Предельные возможности вытяжки с утонением стенки толстостенных осесимметричных заготовок из анизотропных материалов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 983- 539. 374
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ
СТЕНКИ ТОЛСТОСТЕННЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ЗАГОТОВОК ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В. Ю. Травин, М. В. Грязев, С. С. Яковлев
Установлено влияние технологических параметров на величину накопленных микроповреждений и предельные возможности формоизменения операции вытяжки с утонением стенки толстостенных осесимметричных заготовок из анизотропных материалов.
Ключевые слова: анизотропия механических свойств, деформация, заготовка, напряжение, повреждаемость, разрушение, вытяжка с утонением.
Современные тенденции развития различных отраслей промышленности характеризуются резким повышением требований к качеству и эксплуатационным свойствам изделий при снижении себестоимости их производства. Это стимулирует разработку высокоэффективных технологий, отвечающих указанным требованиям и реализующих экономию материальных и энергетических ресурсов, трудовых затрат. Процессы обработки металлов давлением (ОМД) относятся к числу высокоэффективных, экономичных способов изготовления металлических изделий.
В различных отраслях машиностроения нашли широкое применение осесимметричные изделия, к которым предъявляются высокие требования по качеству изготовления и эксплуатационным свойствам при снижении себестоимости их производства. Вытяжка с утонением стенки является одной из наиболее распространенных операций листовой штамповки для изготовления цилиндрических изделий с толстым дном и тонкой стенкой [1, 2].
Листовой и прутковый материал, подвергаемый штамповке, как правило, обладает анизотропией механических характеристик, обусловленной маркой материала и технологическими режимами его получения
[1 — 3].
Рассмотрен процесс вытяжки с утонением стенки осесимметричной толстостенной цилиндрической заготовки в конической матрице с углом конусности, а и коэффициентом утонения ш8 = Sl/So (рис. 1) [1]. Материал заготовки жесткопластический, обладает цилиндрической анизотропией механических свойств. Течение материала принимается осесимметричным. Анализ процесса вытяжки с утонением стенки реализуется в цилиндрической системе координат. Допускается, что условия трения на контактной поверхности инструмента с заготовкой подчиняется закону Кулона. Течение материала принимается установившееся.
Получены основные уравнения и соотношения для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения анизотропных материалов. Реализовано приближенное решение поставленной задачи с привлечением уравнений равновесия, условия несжимаемости материала, условия текучести Мизеса-Хилла и уравнений связей между скоростями деформаций и компонентами тензора напряжений. Изменение направления течения материала на входе в очаге деформации и выходе из него учитывалось путем коррекции осевого напряжения на границах очага деформации по методу баланса мощностей [1].
Приведенные в работе [1] соотношения могут быть использованы для оценки предельных возможностей формообразования процесса вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок из анизотропных материалов.
При вытяжке с утонением стенки предельные степени деформации
*
определяют по максимальной величине растягивающего напряжения о82 с учетом упрочнения на выходе из очага пластической деформации (первый критерий)
О г ср — О Яг
ст
гср К 81(81 + 2 р ") и по величине степени использования ресурса (второй критерий)
юе = I
тр
(о/о)
— С
(1)
(2)
Рис. 1. Схема к анализу вытяжки с утонением стенки
Здесь 8- пр = 8- пр (о / О-) — предельная интенсивность деформации- О -среднее напряжение- 8-пр = С ехр (Во/ О-) — С, В — константы деформируемого материала, определяемые в зависимости от рода материала.
Интегрирование в выражении (2) ведется по траектории течения материала. До деформации юе = % = 0. Разрушение будет иметь место при юе = С = 1. Среднее напряжение находится по формуле
О= (Ор+О 2 +°0)/3.
В зависимости от условий эксплуатации или последующей обработки изготовляемого изделия уровень повреждаемости не должен превышать величины С. При назначении величин степеней деформации в процессе пластического формоизменения следует учитывать рекомендации по степени использования запаса пластичности В. Л. Колмогорова и А. А. Богатова, согласно которым для ответственных деталей, работающих и подвергающихся после обработки давлением термической обработке (отжигу или закалке), допустимой величиной степени использования запаса пластичности следует считать % = 0,25, а для неответственных деталей допустимая степень использования запаса пластичности может быть принята % = 0,65 [4, 5].
На рис. 2 и 3 приведены графические зависимости изменения накопленных величин интенсивности деформации 8- и микроповреждений юе на выходе из очага пластической деформации от относительной величины 8 = 8 /1 при вытяжке с утонением стенки полых цилиндрических заготовок из стали 08 кп.
Механические характеристики стали 08 кп: О-0=268,66 МПа-
А =1,226- п =0,478- Ях =0,817- Яу =0,783- Я2Х =2,999.
Расчеты выполнены при следующих геометрических размерах заготовки: 80 = 4 мм- ^=40 мм.
Анализ графических зависимостей и результатов расчетов показывает, что с увеличением относительной величины 8 и уменьшением коэффициента утонения т8 накопленные величины интенсивности деформации 8- и микроповреждений юе на выходе из очага пластической деформации увеличиваются. Максимальные величины 8- и юе соответствуют траектории течения материала по поверхности матрицы.
Приведенные выше неравенства (2) и (3) не разрешаются в явном виде относительно предельного коэффициента утонения т8пр, поэтому
зависимости предельного коэффициента утонения т8 пр от технологических параметров процесса вытяжки с утонением стенки полых цилиндрических деталей из анизотропных материалов устанавливались путем чис-
ленных расчетов по этим неравенствам на ЭВМ.
Рис. 2. Зависимости изменения е
от I (а = 18°- тп = 0,1- тМ = 0,05)
(а=18°- тп = 0,1- тм = 0,05-
Предельные коэффициенты утонения т1Пр определялись в зависимости от угла конусности матрицы, а и относительной величины ^ /10. Г рафические зависимости изменения предельного коэффициента утонения т1Пр, вычисленного по первому (2) и второму (3) критериям разрушения,
от угла конусности матрицы, а и отношения ^ /0 для стали 08 кп приведены на рис. 4 и 5 соответственно. Здесь кривая 1 соответствует величине т1Пр, определенной по максимальной величине осевого напряжения
о2 на выходе из очага пластической деформации (2) — кривая 2 соответ-
24
ствует величине т8Пр, вычисленном по степени использования ресурса пластичности (3) при % = 0,25- кривая 3 — при % = 0,65.
1п
0. 8
0. 6
0. 4
0. 2
/ 4

