CC BY
10
УДК 621.983; 539.374
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И ВОЗМОЖНОСТЕЙ ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ ТОНКОСТЕННОЙ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ИЗ СПЛАВА ВТ14 ПРИ ЕЕ РАЗДАЧЕ В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
А.А. Пасынков, А.С. Аккуратнова
В авиационно-космической технике, в частности в топливных системах летательных аппаратов, широко распространены различного вида трубы и переходники. Рациональной технологией их получения является обработка давлением в режиме вяз-копластического течения. Но, к сожалению, теория формоизменения трубных заготовок в режиме вязкопластического течения мало изучена. Поэтому актуальной является цель данной работы - оценка напряженно-деформированного состояния тонкостенной трубной заготовки из титанового сплава ВТ14 при ее раздаче в изотермических условиях. В статье представлены результаты исследований процесса раздачи трубной заготовки в изотермических условиях, основанные на компьютерном моделировании.
Ключевые слова: формоизменение, раздача, труднодеформируемые цветные сплавы, сила, пуансон, матрица.
В авиационно-космической технике, в частности в топливных системах летательных аппаратов широко распространены различного вида трубы и переходники. И, в связи с тем, что они используются в летательных аппаратах к ним предъявляются жесткие требования по прочностных характеристикам. Но одновременно с прочностью данных изделия должны обладать небольшим весом. Одновременным сочетанием таких характеристик как малый вес и прочность обладают титановые сплавы. Однако их деформирование весьма затруднительно в виду требуемых сил и возможной их разру-шаемости в процессе формоизменения. А так как данные сплавы необходимы для изготовления трубопроводных систем летательных аппаратов, которые, в свою очередь, характеризуются малой толщиной стенки, то их формоизменение в обычных условиях невозможно. В связи с этим становится актуальной их обработка давление в режиме вязкопластического течения. Но к сожалению теория формоизменения трубных заготовок в режиме вязкопластического течения мало изучена [1-10]. Поэтому актуальной является цель данной работы - оценка напряженно-деформированного состояния и возможностей формоизменения тонкостенной трубной заготовки из титанового сплава ВТ 14 при ее раздаче в изотермических условиях.
Далее приводятся результаты компьютерного моделирования процесса раздачи тонкостенных труб из трудноформируемого титанового сплава. Исследования выполнялись для титанового сплава ВТ 14. Этот сплав характеризуется значительным сопротивлением деформированию. Использовались заготовки длиной 35 мм при диаметре 20 мм. Радиус переходов конических участков в цилиндрические 1...7 мм; угол конусности инструмента 15.35 градусов; толщина заготовки 1.3 мм. Трение меня-
286
лось в диапазоне 0,1...0,8 что соответствует реальной смазке - жидкое стекло (значение коэффициента трения при этом 0,1), а также без смазки (значение коэффициента трения при этом 0,8).
На рис.1 представлены схемы к оценке напряженного состояния заготовки при раздаче изотермических условиях для разных значений высот раздаваемых участков.
а б в
Рис. 1. К оценке напряженного состояния заготовки при раздаче в изотермических условиях (я = 1 мм; а = 35°; г = 1 мм; ¡т = 0,1;
V = 0,1 мм/с): а - И = 7 мм; б - И = 10 мм; в - И = 15 мм
Как видно из представленных выше схем, что с ростом высоты раздаваемых участков значения напряжений уменьшаются. Наибольшие напряжения сосредоточены на местах перехода из цилиндрических в конические участки.
На рис.2 представлены схемы к оценке напряженного состояния заготовки при раздаче изотермических условиях для разных значений угла конусности пуансона.
а б в
Рис. 2. К оценке напряженного состояния заготовки при раздаче в изотермических условиях (я = 1 мм; г = 7 мм; V = 0,1 мм/с; т = 0,1 ):
а -а = 15°; б - а = 25°; в -а = 35°
287
Как видно из данных схем, с ростом значений угла конусности пуансона величины напряжений растут.
На рис.3-4 представлены схемы к оценке критических деформаций в заготовке при раздаче изотермических условиях.
а б в
Рис. 3. Схемы к оценке критических деформаций в заготовке при раздаче в изотермических условиях (я = 1 мм; г = 1 мм;
V = 0,1 мм/с; т = 0,1): а -а = 15°; б - а = 25°; в -а = 35°
а б
Рис.4. Схемы к оценке критических деформаций в заготовке при раздаче в изотермических условиях (я = 1 мм; а = 35°; г = 1 мм;
т = 0,1): а - V = 0,1 мм/с; б - V = 10 мм/с
Как видно из представленных схем с ростом угла конусности инструмента, ростом скорости деформирования и относительной высоты конического участка значения критических деформаций растут. Наибольшее влияние на критические деформации оказывает угол конусности. В нашем случае ни при одном из рассматриваемых факторов разрушения не насту-
288
пает. Однако при увеличении скорости деформирования критические деформации резко растут. И при скорости, большей 10 мм/с возможно разрушения виде трещин на раздаваемом участке.
