CC BY
29
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.983; 539.374
М.В. Грязев, д-р техн. наук, проф., ректор,
(4872) 35-14-82, [email protected],
С.Н. Ларин, канд. техн. наук, доц.,
(4872) 35-14-82, [email protected],
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАГОТОВКИ НА ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ПОЛУСФЕРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ В РЕЖИМЕ ПОЛЗУЧЕСТИ
Показано влияние нормальной анизотропии механических свойств листовой заготовки на предельные возможности изотермического деформирования полусферических деталей в режиме ползучести.
Ключевые слова: анизотропия, полусферические детали, пневмоформовка, ползучесть, повреждаемость, разрушение.
Для оценки предельных возможностей изготовления полусферических изделий выполнены теоретические исследования процесса горячего формообразования круглой листовой заготовки радиусом /?д и толщиной /?0 свободным выпучиванием в режиме ползучего течения материала под
действием избыточного давления газа р = р§+ ар^р в сферическую матрицу. Здесь ро, ар,Пр - константы нагружения. По внешнему контуру заготовка закреплена.
Рассмотрим деформирование анизотропного материала в условиях ползучего течения материала [1]. Упругими составляющими деформации пренебрегаем.
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Уравнения состояния с учетом повреждаемости, описывающие поведение материала, подчиняющегося энергетической теории ползучести и повреждаемости, записываются в виде
=5K/^o)'7/(1-coii)W; (!)
а применительно к группе материалов, подчиняющихся кинетическим уравнениям ползучести и повреждаемости, так:
\°е = в(се/(5ео )п /(l - (йсе У; Сйсе= Й"/есепр, (2)
где В , w, w , - константы материала, зависящие от температуры испытаний; А%р, есе пр - удельная работа разрушения и предельная эквивалентная
деформация при вязком течении материала; со^, и - повреждаемость
материала при вязкой деформации по деформационной и энергетической моделям разрушения соответственно; ogQ - произвольно выбранная величина эквивалентного напряжения; оУ^ = d (Oj / dt\ 6fe = d(xfe / dl1.
В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования поведение материала может описываться уравнениями состояния (1) или (2) соответственно.
Материал заготовки принимается трансверсально-изотропным с коэффициентом анизотропии R; напряженное состояние оболочки - плоским, т.е. напряжение, перпендикулярное плоскости листа, равно нулю (oz =0). Рассматривается деформирование в меридиональной плоскости оболочки как мембраны. В силу симметрии механических свойств материала относительно оси заготовки и характера действия внешних сил меридиональные, окружные и нормальные к срединной поверхности заготовки напряжения и скорости деформаций являются главными.
Срединная поверхность заготовки на каждом этапе деформирования остается частью сферической поверхности. В любом меридиональном сечении оболочки реализуется радиальное течение материала по отношению к новому центру на каждом этапе деформирования.
Подробный анализ напряженного и деформированного состояния заготовки при изотермическом формоизменении изложен в работе [1].
Влияние параметров закона нагружения ар, пр, эквивалентной
скорости деформации £,е и геометрических размеров заготовки на предельные возможности формоизменения рассмотрены в работе [2]. Установлено, что разрушение заготовки при изотермическом деформировании происходит в куполе детали, где имеет место максимальное утонение
Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 2 заготовки. Показано, что увеличение параметров закона нагружения ар, Пр и величины постоянной эквивалентной скорости деформации в куполе заготовки Ь,е1 приводит к уменьшению времени разрушения t и относительной высоты заготовки Н* = Н,, / /?д, а также к увеличению относительной толщины в куполе заготовки /г* = / /гд • Здесь Я* и /г* - высота и
толщина в куполе заготовки, соответствующие моменту разрушения.
Ниже оценено влияние анизотропии механических свойств заготовки на предельные возможности формоизменения, связанные с разрушением заготовки при достижении уровня накопленных микроповреждений сое = 1 (или (йА =1).
Расчеты выполнены для материалов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями ползучести и повреждаемости. Механические характеристики этих материалов при формоизменении в условиях ползучего течения материала приведены в таблице [3,4].
Параметры уравнения состояния и разрушения при вязком
течении материала
Материал %се = В(се/оео)п /(1 -юс )т
В, с 1 О*, МПа п т А Апр, МПа г6 епр
Материал 1 8,2 • 10 -7 1,0 1,88 1,0 54,8 -
Материал 2 7,8914 ■ 10 -4 38 2.03 0.50 - 0,89
Зависимости изменения времени разрушения , относительной высоты и толщины в куполе заготовки /г* в момент разрушения, определенных по величине накопленных микроповреждений, от коэффициента анизотропии Л при фиксированных значениях параметров закона нагружения Пр и ар для материалов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями ползучести и повреждаемости, приведены на рис. 1 и 2 соответственного = 300).
Из анализа графических зависимостей (рис. 1 и 2) и результатов расчета следует, что коэффициент нормальной анизотропии Л существенно оказывает влияние на величину времени разрушения и относительные величины 7Т:I, /г*. С ростом коэффициента анизотропии Л относительная
396
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
величина /г* резко увеличивается, а время разрушения /* и относительная высота заготовки 7Г* резко уменьшаются. Установлено, что неучет анизотропии механических свойств заготовки при анализе процесса изотермического формоизменения сферической оболочки дает погрешность в оценке времени разрушения и порядка 35 %, а относительной высоты 77^ и толщины в куполе заготовки /г* в момент разрушения - 20 %.
с
1 ■ 6
0,2 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0
К -------------►
Рис. 1. Зависимости изменения величин /*, Н', и И* от Я (энергетическая теория; р$ = 0,05 МПа ;
ар = 0,4 • 10“3 МПа/сПр ; пр = 0,6 )
1 .5
С
А
1 .з
/,1а3
1 ,о о ,9
0,2 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0
К --------------►
Рис. 2. Зависимости изменения и, Н* и И* от Я (кинетическая
теория; р$ =0,013 МПа ; ар = 4 • 10_3 МПа/сПр ; пр = 0,6)
Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 2
Таким образом, анизотропия механических свойств заготовки оказывает существенное влияние на время разрушения t*, определенное по
накопленной критической величине микроповреждений ©A = 1.
Работа выполнена по ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)», грантам РФФИ и по государственному контракту в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.
Список литературы
1. Грязев М.В., Яковлев С.С., Ларин С.Н. Математическая модель изотермического деформирования полусферических деталей из трансвер-сально-изотропных материалов в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 1. В настоящем журн.
2. Грязев М.В., Яковлев С.С., Ларин С.Н. Технологические параметры изотермического деформирования полусферических деталей из анизотропных материалов в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 2. В настоящем журн.
3. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427с.
4. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
M. V. Gryazev, S.N. Larin, S.S. Yakovlev
THE ESTIMATION OF THE INFLUENCE OF PIECE’S MECHANICAL PROPERTIES ANISOTROPY ON THE EXTREME DEFORMATION LEVELS OF THE ISOTHERMAL DEFORMING OF THE HEMISPHERICAL IN THE MODE OF CREEPING CONDITIONS
The influence of sheet piece’s normal anisotropy on extreme deformation levels of the isothermal deforming process in the mode of creeping conditions is shown.
Key words: anisotropy, hemispherical details, pneumatic forming, creeping, damageability, failure.