^Т'-
9
6 12 18 24 а, градус
Рис. 4. Зависимости изменения т5Пр от, а (сталь 08кп)
т
зпр
0. 6
0. 4
0. 2

3

1 —
/
10
А)/-
Рис. 5. Зависимости изменения т8Пр от ^ (сталь 08кп)
Расчеты выполнены при тп = 0,1- тМ = 0,05- ^ = 4 мм-? =40 мм. Положения кривых 1 — 4 определяют возможности деформирования заготовки в зависимости от технических требований на изделие.
Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности матрицы, а и уменьшением относительной величины ?& gt-0/0 предельный коэффициент утонения т8Пр уменьшается. Полученные результаты качественно согласуются с экспериментальными данными, описанными в работе [2].
Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства образования и науки Российской Федерации на 2012−2014 годы и грантов РФФИ.
Список литературы
1. Грязев М. В., Яковлев С. С., Травин В. Ю. Силовые режимы вытяжки с утонением стенки толстостенных осесимметричных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 6. С. 3−11.
2. 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.
3. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов / В. А. Голенков [и др. ]- под ред. В. А. Голенкова, С. П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.
4. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: УГТУ — УПИ, 2001. 836 с.
5. Богатов А. А. Механические свойства и модели разрушения металлов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. 329 с.
Травин Вадим Юрьевич, канд. техн. наук, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Грязев Михаил Васильевич, д-р техн. наук, проф., ректор, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE LIMIT POSSIBILITIES OF DOME WITH WALL THINNING THICK-WALLED AXISYMMETRIC BLANKS FROM ANISOTROPIC MA TERIALS
V. Yu Travin, M. VGryazev, S.S. Yakovlev
The influence ofprocessing parameters on the accumulated-tion of micro and the limit the possibility of forming drawing operation with wall thinning thick axially symmetric workpieces of anisotropic materials is established.
Key words: anisotropy of mechanical properties, deformation of the workpiece, the voltage defect, destruction, hood with thinning.
Travin Vadim Yurevich, candidate of technical sciences, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Gryazev Mikhail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, the Rector, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,
Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой