Упругий изгиб биметаллического листа Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Литература

1. Гун Г.Я. Теоритические основы обработки металлов давлением: Теория пласиичности. / Под редакцией П.И. Полухина. - М.: Металлургия, 1980. 456 с.

2. Головин В.А., Брылеев В.Н., Пыжов В.В. Повышение технологической деформируемости заготовок при холодной и полугорячей объемной штамповке. / Разработка и совершенствование ресурсосберегающих технологических процессов производства заготовок и деталей. М.: МАМИ, 1987. с. 12 - 19.

Упругий изгиб биметаллического листа

к.т.н. доц. Типалин С. А., к.т.н. проф. Шпунькин Н.Ф., Колесов A.B.

Университет машиностроения (495) 223-05-23 доб. 1113, [email protected]

Аннотация. Рассмотрен упругий изгиб листа с различными свойствами слоев. Выведена зависимость для определения расстояния от нейтрального слоя до границы раздела металлических слоев. Графически представлено изменение относительной величины нейтрального слоя в зависимости от свойств слоев материала и разной толщины слоев деформируемого листа.

Ключевые слова: биметалл, упругий изгиб металла, модуль упругости, нейтральный слой, свойства металла

Целесообразность использования биметаллов все шире подтверждается современным производством, ориентированным на выпуск конкурентоспособной продукции. Способность биметаллов сочетать в себе преимущества двух разнородных материалов способствует расширению их сфер применения [2-4, 6, 7, 11 - 13].

Детали из биметаллов в процессе обработки претерпевают различную деформацию в упругой и пластической областях. Однако из-за разности в свойствах материалов и соединительного слоя необходимо, чтобы возникающие в полученных деталях напряжения не превышали допустимые значения.

Изгиб материала является одной из самых распространенных операций в области обработки металлов давлением [1, 5, 8-10]. В процессе упругого изгиба биметаллического материала его продольные волокна испытывают растягивающие и сжимающие деформации, величина которых вычисляется по формуле

1 Р

£е= In — , (1)

Рн

где: рн - радиус слоя имеющего первоначальную длину t .

Если изгиб происходит в однородном материале, то нейтральный слой с радиусом Рн в

упругой области находится посередине листа:

, s0/

РН =Рср = Г + %

Однако если лист имеет неоднородную структуру по толщине, то положение этого слоя изменяется

Рн = г + + e , (2)

где: е - смещение нейтрального слоя.

Величина е может принимать как положительное, так и отрицательное значение. В зависимости от свойств материала в упругой области и соотношения толщин составляющих биметаллического листа будут изменяться компоненты окружных деформаций

напряжений ст^ и, как следствие, изгибающий момент M , требующийся для изгиба листа по данному радиусу

= Ега, (3)

(4)

Если рассматривать изгиб без растягивающей или сжимающей лист силы (при Рд = 0), то можно записать:

Я Р»

|ае-ё р= |ае-ё р,

р»

где: Я и г - радиус наружного и внутреннего слоев листа соответственно.

(5)

У

Из данного соотношения, используя формулы (1 - 3) и производя замену веу « — (гдеу

Ри

текущая координата деформируемого волокна), можно найти величину смещения нейтрального слоя е.

Графическое представление распределения окружных напряжений при более высоком модуле Юнга Е в верхнем слое показано на рисунке 1.

Л—--

( л

Ж? 1

От

Рисунок 1. Графическое представление деформации биметаллической полосы при

Ех>Е2

Распределение окружных напряжений при различном расположении слоев показаны на рисунках 2 и 3._

Рср фи

а:.

а

б

Рисунок 2. Варианты распределения окружных напряжений при различном расположении слоев с при соотношении Е1>Е2: а - > Я2, б - < Я2

Суммируя окружные напряжения, возникающие в процессе изгиба, получим:

Е (- а)2 _ Е1а2 Е2 (- а)2 Е

2рм 2рм 2рм 2рм

где: а - расстояние от нейтрального слоя до разделительного слоя материалов. Произведя замену, получим:

Е = *,

(6)

(7)

и, выполнив преобразование, получим:

a =

А2 - s22 2 ( S2 + Ks1) .

