CC BY
5
УДК 621.983; 539.374
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ГЕОМЕТРИИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПНЕВМОФОРМОВКЕ ЗАГОТОВОК ИЗ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ В КВАДРАТНУЮ МАТРИЦУ
С.Н. Ларин, В.И. Платонов, А.С. Аккуратнова
На основе полученных выражений для оценки технологических параметров формообразования изделия квадратной формы при реализации условий кратковременной ползучести установлены возможности формообразования титанового сплава, подчиняющегося кинетической теории ползучести и повреждаемости.
Ключевые слова: пневмоформовка, напряжения, деформации, кратковременная ползучесть, квадратная матрица.
Рассмотрим формоизменение листа толщиной Hq в матрице квадратной формы со сторонами размером 2a с реализацией режима кратковременной ползучести под давлением p , которое изменяется от времени t
np
в следующем виде: p = po + apt р , где ap и Пр- параметры закона на-
гружения. Материал проявляет анизотропные свойства. Заготовка вырезалась так, что одна сторона ее совпадает с направлением оси y (перпендикулярно направлению прокатки x) [1 - 10]. Заготовка закреплена по внешнему контуру. При моделировании предполагаем, что напряженное состояние заготовки плоское (s z = 0). Изделие при формоизменении приобретает профиль в виде сферы. При деформировании считаем, что вдоль осей симметрии профиль представляет собой окружность.
Критические значения деформаций в заготовке достигаются при
Wea =1
Давление при котором реализуются условия для окончательного формоизменения, получим при подстановке в первое уравнение состояния
" Y С У С
выражений Sea и xea = Seal:
\1/ n
p(t) =
2seo(1 -WCa) Hq a* H (H 2 + a 2)2
x
с
ea1
B
V У
(1)
Если нагружение осуществляется при условии p = const, то накопление повреждаемости описывается уравнением
c C1a Л H2 + a2 ^
wcea =~CT— -—. (2)
e eanp a
Величина H * вычисляется из условия wCa = 1.
33
Безразмерное время разрушения и определяется выражением
н* (1 -<£а) тНп+1 а2пНп4И
'"* = 1 ( НИ* + 2)2п+1 0 , (3)
О (Н + а )
рп ап в
где I* = -и. (4)
С ^ П 2 П + 1
С1а ° еа 2
Условия деформирования в точке х = 0, у = а аналогичны этим условиям в точке у = 0, х = а.
Полученное решение для определения энергосиловых параметров при изотермическом формообразовании плоской заготовки из материала, характеризующегося анизотропией можно считать справедливым и материала без анизотропии. Для чего читаем, что Ях = Я у = 1
Приведенные соотношения позволили установить влияние закона нагружения, геометрических размеров заготовки, анизотропии механических свойств исходного материала на предельные возможности исследуемого процесса изотермической пневмоформовки в режиме кратковременной ползучести, связанные с накоплением микроповреждений [1-10]. Расчеты выполнены для титанового сплава ВТ6 при температуре Т = 930 °С , поведение которого описывается кинетической теорией ползучести и повреждаемости.
Полученное решение для определения энергосиловых параметров при изотермическом формообразовании плоской заготовки из материала, характеризующегося анизотропией можно считать справедливым и материала без анизотропии. Для чего читаем, что Ях = Яу = 1.
Используя выведенные уравнения оценим возможности формообразования титанового сплава, подчиняющегося кинетической теории ползучести и повреждаемости (рис.1 - 9).
16
12
Я
1.0
0.8
0.6 ъ
0.4
0.2
К
К/
Я
0 650 1300 С 2600
I->
Рис. 1. К оценке влияния времени деформирования на изменение Н и И в рассматриваемых точках (Т = 930 ° С; ар = 0,04 МПа / с
Пр = 0,5; а = 15мм)
пр
16
12
Я
4
1.0
0.8
0.6
Л
0.4
0.2
К
У
Я
400 800 1200 С 2000
Рис. 2. К оценке влияния времени деформирования на изменение Н и И
п
в рассматриваемых точках (Т = 930 ° С; ар = 0,05 МПа / с р ; Пр = 0,5;
а = 15 мм)
16
12
Я
4
1.0
0.8
0.6 Л
0.4
0.2
к /
к/ / /
н
450 900 С 1800
I->
Рис. 3. К оценке влияния времени деформирования на изменение Н и И
точках(Т = 930 ° С;
Пр = 0,5; а = 15мм)
п
в рассматриваемых точках(Т = 930 ° С; ар = 0,06 МПа / с р ;
16
12
Я
4
1.0
0.8
0.6
А
0.4
0.2
К / / /
А/
я
0 300 600 900 С 1500
I--
Рис. 4. К оценке влияния времени деформирования на изменение Н и И
п
в рассматриваемых точках (Т = 930 ° С; ар = 0,07 МПа / с р ;
Пр = 0,5; а = 15мм)
16
12
Я
4
1.0
0.8
0.6
h
0.4
0.2
Г 4 Í л К /
Я -7 L \ ^Ч U
V
350 700 С 1400
t--
Рис. 5. К оценке влияния времени деформирования на изменение Н и И в рассматриваемых точках (Т = 930 ° С; ар = 0,08 МПа / с р ;
Пр = 0,5; а = 15мм)
16
12
Я
4
1.0
0.8
0.6
h
0.4
0.2
К /
КГ
Я
0 650 1300 С 2600
t->
Рис. 6. К оценке влияния времени деформирования на изменение H и h
n
в рассматриваемых точках (T = 930 o С; ap = 0,06 МПа / c p ;
np = 0,45; a = 15мм)
Рис. 7. К оценке влияния времени деформирования на изменение Н и И в рассматриваемых точках (Т = 930 ° С; ар = 0,06 МПа / с р ;
Пр = 0,475; а = 15мм)
36
16
12
Я
4
1.0
0.8
0.6
h
0.4
0.2
К /
А/
Я
0 300 600 900 С 1500
t-- _
Рис. 8. К оценке влияния времени деформирования на изменение H
__п
и h в рассматриваемых точках(T = 930 ° С; ap = 0,06 МПа / c р ;
Пр = 0,525; a = 15мм)
Рис. 9. К оценке влияния времени деформирования на изменение Н
