ОЦЕНКА СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРИ СВАРКЕ ДАВЛЕНИЕМ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ ЗАГОТОВОК

УДК 621.98:539.376

DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-130-134

ОЦЕНКА СИЛОВЫХ РЕЖИМОВ ПРИ СВАРКЕ ДАВЛЕНИЕМ ПРИЗМАТИЧЕСКИХ

ЗАГОТОВОК

П.В. Романов, А.В. Харченко

В статье приведен расчет величины давления осадки призматических заготовок при их сварке в изотермических условиях. Режим вязкого течения материала в изотермических условиях применяется при деформировании высокопрочных заготовок, обладающих малой пластичностью при комнатной температуре. Для обеспечения вязкого деформирования заготовок задаются специальные температурные границы и скорость деформирования, которая должна находиться в диапазоне 10-2...10-3 мм/с. Исследование процесса сварки давлением осуществлялось на пример образов, выполненных из высокопрочных алюминиевого АМг6 и титанового ВТ 14 сплавов. Моделирование проводилось с использованием математической модели, построенной на базе энергетического метода расчета. Показано изменение силовых режимов осадки в зависимости от скорости перемещения пуансона, начальной высоты образцов, величины осадки и коэффициента трения на контактных поверхностях нажимных плит и заготовок.

Ключевые слова: осадка, давление, напряжения, деформации, сила, трение.

Использование процессов сварки давлением при сборке конструкций ответственного назначения является перспективным направлением в развитии авиакосмической отрасли. Как правило, в летательных аппаратах применяются легкие высокопрочные материалы, сохраняющие свои свойства в широком диапазоне температур, давлений, влажности, сопротивляющиеся воздействию агрессивных сред. Процессы пластической обработки таких материалов требуют создания особых температурных и скоростных условий для получения качественной продукции [1-10]. Использование традиционных методов сварки и пайки может быть затруднено при сборке сложных конструкций, включающих в себя большое количество составных элементов.

Рассмотрим операцию осадки прямоугольной заготовки на листе. Схема осадки процесса представлена на рис. 1.

—-1

1 -3

ш Т /

/

2Ио 2а,

Рис. 1. Схема сварки давлением призматических заготовок операцией осадки: 1 - нажимная плита верхняя; 2 - нажимная плита нижняя; 3 - призматическая

заготовка; 4 - лист

На схеме обозначено: 2а0, 2а\, Ио, И - начальные и конечные размеры призматической заготовки; АИ - величина осадка бруса.

Расчетная математическая модель построена с использованием энергетического метода при плоской деформации [11]. Принято, что материал несжимаемый, проявляет вязкие свойства.

Давление осадки определяется из выражения

130

д < Ыд 2Щ1Г0 1

/ ^ Н0) где Nд - мощность деформирования, определяемая по выражению

(

Nд = 2 Ла1И11

т

2

Л

1+т+п

•V

1+п •

л/зНо у

I - продольная длина призматической заготовки; | - коэффициент контактного трения между заготовками и инструментом; Vо - скорость перемещения деформирующей плиты; А, т, п -константы уравнения состояния материала заготовок [1].

Операция осадки моделировалась на заготовках, изготовленных из алюминиевых АМг6 при 450°С и титановых ВТ14 при 930 °С сплавов.

Проведем расчет силовых режимов операции осадки при варьировании технологических параметров.

Рис. 2. Зависимость относительного давления от величины осадки для алюминиевого сплава АМг6:1 - АН = 2 мм; 2 - АН = 3 мм; 3 - АН = 4 мм

ч- МПа

Рис. 3. Зависимость относительного давления от величины осадки для титанового сплава ВТ14:1 - АН = 2 мм; 2 - АН = 3 мм; 3 - АН = 4 мм

МПа

Рис. 4. Зависимость относительного давления операции осадки от начальной высоты осаживаемого бруса для алюминиевого сплава АМг6:1 - Н) = 10 мм; 2 - Н0 = 20 мм;

3 - Н0 = 30 мм

Ч. МПа

^ 2

3

Го.

Рис. 5. Зависимость относительного давления операции осадки от начальной высоты осаживаемого бруса для титанового сплава ВТ14:1 - Н0 = 10 мм; 2 - Н0 = 20 мм;

3 - Н0 = 30 мм

Анализ построенных графических зависимостей показал, что увеличение скорости перемещения нажимной плиты приводит к росту рабочего давления, причем наибольшая интенсивность наблюдается в диапазоне скоростей 5...50 мм/мин. Данная особенность связана со скоростью протекания разупрочняющих процессов в заготовке при заданной температуре деформирования.

Рис. 6. Зависимость относительного давления операции осадки от величины фактора трения для алюминиевого сплава АМг6:1 - ц = 0,1; 2 - ц = 0,2; 3 - ц = 0,3

,2 Ч

\ 1

О 30 60 90 120

Ко, — мин

Рис. 7. Зависимость относительного давления операции осадки от величины фактора трения для титанового сплава ВТ14:1 - ц = 0,1; 2 - ц = 0,2; 3 - ц = 0,3

Уменьшение величины осадки АИ с 2 до 4 мм, а также уменьшение начальной высоты осаживаемого бруса Й0 с 30 до 10 мм приводит к увеличению технологического давления на

30...40% как для алюминиевого, так и для титанового сплавов. Увеличение величины фактора трения ц приводит к росту контактных сил трения и, соответственно, к необходимости их преодоления увеличением потребной технологической силы.

133

Список литературы

1. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести: монография / С.С. Яковлева [и др.]; под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.

2. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: Машиностроение. 1986. 280 с.

3. Чудин В.Н. Соединение элементов корпусных конструкций давлением // Вестник машиностроения. 2014. №1. С. 78-80.

4. Теория обработки металлов давлением / В.А. Голенков, С.П. Яковлев, С.А. Головин и др. / Под ред. В.А. Голенкова, С.П. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 442 с.

5. Теория обработки металлов давлением. Часть I. Основы теории пластичности и ползучести: Учеб. пособие / В.И. Трегубов, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин, С.С. Яковлев; Тул. гос. ун-т. Тула, 2002. 152 с.

6. Теория обработки металлов давлением. Часть II. Методы анализа процессов пластического формоизменения: Учеб. пособие / С.П. Яковлев, Я.А. Соболев, В.И. Трегубов, В.Н. Чудин; Тул. гос. ун-т. Тула, 2002. 146 с.

7. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. Учебник для студентов вузов. М.: Машиностроение, 1968, 400 с.

8. Степанский Л.Г. Расчеты процессов обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1979. 215 с.

9. Колмогоров В.Л. Напряжение, деформация, разрушение. М.: Металлургия, 1970.

229 с.

10. Дель Г.Д. Технологическая механика. М.: Машиностроение, 1978. 174 с.

11. Платонов В.И., Романов П.В. Деформационные и силовые режимы осадки при сварке давлением // Технология машиностроения. 2020. №7 (217). С. 16-21.

Романов Павел Витальевич, аспирант, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Харченко Антон Витальевич, студент, mpf-tula@rambler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EVALUATION OF POWER MODES DURING PRESSURE WELDING OF PRISMATIC

WORKPIECES

P.V. Romanov, A.V. Kharchenko

The article presents the calculation of the precipitation pressure of prismatic blanks when they are welded under isothermal conditions. The regime of viscous flow of the material under isothermal conditions is used in the formation of high-strength workpieces with low plasticity at room temperature. To ensure the viscous deformation of the workpieces, special temperature limits and the deformation rate are set, which should be in the range of 10-2 ... 10-3 mm/s. The study of the pressure welding process was carried out on the example of images made of high-strength aluminum AMg6 and titanium VT14 alloys. The simulation was carried out using a mathematical model based on the energy calculation method. The change in the force modes of precipitation is shown depending on the speed of movement of the punch, the initial height of the samples, the amount ofprecipitation and the coefficient of friction on the contact surfaces of pressure plates and workpieces.

Key words: draft, pressure, stresses, deformations, force, friction.

Romanov Pavel Vitalyevich, postgraduate, mpf-tula@rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Kharchenko Anton Vitalievich, student, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University