CC BY
48
The technique of carrying out statistical machine experiment is offered in the analysis of studied technological system with the determined model.Aspects of carrying out the linear multiple regression analysis at the final stages of the developed technique are considered.
Key words: statistical machine experiment, multiple linear regression analysis.
Nedoshivin Sergey Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, Archon80@mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.974
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ВНУТРЕННИХ КОНЦЕВЫХ УТОЛЩЕНИЙ НА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЯХ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ
А.А.Перепелкин, Г.А.Нуждин, А.А.Пасынков, Б.С.Яковлев
Выявлены закономерности влияния степени деформации, условий трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки, скорости перемещения инструмента на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и допустимую величину накопленных микроповреждений при изотермическом выдавливании внутренних концевых утолщений на осесимметричных деталях в режиме кратковременной ползучести.
Ключевые слова: выдавливание, сила, деформация, вязкость, кратковременная ползучесть, давление, температура, повреждаемость.
Осесимметричные детали (корпуса) из высокопрочных металлических сплавов и полимеров применяют в ряде изделий оборонной техники. Один из типов конструкций имеет утолщенную концевую часть на одном или обоих краевых диаметрах для соединения с другими элементами изделия. Рациональной технологией формообразования такого утолщения является выдавливание с местным нагревом на гидропрессовом оборудовании. Силовые и деформационные параметры процесса, а также качество изделий зависят от температурно-скоростных условий обработки [1, 2].
В работе [3] предложена математическая модель изотермического выдавливания внутренних концевых утолщений на осесимметричных деталях в режиме кратковременной ползучести. Использован энергетический метод обработки давлением при осесимметричном деформировании [4].
Полагалось, что деформируемому материалу заготовки соответст-
вует уравнение состояния, учитывающее деформационное и скоростное упрочнение:
а, = Ает ХП, (1)
где ае, ее, Хе - соответственно эквивалентные напряжение, деформация и скорость деформаций; А, т, п - константы упрочнения материала.
Рассмотрена операция изотермического выдавливания пустотелой конической заготовки. Схема операции показана на рис. 1. Заготовку 1, находящуюся в матрице 2, прессовым давлением в торец стенки перемещают под оправку 3 с образованием внутреннего утолщения. Зону деформаций нагревают и поддерживают заданный режим нагрева в процессе деформирования встроенными нагревателями.
Использован энергетический метод с привлечением разрывного поля скоростей перемещений [3]. Энергетическое уравнение равновесия записывается в виде [4]
р(г1 + г2 )8' У0 ■ Ч £ Nд + Nр + Nтр, (2)
что соответствует полю скоростей на рис. 1. Левая часть уравнения - мощность внешних сил; правая часть - мощность в объеме деформаций (блок «1»), на поверхностях разрыва скорости (образующие линии «01» и «12») и на поверхности трения (образующая «13»); Т\,Г2 - радиусы конуса; 8 -толщина его боковой стенки; У0 - скорость перемещения верхнего торца конуса под давлением ч .
и поле скоростей перемещений
Использован план скоростей, приведенный на рис. 2.
У
У13
Рис. 2. План скоростей
Получены выражения для определения геометрических характеристик очага пластической деформации, скоростей течения, скоростей деформации, величин эквивалентных деформации и напряжения, мощности в блоке деформаций, мощностей на поверхностях разрыва скорости (образующие линии «01» и «12») и на поверхности трения, которые приведены в работе [3].
На основе указанных выше соотношений выполнены теоретические исследования влияния скорости перемещения инструмента и условий трения на величину относительного давления при горячем выдавливании внутренних концевых утолщений на конических корпусных изделиях. Исследования выполнены для 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 табл. 1 [1, 2]. Расчеты выполнены при следующих геометрических параметрах заготовки: Г2 = 100 мм; r = Г2 +5cos j; Г) = 85 мм; гц = 95 мм; гд = 95 мм; 5 = 5 мм; Dh = 10 мм; h1 = 10 мм; ^ = 5 мм;
j = 10°.
На рис. 3 представлены графические зависимости относительного давления q = q / se0 от скорости перемещения инструмента V при фиксированных значениях коэффициента трения m на контактных поверхностях
инструмента и заготовки.
Таблица 1
Механические характеристики исследуемых материалов
Материал Т, °С se0, МПа А, МПа/ сп т п Р
Титановый сплав ВТ6С 930 ± 2 38,0 66,80 0,028 0,0582 0,3
Алюминиевый сплав АМг6 450 ± 2 26,8 54,34 0,104 0,0263 1,0
Алюминиевый сплав АМг6 530 ± 2 18,3 36,95 0,072 0,0306 1,0
Анализ графических зависимостей показывает, что при горячем выдавливании внутренних концевых утолщений на корпусах 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 выдавливания падает на 35 % для титанового сплава ВТ6С и на 15...20 % для алюминиевого сплава АМг6 при температурах обработки 450 и530 °С.
16
14
12
д
ю
8
0,01 0,1 1 мм/с 10
Рис. 3. Зависимости изменения с[отУ((I = ОД)
Результаты исследования влияния коэффициента трения т на величину относительного давления при горячем выдавливании утолщений на корпусах представлены на рис. 4. Показано, что при уменьшении трения наблюдается существенное снижение давления. Так, снижение коэффициента трения т от 0,2 до 0,05 приводит к уменьшению относительного дав-
ления деформирования сплавов АМг6 и ВТ6С на 45.. .50 %.
