CC BY
42
The influence of technological parameters and geometry of the working tool by the defectiveness thickness during drawing axisymmetric parts with wall thinning two-layer mate-rialis obtained.
Key words: anisotropy, hood with thinning, two-ply material, strain rate, strain, stress, failure, defect, plasticity.
Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, the rector, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor,
mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Pilipenko Olga Vasilievna, doctor of technical sciences, professor,
mpf-tula@rambler. ru, Russia, Orel, State University — Education-Science-Production
Complex,
Remnev Kirill Sergeevich, candidate of technical sciences, docent,
mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983; 539.374
ВЛИЯНИЕ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЗАГОТОВКИ НА ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ПНЕВМОФОРМОВКИ КУПОЛООБРАЗНЫХ ДЕТАЛЕЙ В РЕЖИМЕ ВЯЗКОГО ТЕЧЕНИЯ
С.Н. Ларин, С.С.Яковлев, В.И.Платонов, В.А.Коротков
Выявлено влияние нормальной анизотропии механических свойств листовой заготовки на предельные возможности изотермической пневмоформовки куполообразных деталей в режиме вязкого течения.
Ключевые слова: анизотропия, куполообразные детали, пневмоформовка, вязкость, повреждаемость, разрушение.
Для оценки предельных возможностей изготовления куполообразных деталей выполнены теоретические исследования процесса горячего формообразования круглой листовой заготовки радиусом Rq и толщиной h§ свободным выпучиванием в режиме ползучего течения материала под
n
действием избыточного давления газа p = pq + apt p в сферическую
матрицу. По внешнему контуру заготовка закреплена. Здесь pq , ap , np -
константы нагружения.
Рассмотрено деформирование анизотропного материала в условиях вязкого течения материала [1]. Упругими составляющими деформации
пренебрегаем.
Уравнения состояния с учетом повреждаемости, описывающие поведение материала, подчиняющегося энергетической теории ползучести и повреждаемости, записываются в виде
х е = В (ое/о е0)п /(1 - шА )т; шА=о е хе / АПр, (1)
а применительно к группе материалов, подчиняющихся кинетическим уравнениям ползучести и повреждаемости, так:
хс = В(ае /аео)п /(1 - )т ; <Ьсе = ^е /ее«р, (2)
где В , п, т, - константы материала, зависящие от температуры испыта-
с с
ний; Апр, еепр - удельная работа разрушения и предельная эквивалентная
деформация при вязком течении материала; шсе, и шА - повреждаемость
материала при вязкой деформации по деформационной и энергетической моделям разрушения соответственно; ое0 - произвольно выбранная величина эквивалентного напряжения; = d о>А / dt; Шсе = d / dt.
В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования поведение материала может описываться уравнениями состояния (1) или (2) соответственно.
Материал заготовки принимается трансверсально-изотропным с коэффициентом анизотропии Я; напряженное состояние оболочки - плоским, т.е. напряжение, перпендикулярное плоскости листа, равно нулю (о 2 = 0). Рассматривается деформирование в меридиональной плоскости оболочки как мембраны. В силу симметрии механических свойств материала относительно оси заготовки и характера действия внешних сил меридиональные, окружные и нормальные к срединной поверхности заготовки напряжения и скорости деформаций являются главными (рис. 1).
Срединная поверхность заготовки на каждом этапе деформирования остается частью сферической поверхности. В любом меридиональном сечении оболочки реализуется радиальное течение материала по отношению к новому центру на каждом этапе деформирования. Подробный анализ напряженного и деформированного состояния заготовки при изотермическом формоизменении изложен в работе [1].
Влияние параметров закона нагружения ар, пр, эквивалентного
скорости деформации Хе1 и геометрическим размеров заготовки на предельные возможности формоизменения, рассмотрены в работе [2]. Установлено, что разрушение заготовки при изотермическом деформировании происходит в куполе детали, где имеет место максимальное утонение заготовки. Показано, что увеличение параметров закона нагружения ар, пр и
величины постоянной эквивалентной скорости деформации в куполе заготовки Хе1 приводит к уменьшению времени разрушения ? * и относительной высоты заготовки Н* = Н* / Л*о, а также к увеличению относительной толщины в куполе заготовки И* = И* /Но. Здесь Н* и И*-высота и толщина в куполе заготовки, соответствующие моменту разрушения.
