Силовые режимы изотермической отбортовки отверстий в листовых анизотропных заготовках

УДК 621.983

СИЛОВЫЕ РЕЖИМЫ ИЗОТЕРМИЧЕСКОЙ ОТБОРТОВКИ ОТВЕРСТИЙ В ЛИСТОВЫХ АНИЗОТРОПНЫХ ЗАГОТОВКАХ

А.В. Черняев, В.Н, Чудин, М.В. Корнюшина

Приведены результаты теоретических исследований силовых режимов операции изотермической отбортовки отверстий в листовых анизотропных заготовках из высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести. Установлено влияние технологических параметров и механических свойств материала на величину относительного давления при деформировании заготовок из алюминиевых и титановых сплавов.

Ключевые слова: кратковременная ползучесть, анизотропия, отбортовка, сила, деформация, упрочнение.

В работе [1] приведены основные уравнения и соотношения для анализа операции изотермической отбортовки отверстий в листовых заготовках из высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести. Теоретические исследования процессов изотермической отбортовки заготовок из трансверсально-изотропных материалов предложено выполнять на основе теории кратковременной ползучести анизотропных материалов. Расчет силовых режимов осуществлен исходя из экстремальной верхнеграничной теоремы с учетом деформационного и скоростного упрочнения.

Материал заготовки принимается трансверсально-изотропным, подчиняющимся уравнению вязкопластического состояния

е = Ает * Хпе ,

где ае, eе, Хе - эквивалентные напряжения, деформации и скорости деформаций в заданных точках зоны деформаций; A, m, и-константы материала [2].

Предложено анализ операции отбортовки отверстия выполнять за несколько последовательных этапов. Первый этап начинается с неустановившейся стадии внедрения пуансона в правую часть заготовки до полного облегания этой частью торца пуансона (рис. 1). Правая часть отверстия растягивается неравномерно по радиальным направлениям. Второй этап отбортовки также сопровождается неустановившейся стадией деформации левой части заготовки под торцем пуансона. Правая часть заготовки при этом находится в стадии установившегося деформирования. Отверстие получает искаженный контур. Третий этап заключается в деформировании оставшейся донной части заготовки.

Этап 1 Этап 2 Этап 3

Рис. 1. Схема операции отбортовки

Выполнены теоретические исследования влияния скорости перемещения инструмента, угла наклона фланца, геометрических параметров заготовки и механических свойств материала на величину относительного давления при отбортовке патрубков с наклонным фланцем в режиме кратковременной ползучести. Исследования выполнены для алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями прочности соответственно. Механические характеристики исследуемых материалов при заданных температурах обработки приведены в таблице [2]. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: гп = 40 мм; г0 = 20 мм;

= 4 мм; а = 10°.

Механические характеристики исследуемых материалов

Материал Т ,°с оe0, МПа А, МПа сп т п Я

Титановый сплав ВТ6С 930 ± 2 38,0 66,80 0,028 0,0582 1,06

Алюминиевый сплав АМг6 450 ± 2 26,8 54,34 0,104 0,0263 0,68

На рис. 2. представлены графические зависимости относительного давления Ц = ц / ое0 от перемещения пуансона И = И / И^, где И - текущее

перемещение пуансона; Иб - высота борта изделия, при отбортовке отверстий в заготовках с наклонных фланцем.

Анализ графических зависимостей показывает, что максимальное давление операции наблюдается на втором этапе отбортовки отверстия. Установлено, что с увеличением угла наклона матрицы а от 5 до 15° значение относительного давления д уменьшается на 5 %.

0.8

0.6

0,4

<7

оа

0,0

— а=?

О /

0,-1 и / <Л=1 у/

И2 _ 0,4 0,6 0.!

и—

а

б

Рис. 2. Графические зависимости д от И (К0 = 2; V = 1мм / с): а - сплав АМг6; б - сплав ВТ6С

На рис. 3 представлены графические зависимости относительного давления д от угла наклона матрицы а и скорости перемещения инструмента V на втором этапе отбортовки отверстий.

1,0

0,8

д0,6

0,4 0,2

¥=\мл г/с У=\ о мм /с

/¥=0МММ/с —^р— /У=0Лмм/с. —™—

8 градус 10

а-

а

б

Рис. 3 Графические зависимости д от а на втором этапе отбортовки (К0 = 2): а - сплав АМг6, б - сплав ВТ6С

Анализ графических зависимостей показывает, что на втором этапе отбортовки в режиме изотермического деформирования патрубков с наклонным фланцем относительное давление операции увеличивается при увеличении скорости перемещения пуансона V и угла наклона матрицы а.

Так, с увеличением скорости перемещения инструмента V от 0,01 до 10 мм/с относительное давление увеличивается на 15...20 % для алюминиевого АМг6 и на 30.35 % для титанового ВТ6С сплавов. Увеличение угла наклона матрицы а от 2 до 10 градусов приводит к увеличению относительного давления на 55 % для сплавов АМг6 и ВТ6С.

