Оценка влияния технологических параметров процесса бокового выдавливания по плоской схеме деформаций на силовые режимы и качество получаемых изделий Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 621.983; 539.974

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА БОКОВОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ПО ПЛОСКОЙ СХЕМЕ ДЕФОРМАЦИЙ НА СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ И КАЧЕСТВО ПОЛУЧАЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ

С.С. Яковлев, А.А. Пасынков, М.В. Ларина

На основании разработанной математической модели операции выдавливания фланцевых утолщений в режиме кратковременной ползучести по плоской схеме деформации было установлено влияние скорости деформирования и трения на силовые параметры процесса и качество получаемых изделий для двух видов материала, в процессе обработки которых проявляются еязко-паластические свойства.

Ключевые слова: деформирование, отростки, фланцевые утолщения, матрица, кратковременная ползучесть, давление.

Рассмотрена операция горячего выдавливания фланца на цилиндрической заготовке. Будем использовать энергетический метод расчёта применительно к разрывному полю скоростей перемещений [1-5].

Расчётная схема выдавливания и разрывное поле скоростей в осевом сечении заготовки показаны на рис. 1. При осесимметричной схеме деформаций поле состоит из жёстких блоков «О» и блоков деформаций «1», разделенных поверхностью «01» разрыва скорости. Поверхность трения материала на матрице «12».

Рассмотрим вариант расчета при условии плоской деформации. При этом поле скоростей является жесткоблочным, состоящим из блоков «0» и «1». Деформации имеют место только на линиях разрыва скорости «01» и контактных границах трения «12», которые также являются линиями разрыва скорости. В этом случае энергетическое неравенство принимает вид

Уо

<х01(У01)х1р +т трУтр1к. (1)

Здесь в левой части - мощность внешних сил, в правой - мощности на поверхности разрыва скорости и на поверхности трения; д - удельная сила операции.

Используя годограф поля скоростей (рис. 2), запишем выражения для определения касательной и нормальной скоростей на линии разрыва:

/СОБОС 2

'/////////////////У/у

2Г2

Рис. 1. Схема операции и поле скоростей перемещений

Рис. 2. Годограф плоского поля скоростей

4

Эквивалентные деформацию и скорость деформации на линии разрыва скорости выразим следующим образом:

Отсюда следует, что касательное напряжение на этой линии Т01

(<*е)01 А 7 2 1 т+п

л/3 (л/3)1+,"+" [аь) \^т2а у

Касательное напряжение трения получим, приняв, что внешнее давление распределено по поверхности торца заготовки равномерно. Тогда

Ттр

Скорость движения материала на границе трения

Утр=П=У0

п н

Длины линий разрыва и контактной границы трения соответственно

1р=101=-^-> 1к=101=Ъ-П-бикх

Подстановка полученных выражений в неравенство (1) приводит к следующей оценке давления при плоской деформации:

д<

АН ( 2

Н-2\1{г2-гх)

л/38т2а

АН

На основе приведенных выше соотношений выполнены теоретические исследования влияния технологических параметров на силовые режимы операции плоского выдавливания фланцевых заготовок в режиме вязкопластичности. Исследования проведены для алюминиевого АМгб и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями прочности соответственно. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: И = 30 мм; А/7 = 3...20 мм; 1\ =20 мм.

На рис. 3 представлены графические зависимости относительного давления # от скорости перемещения инструмента V при фикси-

рованных значениях степени деформации г = АН/(Н + АН). Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением скорости перемещения инструмента V от 0,01 до 10 мм/с относительное давление выдавливания фланцевых заготовок возрастает на 20 % для алюминиевого АМгб и на 50 % для титанового ВТ6С сплавов.

Исследовано влияние условий трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки на величину относительного давления. На рис. 4 приведены графические зависимости д от коэффициента трения т. Установлено, что увеличение т от 0,1 до 0,4 приводит к возрастанию относительного давления на 10 % для сплавов АМг6 и ВТ6С.

3,0

2,5 2,0

ч

1,5

1,0

Рис. 3. Зависимости изменения д от V при выдавливании фланцевых заготовок

(е = 0,25; т = 0,1)

|1--

Рис. 4. Зависимости изменения д от т

при выдавливании фланцевых заготовок

(£ = 0,25; V = 1 мм/с)

6

Рассмотрим далее критические режимы выдавливания, что связано с оценкой повреждаемости деформируемого материала. Для этого используем теории прочности применительно к горячей обработке. Пусть точка "а" - место возможного разрушения. Тогда повреждаемость материала в выбранной точке будет определяться зависимостями

А

со

хпр

( 2 )

< л/Зет 2а) [аи)

по энергетической теории и

со.

а

(л/3вт2а )(ге)пр

по деформационной теории прочности, где 0 < со < 1 - повреждаемость материала за время деформирования 0 < / < 1кр; Гкр- время полной повреждаемости (критическое время возможного разрушения); Апр, (ее)пр - предельная удельная работа разрушения при вязкопластическом деформировании и предельная эквивалентная деформация материала при данных условиях обработки соответственно.

На рис. 5 представлена графическая зависимость повреждаемости материала со от скорости перемещения инструмента V при выдавливании фланцевых заготовок из алюминиевого сплава АМгб при фиксированном значении степени деформации г. Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением скорости перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость материала возрастает в 2,8 раза.

Результаты расчета повреждаемости титанового сплава ВТ6С в зависимости от степени деформации 8 приведены на рис. 6. Установлено, что при увеличении 8 от 0,1 до 0,4 повреждаемость сплава ВТ6С возрастает в 3,6 раза.

0,5

0,4

0,3

со

0,2

0,1

0,01

0,1

V

10

Рис. 5. Зависимость изменения со от V при выдавливании фланцевых заготовок из сплава АМгб

(г = 0,25; |1 = 0Д>

0,4 10,3 0,2

СО

ОД 0,0

0,1 0,2 0,3 0,4

£-—

Рис. 6. Зависимость изменения ю от е при выдавливании фланцевых заготовок из сплава ВТ6С (V = 1 мм/с; т = 0,1)

Таким образом, установлено, что силовые параметры выдавливания фланцевых заготовок зависят от деформационного и скоростного упрочнений материала, а также от условий трения на инструменте.

Величина накопленной повреждаемости материала заготовки и, следовательно, качество детали определяются скоростью деформирования для одной группы материалов, для другой - только степенью формообразования.

Расчеты относительного давления и повреждаемости материала, выполненные в предположении плоской деформации, качественно согласуются с данными, полученными по модели осесимметричной деформации. Однако результаты расчетов по модели плоской деформации дают заниженную оценку давления в 1,5 - 1,8 раза и повреждаемости в 1,5 - 3 раза по сравнению с моделью осесимметричной деформации.

Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 15-48-03234_р_центр_а.

Список литературы

1. Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов [и др.]. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.

2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов М.: Машиностроение, 1993. 240 с.

3. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.

4. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.

5. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.

6. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В. Д. Кухарь; под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.

Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доц, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS FOR LATERAL EXTRUSION FLATDEFORMA TIONPATTERN ON THE POWER MODES AND KACHETVO

OBTAIN PRODUCTS

S.S. Yakovlev, A.A. Pasynkov, M. V. Larina

On the basis of the developed mathematical model operation extrusion flange bulges in the mode of short-term creep on a flat circuit de formation was found to influence the rate of deformation and friction power parameters of the process and the quality of the products for two kinds of material in the pro-process handling which appear viscous palasticheskie properties ..

Key words: deformation, processes, thickening of the flange, the matrix, the short-term creep pressure.

Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University