Определение пластичности металлов методом комбинированного поперечного выдавливания и высадки Текст научной статьи по специальности «Физика»

Определение пластичности металлов методом комбинированного поперечного выдавливания и высадки

к.т.н. доц. Крутина Е.В., д.т.н. проф. Калпин Ю.Г.

Университет машиностроения 890322 73525, ИкгнПпаа/атЫег.гн

Аннотация. В статье предложена новая методика построения диаграммы пластичности с помощью способа комбинированного поперечного выдавливания и высадки. Обеспечивается однородная деформация на боковой поверхности бурта, исключается наличие сдвиговой компоненты и тензора деформации.

Ключевые слова: пластичность металлов, диаграмма пластичности, напряжение, деформация.

Пластичностью называют предельную деформацию, осуществляемую без разрушения в условиях процесса формоизменения. При холодной объемной штамповке определение пластичности является одной из важнейших задач теории обработки металлов давлением. Оценку пластичности осуществляют на основе критериев пластичности, например: энергетических, силовых, деформационных и комбинированных. Все критерии базируются на использовании диаграммы пластичности, которая отражает зависимость деформации к моменту разрушения 8Р от показателя напряженного состояния к, который в свою очередь показывает

а

отношение среднего нормального напряжения о к интенсивности напряжении о;, т.е. к = — •

^

Для построения диаграммы пластичности исходные образцы подвергают деформации до разрушения. При этом показатель напряженного состояния к на протяжении всего процесса деформации остается постоянным. Чаще всего используют такие способы деформации металла, для которых требуется стандартное оборудование и минимум затрат, а именно: сжатие, растяжение и кручение. При этих испытаниях на диаграмме пластичности в диапазоне 1 1

— — < К < — удается получить три достоверные точки [1, 5-8].

Но диапазон показателя напряженного состояния можно значительно расширить, если использовать метод испытания пластичности осадкой в фигурных бойках или поперечным выдавливанием в сужающийся канал, профиль которого выполнен по специальным зависимостям. При этом пластичность будет устанавливаться по увеличению диаметра бурта при появлении первой трещины на боковой поверхности [ 1, 2]. При осуществлении этого метода

1 1

можно получить любое число точек на диаграмме пластичности — — < К < —. Но на боковой

поверхности бурта будет прослеживаться неоднородность деформации и для каждого вида испытаний требуется изготовление сложной гравюры.

Рисунок 1 - Схема деформации

Эти недостатки метода могут быть устранены при комбинировании процесса поперечного выдавливания бурта в виде диска с плоскими торцами и осадки [1-4]. Обеспечить такой процесс можно, задавая различную скорость движения пуансона i)i, производящего поперечное выдавливание, и подвижной полуматрицы иг, осаживающей фланец образца (рисунок 1).

Необходимо установить соотношения между скоростями Ui и г)г. Допустим, требуется провести испытания на пластичность при показателе напряженного состояния ко на наружной поверхности бурта. При этом ко = const на протяжении всего процесса испытания,

v.-n-R^ + v2-ii-(r2 -R2) = 2-Up-h-n-R, (1)

где: UP - радиальная компонента скорости точек наружной поверхности бурта. Принято, что величина Up является функцией только координаты р. Отсюда:

и (2)

р 2-Л-Д 2-И '

Компоненты тензора скоростей деформации при р = Я определяются соотношениями Коши, в соответствии с которыми имеем:

(3)

3__Ро

2-h 2-h ' р2

2 _0

2

(4)

9 2-h 2-h-p2

»2

(5)

к

Из последнего уравнения с учетом граничного условия £/_ = 0 при 2 = 0 найдем осе-

ТТ

вую составляющую скорости и _ =--.

к

При этом сдвиговая компонента равна:

с!И

(6)

U2 -Z

у =--—tL= о

I р: 1 2

ЛЬ

так как при плоской контактной поверхности верхней полуматрицы-= I).

<Л р

Интенсивность скоростей деформации на боковой поверхности бурта равна:

Используем соотношение Леви-Мизеса С7р = о Н----■ 8р.

, , и,-и 2 Rf, ,, 3D,

где: М = —-N =----.

2-h R2 2 h

2 a

3 s

2-е

1П

получаем:

При p = R, Gp = 0, k0 = — ——. Подставив в последнее уравнение значения 8р и 8г,

^^ (8) 3 л/3 • М 2 - 2 ■ N2

Отсюда можно найти значение скорости и2 как функцию и1 и Ко:

Ь к(л/бк2 +14-кь)-2(Ь + 1)

1 к2(Ь2+б)+2Ь(Ь + 1) + 2

,где:6 = |> Ро

В частности, если ко=0, то 8 = 0 . Тогда:

и2 ц-и2 ^ „ _ цЛ

-----Т" и и9 — —;-Т" .

2-И 2-И Е2 2 "2 ■ "2

(9)

Ц + К

Как видно из последней формулы, для поддержания показателя напряженного состояния постоянным в процессе деформирования, скорость и-, должна уменьшаться с возрастанием радиуса наружной поверхности фланца К Однако регулирование скорости и2 удобнее осуществлять не по Я, а по ходу пуансона Л".

Для установления зависимости и-, от Л" используем условие постоянства расхода за время £#:

к ■ Я2 •• Л + к ■ (я2 - ^о2) • и2 • Л = 2 ■ к ■ А ■ Я ■ йЯ. (Ю)

С учетом соотношения (10) получаем дифференциальное уравнение:

щ ■ я и и

Второе дифференциальное уравнение получаем из соотношения:

(П)

I

И = И0- |*и2 • Л.

ю

15

20

25

Б,мм

Рисунок 2 - График зависимости Я, Ь, У2/У1, от хода пуансона

Отсюда:

¿//7 = -и9 • Л = -

2 Я2 + Я2

¿Б.

(12)

Из системы уравнений (11)и(12), с учетом начальных условий Я = Ко, И = /?о при £ = О, определяем величины К, /?, и2 как функции хода Л" (рисунок 1).

Заключение

Получена зависимость, которая позволяет регулировать скорости движения пуансона и

матрицы и таким образом влиять на получение заданного напряженного состояния.

Литература

1. Крутина Е.В. Разработка технологических процессов холодной объемной штамповки осе-симметричных деталей комбинированием поперечного выдавливания и высадки. // Дисс.канд.техн.наук. М., 2003.

2. Калпин Ю.Г., Крутина Е.В. Построение диаграммы пластичности методом комбинированного поперечного выдавливания и высадки. Сборник научных трудов «Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением». Тула: ТГУ, 2000, с. 150-154.

3. Игнатенко В.Н., Молодов A.B., Крутина Е.В. Кинематика течения металла при комбинированном радиальном и обратном выдавливании в конической матрице. Сборник трудов международной научно-технической конференции. Ассоциации автомобильных инженеров (ААИ) «Автомобиле и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященная 145-летию МГТУ «МАМИ», 2010.

4. Петров М.А., Петров П.А., Калпин Ю.Г. Исследование кинематики процесса радиального выдавливания с «бегущим» очагом деформации. Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал. М., МГТУ «МАМИ», 2007, с. 164-168.

5. Воронцов А.Л. Анализ напряженного и кинематического состояния сплошной и трубной заготовок при радиальном выдавливании. Вестник машиностроения, 1998, № 3, с. 33-35.

6. Типалин С.А., Шпунькин Н.Ф., Никитин М.Ю., Типалина A.B. Экспериментальное исследование механических свойств демпфирующего материала. / Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал. М., МГТУ «МАМИ», 2010, № 1, с. 166-170.

7. Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А., Гладков В.А., Никитин М.Ю. Исследование обтяжки с растяжением листового материала. // Известия МГТУ «МАМИ». Научный рецензируемый журнал.-М., МГТУ «МАМИ», 2008, № 1, с. 206-212.

8. Ларин С.Н., Соболев Я.А. Двухосное растяжение анизотропной листовой заготовки в режиме кратковременной ползучести. // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2011. Вып. 5. с. 151-160.

Особенности расчета и оптимизации сварной станины для уникальных

станков

д.т.н. проф. Максимов Ю.В., к.т.н. Порхунов С.Г., Кузьминский ДЛ.

Университет машиностроения rkhamami.ru

Анотация. В настоящее время, когда выпуск металлорежущих станков осуществляется единичными или мелкосерийными партиями, актуальной является проблема перевода базовых деталей станков с литого на сварное исполнение. Однако отсутствие экспериментально проверенной методики, позволяющей производить расчеты и оптимизацию сварных базовых деталей станков в зависимости от условий, поставленных в каждом конкретном случае, сдерживает процесс их повсеместного внедрения в станкостроении.

Ключевые слова: базовые детали станков, сварное исполнение, методы расчета и оптимизации

Научные исследования выполнялись при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках Государственного контракта № 16.740.11.0439 от 26 ноября 2010г.

Наиболее ярким примером уникального станка со сварной станиной является станок ОКШ-1436, разработанный конструкторским бюро ООО «РКБ-МАМИ» (рисунок 1). Данный станок позволяет обрабатывать детали диаметром до 1436 мм. и массой 7586 кг и состоит из сварных корпусных деталей.

К корпусным деталям относятся все так называемые базовые детали машин: станины,