CC BY
32
УДК 539.374; 621.983
ИЗОТЕРМИЧЕСКИЙ НАБОР КРАЕВЫХ УТОЛЩЕНИЙ НА КОРПУСНЫХ ЗАГОТОВКАХ ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
С.С. Яковлев, В.Н. Чудин, А.В. Черняев, А. А. Перепелкин
Выявлены закономерности влияния технологических параметров на деформированное состояние, силовые режимы, предельные возможности операции изотермического набора краевых утолщений на корпусных заготовках из высокопрочных материалов.
Ключевые слова: кратковременная ползучесть, модель, напряжение, деформация, скорость деформация, нагрев, осадка, повреждаемость.
Крупногабаритные цилиндрические или конические корпуса изделий специального назначения изготавливают из труб или поковок. Краевые части корпусов имеют утолщения для качественного соединения с другими элементами изделия. Получение утолщений за счет осадки требует нагрева зоны деформации, т.к. материалы заготовок - высокопрочные сплавы [1]. Деформируемый материал заготовки проявляет вязкие свойства (ползучесть). При этом процесс деформирования и, следовательно, качество изделия зависит от скоростных условий обработки [2]. Состояние горячего материала при штамповке можно определить уравнением состояния
°e = (1 -w)p. (1)
где se, ee, Xe - эквивалентные напряжение, деформация и скорость деформации соответственно; A, m, i - константы упрочнения; 0 < w < 1 - повреждаемость материала заготовки при деформировании; p - константа разрушения.
Математическая модель. Рассчитаем кинематические и силовые режимы операции, исходя из разрывного жесткоблочного поля скоростей перемещений. Используем энергетическое неравенство [3]
qd0V0 < Np + Nmp , (2)
где q - давление операции; 8о- толщина стенки заготовки; Vq- скорость перемещения траверсы пресса; Np, Nmp - мощности сил на линиях разрыва скорости и на контактной границе трения соответственно.
В общем случае возможно плоское жесткоблочное поле скоростей, показанное на рис. 1, а. Частный вариант соответствует условию g = 0 (показано пунктиром). Поле реализуется при условии
sin ß • cos(a + g) =__So________ (3)
cos(b-g) yjh2 + (ö1 -S0)2 ’
где Ь - искомый угол; а -заданный угол;
И -5о •
у = аг
5
Если у = 0, то Ь = aгctg—.
И
51
а
б
Рис. 1. Набор краевого утолщения: расчетная схема операции (а) и поле скоростей перемещений (б)
Данное поле состоит только из жестких блоков: подвижных «0», «1», «2» и неподвижного «3». Деформации имеют место на линиях разрыва скорости «01», «12», «13».
Обратимся к линиям разрыва скорости. На линии «01» касательная и нормальная к ней компоненты скорости согласно годографу (рис. 1, б) определяются выражениями
(V»)Х= ^ •008 У
(^01)п = ^0 • ^п р.
(4)
соб(Р - у)
Конечную эквивалентную деформацию и скорость деформации получим в виде
_ 008 у (X = (£е)01
^01)П л/3вшС0Б(р-уУ е)01 t ’
где t - конкретное для данной операции время деформирования.
На линии разрыва «12» имеем соотношения:
585
(е, )0, = -^ =
(V12)i
Vq • sin Р' sin(a + g)
cos
(P-y)
, (V12) n _ V
Vq • sin Р' cos(a + g)
cos
(p-g)
(ee )12 _Jj g(a + g), (xe)12
(e e )12
Скорость на линии «13» получим с помощью годографа, т.е.
V _ V0 • sin b V1 _
(6)
(7)
(8)
cos(P - у) ’
а эквивалентную деформацию и скорость деформации здесь запишем в виде
(ee )1
V ' t _ Vq • t • Sin Р • COS g
, (xe )1
(ee )
e /13
t
(9)
13 л/з • /13 л/38! • сов(Р-у) 13
Выражения (5), (7), (9) позволяют получить, используя уравнение (1), эквивалентные напряжения на линиях разрыва скорости. В соответствии с этим имеем
(*е )т = А •(ее еП • г -п (1 -0*1)Р,
(se)12 _ A•(ee)m2+n • t-n(1-W12)p,
(10) (11)
(°е )13 = А • (£ е )т3+ п • Гп (1 - °13 )р, (12)
где Оо1, ®12, ®13 - повреждаемость материала заготовки на соответствующих линиях разрыва.
Длины линий разрыва определим с помощью заданного поля скоро-
стеи, т.е.
¡г
5г
l
h
12
¡
51
13
sin P cos a cos g
Внесем в неравенство (2) приведенные выше соотношения:
(13)
-О ТГ fW S (se ) p '(vp Ip _
q -
5qVqV3
A
V3
Vq
\n
V Dh J
(1 - w01) p •
cos g
\
1+m+n
sin Р • cos(P - g)
+
л w h sin P- sin(a + g)/ / \\m+n
+ (1 - W12 )p • -^(tg(a + g))m+n
8q cos cos(P-g)
+ (1 -W13)p •!>
On
, Dh ^m+n
V O1 J
(cos g)
m+n-1
sin P
cos
(P-g)
+
\1+m+n
J
(14)
Давление, как это следует из зависимости (14), возрастает при увеличении деформации и скорости операции. Снижение величины повреждаемости материала заготовки понижает давление.
t
Силовые режимы. На основе приведенных выше соотношений выполнены теоретические исследования влияния скорости перемещения инструмента на величину относительного давления при наборе краевых утолщений на корпусных заготовках из титанового ВТ6С при температуре
930 °С и алюминиевого АМг6 при температурах 450 и 530 °С сплавов, поведение которых описывается кинетической и энергетической теориями прочности соответственно. Механические характеристики исследуемых материалов приведены в работах [1, 2]. Расчеты выполнены при следующих геометрических параметрах заготовки: 8о = 10 мм; 81 = 15 мм;
И = 20 мм; АН = 10 мм; а = 14°.
На рис. 2 представлены графические зависимости относительного давления д = q / ое0 от скорости перемещения инструмента V. Анализ
графических зависимостей показывает, что при наборе краевых утолщений на корпусных заготовках в режиме кратковременной ползучести относительное давление падает при увеличении длительности операции, т.е. при уменьшении скорости деформирования. Так, с уменьшением скорости перемещения инструмента V от 10 до 0,01 мм/с относительное давление набора краевых утолщений падает на 35 % для титанового сплава ВТ6С и на 10...15 % для алюминиевого сплава АМг6 при температурах обработки
Для минимизации оценки относительного давления набора утолщений на корпусных заготовках выполнены исследования влияния угла 7, определяющего угол наклона скорости VI, действующей вдоль линии разрыва «13», на величину д. Результаты исследований представлены на рис. 3.
450 и 530 ° С .
3,0
1,5 ----------------------------------------------------------------------
0,01 од 1 мм!с ю
Рис. 2. Зависимости изменения д от V
ю
20 градус 40
Рис. 3. Зависимости изменения д от у (V = 1 мм/с)
Установлено, что значение у = 20° дает лучшую верхнюю оценку удельной силы для выбранной конструкции разрывного поля скоростей.
Повреждаемость материала заготовки. Остановимся на оценке повреждаемости материала при деформировании. Используем уравнения кинетической и энергетической теории прочности [2]. По первой из них повреждаемость описывается зависимостью
«=^. (15)
(ее )пр
Вторая из названных теорий выражается уравнением
1 |(ое)р )рЖ .
А
(16)
пР і
Здесь (ее)пр и Апр
предельные величины эквивалентной деформации и удельная работа разрушения материала [1, 2]:
(ее )пр = С1ехР
Б °0
о
Апр = С2 ехр
е У
б2
о
е У
С2, Б,, Б
2 -
где Оо - среднее напряжение в рассматриваемой точке; С, константы разрушения материала при данной температуре.
Повреждаемость материала, как это следует из зависимости (15), по деформационной теории прочности определяется рабочим ходом инструмента (деформацией) вне зависимости от скорости. По энергетической теории она зависит также от скорости (длительности обработки) и падает при увеличении скорости деформирования.
Расчеты выполнены для набора утолщений на корпусах из титанового сплава ВТ6С при 930 °С и алюминиевого сплава АМг6 при 450 и
530 °С . В первом случае материалу соответствует деформационная теория разрушения, во втором - энергетическая теория.
На рис. 4 и 5 представлены графические зависимости повреждаемости ю на линиях разрыва «01», «12» и «13» от скорости перемещения инструмента V при наборе краевых утолщений на корпусах из алюминиевого сплава АМг6 при температурах обработки 450 и 530°С соответственно.
0,5 и 0,4
0,3
0,1 0,0
0,01 0,1 1 ММ-¡С 10
V--------------
Рис. 4. Зависимости изменения ю от V для сплава АМг6 (450 °С)
0,8
11 0,6
0,4
О)
0,2
0,0 -------------------------------
0,01 0,1 1 ММ ¡С 10
V------------
Рис. 5. Зависимости изменения ю от V для сплава АМг6 (530 °С)
Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением скорости перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость сплава АМг6 возрастает на 10.. .20 %.
Величина повреждаемости титанового сплава ВТ6С при 930 °С на линиях разрыва скоростей составляет: Ю01 = 0,47, = 0,155, = 0,074
и не зависит от скорости перемещения инструмента.
Приведенные выше соотношения могут быть использованы для оценки деформационных, силовых параметров и величины повреждаемости материала при наборе краевого утолщения на корпусных заготовках из высокопрочных материалов.
Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России», государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации на 2012-2014 годы и грантов РФФИ.
Список литературы
1. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
3. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков [и др.] / под ред. В. А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чудин Владимир Николаевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Москва, Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)
Черняев Алексей Владимирович, д-р техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Перепелкин Алексей Алексеевич, асс., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE ISOTHERMAL ENSEMBLING OF ENDING THICKENINGS ON CORPSE PIECES
FROM HIGH-STRENGTH MATERIALS
S.S. Yakovlev, V.N. Chudin, A.V. Chernyaev, A.A. Perepelkin
The objective laws of technological parameters on deformed state, power circumstances, extreme deformation levels of isothermal ensembling of ending thickenings on corpse pieces from high-strength materials process were educed.
Key words: short-durated creeping, model, stress, deformation, deformation speed, heat, immersion, damageability.
Yakovlev Sergey Sergeyevich, doctor of technical science, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Tchudin Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Moscow, Moscow State University of Means of Communication,
Tchernyaev Alexey Vladimirovich, doctor of technical science, associate professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Perepelkin Alexey Alekseevich, assistant, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.73
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЛАТУНИ ДЛЯ ОПЕРАЦИИ «ОСАДКА» ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ГИЛЬЗ
Р.А. Тушин
Показано исследование латунного прутка, приведен алгоритм исследования и выработаны рекомендации по необходимым механическим свойствам.
Ключевые слова: отжиг, деформирование, латунь, трещины.
Для производства гильз стрелкового оружия чаще всего применяются металлы: гильзовая латунь (68...70% Си); биметалл (малоуглеродистая сталь 11юа, плакированная томпаком); сталь (08кп), покрытая лаком; красная медь М0, М1 и т.п., которые обладают достаточной пластичностью, упругостью и антикоррозионной стойкостью, а также хорошо обрабатываются.
Сложные условия службы гильзы при выстреле в стрелковом оружии, особенно автоматическом, предъявляют особые требования как к конструкции, так и к материалу гильзы [1]. Требуется, чтобы гильзовые материалы обладали целым рядом свойств, к числу которых относятся:
- высокие пластические свойства (достаточная прочность), необходимые как по производственным соображениям (глубокая вытяжка давлением в холодном состоянии), так и для обеспечения хорошей работы при выстреле;
- высокая упругость, необходимая для легкой экстракции гильзы из патронника после выстрела;
- неизменяемость механических свойств со временем и стойкость против самопроизвольного растрескивания;
- высокая антикоррозионная стойкость, устойчивость против рас-
