Малинин. - М: Машиностроение, 1986. - 221 с.

4. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением / В.Л. Колмогоров. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. - 836 с.

5. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов / А.А. Богатов. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. - 329 с.

Получено 24.10.08.

УДК 539.374; 621.983 К.С. Ремнев (Тула, ТулГУ)

НЕОДНОРОДНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРИ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ДВУХСЛОЙНЫХ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Приведены результаты теоретических исследований неоднородности деформации и механических свойств материала цилиндрических деталей по толщине стенки из двухслойных анизотропных материалов при вытяжке с утонением стенки в конических матрицах.

Работа выполнена по гранту Президента Российской Федерации для поддержки молодых ученых - кандидатов наук (№МК-3996.2007.8).

Теоретические исследования процесса вытяжки с утонением двухслойных анизотропных материалов с различными механическими свойствами, подчиняющимися условию пластичности Мизеса - Хилла и ассоциированному закону пластическому течения, выполнены в работе [1].

Отношение диаметра цилиндрической детали к толщине стенки более 20. Допускается, что процесс реализуется в условиях плоского деформированного состояния. Рассматривается плоское радиальное течение материала (рис. 1). На контактных поверхностях детаи и инструмента задаются касательные напряжения по закону Кулона. Изменение направления скоростей течения материала на границе очага пластической деформации при входе в него и выходе из него учитывается изменением величины радиального напряжения по Рисл 1• Схема к расчету кинематики методу баланса мощностей. твчврия двухсло°ного матери(1Л(1

Реализуется приближенное решение этой задачи с привлечением уравнений равновесия, условия несжимаемости материала, уравнений связи между напряжениями и скоростями деформации.

Привлекая уравнения связи между напряжениями и скоростями деформации, можно интегрировать уравнения равновесия в каждом слое. Этим достигается разделение переменных по скоростям течения и напряжениям. Подробный анализ кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния, силовых режимов вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей из двухслойных анизотропных материалов изложен в работе [1].

Величину радиальной скорости предложено определять по вы-

ражению

У9=ок (0)/р,

где

Ф1(0) = А1е2д + В1е 20 - А/4 - ¥0 51 (е20 - 1)#ь

-20

20

Ф2(0) = А2е20+£2е20-А/4-V) 52 (е 20-е 2 а) М 2.

-20

-20

(1)

Компоненты напряжений в очаге пластической деформации в каждом слое вычисляются по формулам

°рк = -6Рк°к (0) + 4Рк%Я 0к(0) С^20 + 2°к(0) 81П20

Бт20й0 +

V ^ У

^ 1 . ^

+ 4щ Рк соб20 О к (0)соб20 + - °к(0)вт20 - А Рк 1п Р-к;

V 2 У

<5§к = --Ррк(0)+4р^%| ок(0)соб20+—Рк(0)віп20 віп20<і0-

V 2 У

-®к Р1п р-к;

^ і „

^Р0к =РкР^(0)-2«кРк Рк (0) соБ20 + ^ Рк (0) 8іп20

БІП 20

где

Рі

'¿хуі а0 2^о §і ;

Р2

яяху 2(а а0)

2У5 '

Ск - характеристики анизотропии материалов в условиях плоского деформированного состояния в к -м слое; т$хук - сопротивление материала пластическому деформированию на сдвиг в плоскости ху; Уо - скорость

перемещения пуансона.

Десять постоянных Ак,Вк ,Ск,Dk,А'і,М2 определяются из следующих условий: постоянство расхода метала; непрерывность радиаь-ных скоростей течения метала на границе раздела слоев метала; непрерывность напряжений а0 на границе радела слоев (это условие дает два соотношения между искомыми неизвестными коэффициентами); непрерывность касательных напряжений, возникающих на границе радела слоев метала; реаизация закона трения Кулона на контактной поверхности заготовки с пуансоном и матрицей; учет изменения направления течения материаа на входе в очаг пластической деформации по максимаьной величине изменения угла течения материаа в слое; удовлетворение диф-ференциаьному уравнению при 0 = 0 и 0 = а [і].

Выражение для определения интенсивности скоростей деформаций ^ік запишется так:

к

ік

3 ВукВхк (і + Вук + Вхк )

і

і-

Фк2(0) +

і

Фк(0)

Ск

Фк (0)соб20 + і Фук(0) біп20

і/2

к = і, 2

(3)

где

Ф1(0) = 2А1 е20 - 2В1 е“20 - 2У0 51 е20 Щ; Ф2(0) = 2А2 е20 - 2В2 е_20 + 2У0 52 е_20 М2.

