CC BY
8
Яковлев Сергей Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Чижов Иван Алексеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Архипцев Антон Сергеевич, студент, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFLUENCE OF THE NUMBER OF V-BALTED SPIRAL MATCHES OF THE MATRIX ON THE INHOMOGENEITY OF THE FIELD OF STRESSES AND DEFORMATIONS DRAWING WITH LOCAL DECOMPOSITION
S.S. Yakovlev, I.A. Chizhov, A.S. Arkhiptsev
The effect of the number of multiple spiral wedge protrusions of the matrix on the strain intensity and stress intensity upon extraction with local thinning is analyzed. Computer simulation of the hood using the finite element method in the QForm program was performed.
Key words: stress intensity, strain intensity, technological force, QForm, inhomoge-neity, spiral wedge protrusions, lifting angle, flute.
Yakovlev Sergey Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Chizhov Ivan Alekseevich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Arkhiptsev Anton Sergeevich, student, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.7.043, 539.376
ВЫДАВЛИВАНИЕ ВНУТРЕННЕГО КОЛЬЦЕВОГО РЕБРА НА КОРПУСНОЙ
ОБЕЧАЙКЕ
А.В. Черняев, В.А. Гладков
Рассмотрен процесс выдавливания внутренних ребер на цилиндрической обечайке корпуса. Даны соотношения для расчета режима технологии. Принято состояние вязкопластичности, использован энергетический метод расчета.
Ключевые слова: выдавливание, вязко-пластичность, деформации, напряжения, давление, повреждаемость.
Корпуса ряда изделий специальной техники состоят из обечаек с внутренними поперечными ребрами жесткости. Обечайка и ребра по условиям прочности являются монолитной конструкцией из высокопрочных сплавов. Традиционная технология изготовления - резание. Повышение эффективности производства названных обечаек может быть достигнуто за счет применения технологии обработки давлением, которая
259
может производиться на многоплунжерных прессах или на гидравлических, оснащенных боковым силовым приводом. Условия штамповки изотермические. При обработке давлением материал заготовки проявляет вязкие свойства, и режимы деформирования зависят от его упрочнения и разупрочняющего действия вязкости (ползучести) [1,2]. Эти факторы определяют степень деформации, давление, скорость формоизменения и влияют на качество изделия. Рассмотрим процесс формообразования давлением внутреннего ребра на цилиндрической обечайке. Схема процесса приведена на рис. 1, а. Материал цилиндрической обечайки 1, находящейся в контейнере 2, под сжимающим действием боковых пуансонов 3 вытекает в зазор между подвижными оправками 4, формируя внутреннее ребро 5. Для расчета режимов процесса будем использовать верхнеграничный энергетический метод с привлечением кинематики деформирования
[3].
/У oí
б
Рис. 1. Схема процесса, поле (а) и план скоростей (б)
Кинематика, мощности, давление.
Введем осесимметричное блочное разрывное поле скоростей перемещений, изображенное на схеме процесса. Поле стационарно и состоит из блока деформаций «1» и жестких блоков «0», «2», «3». Блоки - фигуры вращения образующих линий относительно оси « х ». Указанные на схеме углы связаны зависимостями.
p=-p+a+ y; g = arctg[2a + (r1 - r2 )ctga]; d = p- 2g.
Угол a, входящей в эти зависимости, определяется при расчете давления операции из условия минимума. Блоки ограничены поверхностями разрыва скоростей, длины образующих которых
/01 = ^ /12=-a. Аз=-pv -a-. (i)
sin a sing sin (a-p) sing
Деформации имеют место в блоке деформаций и на поверхностях разрыва скоростей. Используя план скоростей (рис. 1, б), запишем необходимые выражения для расчета скоростей. Скорость в блоке деформаций зададим функцией.
260
V _
V) sin а
2sin р
1 + -
1 - к
У01 - У12
-(У - У 01)
(2)
Здесь
к
_ 2 (г2 - г22 )sin р sin (у + 3).
а sinаsinу
У01 _(х - а)tga + Г2, У12 _-(х - а)^у + г2 " уравнения образующих линий соответствующих поверхностей разрыва скоростей; х, у - координаты точек в блоке деформаций; V) /2 - скорость перемещения боковых пуансонов штампа. Компоненты скоростей деформаций и соответствующие им эквивалентные скорость деформаций и деформация определяются при учете функции (2), как
Хх р); Ху _^^т(а-р); Х>_-Хх-Ху;
да ' Эу
, ЭV1 . ( Л) ЭV1 Хху _^т(а-р) + —1
Эх Эу
Хэ Ихх2+х2)+х2у I2;
cos(a-P); 1
А
V,
Хэ
(3)
(4)
где А /2 - ход бокового пуансона.
Деформируемый горящий материал заготовки находится в вязко-пластическом состоянии. Этому состоянию соответствует уравнение [1,2]
&э _ Ае™Хэ . (5)
Здесь оэ,еэ,%э - соответственно эквивалентные напряжение, деформация, скорость
деформаций; А, т, п - константы материала при данной температуре обработки. Выражения (1) - (5) позволяют записать мощность в блоке деформаций, т.е.
N1 _ _
W
рАУц.т. (г1 - г2 ) ( Г1
г2
а
V
sina• sin р V sin(a-р) sinуy
Л_
'СУ01
I | Х1+т+пс1уйх, 0 У12
(6)
где с _ (г -Г2)ctg(а-Р); Уцт - ордината центра тяжести блока деформаций в продольной плоскости (плоскость ху ).
