Оценка влияния времени деформирования на геометрические параметры заготовки при формоизменении узкой прямоугольной листовой заготовки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.983; 539.374

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ВРЕМЕНИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НА ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ЗАГОТОВКИ ПРИ ФОРМОИЗМЕНЕНИИ УЗКОЙ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ЛИСТОВОЙ ЗАГОТОВКИ

С.Н. Ларин, В.И. Платонов, A.B. Чарин

В статье приведены результаты исследований влияния времени формоизменения на геометрические размеры изделия и предельные возможности деформирования рассматриваемой операции изотермической пневмоформовки в режиме кратковременной ползучести. В частности рассмотрено изменение толщины заготовки в куполе в процессе деформирования и параметров нагружения на разнотолщинность для материалов проявляющих различные свойства.

Ключевые слова: деформирование, мембрана, время, разнотолщинность, толщина, качество.

Многослойные листовые конструкции из различных цветных сплавов и сталей весьма перспективны в качестве силовых корпусных изделий с высокой удельной прочностью. Эти конструкции могут обеспечить снижение веса изделия, уменьшение трудоемкости их получения, а так же заметное повышение надежности. Технология их получения основана на операции формообразования предварительно спаянных или сваренных диффузионно между собой листов в изотермических условиях и кратковременной ползучести газом в среде инертных газов или в вакууме. К сожалению, процессы пневмоформовки трехслойных листовых конструкций в настоящее время недостаточно изучены.

Предельная величина разнотолщинности находится при оо^ = 1 по формуле

dpi=-dSl. (1)

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 4

Изменение толщины заготовки в куполе при любом ф, можно найти по формуле

Н(ф, г + А г ) = Н(ф, г )к (г + А г). (2)

Рассмотренные выше соотношения для анализа процесса изотермического свободного формоизменения узкой прямоугольной листовой заготовки позволили установить зависимость времени процесса деформирования от геометрических размеров изделия и предельных возможностей рассматриваемой операции изотермической пневмоформовки в условиях кратковременной ползучести.

Показаны различные варианты формообразования при заданном законе изменения давления от времени, а также рассмотрены случаи формоизменения при постоянной скорости деформации и постоянном давлении.

Расчеты выполнены для ряда специальных сплавов на базе титана и алюминия, коэффициенты анизотропии и константы реологических моделей которых выбирались в соответствии со справочными данными [1-3].

Рассмотрим изменение толщины заготовки в куполе заготовки Нкуп = Н^ур /Но, в месте закрепления Нзак = Изак /Но, и в характерных точках (Н1,Н2,Н3) представленных на рис. 1 для алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых согласуется с энергетической и кинетической теориями ползучести и повреждаемости для вязкого течения,

при температуре обработки 450 и 930° С показанных на рис. 2 и 3, при заданном законе изменения давления (ро = 0 МПа).

Рис. 1. Схема характерных точек заготовки

Анализ графических зависимостей показывает, что рост времени деформирования г приводит к уменьшению относительной толщины заготовки Н, наиболее интенсивное утонение происходит в куполе заготовки Нкур. Необходимо отметить, что чем ближе исследуемая точка расположена к куполу заготовки, тем интенсивнее происходит редуцирование относительной толщины заготовки Н. Толщина в куполе заготовки Нкур для алюминиевого сплава уменьшилась на 42 %, а для титанового сплава ВТ6С

4

на 45 %. Для алюминиевого сплава АМг6, толщина заготовки в куполе уменьшается на 11 % по сравнению с толщиной в месте закрепления, а для титанового сплава ВТ6С на 14 % .

1

0.9 * 0.8 Й 0.7 0.6 0.5

Л зак

200 400 600 с 800 I --

Рис. 2. Зависимость изменения Н от t при формовке

п,

алюминиевого сплава АМг6 (ар = 0,1 МПа / с р, пр = 0,4)

Рис. 3. Зависимость изменения Н от t при формовке

пр

титанового сплава ВТ6С (ар = 0,02 МПа / с р, пр = 0,65)

гр

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 4

На рис. 4. - 5 показано изменение разнотолщинности ^ - {^зак ~ Куп)/ в зависимости от параметров нагружения для алюминиевого АМгб и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых согласуется с энергетической и кинетической теориями ползучести и повреждаемости

для вязкого течения, при температуре обработки 450 и 930° С.