28
23
18
ч
13
АМгб (530°С)\ АМгб (4>0°С)\
\ ВТ6С
од
0,2
0,3
0,4
Рис. 4. Зависимости изменения q от т (V = 1 мм/с )
Оценка повреждаемости материала заготовки выполнена с использованием уравнения энергетической и деформационной теории прочности, которые записываются в следующем виде [1]:
1 $ ^.
, оеХ ^
dw =
Л
ю =
пр
(Єе )пр t
Здесь (е е)пр и Апр - предельные величины эквивалентной деформации и удельная работа разрушения материала,
(£ е )пр = С1ехР
в
О0
О
Лпр С2 ехР
е У
в
О
е У
где Од - среднее напряжение в рассматриваемой точке; С\, С2, В\, В2 -константы разрушения материала при данной температуре, приведенные в табл. 2 [1, 2].
Таблица 2
Константы разр] ушения исследуемых материалов
Материал Т, °С С1 В1 С 2, МПа В2
Титановый сплав ВТ6С 930 ± 2 0,692 -1,19 - -
Алюминиевый сплав АМг6 450 ± 2 - - 101,01 -1,421
Алюминиевый сплав АМг6 530 ± 2 - - 1010,1 -1,421
По энергетической теории повреждаемость и, следовательно, сте-
пень формообразования зависят от времени операции и накопленной эквивалентной деформации, а по деформационной - накопленной эквивалентной деформации.
Расчеты выполнены для выдавливания корпусов из титанового сплава ВТ6С при 930 °С и алюминиевого сплава АМг6 при 450 и530 °С. В
первом случае материалу соответствует деформационная теория разрушения, во втором - энергетическая теория.
На рис. 5 представлены графические зависимости изменения повреждаемости ю от скорости перемещения инструмента V при горячем выдавливании внутренних концевых утолщений на корпусах из алюминиевого сплава АМг6. Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением скорости перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость сплава АМг6 возрастает на 20 и 25 % при 450 и530 °С соответственно.
о,оі од і мм/с ю
V-----------
Рис. 5. Зависимости изменения юотУ (т = 0,1)
Результаты исследования влияния величины перемещения инструмента АН на повреждаемость материала ю при горячем выдавливании внутренних концевых утолщений на корпусах из титанового ВТ6С и алюминиевого АМг6 сплавов представлены на рис. 6.
2 4 , 6 8 ММ 10
Д/)----------
Рис. 6. Зависимости изменения юот АН (V = 1 мм/с = 0,1)
Установлено, что с увеличением хода инструмента от 2 до 10 мм повреждаемость титанового сплава ВТ6С возрастает в 5 раз, алюминиевого сплава АМг6 при 450 и530 °С- в 5,5 - 6 раз.
Выводы
1. Установлены закономерности влияния степени деформации, условий трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки, скорости перемещения инструмента на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и допустимую величину накопленных микроповреждений при изотермическом выдавливании внутренних концевых утолщений на осесимметричных деталях в режиме кратковременной ползучести.
2. Показано, что по энергетической теории предельная степень деформации (накопленная величина микроповреждений) зависит от времени операции и накопленной эквивалентной деформации, а по деформационной - от накопленной эквивалентной деформации.
Работа выполнена в рамках государственного задания на проведение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014-2020 годы и грантов РФФИ № 14-0831225 мол_а и № 14-08-00066 а.
Список литературы
1. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С.С. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
3. Яковлев С.С., Перепелкин А.А., Пасынков А.А. Математическая модель изотермического выдавливания внутренних концевых утолщений-на осесимметричных деталях в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 6. С. 27-35.
4. 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.
Перепелкин Алексей Алексеевич, канд. техн. наук, доц., тр^ы1а@гатЫег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Нуждин Георгий Анатолиевич, тр^ы1а@,гатЫет.ги, Россия, Москва, Орган по сертификации систем качества «Консерсиум»,
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., тр^икаси'атЬткг.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Борис Сергеевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
TECHNOLOGICAL PARAMETERS ISOTHERMAL EXTRUSION INNER END THICKENING ON ROTA TIONALLY SYMMETRIC PARTS MODE SHORT-TERM CREEP
A.A. Perepelkin, G.A. Nuzhdin, A.A. Pasynkov, B.S. Yakovlev
The article reveals patterns of influence of the degree of deformation conditions tre-tion on the contact surface of the working tool and workpiece, the speed of re-premises tool on the kinematics of the flow of material, and the stress-deformed states of a workpiece, power modes, and the allowable accumulated microdamage during isothermal extrusion of the inner end thickened-tion to detail in the axisymmetric mode, short-term creep.
Key words: extrusion, force, strain, strength, short-term creep, pressure, temperature, defectiveness.
Perepelkin Aleksey Alekseevich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Nuzhdin Georgiy Anatolievich, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Moscow, organ by quality system certification “Konsersium ”,
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Boris Sergeevich, candidate of technical sciences, docent,
mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
