CC BY
52
УДК 539.374; 621.983
ОЦЕНКА НЕОДНОРОДНОСТИ ДЕФОРМАЦИИ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В СТЕНКЕ ДЕТАЛИ ПРИ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ ТОЛСТОСТЕННЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ
ЗАГОТОВОК
Выявлены закономерности влияния технологических параметров на неоднородность интенсивности деформации и сопротивления материала пластическому деформированию в стенке детали при вытяжке с утонением толстостенных осесимметричных заготовок из анизотропных материалов.
Ключевые слова: вытяжка с утонением, анизотропный материал, заготовка, пуансон, матрица, деформация, напряжение, повреждаемость, механические свойства.
Современные тенденции развития различных отраслей промышленности характеризуются резким повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства. Это стимулирует разработку высокоэффективных технологий, отвечающих указанным требованиям и реализующих экономию материальных и энергетических ресурсов, трудовых затрат. Процессы обработки металлов давлением (ОМД) относятся к числу высокоэффективных, экономичных способов изготовления металлических изделий [1 - 3]. Вытяжка с утонением стенки позволяет получать детали, имеющие относительно точные размеры и высокие прочностные свойства, в два-три раза превышающие прочность исходного материала. Это обеспечивается упрочнением металла при деформировании в сочетании с соответствующей термической обработкой.
В.Ю. Травин, А.Н. Исаева
Разработана математическая модель операции вытяжки с утонением стенки осесимметричной толстостенной заготовки в конической матрице с углом конусности а [4, 5]. Материал заготовки принимался жесткопластическим, обладающим цилиндрической анизотропией механических свойств. Течение материала принимается осесимметричным. Анализ процесса вытяжки с утонением стенки реализуется в цилиндрической системе координат. Схема к анализу вытяжки с утонением стенки приведена на рис. 1.
р
Рис. 1. Схема к анализу вытяжки с утонением стенки
Допускается, что условия трения на контактной поверхности инструмента с заготовкой подчиняется закону Кулона. Течение материала принимается установившееся. Получены основные уравнения и соотношения для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения анизотропных материалов. Реализовано приближенное решение поставленной задачи с привлечением уравнений равновесия, условия несжимаемости материала, условия текучести Мизеса-Хилла и уравнений связей между скоростями деформаций и компонентами тензора напряжений. Изменение направления течения материала на входе в очаге деформации и выходе из него учитывалось путем коррекции осевого напряжения на границах очага деформации по методу баланса мощностей.
Приведенные в работах [4, 5] выражения для определения кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний в очаге пластической деформации позволили оценить влияние технологических параметров на неоднородность интенсивности деформации и сопротивления материала пластическому деформированию в стенке детали при вытяжке с утонением толстостенных оссесимметричных заготовок из анизотропных материалов.
Графические зависимости изменения относительной величины неоднородности интенсивности деформации 8е = (8/ тах -8/ тщ)/ 8; и сопротивления материала пластическому деформированию
= (°/ тах -°/ тт)/ °/ тт по толщине осесимметричной детали изготовленной из различных материалов от угла конусности матрицы а представлены на рис. 2 - 4. Здесь 8/ тах, 8/ т^п и а/ тах, а/ т^п - максимальная и минимальная величины интенсивности деформации и напряжения по толщине стенки детали. Расчеты выполнены в зависимости от коэффициента
утонения т5 = 5 /SQ, угла конусности матрицы а = 6...30° и условий трения на инструменте тп = (1-4)тм при тм = 0,05 для ряда материалов, механические свойства которых приведены в табл. 1 [6].
Таблица 1
Механические характеристики исследуемых материалов
Материал а і о, МПа А, МПа п Яе Ярі
Сталь 11ЮА 220,0 425,4 0,58 0,92 1,25 2,800
Сталь 08 кп 268,66 329,5 0,478 0,817 0,783 2,999
Латунь Л63 214,94 509,07 0,575 0,666 0,750 2,479
Алюминиевый 29,20 151,83 0,440 0,67 0,540 2,805
сплав АМгбМ
К
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Со"" II о . чо сГ II о со ьГ II о ■-]
\ 1Г) о II со .‘Г
0 6
За
0.2
0.1
0.0
Со II о »/<,=0.8
\Н'г=0 7 40 о II Со со- 11 О 'ч/|
5е
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
12 18 24 а,градус 6 12 18 24 а, градус
а б
Рис. 2. Зависимость 8Є (а) и 8а (б) от а (сталь 11ЮА)
(Д = 40 мм; so = 4мм; тм = 0,05; тп = 0,1)
5С
Со"" II о , Со" II о со Со"" II о . ч
\
\ г — со-11 о 'х/і
\ ,Н»5= 0.6
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0,
сГ II о , СО ■ о II со Со" II о
\ чн/г=0.6 \'«5=0.5
12 18 24 а, градус '6 12 18 24 о., градус
а
б
Рис. 3. Зависимость 8Є (а) и 8а (б) от а (сплав АМгбМ)
(Д = 40 мм; so = 4мм; тм = 0,05; тп = 0,1)
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1.
со” II о '■о 00 о II со щ=0 7
--- \ ч»^=05
о II __со
12
18
а
24 а, градус
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
Со” II о со II о 00 »>з=0 7
5
\}Ц3=0.6
12
18
б
24 а, градус
Рис. 4. Зависимость 8Є (а) и 8а (б) от а (латунь Лб8)
(Д = 40 мм; so = 4мм; тм = 0,05; тп = 0,1)
Анализ графических зависимостей (рис. 2 - 4) показывает, что величина неоднородности интенсивности деформации 8е и величина неоднородности сопротивления материала пластической деформации 8а в стенке детали с уменьшением угла конусности матрицы а и коэффициента утонения ш8 падает, что говорит о более благоприятных условиях формирования механических свойств материала стенки изготавливаемого изделия.
Увеличение угла конусности матрицы с 6 ° до 18 ° сопровождается ростом неоднородности интенсивности деформации по толщине детали: при ш8 = 0,5 в 4 раза, при ш8 = 0,9 в 1,5 раза; и ростом величины неоднородности сопротивления материала пластическому деформированию: при ш5 = 0,5 в 3 раза, при ш5 = 0,9 в 2 раза.
Таким образом, предложенная математическая модель операции вытяжки с утонением стенки осесимметричных заготовок из анизотропного материала может быть использована для оценки на неоднородности интенсивности деформации и сопротивления материала пластическому деформированию в стенке при вытяжке с утонением стенки.
Работа выполнена по государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации на 2012-2014 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Попов Е.А., Ковалев В.Г., Шубин И.Н. Технология и автоматизация листовой штамповки. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. 480 с.
2. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов /
B.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.
3. Яковлев С.С., Кухарь В. Д., Трегубов В.И. Теория и технология штамповки анизотропных материалов / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2012. 400 с.
4. Грязев М.В., Яковлев С. С., Травин В.Ю. Силовые режимы вытяжки с утонением стенки толстостенных осесимметричных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 6. С. 3-11.
5. Травин В.Ю., Грязев М.В., Яковлев С.С. Предельные возможности вытяжки с утонением стенки толстостенных осесимметричных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 6. С. 21-26.
6. Глубокая вытяжка анизотропных материалов: монография /
C.С. Яковлев, В.И. Трегубов, В.Д. Кухарь, В.Ю. Травин // под ред.
С. С. Яковлева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 225 с.
Травин Виталий Юрьевич, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Исаева Анна Николаевна, асп., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
EVALUATIONINHOMOGENEOUS DEFORMATION AND MECHANICAL PROPERTIES IN WALL IN DETAIL EXTRACT WITH UTONENIEM WALLED AXISYMMETRIC BLANKS
V.Y. Travin, A.N. Isaeva
The regularities of the influence of technological parameters on the heterogeneity of the strain rate and the material's resistance to plastic de - formation in the wall of the draw details with thinning thick-walled axisymmetric billets of anisotropic materials.
Key words: hood with thinning, anisotropic material procurement, punches, dies, deformation, stress, defect , mechanical properties of the .
Travin Vitalij Jur'evich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Isaeva Anna Nikolaevna, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 539.374; 621.983
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА НЕОДНОРОДНОСТЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПОВРЕЖДАЕМОСТИ ПО ТОЛЩИНЕ ДЕТАЛИ ПРИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ
Е.В. Осипова, М.В. Ларина
Выявлены закономерности влияния технологических параметров (степени деформации, фактической подачи, геометрии рабочего инструмента и т.д.) на неоднородность механических свойств и повреждаемости по толщине детали при ротационной вытяжке с утонением стенки анизотропных трубных заготовок.
Ключевые слова: ротационная вытяжка, анизотропный материал, труба, ролик, оправка, сила, шага подачи, степень деформации, повреждаемость, механические свойства.
В настоящее время перед машиностроением стоит необходимость повышения эффективности производства и качества получаемых изделий.
397
