Изотермическое выдавливание фланцевых заготовок в условиях плоской деформации

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 621. 983
С. С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35−14−82,
mpf -tula@rambler. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А. А. Пасынков, канд. техн. наук, доц., (4872) 35−14−82,
mpf -tula@rambler. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
С. Н. Ларин, канд. техн. наук, доц., (4872) 35−14−82,
mpf-tula@rambler. ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ИЗОТЕРМИЧЕСКОЕ ВЫДАВЛИВАНИЕ ФЛАНЦЕВЫХ ЗАГОТОВОК В УСЛОВИЯХ ПЛОСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ
Приведена математическая модель изотермического выдавливания фланцевых заготовок в условиях плоской деформации, на основе которой была произведена оценка силовых режимов и предельных возможностей формоизменения.
Ключевые слова: сила, давления, напряжение, деформации, выдавливание, годограф, повреждаемость.
Детали с фланцевыми утолщениями используют в арматуре трубопроводов двигательных установок летательных аппаратов. Материалы этих деталей — высокопрочные сплавы, и их горячая обработка давлением производится в регламентированных температурно-скоростных условиях. Режимы штамповки определяются упрочнением материала и его вязкостью. Эти факторы, влияющие на силовые и деформационные режимы, необходимо учитывать при разработке технологии. Рассмотрим в этой связи операцию горячего выдавливания фланца на цилиндрической заготовке. Будем использовать энергетический метод расчёта применительно к разрывному полю скоростей перемещений [1, 2].
Рассмотрим вариант расчета при условии плоской деформации. При этом поле скоростей (рис. 1) является жесткоблочным, состоящим из блоков «0» и «1». Деформации имеют место только на линиях разрыва скорости «01» и контактных границах трения «12», которые также являются линиями разрыва скорости. В этом случае энергетическое неравенство принимает вид
V0
r1 -Т01 (V01)тlp + ттрVтрlk. (1)
Здесь в левой части — мощность внешних сил, в правой — мощности на поверхности разрыва скорости и на поверхности трения- q — удельная сила операции.
Используя годограф поля скоростей (рис. 2), запишем выражения для определения касательной и нормальной скоростей на линии разрыва:
V0 V0 (V01) т=^-- (V01) n =vsm а.
2cos, а 2
Рис. 2. Годограф плоского поля скоростей
Эквивалентные деформацию и скорость деформации на линии разрыва скорости выразим следующим образом:
Отсюда следует, что касательное напряжение на этой линии Т01
(°е)01 _ А (Го] п (2 & gt-1 т+п
Лз (Л/з)1+т+п (аи) ч эт 2а)
Касательное напряжение трения получим, приняв, что внешнее давление распределено по поверхности торца заготовки равномерно. Тогда
65
хтпр = Щ-
Скорость движения материала на границе трения
1
УХ=У (
О
-гпр.
Длины линий разрыва и контактной границы трения соответствен-
но

