CC BY
69
УДК 621.777.21
Ву Хай Ха, асп., +7-963-695-73-26, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)
КАЧЕСТВО ЗАГОТОВОК И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ПЛАСТИЧНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ОБРАТНОГО ВЫДАВЛИВАНИЯ
Рассмотрены деформационные критерии металлов без разрушения, с помощью которых оценивают ресурс пластичности и технологическое наследие в процессе обратном выдавливании. Показаны пределы применимости различных критериев. Приведен пример расчета предельного формоизменения в процессе обратном выдавливании. Ключевые слова: критерий, ресурс пластичности, деформация, разрушения.
Критерии деформируемости. Первым шагом в развитии критериев явились критерии Мора, Шлейхера-Надаи, Давиденкова-Фридмана и др. [1, 2]. В этих теориях используют представление о некоторых поверхностях напряжений, при достижении которых в материалах нарушается сплошность (наступает разрушение) - это широко используемые критерии сопротивления материалов. В случае небольших пластических деформаций, для хрупких материалов, такие теории дают удовлетворительные результаты. Однако при больших пластических деформациях, когда кривая течения имеет очень пологую форму, предсказание наступления предельного состояния приведёт к существенным погрешностям. В настоящее время эти теории не используются для оценки деформируемости в процессах обработки металлов давлением.
Скалярные модели. В связи с изложенным, критерии, в основе которых лежат ограничения, накладываемые на деформации, заслуживают более пристальное внимание для оценки предельного состояния при больших конечных деформациях. К ним относятся критерии, представленные в работах СИ. Губкина, Г.А. Смирнова-Аляева, В.Л. Колмогорова, В. А. Ого-родникова, Г.Д. Деля, Ю.Г. Калпина и др. [2-5].
Для расчёта использованного за операцию ресурса пластичности в однопереходных процессах обработки металлов давлением в качестве меры повреждений используют некоторую скалярную характеристику предельной деформации.
Наиболее простым критерием, с помощью которого оценивают предельные деформации, является критерий, предложенный Г.А. Смирновым-Аляевым [2]:
'о
е, ер (п), (1)
0
который можно записать в виде
* = 1, (2) ер (П)
где ер (п) - предельная деформация в момент появления первых трещин,
обнаруживаемых визуально; ¥ - использованный ресурс пластичности, который при деформировании без разрушения меньше единицы. В критерии (1) величина ер зависит от температуры испытаний, скорости дефор-
3а а. +а2 + а3 ,
мации и показателя напряженного состояния п1 = — = -2- (по
а а
I I
В.А.Бабичкову), которому соответствует момент разрушения материала. При оценке величины ер по Г.А. Смирнову-Аляеву пренебрегают влиянием истории деформирования; предельную деформацию, при которой происходит разрушение, определяют лишь показателем п1.
Критерий деформируемости В.Л. Колмогорова [3] получен с использованием гипотезы о пропорциональной зависимости между накоплением повреждаемости и приращения деформации в виде
'р а (т)
¥ = \ Е (' - т)В (т) п/ йт < 1, (3)
0 ер \л(т)\
где Е (' -т) - коэффициент, учитывающий самозалечивание дефектов при
высоких температурах и монотонно убывающий от единицы до нуля с увеличением аргумента; В (т) - величина, учитывающая скорость развития
трещин и их залечивание при холодном деформировании; а. (т) - интенсивность скорости деформации.
Практическое использование критерия, записанного в виде (3) затруднено, так как в литературе не приводятся данные о значении коэффициентов Е (' -т) и В (т) при различных процессах пластического деформирования. Поэтому эти коэффициенты обычно принимаются равными единице:
* = ]-Т^< 1. (4)
0 ер (е. )
При нагружениях, близких к простому, критерий (4) сводится к критерию (2), если положить в критерии (3) В (т) = 1; при п = f (е1). В общем
случае по заданной функции е. (п) и диаграмме пластичности можно установить зависимость ер (е.) , и, выполнив интегрирование в (4), произвести оценку деформируемости.
В работах В. А. Огородникова [4] исследована зависимость предельной деформации от схемы напряженного состояния, истории деформирования и градиента пластических деформаций. Им совместно с Г.Д.Делем предложен критерий деформируемости, который учитывает нелинейное накопление повреждаемости и различные пути нагружения металла:
dtf
, v 0 2arctg-
г ( П е de
¥ = {h + 0.2arctgd- -.-_ de. < 1. (5)
de. ,
1+ 0 2 arctg-de.
[ep (п(e))
Применение критерия (2) для процессов, в которых путь деформирования п = f (e) и скорость изменения показателя п(dnlde.) существенно
изменяются, приводит к расхождению расчётных и экспериментальных данных. Критерий (5) в данном случае даёт гораздо более точные результаты. Расхождение результатов может достигать 200 % (например, при ротационной ковке валов [4]).
Что касается сопоставления результатов расчёта предельных деформаций по критериям (4) и (5), то расхождение зависит от кривизны траектории деформирования dnlde.. В случае, если dnlde. > 4, расчёт по критерию (5) даёт более близкие к экспериментальным данным результаты.
В последнее время появились работы [5], в которых использованы указанные выше представления, однако предельное формоизменение при этом ограничивается величиной накопленной энергии при пластическом деформировании материала. Критерий деформируемости имеет вид
¥ = ) < 1 J0Л(п)~ '
где ¥ называют энергетической степенью использования запаса пластичности; а. = Ce". - интенсивность напряжений, C и n - константы кривой течения материала; Ap (п) - удельная работа формоизменения к моменту разрушения при постоянном показателе напряженного состояния, т.е. по существу, энергетический аналог диаграммы пластичности.
Энергетические критерии в определённых случаях дают хорошую сходимость расчёта и эксперимента. Они могут применяться для оценки предельного состояния пористых материалов.
Моделирование процессов ОМД. В работах [4, 6] показано, что во многих случаях отмечено слабое влияние свойств материала на путь деформирования частиц материала в опасной области деформируемых заготовок n = n(ei). Этот вывод подтверждён экспериментально для процессов
осадки в осевом и радиальном направлениях, обратного выдавливания, холодной высадки, раскатки заготовок в торец, радиальной ковки и др. [4]. Следовательно, для расчета предельных технологических параметров процессов обработки давлением можно воспользоваться зависимостями П = n(et), найденными на модели из другого материала.
Для расчета и построения графика использовали программу Mathcad 13 Professional.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Выл. 4
Н,ла.х
Рис. 1. Аппроксимация диаграммы Рис. 2. Диаграмма пластичности
стали 4ОХ
Рис. 3. График ресурса пластичности в процессе обратного
выдавливания
При моделировании в программе DEFORM 3D легче видно точки зон опасности.
Рис. 4. Распределение части дефекта в полуфабрикате
ост оогээ ой' 02» ose Demeae
Рис. 5. График части дефекта в полуфабрикате (%)
Таким образом, рассмотренные критерии деформируемости используются в современных алгоритмах, позволяющих создать упраляющие для реализации современных технологических процессов обработки металлов давлением.
Список литературы
1. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: учебник для втузов. 9-е изд., перераб. М.: Наука, 1986. 512 с.
2. Смирнов-Аляев Г. А. Механические основы пластической обработки металлов. Л.: Машиностроение, 1968. 272 с.
3. Колмогоров В. Л. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия, 1970. 229 с.
4. Огородников В. А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением. К.: Выща шк, 1983. 175 с.
5. Калпин Ю. Г., Филипов Ю. К., Беззубое Н. Н. Оценка деформационной способности металла в процессах холодной объемной штамповки //ВНИИТЭМР, 1988. Сер. 3. Вып. 10. С. 1 — 7.
6. Дель Г. Д. Пластичность деформированного металла // Физика и техника высоких давлений. 1983. №11. С. 28 — 32.
7.. Моделирование напряженного состояния в процессах объемного формоизменения на основании гипотезы о подобии путей деформирования / В. А. Огородников и др. // Кузнечно-штамповочное производство. 1991. №11. 2 — 4.
Vu Hai Ha
QUALITY PIECES AND RESOURCE PROJECTIONS PLASTICITY IN REVERSE EXTRUSION
We consider the deformation of metals without destroying the criteria by which the estimated resource of plasticity and technological heritage in the process of reverse extrusion. Showing the limits of applicability of various criteria. The example of calculation of the limit in the process offorming reverse extrusion.
Key words: criteria, a resource of plasticity, deformation and destruction.
Получено 18.04.12
