Повреждённость деформируемого материала на операциях вытяжки с утонением стенки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Nguyen Quoc Huy, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Mitin Oleg Nikolaevich, candidate of technical sciences, doctoral, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, OPC “SPA “SPLAV”

УДК 539.374; 621.983

ПОВРЕЖДЁННОСТЬ ДЕФОРМИРУЕМОГО МАТЕРИАЛА

НА ОПЕРАЦИЯХ ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ

В.Ю.Травин

Проводится оценка допустимых операционных степеней деформации при вытяжке, позволяющих создать интенсивную технологию изготовления глубоких корпусных осесимметричных изделий и исключить возможность образования в структуре материала крупных полостных дефектов.

Ключевые слова: вытяжка с утонением, повреждённость, напряжение, деформация, операция, степень деформации, наследственность.

Технология изготовления глубоких осесимметричных корпусов основывается на операциях вытяжки с утонением стенки. Поэтому процесс развития повреждённости деформируемого материала на операциях вытяжки оказывает существенное влияние как на технологические параметры, в первую очередь, на операционные степени деформации, так и на наследование готовыми изделиями эксплуатационных характеристик, формируемых при технологии их изготовления.

На развитие повреждённости материала микродефектами оказывает влияние напряжённое и деформируемое состояния при пластической деформации. Детальному исследованию напряжённо-деформированного состояния и анализу процесса пластического формоизменения при вытяжке осесимметричных деталей посвящено много работ [1 - 7]. Систематизированный обзор их результатов в отношении прогнозирования повреждённости обрабатываемых материалов микродефектами деформационного происхождения приводит к следующим выводам. Развитие микротрещин и микропор в структуре обрабатываемого материала происходит под преобладающим действием меридиональных растягивающих напряжений, создающих жёсткую схему напряжённого состояния. Под действием растяги-

вающих меридиональных напряжений происходит наиболее интенсивное развитие («раскрытие») микротрещин в окружном направлении обрабатываемого полуфабриката. При значительных операционных деформациях происходит интенсивный рост микропор, их объединение и образование крупных полостных дефектов. Образование ориентированных в окружном направлении полуфабрикатов вытяжки микротрещин создаёт неблагоприятные предпосылки для возможного нарушения поперечной прочности готовых изделий (гильз) в процессе их эксплуатации. Крупные полостные дефекты очень неблагоприятно сказываются как на поперечной, так и на продольной прочности корпусных изделий, эксплуатирующихся при давлениях до 700 МПа и выше.

Промежуточный рекристаллизационный отжиг не восстанавливает полностью пластические свойства малоуглеродистых низколегированных сталей, так как экранирование образовавшихся оксидных плёнок на поверхностях микротрещин препятствует восстановлению разорванных межатомных связей. Поэтому очень важным вопросом при проектировании технологии изготовления глубоких корпусных осесимметричных изделий является определение таких операционных степеней деформации при вытяжке, которые, с одной стороны, позволяют создать довольно интенсивную технологию, а с другой - исключить возможность образования в структуре материала крупных полостных дефектов.

Для решения этой задачи необходимо использовать положения физики и механики прочности и разрушения деформируемых материалов и известные результаты по их приложению к исследованию процессов пластического деформирования с жёсткой схемой напряжённого состояния [8, 9].

Опыт предприятий отрасли точного машиностроения показывает, что с использованием схемы вытяжки через две матрицы можно построить интенсивный технологический процесс изготовления глубоких корпусов. Анализ механики формоизменения полуфабрикатов подтверждает преимущество вытяжки через две матрицы по сравнению с вытяжкой через одну матрицу [3, 4]. Технологическая разностенность по периметру готовых изделий при этом не превышает значений допуска на толщину, устанавливаемую из условия надёжного функционирования.

Установлено, что существует величина рассеянной повреждённости а деформируемого материала, превышение которой приводит к тому, что последующий отжиг не полностью восстанавливает пластические свойства металла. Согласно опытным данным после вытяжки с утонением эта величина составляет а = 0,2...0,3. Следовательно, допустимая операционная степень деформации (степень деформации сдвига [Лг]) и при использовании промежуточных отжигов должна уменьшаться от операции к операции. Для оценки накопления остаточной повреждённости после термических операций можно принять экспоненциальный закон [10]

16

Оост, О*(1 е )■ (1)

Прогнозируемая повреждённость материала полуфабрикатов после '/ ’-й вытяжки

О/ _ Оост,—1 + Ао,, (2)

где Ао,- приращение повреждённости на '/’-й операции.

