Процессы раздачи и обжима труб применяются в обработке давлением [1, 2]. Заготовки из высокопрочных материалов обрабатывают при изотермическом нагреве зоны деформаций с регламентированной скоростью формоизменения [3]. При этом материал заготовки проявляет вязкие свойства [4, 5], деформационное упрочнение сопровождается разупрочнением (релаксацией напряжений). Релаксация увеличивается при низких скоростях операций, что приводит к уменьшению силового режима раздачи и обжима. Скорость формоизменения заготовки и анизотропия механических характеристик материала являются одними из факторов технологии, влияющими на режим операции в части допустимых степеней формоизменения, сил, повреждаемости материала заготовки [6 – 8]. Учёт этих факторов позволяет проектировать оптимальные процессы обработки металлов давлением.
Материалы и методы решения задачи с нагревом
Рассмотрим расчеты технологических режимов раздачи и обжима с нагревом. Схемы этих процессов приведены на рис. 1.
При плоском напряженном состоянии анизотропного материала на конусе оснастки эквивалентные деформация, скорость деформаций и напряжение выражаются соотношениями [8, 9]:
коэффициенты, учитывающие анизотропию материала заготовки; R – коэффициент анизотропии; r0, r – радиус заготовки и текущий радиус на конусе; v0 – скорость раздачи; A, m, n – константы материала, связанные с деформационным упрочнением и разупрочнением при вязко-пластическом деформировании.
Рассмотрим операцию раздачи, где меридиональное и окружное напряжения соответственно ,
. Система из уравнения равновесия и условия текучести анизотропного материала имеет вид [11]:
Напряжения и сила зависят от степени деформирования и скорости операции. В соответствии с условием несжимаемости материала заготовки
Рассчитаем повреждаемость материала исходной заготовки по уравнениям кинетики повреждаемости [3, 8,11]. Используем выражения (1) и (2) для конической части заготовки. По деформационному уравнению получим:
Разрушение материала краевой части заготовки возможно при . Соотношения (14), (15) позволяют установить критические условия операций по степени деформирования или скорости.
Расчетные данные получены для раздачи краевой части трубы из титанового сплава ВТ14 при 875 ℃. Константы материала: A = 70 МПа; m = 0,1; n = 0,07; Aпр = 630 МПа. Приняты размеры: r0 = 50 мм, r1 = 70 мм, мм;
. Расчетные максимальные сжимающие напряжения, силы раздачи и повреждаемости края заготовки в зависимости от скорости операции приведены в табл. 1.
Обсуждение результатов
Расчетом показано, что напряжения и силы при раздаче и обжиме уменьшаются на 15…20 % в принятом диапазоне скоростей. Снижение силового режима операций связано с релаксацией напряжений, что является проявлением вязких свойств горячего деформируемого материала при медленных внешних нагрузках. При этом снижается повреждаемость материала, что влияет на качество изделий. Увеличение коэффициента анизотропии также способствует уменьшению силы. Относительная толщина края заготовки после раздачи составила при R = 1 и
при R = 2. Край утоняется в меньшей степени при увеличении коэффициента анизотропии.
Процессы раздачи и обжима труб отработаны при изготовлении промышленных изделий из титановых и алюминиевых сплавов. Образцы изделий приведены на рис. 2.
Технологические режимы раздачи и обжима с нагревом в части напряжений, сил, степеней формообразования зависят от упрочнения и ползучести материала заготовок. Фактор ползучести, связанный с релаксацией напряжений, проявляется при низких скоростях операций тем больше, чем меньше скорость формообразования.
