Определение рациональных параметров раздачи, необходимых для получения изделий без разрушения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.983; 539.374

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАЗДАЧИ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ БЕЗ РАЗРУШЕНИЯ

М.В. Грязев, С.Н. Ларин, А. А. Пасынков

Приведены результаты исследования критических характеристик процесса раздачи трубных заготовок. Выявлено влияние геометрических размеров инструмента на величину предельного коэффициента обжима и величину накопленных микроповреждений.

Ключевые слова: раздача, матрица, деформирование, напряжения, деформации.

Предельная величина коэффициента раздачи КР при раздаче

трубных заготовок коническим пуансоном может ограничиваться допустимым изменением толщины стенки заготовки (по техническим условиям), локальной потерей устойчивости заготовки, величиной накопленных микроповреждений и потерей устойчивости трубной заготовки второго типа.

Оценка предельных возможностей формоизменения проводилась из

условия, что максимальная величина осевого напряжения дающегося на стенку, не превышает величину напряжения о^р :

о

ор тах

пере-

ор тах

<

а также по критерию локальной потери устойчивости анизотропного упрочняющегося материала, базирующегося на основе критерия положительности добавочных нагрузок при плоском напряженном состоянии заготовки:

1 _ ао{ ар-Дрет ; 1 _ dоi > ает-ар$

> I- ; -»

,/ар - 2арет + ает2 2 ^¡ар- 2арет + ает2

3

аре = ^т^т^г^; О = °РсРГр - 2арет + ает ; ОеФ, ОрФ " вели-

°ВСр (Яр +1) 3( Яе +1) Яр

где т = ——; ар =-^-; ае =-^-

°рср р 2(Яр + Яе + ЯрЯе) е 2(Яр + Яе + ЯрЯе)

зЯеЯр о о „„ ________2

2( Яр + Яе + Яр Яе)

чина средних напряжений в очаге деформации области, где Оеср > 0; о^р

- значение сопротивления материала заготовки пластическому деформированию при плоском напряженном состоянии при заданной величине изменения исходной толщины стенки полуфабриката.

В расчетах принимается о^р = Оо 2р. Эти значения напряжений

Оо 2р соответствуют условию, что при р = ро, ^ = ^о.

Приведенные выражения не определяются в явном виде относительно предельного коэффициента раздачи К^, поэтому выражения для

определения предельного коэффициента К^ от геометрических параметров инструмента и условий трения на инструменте определялись численным расчетом по этим неравенствам.

По результатам расчетов предельных возможностей формообразования по представленным выше условиям деформирования построены графические зависимости (рис. 1), откуда следует, что предельный коэффициент раздачи при деформировании трубных анизотропных заготовок ограничивается вторым условием деформирования, где кривые 1 и 2 соответствуют значениям коэффициентов раздачи К^, определенным по критерию локальной потери устойчивости и максимальным величинам напря-

жений

Ор тах

соответственно.

При определении силовых режимов операции раздачи трубных заготовок выявлены рациональные значения углов конусности пуансона в пределах 15.. .18°, соответствующие максимальным величинам предельного коэффициента раздачи К^.

Технологические возможности операции раздачи трубных заготовок ограничиваются потерей устойчивости заготовок второго типа при формообразовании, т.е. проявлением явлений образования волнистости, складок, гофров на участках заготовок, подвергаемых сжимающим или сжимающим и растягивающим напряжениям.

Далее приведены теоретические исследования предельных возможностей деформирования при выполнении операции раздачи анизотропных трубных заготовок, при которых возникает потеря устойчивости в ее свободной части.

а

б

Рис. 1. Изменение предельного коэффициента раздачи кр

в зависимости от угла конусности пуансона а: а - сталь 08кп; б - алюминиевый сплав АМг6

На рис. 2 показаны графики изменения относительной величины напряжений о = Ор тах / охкк в зависимости от коэффициента раздачи Кр

при варьировании степеней деформации е х. Расчет выполнен для трубных заготовок с высотой цилиндрической части = 150 мм из стали 08кп и алюминиевого сплава АМг6, имеющих следующие механические характеристики: сталь 08кп - о!0 = 377,15 МПа; А = 488,9 МПа; п = 0,48; Яр= 0,817, Яе = 0,783; алюминиевый сплав АМг6 - О!0 = 194,19 МПа; А = 275,11 МПа; п = 0,256; Яр = 0,67; Яе = 0,54; а - угол конусности пуансона; а = 20°.

Показано, что чем больше величина коэффициента раздачи Кр, тем

больших значений достигает относительная величина напряжений о. При достижении относительной величины напряжений о = 1 наблюдается появление дефектов в виде складкообразования, что и определяет предельно

допустимый коэффициент раздачи кр.

Графики изменения значения предельного коэффициента раздачи

кр в зависимости от степени деформации ех при различных величинах

относительной высоты цилиндрической части трубных заготовок ¿0 = V из стали 08кп и алюминиевого сплава АМг6 представлены на рис. 3 (/0=50 мм; 50=4 мм; т = 0,05).

Проведенный анализ результатов расчетов показал, что при увеличении значений степени деформации ех величина предельного коэффициента раздачи кр снижается. С ростом относительной высоты цилиндрической части заготовки Ь происходит увеличение предельного коэффициента раздачи кр.

1,3 1,4

а

з.