Обратимся к поверхностям разрыва скорости. На поверхности с образующей «01» касательная компонента скорости выражается соотношением
VT_ V)sina• sin(a-Р), (7)
что следует из плана скоростей. Эквивалентные скорость деформаций, деформация и касательное напряжение при учете уравнения (5) представим в виде
л/3/|
01
_АХ • _А
е _ VoХэ; Т=4з
Г А ^
V V )
Хт
(8)
Мощность на этой поверхности запишем, используя выражения (1), (7) и (8)
N01 _
г -|1+т+п
)1-т-п кт/1+п(sina)2(m+п) _1^(а-Р)
= р 2
Р А(г1 + Г2 )(Г1 - Г2 )1-т-п АmV)1+п (sin а)
(9)
т
Мощность на поверхности «12» получим аналогичным образом виде
_pАП -a-ctgg„ 12 2 a1+3(m+n
0
Г 1 > 2
X
V Sin gy
-2з (r12 -г2 )sin(g+£)
1+m+n
(10)
На поверхности разрыва «13» имеем
x _ 2V1 • e _АХ •
A
V3/13
f А \m f
(V3)
1+m+n
V V0 у
2Vi
/
13
Vo
m+n
У
при У _ У13 •
(11)
Мощность на этой поверхности запишем при учете выражения (1), (2) и (11). Таким образом
, . . . с
N13 _2пАуцт/13m-n\^=
/ _ \1+m+n f . n m /1-m - n I 2 I А
V V0.
i V)
o
1+m+n У _ У13
dx
(12)
Здесь уцт = 1 (Г1 + г2 + а ■ с1%у); У13 = (х + а^у+ г2; /13 - длина образующей «1», У1 -
скорость на поверхности разрыва «2» при у = У13 . Так как мощность внешних сил
Мвн _p (1 - r22 ^q'
(13)
то по условию баланса мощностей [3] получим, используя соотношения (6), (9), (10), (12), (13), давление формообразования
^ < 2(^1 + N о! + N12 + N13)
p(r12 - r22 V0
(14)
Зависимость q(a) минимизируется графически по углу a. Давление, как следует из выражения (14), определяется в функции степени формоизменения и скорости операции.
Сделаем оценку повреждаемости материала заготовки. Положим, что в блоке деформаций Хэ _const, и величины Хэ,£э,оэ определяются формулами (3) - (5) при текущем значении хода А. Воспользуемся энергетическим и деформационным критериями прочности [1,2]. По первому из них повреждаемость будет определяться уравнением
1 0
w_ — ¡&э£эdt _ 4ир. t
: 1+m+n f А k Y+m
a x1+m + n А k = Ar>э f a m
A„„V1+m 0
J Аm -dА_
Ап
АХэ
Апр.(1 + m)
V V0 У
AX
1+m+n
Апр.(1 + m)
1+m k
(15)
^прУ 0 0 " пр.
Здесь 0 < с < 1 - повреждаемость при 0 < А £ < А кр ; А кр - критический конечный ход
пуансонов; ^, А £ - конечные время и рабочий ход; Апр - предельная удельная работа
разрушения материала. По деформационному критерию
еэ
А X Xtk
£
эпр.
V0£
(16)
эпр.
£
эпр.
где еэпр - предельная эквивалентная деформация материала. Условие с = 1 накладывает ограничение на скорость операции в выражении (15) или на величину хода независимо от скорости в выражении (16).
Теоретические исследования проводились для обечайках из алюминиевого сплава АМг6 при температуре 450 ± 10°С (рис. 2). Размеры заготовок: 2^=300мм, 2г2 =280мм, 2гз=250мм, 2a=10мм, 2ho=350 мм; ход ^=15 мм. Константы материала принимались по данным работы [2].
CO = 0,23 2 CO = 0,17
/
о 0,5 i з 6 t, мин
Рис. 2. Графики «давление-время»: 1 - при tк = 1 мин.; 2 - при tк = 10 мин.
Установлено, что давление операции значительно снижается при уменьшении скорости формоизменения (увеличении времени). На данных заготовках увеличение времени от 1 мин. до 10 мин. приводило к уменьшению силы операции в 1,3-1,5 раза. При этом возможно увеличение степени деформации без разрушения заготовки. Повреждаемость данного сплава определяется уравнением энергетической теории ползучести и прочности (15). Она растет в процессе формообразования, причем наиболее интенсивно при увеличении скорости. Таким образом, увеличение длительности деформирования при заданной конечной степени формоизменения способствует снижению силы операции и повреждаемости материала, что влияет на качество изделия.
Выводы:
1. Горячее формообразование давлением при регламентированной скорости операции эффективно для производства корпусных деталей с внутренними ребрами из высокопрочных сплавов.
2. Давление операции и повреждаемость деформируемого материала уменьшаются при снижении скорости в связи с развитием ползучести материала.
Список литературы
1. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести: учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1968. 400 с.
2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести: монография / С.С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, В.И. Трегубов, А.В. Черняев; под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
3. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением (теория пластичности): учебник для вузов / под ред. П.И. Полухина. М.: Металлургия, 1980. 456 с.
Черняев Алексей Владимирович, д-р техн. наук, профессор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гладков Вячеслав Александрович, аспирант, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
EXTRUSION OF INNER RING RIBS ON THE BOX SHELL
A.V. Chernyaev, V.A. Gladkov 263
The process of extrusion of internal edges on the cylindrical box shell is considered. The relationship to calculate the mode of technology are given. The state of visco-plasticity is accepted, the energy method of calculation is used.
Key words: extrusion, visco-plasticity, deformations, stresses, pressure, damageabil-
ity.
Chernyaev Aleksey Vladimirovich, doctor of technical sciences, docent, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gladkov Vyacheslav Aleksandrovich, postgraduate, mpf-tulaarambier. ru, Russia, Tula, Tula State University
