CC BY
39
Травин Виталий Юрьевич, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Исаева Анна Николаевна, асп., mpf-tula@rambler.ru, 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
В различных отраслях машиностроения нашли широкое применение осесимметричные изделия, к которым изготавливаются ротационной вытяжкой с утонением стенки. Изучение процесса ротационной вытяжки с утонением осложняется наличием локальной деформации и объемным характером состояния материала в пластической области [1-4].
В работах [5-7] разработана математическая модель формоизменения анизотропной трубной заготовки при ротационной вытяжке на специализированном оборудовании тонкостенных цилиндрических деталей с утонением стенки коническими роликами с учетом локального очага деформации и фактической подачи Бф металла в очаг деформации (рис. 1).
Рис. 1. Схема очага деформации при ротационной вытяжке по прямому способу
В отличие от известных подходов к анализу кинематики течения материала в очаге пластической деформации принято, что процесс реализуется в условиях квазиплоской деформации. Компоненты скоростей деформации определяются в цилиндрической системе координат последовательно - радиальная, далее находится тангенциальная составляющая в предположении, что в очаге деформации реализуется квазиплоская деформация при граничном условии ее распределения на выходе из очага деформации. Осевая составляющая скорости определяется путем интегрирования условия несжимаемости при граничном условии, связанным с распределением этой скорости на выходе из очага деформации. Принимая скорости потоков областей равными, находится скорость на выходе из очага деформации. В дальнейшем вычисляются компоненты скоростей деформации в цилиндрической системе координат и величина интенсивности скорости деформации. Используя уравнение равновесия в цилиндрической системе координат и уравнение пластического течения, устанавливающие связи между напряжениями и скоростями деформаций, после подстановки последних в уравнения равновесия получим систему уравнений для определения среднего напряжения. Учитывая, что на границе входа материала в очаг пластической деформации величина осевого напряжения равна ну-
лю, т.е. s z = 0. Это условие позволило определить распределение величин среднего напряжения s на входе материала в очаг пластической деформации и радиальных sr, тангенциальных sq , осевых sz и касательных trq, t0z, xr0 напряжений, предварительно вычислив компоненты скоростей деформации, средняя величину накопленной интенсивности деформации в очаге пластической деформации и среднюю величину интенсивности напряжения SjCp в очаге деформации.
Приведенные в работах [5-7] выражения для определения кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний в очаге пластической деформации позволили оценить влияние технологических параметров (степени деформации, фактической подачи, геометрии рабочего инструмента и т.д.) на неоднородность механических свойств и повреждаемости по толщине готовой детали при ротационной вытяжке с утонением стенки анизотропных трубных заготовок.
Неоднородность повреждаемости по толщине детали. Величина повреждаемости материала we при пластическом деформировании по деформационной модели разрушения вычислялась по формуле [5]:
ei d£j we = J —-.
0 einp
Здесь £i пр =£i пр (s / Si) - предельная интенсивность деформации; s -среднее напряжение; si - интенсивность напряжения; £i np = W exp(Us / si )(ao + a cos a + «2 cos b + cos g); W, U - константы
материала, определяемые в зависимости от рода материала, согласно работам В. Л. Колмогорова и А. А. Богатова; a, b, g - углы между первой главной осью напряжений и главными осями анизотропии x, у и z; ao, ai, «2 и «з - константы материала, зависящие от анизотропии механических
свойств материала заготовки.
На рис. 2 и 3 приведены графические зависимости изменения накопленной повреждаемости we в материале детали (сталь 12Х3ГНМФБА) от рабочей подачи S и углах конусности ролика ap. Механические характеристики стали 12Х3ГНМФБА приведены в работе [6].
Анализ результатов расчетов и графических зависимостей показывает, что с уменьшением угла конусности ролика a p , рабочей подачи S и
увеличением степени деформации e величина накопленных микроповреждений we возрастает. Максимальная величина накопленных микроповреждений we соответствует точкам, принадлежащим наружной поверхности изготовляемой детали.
1
0,30 0,20 0.10 0,00
0,50 0,75 1,00 1,25 S,mm/o6
Рис. 2. Зависимости изменения we от S: кривая 1 - при r = гв; кривая 2 - при r = r0 (e = 0,4; a = 10°; z = 0)
1 Л
\
\ \
0,2 0,1
0,0
10 15 20 25 ар, градус
Рис. 3. Зависимости изменения we от ap: кривая 1 - при r = гв; кривая 2 - при r = r0 (e = 0,4; S = 1 мм/об; z = 0)
Неоднородность механических свойств по толщине детали.
Графические зависимости изменения относительной величины неоднородности интенсивности деформации 5е = (ej max -ej mjn)/ ej mjn и сопротивления материала пластическому деформированию
= (S max -Sj min)/ S min по толщине готовой детали из стали 12Х3ГНМФБА от рабочей подачи S и степени деформации e представлены на рис. 4 и 5. Здесь Sj max и Sj min - максимальная и минимальная величины интенсивности напряжения по радиусу изделия. Сплошная линия соответствует результатам расчета 8е; штриховая линия - .
0,045 0J0
0.030 0.20
0.015 0.10
0,000 0,00
1 /X
- — __
_^Х/
0.50 0.75 1,00 1,25 Я, мм. ¡об
Рис. 4. Зависимости изменения 8е и от S: кривая 1 - e = 0,2;
кривая 2 - е = 0,5 (a р = 10°)
0.03 0,30
0.02 0,20
0.01 0.10
0.00 0,00
1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1
\
44 7\/ NN
ОД 0.3 0.5 5
Рис. 5. Зависимости изменения 8е и 80 от е: кривая 1 - £ = 0,5мм/об;
кривая 2 - £ = 1,5мм/об (ар = 20°)
Анализ графических зависимостей показывает, что величина неоднородности интенсивности деформации 8е и напряжений 80 в стенке детали с увеличением рабочей подачи £, степени деформации е и уменьшением угла конусности ролика ар падает, что говорит о более благоприятных условиях формирования механических свойств материала готовой детали.
Таким образом, предложенная математическая модель процесса ротационной вытяжки с утонением стенки коническими роликами трубных заготовок из анизотропного материала с учетом локального очага деформации и объемным характером напряженно-деформированного состояния материала в пластической области может быть использована для оценки неоднородности механических свойств и повреждаемости по толщине готовой детали при ротационной вытяжке с утонением стенки анизотропных трубных заготовок.
Работа выполнена по государственному заданию Министерства образования и науки Российской Федерации на 2012-2014 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Гредитор М. А. Давильные работы и ротационное выдавливание. М.: Машиностроение. 1971. 239 с.
2. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. М.: Машиностроение. 1983. 190 с.
3. Ковка и штамповка: справочник. Т. 4. Листовая штамповка / под общ. ред. С.С. Яковлева; ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) и др. 2-е изд., пе-рераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. 732 с.
4. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка с утонением стенки осесимметричных деталей из анизотропных трубных заготовок на специализированном оборудовании / под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 265 с.
5. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Осипова Е.В. Математическая модель операции ротационной вытяжки с утонением стенки анизотропных трубных заготовок // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 6. С. 12-21.
6. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Осипова Е.В. Силовые режимы ротационной вытяжки с утонением стенки трубных заготовок из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 48-58.
7. Трегубов В.И., Осипова Е.В., Ремнев К.С. Оценка предельных степеней деформации при ротационной вытяжке с утонением стенки тонкостенных трубных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 3. С. 529537.
Осипова Елена Витальевна, ведущий инженер, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»,
Ларина Марина Викторовна, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
LA WS INFLUENCE OF TECHNOLOGICAL PARAMETERS ON THE HETEROGENEITY OF MECHANICAL PROPERTIES AND DAMAGEABILITY THICKNESS DETAILS WHEN
SPINNING
E. V. Osipova, M. V. Larina
The regularities of the influence of technological parameters ( degree of deformation , the actual filing, working tool geometry , etc.) on the heterogeneity of the mechanical properties and thickness of damage to parts during rotation - tional drawing with wall thinning anisotropic round billets.
Key words: rotary extractor, anisotropic material , pipe, ro- face of the mandrel , the force feed step, the degree of deformation , defect, mechanical properties.
Osipova Elena Vitalyevn, leading engineer, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, JSC NPO SPLAV,
Larina Marina Viktorovna, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University