2 .

1

/

1,2

1,3

б

1,4

Рис. 2. Изменение о от Кр: а - сталь 08кп; б - алюминиевый сплав АМг6; 1 - ех = 0,01; 2 - ех = 0,1; 3 - ех = 0,2

Кпр ^р

1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1

3

2

Ъ

0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 е.

а

б

Рис. 3. Изменение Кр от ех:

а - сталь 08кп; б - алюминиевый сплав АМг6 (кривая 1 - ^0 = 10; кривая 2 - Н^ = 20; кривая 3 - ^ = 30)

Представленные зависимости для нахождения величин накопленной интенсивности деформации и повреждаемости позволили провести оценку величины накопленных микроповреждений по конической образующей получаемой детали .

Расчет выполнялся для операции раздачи трубных заготовок из ряда материалов, механические характеристики которых показаны ниже:

- сталь 08кп - ою = 377,15МПа ; А = 488,9МПа; п = 0,48; О =1,791; и =- 0,946;

- латунь Л63 - о/0 = 214,94МПа ; А = 509,07 МПа; п = 0,575; О = 2,38; и = -0,769;

- алюминиевый сплав АМг6 - о/0 = 194,19МПа ; А = 275,11 МПа; п = 0,256; О = 1,362; и = -1,23.

Графики изменения величин повреждаемости юе от относительного значения величины конической поверхности получаемой детали I / 1к показаны на рис. 4 - 6. Здесь I и Iк - текущее и конечное значения длины конического участка получаемого полуфабриката при фиксированном коэффициенте раздачи Кр. Расчет выполнен для трубных заготовок, имеющих

следующие геометрические размеры и технологические параметры процесса: = 4 мм, г0 = 50 мм; а = 20°; т = 0,05.

Выявлено, что при увеличении относительного значения конической образующей изготавливаемого полуфабриката I / 1к и коэффициента раздачи Кр величина накопленной повреждаемости юе растет. Интенсивность увеличения накопленной повреждаемости юе значительно зависит от коэффициента раздачи Кр. При больших величинах коэффициентов раздачи Кр интенсивность увеличения накопленной повреждаемости юе выше, чем при меньших величинах Кр .

0.25 0,2 0.15 0,1 0,05

4

3

-1

— ^2

0

0.2

0,4

0,6

0,8

111.

Рис. 4. Изменение юе от I / 1к

при различных величинах коэффициента раздачи Кр (сталь 08кп):

1 - Кр = 1,2; 2 - Кр = 1,3; 3 - Кр = 1,4; 4 - Кр = 1,5

0,15

0.1

0,05

3

2 ,

\ \ 1

0,2

0,4

0,6

0,8

1/1,

Рис. 5. Изменение юе от I / 1к

при различных величинах коэффициента раздачи Кр (латунь Л63):

1 - Кр = 1,2; 2 - Кр = 1,3; 3 - Кр = 1,4 7

0,5 0,4 0,3 0,2 0,1

4

3

-2

\ ,1

О 0,2 0,4 0,6 0,8 Шк

Рис. 6. Изменение we от l / 1к при различных величинах коэффициента раздачи Кр:

1 - Kp = 1,2; 2 - Kp = 1,3; 3 - Kp = 1,4; 4 - Kp = 1,5

Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 16-48-710014 и гранта администрации Тульской области.

Список литературы

1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.

2. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 331 с.

3. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.

4. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278 с.

Грязев Михаил Васильевич, д-р техн. наук, проф., ректор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

LIMIT THE POSSIBILITY OF FORMING AT CRIMP TUBE STOCK MATRIX THE

CONICAL SHAPE

M. V. Gryazev, S.N. Larin, A.A. Pasynkov 8

In the method of the base, which is based on a joint decision of approximate differential equations of equilibrium and yield conditions, taking into account interfaces on the borders of plots mathematical model was developed crimp tube Zago-reparation in the conical-shaped matrix that allows to determine the stress-strain state of the blank and power parameters of the process and takes into account mechanical properties of the material.

Key words: crimp, matrix deformation, strength, power.

Gryazev Mikchail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, the Rector, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

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

УДК 621.983; 539.374

МОДЕЛЬ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО СТЕСНЕННОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА, ПОДЧИНЯЮЩЕГОСЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ПОЛЗУЧЕСТИ И ПОВРЕЖДАЕМОСТИ

С.Н. Ларин, В.И. Платонов, Г. А. Нуждин

Получены выражения, необходимые для оценки силовых параметров и предельных возможностей пневмоформовки многослойных конструкций. Результаты позволяют проанализировать формирование элементов в углах оболочки. Выражения справедливы для материалов заготовок подчиняющихся кинетической теории ползучести и повреждаемости.

Ключевые слова: пневмоформовка, стесненное деформирование, напряжения, деформации, силы, кинетическая теория ползучести и повреждаемости.

Прямоугольные элементы, являющиеся частями многослойных листовых конструкций, получают посредством пневмоформовки внутренних листов с наружными листами до полного их прилегания. Проанализируем ту стадию, на которой реализуется стесненное деформирование. В работе будет исследовано формирование элементов в углах оболочки в плоскостях ув2 и хв2 . Учтем, что Ь > а > Щ. Принимаем, что материал заготовки анизотропен; учитываем, что главные оси анизотропии совпадают

9