Зависимость (2) позволяет установить допустимые операционные деформации [Л;]. Интегрируя кинетическое уравнение для повреждённости

а—1

МО / \ / \ аЛ ,

— = Е(т — г)в(г)-— Н, (3)

М Ла

1^„р

где Е(т — ?) - коэффициент наследственности; В(?) - коэффициент немонотонности деформации,находим

Л‘аЛа—' ВЛа

А°,=1 в^^мл=~а~ ■ (4)

Ла Ла

0 ^пр ^пр

Степень деформации сдвига

Л л... Л1/а

Л, =Л „р^ (5)

. В у

или, принимая во внимание зависимость (2), запишем

Л/ Л„р

{ — ^1/а

О/ — Оост,—1

В

(6)

Допустимая деформация Л, = [Л,] должна соответствовать допустимой повреждённости материала О, = [а], что приводит к следующей зависимости:

[Л]=Л

пр

/[ ]— л1/а

— °оет,—1

В У

(7)

где для изделий ответственного назначения [о] = О **■

Для определения параметра а пластической разрыхлённости деформируемой малоуглеродистой стали при жёсткой схеме напряжённого состояния используем экспериментальные результаты, опубликованные в работах [8, 9]. Таким образом, параметр пластической разрыхлённости принимаем а = 0,71...0,76 в зависимости от содержания углерода -

0,35...0,07 %. Реальная модель пластической разрыхлённости заметно отличается от линейной модели при а = 1.

Количество вытяжных операций определяется из неравенства

17

(8)

при наименьшей разности в левой его части, где Л^ - итоговая степень деформации сдвига, испытываемая материалом полуфабриката (заготовки) в наиболее напряжённом (опасном) сечении.

Экспериментальное изучение деформированного состояния при вытяжке с утонением стенки с помощью метода делительной сетки показывает, что накопленная деформация (параметр Одквиста) несколько больше интенсивности логарифмических деформаций сдвига Л, = л/31п (р,^/ р,), определённой по изменению площади поперечного сечения ^ полуфабриката вытяжки, и зависит от угла рабочего конуса вытяжных матриц [3]. Согласно экспериментальным данным накопленная деформация при вытяжке через две матрицы

но на ',’-й вытяжке.

Установленные зависимостью (9) соотношения между площадями расчётных поперечных сечений полуфабрикатов позволяют последовательно рассчитать размеры полуфабрикатов по операциям, исполнительные размеры пуансонов вытяжки и рабочие диаметры матриц. Для расчёта повреждённости обрабатываемых полуфабрикатов на операциях вытяжки использовались результаты анализа напряжённо-деформированного состояния материала, полученные в работах [3, 4, 5, 7].

Кроме рассмотренных соотношений, связывающих операционные степени деформации с характеристиками повреждённости обрабатываемого материала, на операционные степени деформации в расчётных сечениях, особенно в придонном участке, должны быть наложены ограничения, связанные с допустимой минимальной конусностью участков рабочей поверхности вытяжных пуансонов и условием последовательной вписывае-мости рабочих контуров пуансонов.

Работа выполнена в рамках государственного задания на проведение научно-исследовательских работ Министерства образования и науки Российской Федерации на 2014 - 2020 годы и гранта РФФИ № 13-08-97519 р_центр_а.

1. Шофман Л.А. Теория и расчёты процессов холодной штамповки. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1964. 374 с.

(9)

(в) (н)

где аум- , ам- углы конусности верхней и нижней матрицы соответствен'

Список литературы

2. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1971. 408 с.

3. Вытяжка с утонением стенки / И.П. Ренне [и др.]. Тула, 1970. 141

с.

4. Малоотходная, ресурсосберегающая технология штамповки / под ред. В. А. Андрейченко, Л.Г. Юдина, С.П. Яковлева. Кишинёв: UNIVERSITAS, 1993. 237 с.

5. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизатропных материалов. Кишинёв: Квант, 1997. 331 с.

6. 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.

7. Глубокая вытяжка анизотропных материалов / С.С. Яковлев [и др.]; под ред. С.С. Яковлева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2013. 225 с.

8. Богатов А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ (УПИ), 2002. 329 с.

9. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УГТУ (УПИ), 2001. 836 с.

10. Тутышкин Н.Д., Зимин Е.Е., Токарева О.В. Автоматизированное проектирование вытяжки осесимметричных корпусных изделий // Кузнечно-штамповочное производство. 1992. № 6. С. 16 - 19.

Травин Вадим Юрьевич, канд. техн. наук, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»

DAMAGED DEFORMABLEMATERIAL OPERA TIONS DOME WITH WALL THINNING

V.Y. Travin

An assessing the permissible operating degrees of deformation during drawing, enabling the establishment of intensive production technology of deep hull axisymmetric products and eliminate the possibility of the formation in the material structure of large abdominal defects was made.

Key words: hood with thinning, damaged, stress, deformation-tion, operation, degree of deformation, heredity.

Travin Vadim Yurievich, candidate of technical sciences, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, NPO «SPLAV»