Неоднородность деформации, механических свойств и повреждаемости материала детали при ротационной вытяжке с утонением стенки Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 539.374; 621.983

НЕОДНОРОДНОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ, МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА ДЕТАЛИ ПРИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ

С.С. Яковлев, Е.В. Осипова, В.И. Трегубов

Приведены результаты теоретических исследований неоднородности деформации, механических свойств и повреждаемости материала детали при ротационной вытяжке с утонением стенки анизотропных трубных заготовок.

Ключевые слова: ротационная вытяжка, анизотропный материал, труба, ролик, оправка, сила, шага подачи, степень деформации.

Разработана математическая модель формоизменения анизотропной трубной заготовки при ротационной вытяжке на специализированном оборудовании тонкостенных цилиндрических деталей с утонением стенки коническими роликами с учетом локального очага деформации и фактической подачи Бф металла в очаг деформации. В отличие от известных подходов к анализу кинематики течения материала в очаге пластической деформации принято, что процесс реализуется в условиях квазиплоской деформации [1]. Компоненты скоростей деформации определяются в цилиндрической системе координат последовательно - радиальная, далее находится тангенциальная составляющая в предположении, что в очаге деформации реализуется квазиплоская деформация при граничном условии ее распределения на выходе из очага деформации. Осевая составляющая скорости определяется путем интегрирования условия несжимаемости при граничном условии, связанным с распределением этой скорости на выходе из очага деформации. Принимая скорости потоков областей равными, находится скорость на выходе из очага деформации. В дальнейшем вычисляются компоненты скоростей деформации в цилиндрической системе координат и величина интенсивности скорости деформации. Используя уравнение равновесия в цилиндрической системе координат и уравнение пластического течения, устанавливающие связи между напряжениями и скоростями деформаций, после подстановки последних в уравнения равновесия получим систему уравнений для определения среднего напряжения. Учитывая, что на границе входа материала в очаг пластической деформации величина осевого напряжения равна нулю, т.е. о 2 = 0. Это условие позволило определить распределение величин среднего напряжения о на входе материала в очаг пластической деформации и радиальных ог, тангенциальных од, осевых о2 и касательных тг§, TQ2, тг§ напряжений, предварительно вычислив компоненты скоростей деформации, средняя величину накопленной интенсивности деформации в очаге пластической деформации и среднюю величину интенсивности напряжения о^р в очаге

деформации [1, 2].

Графические зависимости изменения относительной величины неоднородности интенсивности деформации 5Є = (Є; тах - Є; тіп ) / 8; тіп и сопротивления материала пластическому деформированию = (С тах -°/ тіп) / С; тіп по толщине готовой детали из стали 12Х3ГНМФБА от степени деформации 8 представлены на рис. 1. Здесь С; тах и С; тіп - максимальная и минимальная величины интенсивности напряжения по радиусу изделия. Сплошная линия соответствует результатам расчета 8Є; штриховая линия - 8С. Механические характеристики стали 12Х3ГНМФБА приведены в работе [3].

Анализ графических зависимостей показывает, что величина неоднородности интенсивности деформации 8Є и напряжений 8С в стенке детали с увеличением рабочей подачи £, степени деформации 8 и уменьшением угла конусности ролика а^ падает, что говорит о более благоприятных условиях формирования механических свойств материала готовой детали.

0.04 0.40

0.03 1 0.30

0.02 0.20

я0.01 5 £ 0.10

0.00 0.00

7^

\ZI 7\/

0.1

0J £ ■

о.?

0.7

Рис. 1. Зависимости изменения de и ds от e: кривая 1 - S = 0,5мм/об; кривая 2 - S = 1,5мм/об (ар = 20°)

Величина повреждаемости материала we при пластическом деформировании по деформационной модели разрушения вычислялась по фор-

ei dej

муле [2J: we = J ——. Здесь s - среднее напряжение; Sj - интенсивность

0 einp

напряжения; ejnp = Wexp(Us/Sj)(ao + aicosa + «2 cosb + «3 cosg); W, U -

константы материала, определяемые в зависимости от рода материала, согласно работам В.Л. Колмогорова и А.А. Богатова; а, Ь, у - углы между первой главной осью напряжений и главными осями анизотропии х, у и 2; ао, #1, «2 и а3 - константы материала, зависящие от анизотропии механических свойств материала заготовки.

На рис. 2 приведены графические зависимости изменения накоп-

ленной повреждаемости юе в материале детали (сталь 12Х3ГНМФБА) от рабочей подачи £.

Анализ результатов расчетов и графических зависимостей показывает, что с уменьшением угла конусности ролика а р, рабочей подачи £ и

увеличением степени деформации е величина накопленных микроповреждений юе возрастает. Максимальная величина накопленных микроповреждений юе соответствует точкам, принадлежащим наружной поверхности изготовляемой детали.

я-----

Рис. 2. Зависимости изменения юе от £: кривая 1 - при г = гв; кривая 2 - при г = го (е = 0,4; а = 10°; 2 = 0)

Работа выполнена по государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации на 2012-2014 годы и грантам РФФИ.

Список литературы

1. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Осипова Е.В. Силовые режимы ротационной вытяжки с утонением стенки трубных заготовок из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 48-58.

2. Трегубов В.И., Осипова Е.В., Ремнев К.С. Оценка предельных степеней деформации при ротационной вытяжке с утонением стенки тонкостенных трубных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 3. С. 529537.

3. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка с утонением стенки осесимметричных деталей из анизотропных трубных заготовок на специализированном оборудовании / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 265 с.

Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., тр^ы1а@,гатЫег.ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Осипова Елена Витальевна, ведущий инженер, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»,

Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

HETEROGENEITY OF DEFORMATION, MECHANICAL PROPERTIES AND DAMAGEABILITY OF THE MA TERIAL OF THE DETAIL A T THE ROTA TIONAL

EXTRACT WITH WALL THINNING

Yakovlev S.S., Osipova E.V. Tregubov V. I.

Results of theoretical researches of heterogeneity of deformation, mechanical properties and damageability of a material of a detail are given at a rotational extract with thinning of a wall of anisotropic pipe preparations.

Keywords: rotational extract, anisotropic material, pipe, roller, mandrel, force, giving step, extent of deformation.

Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Osipova Elena Vitalyevn, leading engineer, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, JSC NPO SPLAV,

Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 539.374; 621.983

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПЕРАЦИИ РАЗДАЧИ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ КОНИЧЕСКИМ ПУАНСОНОМ

О.Н. Митин

Приведена математическая модель операции раздачи трубной заготовки, обладающей цилиндрической анизотропией механических свойств, коническим пуансоном. Установлено влияние технологических параметров процесса, условий трения на контактной поверхности на силовые режимы и предельные возможности формоизменения.

Ключевые слова: раздача, трубная заготовка, матрица, сила, технологические параметры, деформация, сила, разрушение.

Рассмотрена операция раздачи трубной заготовки коническим пуансоном с углом конусности а (рис. 1) и коэффициентом раздачи

Кр = гк /г0.