CC BY
35
3. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
S. Larin
THE ISOTHERMAL DEFORMING OF HEATER’S PANELS WITH CYLINDRICAL AND RECTANGLE PROFILES IN THE MODE OF SHORT DURATED CREEPING CONDITIONS
The mathematical model of the isothermal deforming of heater’s panels with cylindrical and rectangle profiles in the mode of short durated creeping conditions are given. The results of theoretical investigations of power circumstances and extreme deformation levels in the process of isothermal deforming of heater’s panels with cylindrical and rectangle profiles in the mode of short durated creeping conditions are shown.
Key words: anisotropy, forming, stress, deformation, short durated creeping, failure,
panel.
Получено 07.06.11
УДК 621.983; 539.374
С.С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82,
В.И. Платонов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),
Ю.Г. Нечепуренко, д-р техн. наук, проф., (4872) 35-14-82, [email protected] (Россия, Тула, ОАО «Щегловский вал»)
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОПЕРАЦИИ РЕВЕРСИВНОЙ ВЫТЯЖКИ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ФЛАНЦЕМ ИЗ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Приведены результаты теоретических исследований предельных возможностей операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из кристаллических трансверсально-изотропных материалов. Выявлено влияние технологических параметров на предельные возможности формоизменения.
Ключевые слова: реверсивная вытяжка, анизотропия, матрица, пуансон, сила, деформация, напряжение, предельные возможности формоизменения.
В работе [1] приведена математическая модель операции реверсивной осесимметричной детали с фланцем с коэффициентом вытяжки md = rn /R на радиальной матрице с прижимом.
Схема процесса реверсивной вытяжки, соответствующая установившейся стадии процесса, приведена на рис. 1.
Рассмотрен вопрос о распределении напряжений и деформаций на операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем.
Операция реверсивной вытяжки реализуется в условиях плоского напряженного состояния. Очаг пластической деформации состоит из шести участков.
Рис. 1. Схема реверсивной вытяжки осесимметричных деталей
с фланцем
Участок 1 расположен на плоскости матрицы и ограничен краем заготовки с текущей координатой Rk с одной стороны и постоянной координатой r^1, точкой сопряжения плоского и криволинейного участков
матрицы; участок 2 охватывает кромку матрицы и ограничен координатами г?р>1 и rn_1; участок 3 цилиндрический; участок 4 охватывает кромку
матрицы и ограничен координатами rn_1 и r^2; участок 5 расположен на плоскости матрицы и ограничен координатами r'гр2 и r^; участок 6 расположен на тороидальной поверхности матрицы и ограничен координатами ^рЭ и rn.
В основу анализа положен метод расчета силовых параметров процесса, основанный на совместном решении приближенных дифференциальных уравнений равновесия и условия текучести с учетом сопряжений на границах участков, а также изменения направления течения материала. Получены выражения для оценки напряженного и деформированного состояний, силовых режимов операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропной заготовки [1, 2].
Предельные возможности процесса вытяжки ступенчатых деталей ограничиваются максимальной величиной осевого напряжения sr max в
стенке детали на выходе из очага деформации, которая не должна превышать величины сопротивления материала пластическому деформированию в условиях плоского напряженного состояния с учетом упрочнения
. * * /1 Л
sr max — ssr , ssr =ss , (1)
и допустимой степенью использования ресурса пластичности [3-5]
464
е
йе,
™е = I —- £% (2)
0 е1пр
и критерия локальной потери устойчивости заготовки, полученного на основе критерия положительности добавочных нагрузок, для плоского напряженного состояния заготовки [6]:
1 йо ах — ахут
= и/ > х ху . (3)
^ ойе, /„ —^ ™ + ~ -2 ; ( )
' 4 Уа^ — 2аХуШ + ауШ‘
1 йо, аут — аху //|Ч
-=—7- > I -—2 > (4)
2 ^х — 2ахут + аут
где е, пр =е, пр (о / о,) - предельная интенсивность деформации; о - среднее напряжение; о = (ог + од )/3; ог и од - меридиональные и окружные напряжения в очаге пластической деформации (о2 = 0 ).
2[Д(ог — ое)2+о2 + о2^(2 + Я^ ; т ^; а.х = ау = 2^+^;
= 3Я = I - + 2
аху 2(2 + Я) . о, ох\ах 2ахут + аут •
В зависимости от условий эксплуатации или последующей обработки изготовляемого изделия уровень повреждаемости не должен превышать величины % • До деформации (при ? = ¿0) юе = 0, а в момент разрушения (? = ¿р) юе = % = 1. При назначении величин степеней деформации в
процессе пластического формоизменения следует учитывать рекомендации по степени использования запаса пластичности В. Л. Колмогорова и А.А. Богатова, согласно которым для ответственных деталей, работающих и подвергающихся после обработки давлением термической обработке (отжигу или закалке), допустимой величиной степени использования запаса пластичности следует считать % = 0,25, а для неответственных деталей допустимая степень использования запаса пластичности может быть принята % = 0,65 [3-5].