0.14 0.105

£ 0.07

0.035

о 200 400 600 с 800 t --

Рис. 4. Зависимости изменения S от t для алюминиевого сплава АМгб

п

при Пр - 0.4: кривая 1 - ар = 0.1 МПа/с р ; кривая 2 - ар = 0.15 МПа/с"р ; кривая 3 - ар = 0.2 МПа/с"р

0.14 0.105 0.07 0.035

0 500 1000 1500 с 2000 t -—

Рис. 5. Зависимости изменения S от t

п

для титанового сплава ВТ6С при ар - 0.02 МПа/с р : кривая 1 - пр = 0.6; кривая 2 - пр = 0.65; кривая 3 - пр= 0.7

Установлено, что с уменьшением параметра нагружения ap и np

происходит плавное увеличение величины разнотолщинности S. Также графические зависимости показывают, что с увеличением времени формовки значительно возрастает разница относительной толщины заготовки h в куполе и в точке ее защемления, которая может составлять более 20 %. С ростом параметров нагружения Ор и np критическое время деформирования уменьшается.

Работа выполнена в рамках базовой части государственного задания №2014/227 на выполнение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014-2020 годы и гранта РФФИ № 16-08-00020.

Список литературы

1. 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.

2. Изотермическое деформирование металлов / С.З. Фиглин, В.В. Бойцов, Ю.Г. Калпин, Ю.И. Каплин. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.

3. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.Н. Ларин [и др.] / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.

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

Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., mpf-tulaa ramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Чарин Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

ASSESSMENT OF TIME ON DEFORMA TION GEOMETRIC PARAMETERS OF THE WORKPIECE WHILE FORMING A NARROW RECTANGULAR SHEET BLANK

S.N. Larin, V.I. Platonov, A. V. Charin

The results of studies of the effect of time warping process on the geometric dimensions of the product and limit the possibility of Inves-measured hody isothermal process pnevmoformovki in short-term creep mode. In particular, discussed the change of workpiece thickness in the dome during deformation and loading parameters on the gage to exhibit different properties of the materials.

Key words: deformation of the membrane, the time variation in thickness, thickness,

quality.

Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 4

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

Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Charin Aleksandr Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.983; 539.374

ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ОСАДКА ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ ДЕФОРМИРОВАНИИ

В.Н. Чудин, А. А. Пасынков

Построены соотношения для расчета осесимметричной осадки заготовки в условиях вязкопластичности материала. Использован кинематический метод расчета применительно к разрывному нестационарному полю скоростей перемещений. Даны оценки давления осадки и повреждаемости материала. Приведены технологические данные.

Ключевые слова: поле скоростей, ползучесть, деформации, напряжение, мощность, давлении, повреждаемость.

Осадка является типовой операцией в обработке металлов давлением [1]. Осадку заготовки из высокопрочных материалов осуществляют в изотермических условиях на гидропрессовом оборудовании. Режимы штамповки определяются температурно-скоростными условиями, т.к. наряду с деформационным упрочнением материала происходит ползучесть, зависящая от скорости обработки [2, 3]. Кроме того, процесс осадки является нестационарным, что также влияет на технологию в части давления операции и предельную степень формоизменения. Рассмотрим в этой связи вариант расчета параметров технологии осадки. Будем использовать энергетический метод расчета на основе экстремальной верхнеграничной теоремы пластичности применительно к разрывному осесимметричному полю скоростей перемещений [4].

Схема осадки изображена на рис. 1. Здесь же поле скоростей перемещений, состоящее из жестких блоков «0» и блока деформаций «1». Блоки- факторов вращения, ограниченные поверхности разрыва скоростей. Образующие этих поверхностей выражаются уравнениями