Тула, Тульская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
УДК 621.98 Обработка листового материала. Гибка. Глубокая вытяжка, выдавливание на давильных станках и т.д. Способы (технология), машины и инструменты
УДК 539.375 Предельная деформация. Деформация при разрушении
Высокопрочные материалы обрабатывают давлением в изотермических условиях с нагревом в оснастке на гидропрессовом оборудовании. При этом наряду с деформационным упрочнением материал заготовки проявляет вязкие свойства, т. е. является вязко-пластичным. Этот фактор необходимо учитывать при разработке технологии обработки давлением, т. к. силовые режимы штамповки и предельные возможности формоизменения существенно зависят от скорости операции. Рассмотрена осадка с нагревом кольцевой заготовки в условиях вязкопластичности. Предложены соотношения для расчета силового и деформационного режимов осадки кольцевой заготовки при схеме осевой симметрии. Для расчета силового режима использован энергетический метод баланса мощностей внутренних и внешних сил. На контактных поверхностях инструмента и кольцевой заготовки принят закон трения Кулона. Расчет мощностей внутренних сил производился в блоке деформаций и на поверхностях разрыва скоростей перемещений в соответствии с выбранным кинематически возможным полем скоростей, включая поверхности трения. Оптимизация поля скоростей проводилась по принципу минимума давления операции. Оценка повреждаемости материала заготовки выполнена по энергетическому и деформационному критериям разрушения. Представлены расчетные результаты силы осадки и повреждаемости материала для высокопрочных сплавов алюминия и титана. Показано, что при изотермической осадке кольцевой заготовки сила уменьшается при низких скоростях операции. Повреждаемость ряда материалов, поведение которых описывается энергетической теорией разрушения, снижается при уменьшении скорости операции. Для материалов, подчиняющихся деформационной теории разрушения, скорость деформирования не оказывает влияния на повреждаемость, которая определяется только степенью деформации.
вязкопластичность, мощность, скорость, давление, повреждаемость материала
Введение
Процессы горячей осадки заготовок применяют в кузнечно-штамповочном производстве [1]. Высокопрочные материалы обрабатывают давлением в изотермических условиях с нагревом в оснастке на гидропрессовом оборудовании. При этом наряду с деформационным упрочнением материал заготовки проявляет вязкие свойства, т. е. является вязкопластичным. При заданной степени формообразования происходит релаксация напряжений, которая тем больше, чем меньше скорость деформирования [2 – 5]. Этот фактор необходимо учитывать при разработке технологии обработки давлением. Рассмотрим осадку с нагревом кольцевой заготовки в условиях вязкопластичности. Схему деформаций примем осесимметричной. Оценку силового режима операции произведем энергетическим методом [6, 7], используя кинематику процесса осадки. Схема осадки приведена на рис. 1.
Кинематика, мощность, давление
Для расчета давления осадки установим кинематику процесса. Воспользуемся разрывным полем скоростей перемещений (рис. 1, а), которое состоит из блока деформаций 1 и жестких блоков 0, 2, разделенных линиями разрыва 02, 12 скоростей. Линии разрыва являются образующими поверхностей вращения относительно оси координат x. Деформации происходят в блоке и на поверхностях разрыва скоростей. Скорость в блоке 1 зададим функцией:
– ордината вектора скорости; 
– уравнение линии «01»; 
– внутренний и внешний радиусы кольцевой заготовки; 
– конечная высота заготовки; 
– углы поля скоростей. Функция (1) соответствует граничным условиям на входе в блок деформаций и на выходе из него, т. е.
Уменьшение давления с понижением скорости операции происходит также в процессах объемной [3, 4, 8] и листовой [5, 9 - 11] штамповки с нагревом на гидропрессовом оборудовании. Повреждаемость сплава АМг6 зависит от скорости осадки и в пределах указанной скорости составила .
Повреждаемость сплава ВТ6С при заданной температуре зависит только от степени осадки.
Выводы
1. Горячая осадка на гидропрессовом оборудовании при малых скоростях деформирования происходит в условиях вязкопластичности. Материал заготовки релаксирует, что приводит к снижению давления формоизменения. Давление снижается тем больше, чем меньше скорость операции.
2. Повреждаемость деформируемого материала может зависеть от скорости операции или только от степени формоизменения.
1. Ковка и штамповка: справочник: в 4 т. / ред. совет: Е.И. Семенов (пред.) [и др. ]. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 2010. Т.2: Горячая объемная штамповка / А.П. Атрошенко [и др.]; под ред. Е.И. Семенова. 2010. 720 с.
2. Малинин Н.Н. Ползучесть в обработке металлов. М.: Машиностроение, 1986. 216 с.
3. Чудин В.Н., Платонов В.И., Романов П.В. Вариационная оценка режима осадки при сварке давлением // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. №3(117). C. 16–18. doi:https://doi.org/10.30987/2223-4608-2021-3-16-18
4. Черняев А.В., Чудин В.Н. Изотермическая безоблойная штамповка при нестационарном вязкопластическом деформировании // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2019. №2. С. 16–21.
5. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев, В.Н. Чудин и др. М: Машиностроение 1; Изд-во ТулГУ, 2004. 427 с.
6. Теория обработки металлов давлением / В.А. Голенков [и др.]; под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. 3-е изд. М: Машиностроение, 2013. 441 с.
7. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. Екатеринбург: Уральский государственный технический университет (УПИ), 2001. 836 с.
8. Пасынков А.А. Высадка фланца на деталях трубопроводов при вязкопластическом нестационарном деформировании // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2021. № 3. С. 10 15.
9. Платонов В.И., Пасынков А.А., Чудин В.Н. Технологические режимы вытяжки анизотропного релаксирующего материала // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 2 (128). С. 22–25. doi:https://doi.org/10.30987/2223-4608-2022-2-22-25
10. Пасынков А.А., Яковлев Б.С. Горячий обжим крупногабаритных трубных заготовок // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 12 (126). С. 7–11. doi:https://doi.org/10.30987/2223-4608-2021-12-7-11
11. Ларин С.Н., Бессмертная Ю.В. Горячее деформирование корпусных заготовок в изотермических условиях // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2024. № 6 (156). С. 21–28. doi:https://doi.org/10.30987/2223-4608-2024-21-28