01
п
1к=10=г2~П-

зша
Подстановка полученных выражений в неравенство (1) приводит к следующей оценке давления при плоской деформации:
АЪ (2
--г-
Ъ — 2Л (Г2 — П) VЛ/Зет2ау
На основе приведенных выше соотношений выполнены теоретические исследования влияния технологических параметров на силовые режимы операции плоского выдавливания фланцевых заготовок в режиме вязко-плаетичности. Исследования выполнены для алюминиевого АМгб и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями прочности соответственно. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: /2 = 30 мм- Д/? = 3… 20 мм- г = 20 мм.
Механические характеристики исследуемых материалов приведены в табл. 1.
Таблица 1
Механические характеристики исследуемых материалов
Материал Т,°С ае0& gt- МПа А, МПа/ с& quot- т п
Титановый сплав ВТ6С 930± 2 38,0 66,80 0,028 0,0582
Алюминиевый сплав АМгб 450 ±2 26,8 54,34 0,104 0,0263
На рис. 3 представлены графические зависимости относительного давления Ц = д/о от скорости перемещения инструмента V при фиксированных значениях степени деформации 8 = АН/(к + Ак). Анализ графических зависимостей показывает, что с увеличением скорости перемещения инструмента V от 0,01 до 10 мм/с относительное давление выдавливания фланцевых заготовок возрастает на 20% для алюминиевого АМгб и на 50% для титанового ВТ6С сплавов.
Исследовано влияние условий трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки на величину относительного давления. На рис. 4 приведены графические зависимости с[ от коэффициента трения (1. Установлено, что увеличение |Ы от 0,1 до 0,4 приводит к возрастанию относительного давления на 10% для сплавов АМгб и ВТ6С.
3,0
и
2,5
2,0
ч
1,5
1,0
Рис. 3. Зависимости изменения ц от V при выдавливании фланцевых заготовок (г = 0,25- ц = 0,1)
ц--
Рис. 4. Зависимости изменения ц от ц при выдавливании фланцевых заготовок (в = 0,25- V = 1 мм/с)
Рассмотрим далее критические режимы выдавливания, что связано с оценкой повреждаемости деформируемого материала. Для этого исполь-
зуем теории прочности применительно к горячей обработке. Пусть точка & quot-а"- - место возможного разрушения. Тогда повреждаемость материала в выбранной точке будет
определяться
зависимостями:
со
а
(-я)4
пр
(2 & gt- 1+т+п М
ч л/3 8ш2а у
ПО
энергетической
теории,
со
а
--?=- по деформационной теории прочности,
(л/3 йш2а)(ге)ф
где 0 & lt- со & lt- 1 — повреждаемость материала за время деформирования О 1Кр — время полной повреждаемости (критическое время воз-
можного разрушения) — Апр, (г- предельная удельная работа разрушения при вязкопластическом деформировании и предельная эквивалентная деформация материала при данных условиях обработки соответственно.
На рис. 5 представлена графическая зависимость повреждаемости материала со от скорости перемещения инструмента V при выдавливании фланцевых заготовок из алюминиевого сплава АМгб при фиксированном значении степени деформации 8. Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением скорости перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость материала возрастает в 2,8 раза.
Результаты расчета повреждаемости титанового сплава ВТ6С в зависимости от степени деформации 8 приведены на рис. 6. Установлено, что при увеличении 8 от 0,1 до 0,4 повреждаемость сплава ВТ6С возрастает в 3,6 раза.
0,5
0,4
0,3
(х)
0,2
ОД
0,01
ОД
10
V
Рис. 5. Зависимость изменения со от V при выдавливании фланцевых заготовок из сплава АМгб
(8 = 0,25- ц = 0Д& gt-
Рис. 6. Зависимость изменения со от в при выдавливании фланцевых заготовок из сплава ВТ6С
(V = 1 мм/с- (1 = ОД)
Таким образом, установлено, что силовые параметры выдавливания фланцевых заготовок зависят от деформационного и скоростного упрочнений материала, а также условий трения на инструменте.
Величина накопленной повреждаемости материала заготовки и, следовательно, качество детали определяются скоростью деформирования для одной группы материалов, для другой — только степенью формообразования.
Расчеты относительного давления и повреждаемости материала, выполненные в предположении плоской деформации, качественно согласуются с данными, полученными по модели осесимметричной деформации. Однако результаты расчетов по модели плоской деформации дают заниженную оценку давления в 1,5−1,8 раза и повреждаемости в 1,5−3 раза по сравнению с моделью осесимметричной деформации.
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, A.B. Черняев- под ред. С. С. Яковлева. 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.
S.S. Yakovlev, A.A. Pasynkov, S.N. Larin
INSULATED FLANGE EXTRUSION BILLETS IN PLANE STRAIN CONDITIONS A mathematical model of isothermal extrusion flange billets in plane strain, from which was used to estimate the power modes and limits of forming.
Key words: power, pressure, stress, strain, extrusion, annual count, damaging.
Получено 20. 07. 12
УДК 621. 983
С. С. Яковлев, д-р техн. наук, проф., (4872) 35−14−82,
mpf -tula@rambler. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
М. В. Грязев, д-р техн. наук, проф., ректор, (4872) 35−14−82,
mpf -tula@rambler. ru (Россия, Тула, ТулГУ),
К. С. Ремнев, канд. техн. наук, доц., (4872) 35−14−82,
mpf-tula@rambler. ru (Россия, Тула, ТулГУ)
СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ОПЕРАЦИИ РАЗДАЧИ АНИЗОТРОПНЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
Приведены результаты теоретических исследований напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых режимов операции раздачи трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, коническим пуансоном.
Ключевые слова: анизотропия, раздача, напряжение, деформация, пуансон, матрица, труба.
Трубный прокат, подвергаемый штамповке, обладает анизотропией механических свойств, обусловленной маркой материала и технологическими режимами его получения. Анизотропия механических свойств материала трубной заготовки может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов обработки металлов давлением.
Рассмотрим операцию раздачи трубной заготовки коническим пуансоном с углом конусности, а (рис. 1) и коэффициентом раздачи Kр = rK / Tq. В основу анализа положен метод расчета силовых параметров
процесса, основанный на совместном решении приближенных дифферен-

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой