CC BY
3
ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
УДК 621.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-120-124
ОЦЕНКА ХАРАКТЕРА ТЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ПРИ ВЫСАДКЕ ТИТАНОВЫХ ПРУТКОВЫХ ЗАГОТОВОК
П.В. Романов, К.С. Ремнев
В статье приводятся результаты анализа режимов деформирования при осадке торцевого элемента прутка из сплава на основе титана. Процесс характеризуется интенсивным истечением металла в радиальных направлениях. При значительных степенях деформирования возможно исчерпание ресурса пластичности. Исследование выполнено на базе компьютерного моделирования операции высадки утолщения на прутках при разных скоростях перемещения нажимного пуансона и различных термических режимах формоизменения. Установлен характер течения деформируемой части заготовки в зависимости от технологических условий деформирования. Выявлены наилучшие режимы, обеспечивающие равномерное течение материала. Кроме того, проанализирован характер изменения повреждаемости материала заготовки для рассмотренных режимов. Получены данные по распределению величин повреждаемости по сечению полуфабриката.
Ключевые слова: высадка, моделирование, характер течения, штамповка.
Технологическая операция высадки характеризуется интенсивным истечением металла в радиальных направлениях. При значительных степенях деформирования процесс сопровождается как значительными скоростями деформации, так и величинами деформаций. В работе представлены результаты анализа режимов деформирования при осадке торцевого элемента прутка из сплава на основе титана. Исследование процесса высадки утолщений на прутковых заготовках выполнено на базе компьютерного моделирования в программе DEFORM при разных скоростях перемещения нажимного пуансона и различных термических режимах формоизменения. Установлен характер течения деформируемой части заготовки в зависимости от технологических условий деформирования. Выявлены режимы деформирования, обеспечивающие более равномерное течение материала заготовки. Исследован характер изменения повреждаемости материала заготовки для рассмотренных режимов. Получены данные распределения величин повреждаемости по сечению полуфабриката.
В качестве заготовок использовались цилиндрические прутки из сплава ВТ6, диаметром 20...60 мм. На рис. 1 приведена схема операции высадки. Свободная часть заготовки имеет высоту h = 2d. Влияние скорости деформирования оценивалось в интервале 1.500 мм/мин. Процесс рассчитывался при начальной температуре заготовки 90СРС. Исследовалось влияние теплообмена между инструментом и заготовкой в процессе деформирования на величину среднего напряжения. Ход инструмента задавался в интервале h = 0...0,9h0. Коэффициент контактного трения принимался равным 0,3. В
результате моделирования получены поэтапные эскизы, которые позволяют оценить изменение скоростей истечения металла. На рис. 2 даны схемы, справедливые для формоизменения в условиях изменяющейся температуры заготовки.
Рис. 1. Схема высадки до (а) и после (б) совершения рабочего хода
120
У=3 мм/мин
■■г'екмНу - тви| *4| | и^л«)
У=15 мм/мин
У=500 мм/мин Рис. 2. К оценке характера истечения металла (Б0 = 20 мм) при формоизменении в условиях изменяющейся температуры заготовки
На рис. 3 даны схемы для оценки скоростей истечения металла, справедливые для формоизменения в условиях постоянной температуры заготовки для разных скоростей деформирования.
Выявлено, что изменение термических условий деформирования не приводит к заметному изменению величин скоростей течения металла. Однако следует сказать, что в изотермических условиях реализуется более равномерное перераспределение металла. Рост скоростей деформирования в условиях изменяющейся температуры заготовки ведет к увеличению неравномерности течения материала. В целом увеличение скоростей деформирования в исследуемом интервале приводит к увеличению максимальных скоростей истечения металла в 120.. .160 раз.
На рис. 4-5 показаны эскизы деталей на заключительном этапе деформирования, позволяющие визуально оценить градиент величины повреждаемости при формоизменении в условиях изменяющейся температуры заготовки и для условий изотермической штамповки соответственно.
V=3 мм/мин
V=15 мм/мин
V=500 мм/мин Рис. 3. К оценке характера истечения металла (D0 = 20 мм) при формоизменение в условиях постоянной температуры заготовки
Damage
Damage 1.16 ■
1
I I
б
Рис. 4. К оценке величины повреждаемости (Оо = 20 мм)
при формоизменении в условиях изменяющейся температуры заготовки: а - У=3 мм/мин; б - У=15
мм/мин; в - ¥=500 мм/мин
а
в
Damage 0.792 |
1
I
а б в
Рис. 5. К оценке величины повреждаемости (d0 = 20 мм) при формоизменении
в условиях постоянной температуры заготовки: а - V=3 мм/мин; б - V=15 мм/мин; в - V=500 мм/мин
Установлено, что увеличение скорости деформирования в условиях изменяющейся температуры заготовки ведет к уменьшению величин повреждаемости на 10...15% в интервале скоростей 100...500 мм/мин, что объясняется прогревом материала в течение операции. Для изотермических условий деформирования изменения величины повреждаемости более чем на 5 % не наблюдается.
Таким образом, при формообразовании титановых заготовок более предпочтительным является режим изотермической штамповки с малыми скоростями деформирования в интервале 1.20 мм/мин.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ 23-29-00470.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Чудин В.Н., Трегубов В.И., Черняев А.В. Изотермическое формоизменение из анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. М.: Машиностроение, 1993.
240 с.
3. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1968. 400 с.
4. Теория обработки металлов давлением / Голенкова В.А., Яковлев С.П. и др. М. Машиностроение. 2009. 442 с.
5. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнеч-но-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23-28.
5. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
6. Пасынков А.А., Борискин О.И., Ларин С.Н. Теоретические исследования операции изотермической раздачи труб из труднодеформируемых цветных спавов в условиях кратковременной ползучести // Цветные металлы. 2018. №2. С. 74-78.
7. Larin S.N., Pasynkov A.A. Analysis of forming properties during the isothermal upsetting of cylindrical workpieces in the viscous-plasticity mode // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Volume 441, Issue 1, 2 November 2018.
8. Alves L.M., Afonso R.M., Silva C.M.A., Martins P.A.F. Boss forming of annular flanges in thin-walled tubes. Journal of Materials Processing Technology. 2017, Volume 250, December Pages 182-189
9. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин А.М. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов. Справочник. M., Металлургия, 1976. 488 с.
Романов Павел Витальевич, аспирант, sulee@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Ремнев Кирилл Серггевич, д-р техн наук, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ASSESSMENT OF THE NATURE OF THE METAL FLOW DURING THE LANDING OF TITANIUM BAR
BLANKS
P.V. Romanov, Remnev K.S.
The article presents the results of the analysis of deformation modes during precipitation of the end element of a bar made of titanium-based alloy. The process is characterized by intensive metal outflow in radial directions. With significant degrees of deformation, it is possible to exhaust the plasticity resource. The study
123
was carried out on the basis of computer simulation of the thickening landing operation on bars at different speeds of movement of the pressure punch, different thermal modes of shaping. The nature of the flow of the de-formable part of the workpiece is determined depending on the technological conditions of deformation. The best modes providing uniform flow of the material are revealed. In addition, the nature of the change in the damage of the workpiece material for the considered modes is analyzed. Data on the distribution of damage values in the section of the semi-finished product were obtained.
Key words: landing, modeling, flow pattern, stamping.
Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, sulee@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Remnev Kirill Sergeevich, doctor of technical sciences, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 539.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-3-124-128
О ПРЕДЕЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЯХ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА ИЗОТРОПНЫХ СПЛОШНЫХ СРЕД
Н.М. Матченко, С.Н. Ларин
Представление потенциала деформаций линейно-упругих изотропных сред в новой форме позволяет доказать, что нижнее предельное значение коэффициента Пуассона не может быть отрицательным.
Ключевые слова: упругость, потенциал, поперечная деформация.
В линейной теории упругости для описания упругих свойств деформируемого твердого тела используются квадратичные формы представления потенциалов напряжений и деформаций [1-4].
Согласно этим потенциалам механические характеристики упругих свойств деформируемых твердых тел задаются симметричными матрицами коэффициентов жесткости или податливости.
В основе определения предельных значений коэффициентов упругих свойств лежит гипотеза о положительности потенциалов напряжений или деформаций.
Эта гипотеза эквивалентна требованию положительной определенности матрицы упругих свойств. Согласно критерию Сильвестра [5] условием положительной определенности симметричной матрицы является положительность всех главных миноров ее определителя.
Применение критерия Сильвестра к потенциалу деформаций линейно упругого изотропного тела, записанного через главные напряжения, приводит к неравенству, согласно которому модуль упругости E и коэффициент Пуассона V ограничен предельными значениями E > 0,1 > V > —1 [2, 6, 7].
Применение закона Гука к процессу объемного деформирования позволяет ограничить предельные значения коэффициента Пуассона неравенством 0.5 > V > — 1 [2, 6, 7].
Бехтерев П. В. предложил, в зависимости от знака коэффициента Пуассона, изотропные материалы разделить на два класса [6]. Материалы, у которых интервал допустимых значений 0.5 > V > 0, было предложено называть «хоростабильными» (от греч. %юро^), а материалы, у которых интервал
допустимых значений 0 > v>—1 , было предложено называть «ахоростабильными».
В настоящее время, как для изотропных, так и анизотропных материалов, имеющих отрицательное значение коэффициента Пуассона, используется термин «аукстетики» (от греч. ОсЗ/тКОд), предложенный в 1991 г. К. Эвансом [8].
Поскольку отсутствуют надежные экспериментальные данные об отсутствии изотропных твердых тел с отрицательным коэффициентом Пуассона, то теоретический нижний предел для коэффициента поперечной деформации считается равным — 1.
Это значение нижнего предела коэффициента Пуассона, по всей вероятности, всегда не удовлетворяло исследователей, поскольку противоречило сложившимся интуитивным представлениям о твердом теле [2].