При установившемся процессе вытяжки с утонен ем траектории и линии тока локальных объемов частичек метала совпадают, и величины накопленных интенсивностей деформаций при перемещен и ж будут оп-

,-20

20

S'k ~l^ikdt + A/k (P2) = i ^/k Tr + Ai , (4)

ределяться вдоль линий тока 9 = const в очаге пластической деформации по выражению [2]

t P dp

0 P2 Vpk

где Asik (P2) - приращение интенсивности деформаций при входе локального объема материма в очаг пластической деформации; dt =dpk / Vp ;

dsjp - величина приращения интенсивности деформации пи входе локального объема метала в очаг деформации.

Накопленную интенсивность деформации в стенке детаи si при 9 = const определим по формуле

s'k

II

(Rxk +Ryk + Rxk Ryk )(Rxk + Ryk )

6 RykRxk (1 + Ryk + Rxk) (1 ~ck )

Vk (9, ck ) ln P2 + Ф(9) Pi

+ 2(1 - б1и220)12tg0]. (5)

Для изотропного материал (Rxк =Ryk =1; ск =0) выражение (5)

преобразуются к виду, приведенному в работе [2].

Имея кривые упрочнения материлов слоев, можно найти величины сопротивления материла пластическому деформированию на сди т^у!

и т^у2 по формулам

'lsxy1 = (^xy0,2)l + £?1(еЛ) П ;

п (6)

тsxy2 = (тху0,2)2 + £М8/2) П2 .

Здесь (т^о 2)1 и (Туо 2)2 " величин: сопротивления пасттескому деформированию на сдвет основного и плакированного слоев материалов при остаточной деформации =£/2 =0,002; Ql и Q2; П1 и ^ -константы кривых упрочнения основного и плакированного слоя материала соответственно.

Приведенные выше выражения для определения величин накопленной интенсивности деформации £ позволили оценить неравномерность деформации и сопротивления материала пластическому деформированию тsxyк по толщине стенки изготавливаемой детали из двухслойного материла. Исследования выполнены для двухслойного материла, механические характеристики которого приведет! в таблице [3].

Механические свойства исследуемых материалов

Марка (^sxy 0,2)к, МПа Qk, МПа пк Щ Rx Ry

Сталь 12Х3ГНМФБА 340,0 275,03 0,435 -0,12 0,55 0,66

Сталь 08Х13 288,0 324,07 0,498 0,11 1,05 0,85

Графические зависимости изменения относительной величины неоднородности интенсивности деформации Sg = (sz- max ~Sj min)/S;max и сопротивления материала пластическому деформированию

= (^sxymax -Xsxymin)/* sxymax по толщине готовой детали от угла конусности матрицы а и коэффициента утонения ms представлены: на рис. 2 и 3 соответственно. Здесь xsxymax и xsxymin - максимаьная и минимальна величины: интенсивности касательных напряжений по толщине стенки детали в каждом слое, вычисленные по формуле (6). Расчеты: выполнены: при Soi/ho =0,25; Hq =4 мм; д; =2д/ =0,1.

Анализ графических зависимостей (рис. 2 и 3) показывает, что величина неоднородности интенсивности деформации Ss и напряжений Sa в

стенке детали в каждом слое с уменьшением угла конусности матрицы: а и коэффициента утонения ms снижается, что говорит о более благоприятны:

условия формирования механических свойств материала стенки изготавливаемой детали.

0,6

0,4

*0,2

3 \ \

\

\2 d

12 18 градус

а------

а

б

Рис. 2. Зависимость 58 от а для двухслойной

стали 12Х3ГНМФБА+08Х13: а - слой 1; б - слой 2; кривая 1 - т8 = 0,6; кривая 2 - т8 = 0,7 ; кривая 3 - т8 = 0,8

0,8

0,6

0,4

0,2

3 \ \

\2

4 Л

0,5

0,6

0,8

0,9

Ип

пр-

а б

Рис. 3. Зависимость 58 от т8 для двухслойной

стали 12Х3ГНМФБА +08Х13: а - слой 1; б - слой 2; кривая 1 - а = 6°; кривая 2 - а = 18°; кривая 3 - а = 30°

Приведенные выше результаты теоретических исследований неоднородности механических свойств могут быть использованы при разработке новых технологических процессов вытяжки с утонением стенки двухслойных материалов в конических матрицах.

Библиографический список

1. Силовые режимы вытяжки с утонением двухслойных анизотропных упрочняющихся материалов / О.В. Пилипенко [и др.] // Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт. Вып. 10. -2006. - С. 250 - 257.

2. Предельные степени деформации при вытяжке с утонением цилиндрических деталей из двухслойных анизотропных материалов / О.В. Пилипенко [и др.] // О.В. Пилипенко и [др.] // Изв. ТулГУ. Автомобильный транспорт. Вып. 10. -2006. - С. 257 -263.

3. Пилипенко О.В. Анизотропия механических свойств стали 12Х3ГНМФБА плакированной сталью 08Х13 / О.В. Пилипенко, Д.А. Без-отосный, Р.Г. Панфилов // Изв. ТулГУ. Сер. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давленем. Вып. 2. - 2005. - С. 81-87.

Получено 24.10.08.

УДК 621.771