CC BY
22
УДК 621.983; 539.374
A.B. Черняев, д-р техн. наук, доц., (4872) 35-14-82, mpf-tula@r ambler.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
B.H. Чудин, д-р техн. наук, проф., (499) 901-51-44, mp f- tula @r amb ler. ru (Россия, Москва, МИИТ),
A.A. Пасынков, канд. техн. наук, асс., (4872) 35-14-82, mp f- tula @r amb ler. ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ОПЕРАЦИИ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ВЫСАДКИ КРАЕВЫХ УТОЛЩЕНИЙ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ
Приведены результаты теоретических исследований операции изотермиче-
ской высадки краевых утолщений на трубных заготовках из высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести.
Ключевые слова: высадка; кратковременная ползучесть; напряжения; деформации; сила.
Рассмотрена операция набора (высадки) краевого утолщения на трубной заготовке в режиме кратковременной ползучести. Схемы деформаций принимаются осесимметричной или плоской, что определяется соотношениями диаметра трубы к ширине фланца (рис. 1, 2).
В общем случае материал заготовки является вязко-пластичным, чему соответствует уравнение состояния [1,2]
х
X
Рис. 1. Схема высадки и поле скоростей перемещений
Рис. 2. План скоростей на линиях разрыва при осесимметричном деформировании
где ае, ге, - эквивалентные напряжение, деформация и скорость деформации; А, т, п - константы.
Уравнение (1) отражает состояние упрочнения и разупрочнения в связи с наклепом и вязкостью материала при штамповке с нагревом. При осесимметричной схеме операции поле состоит из блока деформаций «1», жестких блоков «2» и «3», разделенных соответствующими поверхностями разрыва скоростей. Инструмент обозначен как блок «О». Для расчета используется верхнеграничная теорема пластичности. Для данной схемы операции она записывается в виде
щ
(>з2->12)
V0<Nd+Nn+Nl3+Nwp
(2)
Здесь левая часть - мощность внешних сил; правая - мощности деформаций, мощности на линиях разрыва скоростей и мощность трения. Полагаем, что деформируемому материалу заготовки соответствует уравнение состояния (1).
Зададим изменение скорости в нем при перемещении между поверхностями «12» и «13» функцией
V
Vo
cosa
1 +
1 - k(y - уи) У12 ~ Л 3
Л
Vo
cosa
1 +
1- k{y — х-tga — Г[) (tga + ctga)x +
(3)
при граничных условиях, соответствующих плану скоростей (рис.2):
.
уи = х • tga + г\; V = Vx
cosa
У13
-х • ctgp + г3; V = V{ = V3 sin a = ^^-^sina .
2hr*
Здесь х, у - произвольные координаты точки в объеме деформаций; у\2, У13 - уравнения образующих поверхностей разрыва скорости; -
скорости на входе и выходе из объема деформаций; к
ГЪ
sin 2a.
При заданной функции скорости (3) можно записать компоненты скорости деформации как
dVY dV
£
Ф
lx ~ —~ =-cosa :
дх дх
dV dV . --cosa--sin a
Уху
SVy _ QV ду dy dV .
-sin a:
dV
sin a ч--cosa.
дх ду дх ду
Компоненты скорости деформаций позволяют записать эквивалентные скорость деформаций и деформации в виде:
ол1/2
sin a
7Г
(1 + 4ctg a)
8V dx
+ (2 + ctg a)
fdV) í + 6
\áy) V
dV dV dx dy
ctga
'в ъе1 17. 4>е>
где А/? - величина осадки заготовки (см. рис.1).
Полученные зависимости позволяют выразить мощность в объеме деформаций соотношением
Мд=\о£есН¥ = 2кА Ж
^д/Л
V у
111
Уцт\
У13
Л+ш+п
Г £ 1~Г///~ГЛ/ 7
У\ 2
с/х.
где Уцт - ордината центра тяжести площади сечения объема деформаций плоскостью ху (см. рис. 1), определяемая по статическим моментам входящих фигур. Первое интегрирование здесь производится по ординате "у" при постоянном V.
