Технологии и оборудование обработки металлов давлением

27

УДК 539.374; 621.983

НЕОДНОРОДНОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ, МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАТЕРИАЛА ДЕТАЛИ ПРИ РОТАЦИОННОЙ ВЫТЯЖКЕ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ

С.С. Яковлев, Е.В. Осипова, В.И. Трегубов

Приведены результаты теоретических исследований неоднородности дефор-мации, механических свойств и повреждаемости материала детали при ротационной вытяжке с утонением стенки анизотропных трубных заготовок.

Ключевые слова: ротационная вытяжка, анизотропный материал, труба, ро-лик, оправка, сила, шага подачи, степень деформации.

Разработана математическая модель формоизменения анизотропной трубной заготовки при ротационной вытяжке на специализированном обо-рудовании тонкостенных цилиндрических деталей с утонением стенки ко-ническими роликами с учетом локального очага деформации и фактиче-ской подачи фS металла в очаг деформации. В отличие от известных под-

ходов к анализу кинематики течения материала в очаге пластической де-формации принято, что процесс реализуется в условиях квазиплоской де-формации [1]. Компоненты скоростей деформации определяются в цилин-дрической системе координат последовательно - радиальная, далее нахо-дится тангенциальная составляющая в предположении, что в очаге дефор-мации реализуется квазиплоская деформация при граничном условии ее распределения на выходе из очага деформации. Осевая составляющая ско-рости определяется путем интегрирования условия несжимаемости при граничном условии, связанным с распределением этой скорости на выходе из очага деформации. Принимая скорости потоков областей равными, на-ходится скорость на выходе из очага деформации. В дальнейшем вычис-ляются компоненты скоростей деформации в цилиндрической системе ко-ординат 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 равно-весия получим систему уравнений для определения среднего напряжения. Учитывая, что на границе входа материала в очаг пластической деформа-ции величина осевого напряжения равна нулю, т.е. 0=σz . Это условие по-зволило определить распределение величин среднего напряжения σ на входе материала в очаг пластической деформации и радиальных rσ , тан-генциальных θσ , осевых zσ и касательных θτr , zθτ , θτr напряжений, предварительно вычислив компоненты скоростей деформации, средняя ве-личину накопленной интенсивности деформации в очаге пластической де-формации и среднюю величину интенсивности напряжения icpσ в очаге

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 6. Ч. 2

28

деформации [1, 2]. Графические зависимости изменения относительной величины не-

однородности интенсивности деформации minminmax /)( iii εε−ε=δε и сопротивления материала пластическому деформированию

minminmax /)( iii σσ−σ=δσ по толщине готовой детали из стали 12Х3ГНМФБА от степени деформации ε представлены на рис. 1. Здесь

maxiσ и miniσ - максимальная и минимальная величины интенсивности напряжения по радиусу изделия. Сплошная линия соответствует результа-там расчета εδ ; штриховая линия – σδ . Механические характеристики ста-ли 12Х3ГНМФБА приведены в работе [3].

Анализ графических зависимостей показывает, что величина неод-нородности интенсивности деформации εδ и напряжений σδ в стенке де-тали с увеличением рабочей подачи S, степени деформации ε и уменьше-нием угла конусности ролика pα падает, что говорит о более благоприят-

ных условиях формирования механических свойств материала готовой де-тали.

Рис. 1. Зависимости изменения εδ и σδ от ε :

кривая 1 – 5,0=S мм/об; кривая 2 – 5,1=S мм/об ( o20=α р )

Величина повреждаемости материала eω при пластическом дефор-

мировании по деформационной модели разрушения вычислялась по фор-

муле [2]: ∫ε

εε=ω

i

npi

ie

d

0. Здесь σ - среднее напряжение; iσ - интенсивность

напряжения; ( )( )γ+β+α+σσΩ=ε coscoscos/exp 3210 aaaaU inpi ; Ω , U -

константы материала, определяемые в зависимости от рода материала, со-гласно работам В.Л. Колмогорова и А.А. Богатова; α , β , γ - углы между первой главной осью напряжений и главными осями анизотропии x , y и z; a0, a1, a2 и a3 - константы материала, зависящие от анизотропии ме-ханических свойств материала заготовки.

На рис. 2 приведены графические зависимости изменения накоп-

Технологии и оборудование обработки металлов давлением

29

ленной повреждаемости eω в материале детали (сталь 12Х3ГНМФБА) от рабочей подачи S.

Анализ результатов расчетов и графических зависимостей показы-вает, что с уменьшением угла конусности ролика pα , рабочей подачи S и

увеличением степени деформации ε величина накопленных микроповреж-дений eω возрастает. Максимальная величина накопленных микроповре-ждений eω соответствует точкам, принадлежащим наружной поверхности изготовляемой детали.

Рис. 2. Зависимости изменения eω от S: кривая 1 – при вrr = ;

кривая 2 – при 0rr = ( 4,0=ε ; °=α 10 ; 0=z )

Работа выполнена по государственному заданию Министерства об-разования и науки Российской Федерации на 2012-2014 годы и грантам РФФИ.

Список литературы

1. Яковлев С.С., Трегубов В.И., Осипова Е.В. Силовые режимы ро-тационной вытяжки с утонением стенки трубных заготовок из анизотроп-ного материала // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 1. С. 48-58.

2. Трегубов В.И., Осипова Е.В., Ремнев К.С. Оценка предельных степеней деформации при ротационной вытяжке с утонением стенки тон-костенных трубных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 3. С. 529-537.

3. 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.

Яковлев Сергей Сергеевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 6. Ч. 2

30

Осипова Елена Витальевна, ведущий инженер, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, ОАО «НПО «СПЛАВ»,

Трегубов Виктор Иванович, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

HETEROGENEITY OF DEFORMATION, MECHANICAL PROPERTIES AND DAMAGEABILITY OF THE MATERIAL OF THE DETAIL AT THE ROTATIONAL

EXTRACT WITH WALL THINNING

Yakovlev S.S., Osipova E.V. Tregubov V. I.

Results of theoretical researches of heterogeneity of deformation, mechanical prop-erties and damageability of a material of a detail are given at a rotational extract with thin-ning of a wall of anisotropic pipe preparations.

Keywords: rotational extract, anisotropic material, pipe, roller, mandrel, force, giv-ing step, extent of deformation.

Yakovlev Sergey Sergeevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-

tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University, Osipova Elena Vitalyevn, leading engineer, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, JSC

NPO SPLAV, Tregubov Victor Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-

tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 539.374; 621.983

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПЕРАЦИИ РАЗДАЧИ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ КОНИЧЕСКИМ ПУАНСОНОМ

О.Н. Митин

Приведена математическая модель операции раздачи трубной заготовки, об-

ладающей цилиндрической анизотропией механических свойств, коническим пуансо-ном. Установлено влияние технологических параметров процесса, условий трения на контактной поверхности на силовые режимы и предельные возможности формоизме-нения.

Ключевые слова: раздача, трубная заготовка, матрица, сила, технологические параметры, деформация, сила, разрушение.

Рассмотрена операция раздачи трубной заготовки коническим пу-

ансоном с углом конусности α (рис. 1) и коэффициентом раздачи ./ 0rrK кр =