CC BY
39
ESTIMATION OF THE STRESS-DEFORMED STATE AND POSSIBILITIES OF FORMATION OF THIN-WALL TUBULAR COLLECTION FROM ALLOY VT14 AT ITS DISTRIBUTION IN ISOTHERMAL CONDITIONS
A.A. Pasynkov, A.S. Akkuratnova
In aerospace engineering, in particular in the fuel systems of aircraft, various types of pipes and adapters are widely used. The rational technology for their production is pressure treatment in the mode of viscoplastic flow. But unfortunately, the theory of the shaping of tube blanks in the viscoplastic flow regime has been little studied. Therefore, the purpose of this work is to evaluate the stress-strain state of a thin-walled tube billet from a titanium alloy VT14 when it is distributed under isothermal conditions. The article presents the results of studies of the process of distributing pipe billets under isothermal conditions, based on computer simulation.
Key words: shape change, distribution, hard-deformable non-ferrous alloys, force, punch, matrix.
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, associate professor, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Akkuratnova Anastasiya Sergeevna, student, mpf-tula a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ИССЛЕДОВАНИЕ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ВИДЕ ПОЛОС
ИЛИ ЛЕНТ
С. С. Яковлев
Предложена новая методика определения коэффициентов анизотропии механических свойств листовых материалов, позволяющая использовать ее для определения наличия плоскостной анизотропии у широкой номенклатуры типоразмеров: от узких полос или лент до листов. Предлагаемая методика менее трудоемка и заключается в проведении технологических испытаний на вытяжку детали типа «Стакан» и растяжении образца, вырезанного вдоль направления прокатки. Предлагаемая методика может использоваться для исследования плоскостной анизотропии при нормальных и повышенных температурах.
Ключевые слова: анизотропия механических свойств, коэффициент анизотропии, плоскостная анизотропия, узкие полосы и ленты, фестонообразование, высота фестонов, направление к прокатке, вытяжка.
Большинство листовых материалов обладает плоскостной анизотропией, которая оказывает существенное влияние на технологические процессы листовой штамповки. Существующая методика определения плоскостной анизотропии [1] позволяет установить ее наличие в листах,
291
широких полосах или лентах,используемых при штамповке крупно- и среднегабаритных деталей. При листовой штамповке малогабаритных деталей широко применяются узкие полосы или ленты, плоскостную анизотропию механических свойств которых затруднительно определять по известной методике, по которой требуется вырезать образцы в различных направлениях 0°, 45°, 90° относительно направления к прокатке полосы или ленты с последующим испытанием их на растяжение. Для узких полос или лент вырезать образцы под 45° или 90° с размерами, рекомендованными ГОСТ 1497-84 или 11701-84 невозможно. Вырезка пропорциональных образцов уменьшает точность определения механических свойств материала. Метод испытания весьма трудоемок. Поэтому актуальной задачей является разработка метода определения плоскостной анизотропии для любой номенклатуры листовых материалов (листов, полос, лент).
Известно, что при вытяжке деталей типа «Стакан» из листовых материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств на кромке детали в большинстве случаев возникают четыре фестона [2] (рис. 1).
Рис. 1. Фестонообразоеание при вытяжке алюминиевого сплава АМцАМ, обладающего плоскостной анизотропией
механических свойств
Высота фестонов зависит в основном от коэффициента вытяжки и плоскостной анизотропии механических свойств материала.Чем больше плоскостная анизотропия и меньше коэффициент вытяжки, тем больше высота фестонов. В условиях плоского напряженного состояния наиболее важными характеристиками анизотропии листового материала является коэффициент анизотропии и сопротивление материала пластическому деформированию <т8 Коэффициент анизотропии вычисляется по выражению
я = £ь/£]г, (1)
где £ь и £н - соответственно деформации по ширине и толщине:
£ь = ЦЬУь0)' £и = 1п(кк1/1г0
Ъг и - соответственно конечная ширина и толщина, а Ь0 и /г0 - соответственно начальные ширина и толщина.
При исследовании плоскостной анизотропии в узких полосах и лентах, имеется возможность рассчитать коэффициент анизотропии при растяжении плоских образцов, вырезанных только вдоль направления прокатки. Наличие же плоской анизотропии в узких полосах и лентах можно определять с помощью технологических испытаний на вытяжку с получением образца в виде «Стакана» (рис. 1). Для проведения технологических испытаний из узкой полосы или ленты вырубается заготовка в виде кружка и проводится вытяжка с коэффициентом вытяжки, например, ш=0,5. Если на кромке образца образуются фестоны, то материал обладает плоскостной анизотропией механических свойств и возникает необходимость определения коэффициентов анизотропии в различных направлениях к прокатке. Четыре фестона могут образовываться, как правило вдоль или поперек прокатки, или под 45°. Направление образования фестонов совпадает с максимальным значением коэффициента анизотропии, поэтому после технологических испытаний необходимо учитывать направление образования фестонов. В полученном «Стакане» (рис. 1) измеряется высота фестона Д/г.Было установлено [1], что для устранения фестонов можно использовать профильную заготовку (рис. 2), при вытяжке которой фестонообразо-вание отсутствует. Для расчета контура профильной заготовки необходимо определить максимальный Я3 и минимальный Ях радиусы. Минимальный радиус Ях можно рассчитать по зависимости
Кх
1 ,
(2)
2+/в
где 1
± ~Г 1\тах
^ = ■ (4)
В случае, если фестоны образовались вдоль и поперек направления к прокатке, то по результатам испытания на растяжение плоского образца определяется максимальная величина коэффициента анизотропии по выражению (1). Это даёт возможность по зависимости (3) рассчитать величину /ф. Таким образом в выражении (2) известной величиной является /ф.
Если фестоны образовались под 45° в направлении к прокатке, то по результатам испытаний на растяжение плоского образца определяют минимальные коэффициенты анизотропии и рассчитывают по зависимости (4) величину /в, а в выражении (2) известной величиной будет /в.
У
Рис. 2. Контур профильной заготовки, при вытяжке которой
не образуются фестоны
Для определения значения радиуса Кх профильной заготовки может использоваться зависимость
Кх = д/Дз2 - 2 х Дм х ДЛ. (5)
С использованиемсистемы компьютерной алгебры при решении уравнения (2) определяются неизвестные величины /в или /ф. С использованием выражений (3) и (4) рассчитываются Итах и ИШ1П:
Кщах = ~ ^//ф ~~ (Ф
Ктт = ~ ~
В качестве примера рассмотрим определение плоскостной анизотропии алюминиевого сплава АМцАМ [1]. При растяжении плоского образца, вырезанного вдоль прокатки, был получен коэффициент анизотропии Яо = 0,279. При технологических испытаниях на вытяжку заготовки диаметром 100 мм с коэффициентом вытяжки ш = 0,55 был получен колпак. Была измерена высота фестона как разность высоты «Стакана» по фестону и по впадине, расположенной вдоль направления к прокатке Л/1 = 3 мм. Также измерялась высота этого фестона как разность его высоты с высотой по впадине, расположенной под 90° относительно направления к прокатке Л/1 = 2,8 мм. При растяжении образца, вырезанного вдоль направления к прокатке, был определён коэффициент анизотропии, с по-
294
мощью которого по зависимости (4) находили /в = —0,78. По зависимости (5) рассчитывалсяминимальный радиус профильной заготовки Rx = 48,3 мм. С использованием выражения (2) определялось значение /ф = —0,51. Далее по выражению (6) находили величину коэффициента анизотропии Rmax = 0,96. Следовательно, в направлении 45"относительно направления к прокатке коэффициент анизотропии R45 = 0,96. Далее определялся коэффициент анизотропии R90. По зависимости (5) рассчитывался радиус
Rx= 48,46 мм. По известной величине /ф = —0,51 и радиусу Rxс помощью уравнения (2) находили неизвестный член уравнения /в = —0,754 и по зависимости (7) определяли коэффициент анизотропии R90 = 0,3 2 6.