На рис.5 представлены зависимости силы изотермической раздачи от угла конусности инструмента и трения на инструменте и заготовке.
Рис. 5. Зависимость силы раздачи от угла конусности инструмента:
1 - т = 0,1; 2 - т = 0,4; з - т = 0,8
Из данной зависимости видно, что с ростом угла конусности инструмента, ростом трения сила раздачи растет. Наибольший прирост в силе происходит после увеличения угла конусности инструмента выше, чем 25 градусов.
Из данной зависимости видно, что с ростом коэффициента раздачи и радиуса закругления инструмента сила раздачи падает. Наибольший прирост в силе происходит при значениях коэффициента раздачи 0,65 и ниже.
На рис.6 показаны зависимости к оценке критических деформаций в заготовке от технологических факторов, полученные из анализа результатов исследований.
Рис. 6. Зависимость повреждаемости от коэффициента раздачи:
1 - Я = 1 мм; 2 - Я = 3 мм; 3 - Я = 7 мм
Установлено, что ростом уменьшением раздачи вероятность разрушения материала заготовки заметно падает. С увеличением радиусов переходов на инструменте повреждаемость так же уменьшается.
Выявлено, что с ростом скорости деформирования и угла конусности инструмента повреждаемость растет. Ту же самую картину можно наблюдать при увеличении высоты конического участка заготовки.
На базе проведенного моделирования операции раздачи тонкостенных заготовок из труднодеформируемого сплава, были выявлены оптимальные форма и размеры инструмента, обеспечивающие наилучшие качественные показатели получаемых деталей и минимальную силу деформирования. Установлена рациональность использования изотермической штамповки.
Список литературы
1. Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов [и др.]. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.
2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. М.: Машиностроение, 1993. 240 с.
3. Metastable material conditions for forming of sheet metal parts combined with thermomechanical treatment/ Kräusel Verena, Birnbaum Peter, Kunke Andreas, Wertheim Rafael // CIRP Annals - Manufacturing Technology. Volume 65. Issue 1. 2016. Pages 301-304.
4. Determination of optimal gas forming conditions from free bulging tests at constant pressure/ S.A.Aksenov, E.N.Chumachenko, A.V.Kolesnikov, S.A.Osipov // Journal of Materials Processing Technology. Volume 217. 2015. Pages 158-164.
5. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
6. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
7. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С. С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
8. Пасынков А. А., Перепелкин А. А. Влияние анизотропии материала заготовки на силовые параметры раздачи в режиме кратковременной ползучести // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 113-117.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Аккуратнова Анастасия Сергеевна, студент, mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
290
ESTIMATION OF THE STRESS-DEFORMED STATE AND POSSIBILITIES OF FORMATION OF THIN-WALL TUBULAR COLLECTION FROM ALLOY VT14 AT ITS DISTRIBUTION IN ISOTHERMAL CONDITIONS
A.A. Pasynkov, A.S. Akkuratnova
In aerospace engineering, in particular in the fuel systems of aircraft, various types of pipes and adapters are widely used. The rational technology for their production is pressure treatment in the mode of viscoplastic flow. But unfortunately, the theory of the shaping of tube blanks in the viscoplastic flow regime has been little studied. Therefore, the purpose of this work is to evaluate the stress-strain state of a thin-walled tube billet from a titanium alloy VT14 when it is distributed under isothermal conditions. The article presents the results of studies of the process of distributing pipe billets under isothermal conditions, based on computer simulation.
Key words: shape change, distribution, hard-deformable non-ferrous alloys, force, punch, matrix.
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, associate professor, mpf-tulaaramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Akkuratnova Anastasiya Sergeevna, student, mpf-tula a ramhler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.983
ИССЛЕДОВАНИЕ АНИЗОТРОПИИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В ВИДЕ ПОЛОС
ИЛИ ЛЕНТ
С. С. Яковлев
Предложена новая методика определения коэффициентов анизотропии механических свойств листовых материалов, позволяющая использовать ее для определения наличия плоскостной анизотропии у широкой номенклатуры типоразмеров: от узких полос или лент до листов. Предлагаемая методика менее трудоемка и заключается в проведении технологических испытаний на вытяжку детали типа «Стакан» и растяжении образца, вырезанного вдоль направления прокатки. Предлагаемая методика может использоваться для исследования плоскостной анизотропии при нормальных и повышенных температурах.
Ключевые слова: анизотропия механических свойств, коэффициент анизотропии, плоскостная анизотропия, узкие полосы и ленты, фестонообразование, высота фестонов, направление к прокатке, вытяжка.
Большинство листовых материалов обладает плоскостной анизотропией, которая оказывает существенное влияние на технологические процессы листовой штамповки. Существующая методика определения плоскостной анизотропии [1] позволяет установить ее наличие в листах,
291