Установлено, что на втором этапе отбортовки отверстия увеличение коэффициента отбортовки Ко = гп / Г0 приводит к уменьшению относительного давления (рис. 4). При увеличении Ко от 1,4 до 2 относительное давление отбортовки отверстия в патрубках с наклонным фланцем из сплавов АМг6 и ВТ6С падает на 50-55 %.

а б

Рис. 4. Графические зависимости Ц от V на втором этапе

отбортовки (а = 10о): а - сплав АМг6, б - сплав ВТ6С

На рис. 5 представлены графические зависимости относительного давления Ц от скорости перемещения инструмента V и коэффициентов анизотропии Я на втором этапе отбортовки отверстий.

м и

1Д 1,0

Я 0,9

0.8

к=ол я=ю

\ 1?

и,01 0,1 1 гш/е 10

Г—-

а б

Рис. 5. Графические зависимости Ц от Я на третьем этапе

отбортовки (К0 = 2; а = 10о): а - сплав АМг6, б - сплав ВТ6С.

Анализ результатов расчета показывает, что механические свойства материала оказывают существенное влияние на силовые параметры операции при повышенных температурах. При увеличении R от 0,2 до 2 относительное давление отбортовки отверстий в заготовках из алюминиевого и титанового сплавов q снижается на 25.30 %.

Разработанные рекомендации по расчету технологических параметров изотермической отбортовки отверстий в патрубках с наклонным фланцем из высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести могут быть использованны при проектировании технологических процессов отбортовки отверстий в заготовках под дальнейшую прошивку. Применение медленного горячего деформирования при отбортовке отверстий в патрубках с наклонным фланцем из высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести позволяет расширить возможности управления процессами за счет изменения скоростных условий деформирования.

Список литературы

1. Чудин В.Н., Яковлев С.С., Корнюшина М.В. Математическая модель операции отбортовки отверстия в листовых анизотропных заготовках в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2013. Вып. 4. С. 66-77.

2. Яковлев С.П. Изотермическое деформирование высокопрочных анизотропных металлов / С.П. Яковлев [и др.] М.: Машиностроение-1; Изд-во ТулГУ, 2003. 427 с.

Черняев Алексей Владимирович, д-р техн. наук, проф., mpf-tiilaaramhler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Чудин Владимир Николаевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tulaaramhler.ru, Россия, Москва, Институт путей сообщения,

Корнюшина Мария Владимировна, асп., mpf-tulaaramhler. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

INSULA TED PO WER MODES FLANGING HOLES IN SHEET ANISOTROPIC PERFORM

A. V. Chernyaev, M. V. Kornyushina

The results of theoretical studies of power operation modes isothermal flanging holes in anisotropic sheet blanks of high-strength materials in the short-term creep mode. The influence ofprocess parameters and mechanical properties of the material on the value of the relative pressure during the deformation of workpieces made of aluminum and titanium alloys.

Key words: short-term creep, anisotropy, dished, strength, strain hardening.

Chernyaev Aleksey Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Chudin Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tulaarambler. ru, Russia, Moscow, Moskow State University of Ways of communications,

Kornyushina Mariya Viktorovns, postgraduate, mpf-tulaa rambler. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.983; 539.374

ИЗОТЕРМИЧЕСКАЯ ВЫТЯЖКА ВЫСОКИХ КВАДРАТНЫХ КОРОБОК ИЗ АНИЗОТРОПНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Ю.В. Бессмертная, В.Н. Чудин, С.Н. Ларин

Изложена математическая модель изотермической вытяжки квадратных коробок из плоской листовой заготовки. Выявлено влияние скорости перемещения пуансона, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки и величины давления прижима на силовые режимы операции.

Ключевые слова: анизотропия, вытяжка коробчатая деталь, математическая модель, напряжение, скорость деформации, деформация, ползучесть, формоизменение, матрица, пуансон.

Многооперационной вытяжкой изготавливают высокие коробчатые детали. Формы и размеры исходных заготовок и переходов устанавливают, как и при вытяжке низких коробок, по разверткам и рекомендуемым степеням вытяжки в соответствии со справочной литературой [1, 2].

В зависимости от величин угловых радиусов изделий вытяжка квадратных в плане коробок может осуществляться по разным схемам. Одна из них - вытяжка из плоской круглой заготовки коробки, сечением которой является квадрат со сторонами - дугами окружностей, и окончательная перетяжка ее на квадрат, т.е. схема «круг - выпуклый квадрат-квадрат».

Рассмотрим переходы вытяжки по этой схеме. Материал заготовки примем трансверсально-изотропным, механическое состояние которого определяется функцией [3, 4]