Таким образом, сочетание технологических испытаний на вытяжку плоской круглой заготовки и растяжение образца вырезанного вдоль направления прокатки, позволяют при наличии фестонообразования после вытяжки определять максимальную и минимальную величину коэффициента анизотропии листовых материалов как в листах, так и в полосах и лентах любой ширины. Предлагаемый метод менее трудоемок, по сравнению с известным, так как в случае технологических испытаний на вытяжку и получением «Стакана» без фестонов становится ясно, что материал не обладает плоскостной анизотропией механических свойств и не требуется вырезка образцов под 45° и 90° относительно направления к прокатке. Трудоёмкость технологических испытаний на вытяжку существенна меньше, чем испытания на растяжение плоских образцов, вырезанных под различными углами к направлению прокатки.
Список литературы
1. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 332 с.
2. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семёнов (пред.) и др. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
Яковлев Сергей Сергеевич, студент, mpf-tula(cb„гambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INVESTIGATION OF THE ANISOTROPY OF MECHANICAL PROPERTIES OF SHEET MA TERIALS USED IN THE BAND OR BAND
S.S. Yakovlev
A new method for determining the anisotropy coefficients of the mechanical properties of sheet materials is proposed, which makes it possible to use it to determine the presence of planar anisotropy in a wide range of sizes: from narrow bands or bands to sheets. The
proposed technique is less laborious and consists of carrying out technological tests for drawing a detail of the "Glass" type and stretching a sample cut along the rolling direction. The proposed technique can be used to study planar anisotropy at normal and elevated temperatures.
Key words: anisotropy of mechanical properties, anisotropy coefficient, planar ani-sotropy, narrow bands and bands, feston formation, height of festons, direction to rolling, stretching.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 664; 62-69
АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ НАГРЕВАНИЯ И ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ ЧЕРЕЗ ПЛОСКУЮ СТЕНКУ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ С ИЗОЛЯЦИЕЙ
Н.А. Клименова, Е.В. Пантюхина, О.В. Пантюхин
Рассматриваются тепловые процессы нагревания в теплообменных аппаратах с различными теплоносителями, проводится сравнение двухслойных теплообменных аппаратов, стенки которых выполнены из различных материалов, по удельным потерям теплоты с 1 м2 поверхности.
Ключевые слова: тепловые процессы, теплообменные аппараты, теплообменник, теплопередача, удельные потери теплоты.
Тепловые процессы широко применяются в промышленности, пищевых технологиях, биотехнологиях и других, что обуславливает необходимость и значимость их изучения. Все тепловые процессы связаны с переходом тепла, которое переходит от одного вещества к другому или из одного геометрического пространства в другое.
Самое широкое распространение среди всех видов тепловых процессов получило нагревание жидкостью и насыщенным паром.
Нагревание жидкостью - наиболее распространенный способ процесса нагревания. Он заключается в циркуляции теплоносителя между нагревателем и теплообменником, в который он отдает теплоту. Циркуляция может быть естественной и принудительной. Естественная циркуляция совершается за счет разности плотностей холодного и горячего теплоносителя. Однако эффективней является принудительный способ, который осуществляется с помощью специального насоса [1].
Чаще всего в качестве теплоносителя используют воду. Это обусловлено тем, что вода является доступным и дешевым теплоносителем, обладает высокой теплоемкостью и коэффициентом теплоотдачи. Одним из наиболее простых аппаратов, в которых используется нагревание водой, является ванна длительной пастеризации (рис. 1). Она используется для пастеризации продукта во избежание его быстрой порчи. Температура
296
