CC BY
13
УДК 621.983:539.974
ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИ ВЫСАДКЕ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ ВЫСОКОПРОЧНЫХ
СПЛАВОВ
Представлены результаты теоретических исследований напряженного и деформированного состояния заготовок при раздаче трубных заготовок при регламентированных температуре и скоростях деформирования. Установлено влияние технологических параметров процесса и геометрических параметров заготовки на силовые режимы, напряженное и деформированное состояние. Исследование производились в среде программного комплекса ^отш 2В/3В, основанного на базе метода конечных элементов. Сравнение полученных в статье данных с результатами теоретического анализа, основанного на базе верхнеграничной теоремы пластичности и данных экспериментов показывает удовлетворительную сходимость.
Ключевые слова: высадка, ^отш 2Б/3Б, изотермические условия, скорость деформирования, сила, напряжения.
В данной статье представлено продолжение теоретических исследований, основанных на верхнеграничной теореме пластичности [1], изотермической раздачи концов труб из высокопрочного титанового сплава ВТ6С при регламентированных скоростях штамповки, которые будут обеспечивать условие кратковременной ползучести. Схема рассматриваемой операции приведена на рис. 1.
А.А. Пасынков, А.И. Серегина
Рис. 1. Схема раздачи
285
Выполнены исследования влияния технологических параметров на силовые режимы операции изотермической раздачи в среде программного комплекса Qform 2Б/3Б. Исследования выполнены для титанового ВТ6С (в? = 210 МПа; ов = 340 МПа ; П = 750МПа) сплава. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: И = 3 мм; й2 = 40; 35; 45 мм; различных коэффициентах трения р = 0,15; 0,4; 0,7 и скоростях деформирования V = 1...10 мм / с.
На рис. 2 приведены 3Бмодели заготовки и инструмента. Предполагалось, что деформирование проводится на гидравлическом прессе силой 50 МН при постоянной температуре деформирования 930 °С.
Рис. 2. ЗБ-модели инструмента и заготовки: 1 - матрица; 2 - пуансон; 3 - заготовка
На рис. 3 - 6 представлены схемы распределения интенсивностей напряжений при раздаче для сплава ВТ6С для различных значений трения, скорости деформирования и углов скоса матрицы ее радиуса закругления. Из представленных схем видно, что интенсивность напряжений растет с увеличением трения, скорости деформирования. Из анализа представленных схем можно сделать вывод о том, что максимальные напряжения рассредоточены на месте перехода конической части заготовки в цилиндрическую.
а б в
Рис. 3. Схема распределения интенсивностей напряжений при раздаче
(а = 15°, V = 0,1 мм/с): а - ¡т = 0,05; б - ¡т = 0,3; в - ¡т = 0,8
а б в
Рис. 4. Схема распределения интенсивностей напряжений при раздаче
(а = 15°, т = 0,3): а - V = 0,01 мм/ с; б - V = 0,1 мм/ с; в - V = 1 мм/с
а
б
в
Рис. 5. Схема распределения интенсивностей напряжений при раздаче
(а = 15°, V = 0,1 мм/ с, т = 0,3): а - Я = 0 мм; б - Я = 3 мм; в - Я = 5 мм
а б
Рис. 6. Схема распределения интенсивностей напряжений при раздаче
(Я = 3мм, V = 0,1 мм/с, т = 0,3): а - а = 15°; б - а = 30°
На рис. 7 - 8 представлены схемы к оценке разрушения заготовки при раздаче для сплава ВТ6С для различных значений углов скоса матрицы и ее радиуса закругления. Из представленных схем видно, что критические напряжения не превышают своей максимально допустимой величины. Можно сделать вывод о том, что максимальные напряжения рассредоточены на цилиндрической части заготовки.
а б в
Рис. 7. Схема к оценке разрушения материала заготовки
(a = 15°, V = 0,1 мм/с, m = 0,3): а - R = 0мм; б - R = 3мм; в - R = 5мм
а б в
Рис. 8. Схема к оценке разрушения материала заготовки
(a = 30°, V = 0,1 мм/с, m = 0,3): а - R = 0мм; б - R = 3мм; в - R = 5мм
На рис. 9 - 12 представлены схемы распределения деформаций при раздаче для сплава ВТ6С для различных значений трения, скорости деформирования и углов скоса матрицы ее радиуса закругления. Из представленных схем видно, максимальные деформации рассредоточены на месте перехода конической части заготовки в цилиндрическую.
а б в
Рис. 9. Схема к оценке изменения степени деформации при раздаче
(a = 15°, V = 0,1 мм/с): а - m = 0,05; б - m = 0,3; в - m = 0,8
а б в
Рис. 10. Схема к оценке изменения степени деформации при раздаче
(а = 15°, т = 0,3): а - V = 0,01 мм/ с; б - V = 0,1 мм/ с; в - V = 1 мм/с
а б в
Рис. 11. Схема к оценке изменения степени деформации при раздаче
(a = 15°, V = 0,1 мм/с, m = 0,3): а - R = 0 мм; б - R = 3мм; в - R = 5мм
а б
Рис. 12. Схема к оценке изменения степени деформации при раздаче
(R = 3мм, V = 0,1 мм/с, m = 0,3): а - a = 15°; б - a = 30°
Для более точного представления о распределении напряжений и деформаций в теле заготовке при раздаче были выбраны характерные точки в местах с разным напряженно-деформированных состоянием, схемы расположения которых представлены на рис. 13, 16. Для этих точек были построены графические зависимости изменения интенсивности напряжений и степени деформаций в процессе деформирования (рис. 14, 15, 17, 18).
Рис. 13. Схема расположения точек в заготовке
(a = 15°, V = 0,1 мм/с, m = 0,3)
5,00 -1-1-1-1-1-1-1-1-1
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 /
1 1
Рис. 14. Зависимость изменения интенсивности напряжений в процессе деформирования (a = 15°, V = 0,1 мм/с, m = 0,3)
<1 20 40 60 SO 100 120 140 160 f Q
Рис. 15. Зависимость изменения степени деформаций в процессе деформирования (a = 15°, V = 0,1 мм/с, m = 0,3)
Рис. 16. Схема расположения точек в заготовке
(a = 30°, V = 0,1 мм/с, m = 0,3)
Рис. 17. Зависимость изменения интенсивности напряжений в процессе деформирования (а = 30°, V = 0,1 мм/с, т = 0,3)
Рис. 18. Зависимость изменения степени деформаций в процессе деформирования (а = 30°, V = 0,1 мм/с, т = 0,3)
292
Были построены зависимости изменения силы процесса во времени деформирования при различных значения трения (рис. 19). Также были построены зависимости изменения силы процесса от коэффициента трения (рис. 20), от скорости деформирования (рис. 21), от радиуса (рис. 22) и угла скоса матрицы (рис. 23).
Рис. 19. Зависимость изменения силы штамповки в процессе деформирования (а = 15°, V = 0,1 мм/ с, Я = 3 мм ):
1 - т = 0,05; 2 - т = 0,3; 3 - т = 0,8
Р.Н
700,00
Рис. 20. Зависимость изменения силы деформирования от коэффициента трения (а = 15°, V = 0,1 мм/с, Я = 3 мм)
Рис. 21. Зависимость изменения силы от скорости деформирования
(а = 15°, т = 0,3, Я = 3 мм) -
Рис. 22. Зависимость изменения силы от радиуса матрицы
(а = 15°, V = 0,1 мм/с, т = 0,3 ) 294
р,н
1300 1600 1400 1200
1000 -I-1-1-1-1-1-1
15 20 25 30 35 40 ^ ВрабуС
Рис. 23. Зависимость изменения силы деформирования от угла матрицы (т = 0,3, Я = 3 мм, V = 0,1 мм/с)
Установлено что с увеличением трения, скорости деформирования, угла скоса матрицы и уменьшением радиуса матрицы сила процесса растет.
Сравнение данных, предоставленных в данной статье, с данными, основанными на верхнеграничной теореме пластичности говорит о достаточной степени сходства [2 - 4]. Закономерности изменения зависимостей технологических параметров в данных исследованиях совпадают с экспериментальными и теоретическими, основанными на верхнеграничной теореме пластичности, что говорить о допустимости использования программного комплекса Qform 2Б/3Б для исследования объемных процессов штамповки в изотермических условиях.
Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 15-48-03234_р_центр_а и РФФИ № 14-08-00066 и гранта Правительства Тульской области ДС/128.
Список литературы
1. Яковлев С.С., Пасынков А.А., Ларина М.В. Оценка влияния технологических параметров процесса бокового выдавливания по плоской схеме деформаций на силовые режимы и качество получаемых изделий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 10. С. 13-19.
2. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных материалов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев, Я. А. Соболев. М.: Машиностроение, 2004. 427 с.
3. 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.
4. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков, С.П. Яковлев, С. А. Головин, С.С. Яковлев, В. Д. Кухарь; под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Серегина Анастасия Игоревна, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATIONSTRESS-STRAINSTATE AT THE LANDING PIPE BLANKS OFHIGH-
STRENGTH ALLOYS
A.A. Pasynkov, A.I. Seregina
This article presents the results of theoretical studies of stress and strain state of preparations in the distribution of round billets with regulated temperature and strain rates. The influence of process parameters and geometric parameters of the workpiece on the power modes, stress and strain state. A study made in an environment software package Qform 2D / 3D, based on the basis of the finite element method. Comparison of the data in the article with the results of a theoretical analysis based on the basis of Theorem verhnegranichnoy plasticity and experimental data shows satisfactory agreement.
Key words: landing, Qform 2D / 3D, isothermal conditions, deformation speed, strength, power.
Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, associate professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Seregina Anastasiya Igorevna, student, mpf-tula@ram bler. ru, Russia, Tula, Tula State University
