Экспериментальное определение напряженно-деформированного состояния при пластической осадке кольцевых заготовок Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.753.32

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОСАДКЕ КОЛЬЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК

П.М. Панин

В статье рассматривается экспериментальное определение напряженно-деформированного состояния в кольцевой заготовке при ее осадке с учетом упрочняемости материала, с целью опытной проверки теоретических данных

Ключевые слова: осадка, кольцевая заготовка, напряженно-деформированное состояние, упрочнение

В промышленности придается важное значение разработкам новых технологий для улучшения эксплуатационных свойств режущих и мерительных инструментов. В связи с этим актуальным является

совершенствование процессов изготовления инструментов типа плашек для нарезания резьбы на стержневых деталях (болты, шпильки и др.).

В работе [1] отмечено, что предварительная механо-термическая

обработка (ПМТО) позволяет значительно (1,5

- 2 раза) увеличивать стойкость инструментов из низколегированных сталей (ШХ15, 9ХС, ХВГ) по сравнению со стойкостью, реализуемой по традиционной технологии (резка прутков на заготовки, механообработка, термообработка, финишная операция).

Для оптимизации процессов ПМТО необходимо знание напряженно-

деформированного состояния в

формоизменяемых заготовках для выявления закономерностей влияния пластических деформаций на повышение стойкости инструментов. В связи с этим можно в качестве заготовок изготавливаемых плашек

рассматривать цилиндры сплошного сечения или кольца высотой Н0, внутренним (г ) и

внешним (К ) радиусами. С точки зрения

теории пластичности, а также практической возможности реализации пластической осадки будет актуальным использовать в качестве заготовки кольцо.

В работе [2] представлено решение соответствующей задачи, позволяющее определять напряжения и деформации в кольцевой заготовке при ее осадке. Однако применительно к реальным процессам ПТМО необходимо иметь экспериментально обоснованные теоретические данные для повышения эффективности процессов

пластической обработки заготовок. В связи с этим в настоящей работе рассматривается методика выполнения опытной проверки приведенного в [2] решения задачи об осадке кольцевых заготовок на основе метода определения напряжений в пластической области по распределению твердости [3].

Панин Петр Михайлович - ВГТУ, инженер, e-mail: tpm@ vorstu.ru 112

Рис.1

На рис. 1 представлена расчетная схема осадки заготовки в форме кольца под действием равномерно распределенного на торцевой поверхности осевого напряжения Здесь Н, Я, г - текущие соответсвенно высота, внешний и внутренний радиусы заготовки; АН = Н п — Н - изменение высоты заготовки; р

- координата, определяющая положение произвольной точки поперечного сечения заготовки относительно оси последней (г).

В силу осевой симметрии напряженно-деформированное состояние в кольце будет определяться нормальными осевыми (ог), окружными (оф), радиальными (оГ),

напряжениями и логарифмическими осевыми (ег), окружными (еф) и радиальными (ег) деформациями. На основании условия несжимаемости материала из соотношения для определения интенсивности деформации е; [3] после соответствующих преобразований получим формулы для расчета окружной и радиальной деформаций

=-

■V3Ve

2- el

ez-

(1)

где е: = 1п /Н() - осевая деформация,

постоянная по всему сечению заготовки.

Таким образом, по величине осевой (вг) и интенсивности (в,) деформаций согласно данной системе уравнений определяют все компоненты деформаций в произвольной точке поперечного сечения заготовки.

Компоненты тензора напряжений можно определить на основе деформаций теории пластичности, согласно которой девиаторы напряжений в окружных, радиальных и осевых направлениях будут равны

Я, =-—е, =а( -о

5г=\ — ег=°г-°'Л (2)

3 е,

О 2 <7-

^ =т —■ег =о-г -ст;

3 е,

Здесь ст, - интенсивность напряжений; <т = + <тг + ст2 2,3 - гидростатическое

давление. Нормальное осевое напряжение

определяют по формуле

” Р<-гГ

=

F

(З)

где Р- деформирующая сила; є = АН/Н() -

относительная деформация; Р0 — ж 4^ — г02 -исходная площадь поперечного сечения заготовки. Тогда из последнего выражения системы (2) получим соотношение для расчета гидростатического давления

2 сг,

(Т = (г=-- — е=. (4)

3 е;

Подставив это выражение в систему (2), и с у четом (1) получим соотношения для определения нормальных напряжений

~\ъе_~4ъ ^]е;-е 3е,

СГ = СТ +-

Зе,

(5)

Интенсивности напряжений (о,) и

деформаций (е,) определяют по распределению твердости в поперечном сечении заготовки и построенному на основе данных испытаний цилиндрических образцов в условиях линейного напряженного состояния

тарировочному графику «о, - НУ - е,» [3] (см.рис.2).

Єі HV0 1 1 1 Oi

Рис. 2

Здесь НУ-твердость, измеренная по Виккерсу или по Бринеллю; оТ, НУ0- исходные предел текучести и твердость материала.

Литература:

1. Токарев А.В., Хван Д.В., Воропаев А.А. Кефели В.В. Повышение стойкости режушдх инструментов осадкой с кручением. Кузнечно-штамповочное производство, №11. 2002. с.21-25.

2. Шофман Л.А. Основы расчета процессов штамповки и прессования. Машгиз. 1961.- 340с.

3. Дель Г.Д. Определение напряжений в пластической области по распределению твердости. Машиностроение. 1971. - 200с.

2

2

z

e =

r

2

= ст.

z

Воронежский государственный технический университет

EXPERIMENTAL DEFINITION OF THE IS INTENSE-DEFORMED CONDITION AT PLASTIC A DEPOSIT OF RING PREPARATIONS

P.M. Panin

In article experimental definition of the is intense-deformed condition in ring preparation is considered at its deposit with the account material, for the purpose of skilled check of the theoretical data

Keywords: a deposit, the ring preparation, the is intense-deformed condition, hardening