__п
и И в рассматриваемых точках (Т = 930 ° С; ар = 0,06 МПа / с р ;
Пр = 0,55; а = 15мм)
Из анализа графических зависимостей следует, что с ростом времени деформирования t до определенного предела осуществляются резкое увеличение относительной высоты заготовки Н и уменьшение относительной толщины заготовки в куполе Ис и в месте ее закрепления Иа. Дальнейшее увеличение времени деформирования t приводит к плавному изменению исследуемых величин. В момент времени t, близком к разрушению заготовки, происходит резкое изменение относительных величин Н, Ис и Иа. Это связано с интенсивным ростом накопления микроповреждений в заключительной стадии процесса. Установлено, что изменение относительной толщины в куполе заготовки Ис осуществляется более интенсивно по сравнению с изменением относительной толщины в месте ее закрепления Иа. С ростом времени деформирования t эта разница увеличивается и может достигать 50 %.
Показано удовлетворительное согласование результатов теоретических и экспериментальных данных по изменению геометрических размеров квадратной листовой заготовки в процессе изотермической пневмо-формовки (до 15 %).
Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № № 16-48-710016 и 1608-00020 и гранта администрации Тульской области.
Список литературы
1. Ларин С.Н. Пневмоформовка ячеистых панелей из анизотропного материала // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. Вып. 3. С 51-61.
2. Яковлев С.С., Ларин С.Н., Трегубов В.И. Изотермическая пнев-моформовка элементов ячеистых многослойных листовых конструкций из анизотропных высокопрочных материалов в режиме ползучести / под ред. С.С. Яковлева. 2011. 173 с.
3. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
4. Ершов В.И., Глазков В.И., Каширин М.Ф. Совершенствование формоизменяющих операций листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1990. 311 с.
5. Изотермическая пневмоформовка анизотропных высокопрочных листовых материалов / С.Н. Ларин[и др.]; под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 352 с.
6. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М: Машиностроение, Изд-во ТулГУ, 2004. 427 с.
7. Изотермическое деформирование металлов / С.З. Фиглин, В.В. Бойцов, Ю.Г. Калпин, Ю.И. Каплин. М.: Машиностроение, 1978. 239 с.
8. Огородников В. А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением. Киев: Вища школа, 1983. 175 с.
9. Поздеев А.А., Тарновский В.И., Еремеев В.И. Применение теории ползучести при обработке металлов давлением. М.: Металлургия, 1973. 192 с.
10. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. М.: Металлургия, 1973. 224 с.
Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, тр{-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Платонов Валерий Иванович, канд. техн. наук, доцент, тр№и1а@,гатЫег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Аккуратнова Анастасия Сергеевна, студентка, тр{-Ы1а@,гатЪ1ег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет
38
MODEL OF ISOTHERMIC FREE DEFORMATION OF TITANIUM ALLOYS S.N. Larin, V.I. Platonov, A.S. Akkuratnova
Expressions have been obtained that allow one to obtain an approach to modeling the shape-formation of a square-shaped product in the release of short-term creep-and-honor conditions. The equations obtained can facilitate the implementation of a theoretical evaluation of the operation under investigation.
Key words: pneumoforming, stresses, deformations, short-time creep, square matrix.
Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Platonov Valeriy Ivanovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Akkuratnova Anastasiya Sergeevna, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.735
РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА
ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ ПОКОВОК «СТАКАН» С МИНИМАЛЬНОЙ РАЗНОСТЕННОСТЬЮ
В.Ю. Лавриненко, В. А. Говоров
На основе метода многофакторного планирования эксперимента построена математическая модель процесса обратного выдавливания поковки «стакан» с наметкой на одном из торцов и без наметки в виде уравнений регрессии, определяющих зависимость разностенности заготовки от геометрических параметров наносимой наметки - угла, глубины и диаметра, а также несоосности матрицы и пуансона. Проведенные экспериментальные исследования процесса обратного выдавливания свинцовых заготовок с наметкой и без наметки позволили подтвердить наиболее целесообразные параметры наметки на заготовке для получения поковки с минимальной разно-стенностью.
Ключевые слова: обратное выдавливание, многофакторное планирование эксперимента, уравнение регрессии, разностенность поковок типа «стакан».
Детали типа «стакан» широко распространены в различных отраслях промышленности. К ним относят различные цилиндры (стальные и алюминиевые), корпуса снарядов, гильзы, капсулы и т.п. Одними из основных методов изготовления поковок (заготовок) таких деталей являются обратное выдавливание и протяжка (вытяжки с утонением стенок) на гидравлических прессах. Полученные при этом поковки обладают рядом
39