Выражения для определения мощностей на поверхностях разрыва скорости «12» и «13» записываются в виде
ЛГ-
12
пА
( /—\111+п 2 2
1 15 ''2 ~ г-1 (АЬ)'Х+П
И \'з
N
13
пА(г3 - г2 )
й1+2(от+я)
''3 "1
2 Л
8ш 2 а 1+/«+?/
л/Зз
''3
где
(8тр);//1 "[вша • 8ш(р - а) + созр]
2 С08 р
1 + 4
бш а • 8ш(р - а) 8Ш Р
При равномерно распределенном по торцу фланца давлении касательное напряжение трения на этих поверхностях определяется по форму-
где |д - коэффициент трения.
В этом случае мощность трения представим следующим выражени-
^тр = п- 7\)У0
2 2^1 г3 ~ г2
2 Ъг-х
где К
tga.
!, 1~к(у~пУ
гз~П у
В конечном виде давление высадки вычисляется по выражению:
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
9
<
Л^ + N-[2 + N
13
я Оз
П2Жо
1
гз
кс1у +
Л
г3 -'2 2 И гц
(4)
Произведена оценка повреждаемости деформируемого металла и связанных с этим критических режимов операции. Деформации имеют место на поверхностях разрыва скоростей «12» и «13». В соответствии с кинетической теорией прочности запишем:
со12
л/5А/7
л/з/7(бД?/?
ю13
т
}\)АЬ
г3(ге)„р
где 0 < со < 1 - повреждаемость материала при ходе пресса 0 < АИ < {АЬ)кр; (АИ)Кр - критическая величина хода, связанная с возможным разрушением заготовки; (£е)Пр - предельная эквивалентная деформация;
(1 + 4
8И1а8И1((3 - а) _ *
-г^-- + ^Р
8Ш р
8П1р .
В соответствии с энергетической теорией величина повреждаемости деформируемого материала оценивается так
^12
<»13
1+7//+ 7?
(АЛ)
1 + т
-V" • у0 '
(А//)
1+/;/
1 + т
У<
О
где Ак
±Пр - предельная удельная работа разрушения.
Данная задача рассмотрена также в предположении, что операция протекает в условиях плоской деформации. В этом случае поле скоростей является жесткоблочным. Деформации имеют место только на линиях разрыва скорости и контактной границе трения. Получены основные уравнения и соотношения для оценки кинематики течения, силовых режимов и повреждаемости деформируемого металла при операции изотермической высадки фланцевых утолщений при плоской деформации.
Выполнены теоретические исследования влияния технологических параметров на силовые режимы операции высадки с нагревом фланцевых утолщений на трубных заготовках. Исследования выполнены для алюминиевого АМгб и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями ползучести соответственно. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: /? = 30 мм; А/? = 10 мм; г\ =17 мм; Г2 =20 мм.
Анализ результатов расчетов показывает, что с увеличением скорости перемещения инструмента V от 0,01 до 10 мм/с относительное давление высадки заготовок возрастает на 20 % для алюминиевого АМг6 и на 50 % для титанового ВТ6С сплавов. Результаты, полученные по модели плоской деформации, дают оценку давления в 1,9 раза большую, чем по модели осесимметричной деформации. Установлено, что с увеличением коэффициента трения ц от 0,1 до 0,4 относительное давление высадки сплавов АМг6 и ВТ6С возрастает на 10...15 %. Результаты расчетов по модели плоской деформации дают завышенную оценку давления по сравнению с моделью осесимметричной деформации в 1,7. 1,9 раза.
Установлено, что повреждаемость материалов, которым соответствует кинетическая теория прочности, определяется величиной деформации и не зависит от скорости. Повреждаемость и, следовательно, критические условия операции для материалов, которым соответствует энергетическая теория, зависят от скорости операции.
Показано, что с увеличением скорости перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость материала возрастает на 20 %. Результаты расчетов по модели плоской деформации дают завышенную оценку повреждаемости по сравнению с моделью осесимметричной деформации в 1,4. 1,8 раза.
Работа выполнена по государственным контрактам в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. 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.
2. 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.
A. V. Tchernyaev, V.N. Tchudin, A.A. Stepsons
TECHNOLOGICAL MODES OF OPERATION OF ISOTHERMAL DISEMBARKATION OF REGIONAL THICKENINGS IN THE MODE OF SHORT-TERM CREEP
Results of theoretical researches of operation of isothermal disembarkation of regional thickenings on trumpet preparations from high-strength materials in a mode of short-term creep are given.
Key words: disembarkation; short-term creep; tension; deformations; force.
Получено 19.06.12