~ А
Рис. 1. Схема к расчету деформированного состояния срединной поверхности заготовки в меридиональной плоскости
Ниже оценено влияние анизотропии механических свойств заготовки на предельные возможности формоизменения, связанные с разрушением заготовки при достижении уровня накопленных микроповреждений = 1 (или а а = 1).
Расчеты выполнены для материалов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями ползучести и повреждаемости. Механические характеристики этих материалов при формоизменении в условиях ползучего течения материала приведены в таблице [3, 4].
Параметры уравнения состояния и разрушения при вязком течении материала
Материал = В(<5е1 Ъео )П /(і -ЮС )т
В, с-1 О*, МПа п т А ^пр’ МПа е с е спр
Материал 1 8,2 • 10 -7 1,0 1,88 1,0 54,8 -
Материал 2 7,8914 • 10-4 38 2.03 0.50 - 0,89
Зависимости изменения времени разрушения и, относительной высоты Н* и толщины в куполе заготовки И* в момент разрушения, определенных по величине накопленных микроповреждений, от коэффициента анизотропии Я при фиксированных значениях параметров закона нагружения пр и ар для материалов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями ползучести и повреждаемости, приведены на рис. 1 и 2 соответственно( Я = 300).
3 ,2
С
2 ,4
Г*-103
2 ,0
1 ,6
0,2 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0
К --------------►
Рис. 2. Зависимости изменения и, Н* и И* от Я (энергетическая теория):
р0 = 0,05 МПа; ар = 0,4 • 10-3 МПа/сПр ; пр = 0,6
Из анализа графических зависимостей (рис. 1 и 2) и результатов расчета следует, что коэффициент нормальной анизотропии Я существенно оказывает влияние на величину времени разрушения и относительные величины Н*, И*. С ростом коэффициента анизотропии Я относительная величина И* резко увеличивается, а время разрушения и и относительная высота заготовки Н* резко уменьшаются. Установлено, что неучет анизотропии механических свойств заготовки при анализе процесса изотермического формоизменения сферической оболочки дает погрешность в оценке времени разрушения и порядка 35 %, а относительной высоты Н* и толщины в куполе заготовки И* в момент разрушения - 20 %.
Таким образом, анизотропия механических свойств заготовки оказывает существенное влияние на время разрушения t*, определенного по
т
1 ПЛ .. П 7ПП
и X
/г*
'Г
у? уф"
накопленной критической величине микроповреждений Юа = 1.
1 |5 т
с --
1 ,3 --
1 ,2 --
1 ,1 --
/*Ю3
1 ,0 -0 ,9 __
0,2 0,5 0,8 1,1 1,4 1,7 2,0
К -------------►
Рис. 2. Зависимости изменения и, Н* и И* от Я (кинетическаятеория): Р0 = 0,013 МПа;
ар = 4 -10“3 МПа/сПр ; пр = 0,6
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 № 14-08-00066 а.
Список литературы
1. Математическая модель изотермического деформирования куполообразных оболочек из анизотропных материалов в режиме вязкого течения / С.Н. Ларин [и др.] // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 3. С. 168-174.
2. Силовые режимы изотермической пневмоформовки куполообразных деталей из высокопрочных трансверсально-изотропных материалов в режиме вязкого течения / С.С. Яковлев [и др.] // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2014. Вып. 4. С. 47-55.
3. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев [и др.]. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
4. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.С. Яковлев[и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Коротков Виктор Анатольевич, канд. техн. наук, ст. научный сотрудник, mpf-tula aramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE ANISOTROPY OF MECHANICAL PROPERTIES BLANKS FOR LIMITING THE POSSIBILITY ISOTHERMAL PNEVMOFORMOVKI DOMED PARTS MODE
VISCOUS FLOW
S.N. Larin, S.S. Yakovlev, V.I. Platonov, V.A. Korotkov
The influence of the normal anisotropy of mechanical properties sheet for the preparation for the possibility of limiting isothermal pnevmoformovki doming-tion of parts in the viscous flow regimeis obtained.
Key words: anisotropy, domed details pnevmoformovka, viscosity, defect, destruction.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, docent,
mpf-tHlaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor,
mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent,
mpf-tulci'arcimbler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Korotkov Victor Anatolievich, candidate of technical sciences, Senior Researcher, mpf-tHlaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