Величина предельной интенсивности деформации е,пр находится
по выражению
г \
и
V о, У
где О, и - константы деформируемого материала, определяемые в зависимости от рода материала согласно работам В.Л. Колмогорова и А.А. Богатова [3-5].
Предельные возможности операции реверсивной вытяжки исследовались в зависимости от радиуса закругления матрицы Rm , условий трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки m и величины давления прижима q. Расчеты выполнены для алюминиевого АМг6 и титанового ПТ-3Вкт сплавов, механические свойства которых были следующие: алюминиевый сплав АМг6 - Oq 2 = 195,7 МПа; A = 277,24 МПа;
n = 0,256; R = 0,6; W = 0,716; U = -1,24; титановый сплав ПТ-3Вкт -o02 = 600,8 МПа; A= 502,44 МПа; n = 0,559; R = 2 W = 1,2365;
U = -1,3375 [2]. Исследования выполнены при rn = 1000 мм; Sq = 3,5 мм в следующих диапазонах изменения технологических параметров процесса: Rm = Rпр =2...20; m =0,01 ...0,3; q =0...6 МПа; Rm = RmISq .
На рис. 2 представлены графические зависимости изменения предельного коэффициента вытяжки md пр от коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки m, а на рис. 3 - от относительной величины давления прижима q = q / Oq 2 для алюминиевого
АМг6 (а) и титанового ПТ-3Вкт (б) сплавов соответственно, где кривые 1 - 5 соответствуют величинам коэффициентов вытяжки mdnp, вычисленным по максимальной величине напряжения в стенке детали на выходе из очага деформации (1), по допустимой величине накопленных микроповреждений (2) при % = 1, % = 0,65 и % = 0,25 и критерию локальной потери устойчивости (3) или (4) соответственно. Положения кривых 1 - 5 определяют возможности деформирования заготовки в зависимости от технических требований на изделие. Положения кривых 1 и 2 указывают на возможность разрушения заготовки по условиям (1) и (2) соответственно.
0.9
'*ip0-6 0.5 0 4
4___
5_^
^2
\1
\з
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
а б
Рис. 2. Графические зависимости изменения mdпр от m
(Rm = 50 мм; q = 5 МПа)
Анализ графиков и результатов расчета показывает, что предельные
466
возможности формоизменения операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем ограничиваются как допустимой величиной накопленных микроповреждений, так и максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации (см. рис. 3). Это зависит от механических свойств исходного материала, технологических параметров, геометрии рабочего инструмента, коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки т и величины давления прижима д. Например, показано, что предельные возможности деформирования на операциях реверсивной вытяжки осесимметриичных деталей из алюминиевого сплава АМг6 ограничиваются как допустимой величиной накопленных микроповреждений, так и максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, а для титанового сплава ПТ-3Вкт ограничиваются степенью использования ресурса пластичности % = 1. Установлено, что с уменьшением коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки т и относительной величины давления прижима д = д / О0 2 предельный коэффициент вытяжки т^Пр уменьшается
(см. рис. 2 и 3).
0.9 0.8 " 0.7
Ш>Лпр0.6
0.5 0.4
0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.005 _ 0.01 0.015
ч—- С1----*
а б
Рис. 3. Графические зависимости изменения т^пр от д
(т = 0,05; = 50 мм)
Приведенные выше результаты могут быть использованы для анализа предельных возможностей формоизменения реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из алюминиевых и титановых сплавов через радиальную матрицу.
Работа выполнена по ведомственной целевой программе «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 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. Яковлев С.С., Платонов В.И. Математическая модель операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из кристаллических анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып. 1. С.
2. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 331 с.
3. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. 836 с.
4. Богатов А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. 329 с.
5. Яковлев С.С., Дудка Д.В. Феноменологические модели разрушения кристаллических ортотропных материалов // Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 3. С. 138-144.
6. Дудка Д.В., Яковлев С.С., Бессмертная Ю.В. Критерий шейкооб-разования кристаллического анизотропного листового материала при двухосном растяжении // Известия ТулГУ. Технические науки. 2010. Вып. 3. С. 108-112.
S. Yakovlev, V. Platonov, Y. Nechepurenko
THE EXTREME DEFORMATION LEVELS OF THE REVERSE DRAWING PROCESSING OF AXISYMMETRIC DETAILS WITH FLANGE FROM CRYSTALLINE ANISOTROPIC MA TERIALS
The theoretical investigations results of the extreme deformation levels s of the axisymmetric details with flange reverse drawing processing from transverse-isotropic materials are provided. The influence of the technological parameters on the extreme deformation levels was established.
Key words: reverse drawing, anisotropy, die, punch, force, deformation, stress, extreme deformation levels.
Получено 07.06.11