(8)

a

б

Рисунок 3. Варианты распределения окружных напряжений при различном расположении слоев с при соотношении Е1<Е2: а - £ > £2, б - £ < £2

a

Для вычисления безразмерного коэффициента ау =— удобно произвести замену:

п = —,

отсюда:

Кп2 -1

ау =

2 V + Кп/

(9)

(10)

Изменение коэффициента ау в зависимости от коэффициентов : п и К визуально ото-

бражены на графике (рисунок 4) при допущении, что величина 52 = 0.

Рисунок 4. График изменения величины ау от коэффициентов К и п

Как видно из рисунков 2 и 3, на границе слоев возникает скачок тангенциальных напряжений, который может привести к расслоению биметаллического листа при изгибе. Учитывая, что напряжение не должно превышать ^тср ^ для конкретного биметалла, можно записать:

а (Е2 - )

Тср =■

г + £2 + е

<

К ]

(11)

5

2

Выводы

При упругом изгибе биметаллического листа наиболее опасным является скачок напряжений на границе соединения слоев материала. Так как качество биметаллического листа в большинстве случаев определяется свойствами соединительного слоя, то предельное допус-

тимое напряжение не должно превышать критическую величину.

Литература

1. Давыдов В.И., Максаков М.П. Производство гнутых тонкостенных профилей методом профилирования на роликовых станках. - М.:Металлургиздат, 1959, 233 с.

2. Кобелев А.Г., Потапов И.Н., Кузнецов Е.В. Технология слоистых металлов. / Учебное пособие М. Металлургия, 1991, 248 с.

3. Типалин С.А. Экспериментальное исследование процесса выдавливания технологической канавки в оцинкованной полосе. / Известия МГТУ «МАМИ»2012 . № 2. Т. 2. с. 208-213.

4. Щедрин A.B., Ульянов В.В., Бекаев A.A., Скоромнов В.М., Ванюшкина М.С., Абрамова Т.Г., Хомякова Н.В., Чихачева Н.Ю. Совершенствование методов комбинированного протягивания тел вращения. / Вестник машиностроения. 2009. № 05. с. 36-40.

5. Лысов М.Н. Теория и расчет процессов изготовления деталей методами гибки / М. Машиностроение 1966, 236 с.

6. Саушкин Г.Б., Моргунов Ю.А. Электрохимическое нанесение информации на поверхность деталей машин. / Упрочняющие технологии и покрытия 2009 № 12. с. 45-49.

7. Митрюшин Е.А., Моргунов Ю.А., Саушкин С.Б. Унифицированные технологии изготовления штампов с применением электрофизических методов обработки. / Металлообработка 2010. № 2. с. 42-45.

8. Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А., Гладков В.И., Никитин М.Ю. Исследование обтяжки с растяжением листового материала. / Известия МГТУ "МАМИ". Научный рецензируемый журнал. - М., МГТУ "МАМИ", № 1 (5), 2008. с. 206-212.

9. Типалин С.А. Исследование изгиба упрочненного оцинкованного листа. / Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2., т. 2. с. 199-204.

10. Типалин С. А. Локализованный изгиб и скручивание оцинкованной полосы при формообразовании швеллера. Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2, т. 2. с. 204-208.

11. Типалин С.А., Сапрыкин Б.Ю., Шпунькин Н.Ф. Краткий обзор многослойных листовых деформируемых материалов используемых для защиты от шума. / Известия МГТУ «МАМИ», 2012. № 2., т. 2, с. 194-199.

12. Филиппов Ю.К., Игнатенко В.Н., Головина З.С., Рагулин A.B., Анюхин A.C., Гневашев Д. А. Экспериментальное исследование течения металла при комбинированном процессе радиального и обратного выдавливания в конической матрице Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2011. № 9. с. 33-35.

13.Шпунькин Н.Ф., Типалин С.А. Исследование свойств многослойных листовых материалов. / Заготовительные производства в машиностроении. 2013 № 1, с. 28-31.

Упрочнение поверхностей изделий нанесением покрытий физико-

химическим методом

к.т.н. проф. Шандров Б.В., доц. Филиппов В.В., Хомякова Н.В., Волков C.B.

Университет машиностроения 8(919)101-62-84, [email protected]

Аннотация. В статье рассматривается вопрос применения нового электролита на основе фосфата натрия для упрочнения наружных цилиндрических поверхностей деталей из алюминиевого сплава

Ключевые слова: повышение ресурса, износостойкость, изменение размера, микродуговое оксидирование, электролит

Физико-химические методы обработки изделий в настоящее время широко применяют-