автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Повышение эффективности процессов обработки давлением на основе технологических испытаний материалов

Тульский государственный технический университет

?Г6 , од

2 АР.? 199;; На правах руколиси

ХВАН Дмитрий Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ

Специальность 05.03.05 - Процессы и машины

обработки давлением

Автореферат диссертации ия соискание ученой степени доктора технических паук

Тула 1994

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете.

Официальные шлсненты: доктор технических наук, профессор

Яковлев С.П.;

доктор технических наук, профессор Огородников В.А.;

доктор технических наук, профессор Дмитриев A.M.

Ведущее предприятие: НИАТ, г.Москва

Зашита диссертации состоится " И* 9 чадов на заседании специализированного совета Д 063.47.03

мая

1994 г. в

Тульского государственного технического университета (300600, г.Тула, ГСП, проспект им.Лешша, 92, 9-Ю1).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного технического университета.

Автореферат разослан апреля 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета к.т.н.,доцент .о

А.Б.ОРЛОВ

ОЩАЙ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

■ Актуальность. Высокая эффективность разрабатываемых технологических процессов обработки давлением су1Ч/естзенно предопроделяет-ся возможностями наиболее полного использования технологических свойств деформируемых металлов, приводящими к сокрэценто числа переходов, позышению точности и качества изделий, получению нужных наследственных свойств материала поковок, применению компьютерных технологий.

Проектирование технологии изготовления деталей с необходимой точностью, автоматизацию проектирования техпроцессов и компьютерные технологии нельзя осуществить без применения состеетстьумерпс моделей упрочняющихся.тел, без знания принятых в них параметров.

Обработкой давлением производят во многих случаях улучшение механыеских свойств металлов. И в этом случав успешное прогнозирование наследственных свойств материала поковок воэмокно только лить методами механики деформируемых тел.

В последние десятилетия интенсивно внедряются в производство компьютерные технологии, основанные на применении диаграмм прь-дельных деформаций (ДПД). В связи с этим в ряд важнейииг. ставятся задачи получения 2тих диаграмм на базе спытьых данных.

Отсутствия надежной экспериментальной техники поьзоляе? считать актуальными также и задачи разработки устройств для реализации необходимых технологических испытаний ¡/.п'алко?.

Многие процессы пластической обработки' металлов требуют дальнейшего развития с целью расширения их тс-хнологтеских возможностей. В частности, возникает задача распространения процесса с,сад-ки применительно к деформированию длинномерных заготовок. Рэшение этой задачи позполит ънедрлть в производство новые внсскоэф^еыкп-ные технологии получения наследственных свойств матеряглн пс-кс зон, изготовления длинномерных заготовок, а также восстановления изношенных элементов конструкций.

Диссертационная работа выполнялась в рамках: целевой ь.учтен-сноп программы Минвуза РСФСР и МАП СССР "Лвиацагоннал тс-хн.- логик™ научного направления 04.02 - "Пластическое фотя/ообрзяов?ния и упрочнение тонкостенных Деталей авиационной техники. Темч работы гклмчена в приоритетное научное «вправление пРйэр.'.5</?кн без^чего пгощачмного обеспечения технологии" (Прик,?? М/л СССР 25?» О;-, nv.80 г.).

Цель работы. Повышение эффективности процессов обработки да ленива на основе разработки новых методов технологических испыта ний материалов, необходимых для экспериментальной проверки мо^ол упрочняющихся тел, определения характеристик сопротивления материалов пластической, деформированию, а также расширения технолог ческих возможностей ьс оцесса осадки.

Научная новизна. Дано обоснование пригодности модели Г.Бак-хауза для описания пластического состояния металлов при их обработке давлением. Получены на основе этой модели решения задач оп ределения напряженно-деформированного состояния в простейших слу чаях немонотонного нагружения цилиндрической заготовки.

Установлены для металлов эффекты восстановления изотропии прочностных свойств при немонотонном пластическом деформировании увеличения предельной устойчивой деформации при действии растяги вающих напряжений, повышения предела текучести на сдвиг пластиче ской деформацией растяжения (сжатия).

Установлена закономерность изменения в-условиях одноосного напряженного состояния наследственной функции, учитывавши влияние историииг^ружения на процесс пластического деформирования материалов. Получены соотношения для расчета этой функции по дан ныы испытаний образцов на растяжение - сжатие и на реверсивное кручение.

Экспериментально доказана гипотеза Г.Б.Талыпова о четной за висимости эффекта Баупингера от параметра Лоде при линейном напряженном состоянии.

Получены соотношения для оценки указанного эффекта при плос коы напряженной состоянии и по результатам испытания сплошных образцов на реверсивное кручение. '

Установлена возыокность пластической осадки длинномерных ци линдрических и плоских заготовок с применением поддерживающих элементов в условиях линейного напряженного состояния.

Автор защищает. I. Теоретическое и опытное обоснование возможности одноосного пластического сжатия длинномерных цилиндрических и плоских заготовок с применением поддерживающих элементе:

2. Конструкции устройств для проведения технологических испытаний материалов.

3. Обоснование возможности применения предложенной Г.Бакха-уэом теории анизотропного упрочнения в обработке, металлов давлением.

4. Экспериментальное определение характеристик сопротивления материалов пластическому деформированию и построение ДПД по опытным данным.

5. Упрочнение валов и восстановление цилиндрических деталей пластической осадкой.'

6. Конструкции штампов для осадки (высадки) длинномерных заготовок, изготовления ступенчатых поковок, восстановления длинномерных направляющих стоек, центрирующих штырей литейных форм, шарнирных осей.

Метод» исследования. Теоретическое обоснование возможности пластической осадки длинномерных образцов в условиях линейного напряженного состояния выполнено методами теории упругости и пластичности. Методики расшифровки опытных данных с целью определения характеристик сопротивления пластическому деформированию^. анализ моделей упрочняющихся тел и полученных на их основе решения задач немонотонного процесса нагружения, а также процессов осадки длинномерных заготовок изложены на основе аппарата теории пластичности.

Структурное исследование разработанных устройств, конструк«-ций штампов для реализации пластической осадки заготовок проводилось методами теории машин и механизмов.

Экспериментальные исследования проведены на специально созданных опытных устройствах с применением надежной измерительной техники и обработкой результатов на ЭВМ.

Практическая ценность работы:

обеспечивается возможность прогнозирования наследственных свойств материала поковок;

расширяются возможности технологических испытаний в обработке металлов давлением;

достигается сокращение затрат на проведение экспериментальных работ по изучению свойств металлов при конечных пластических деформациях;

дается возможность обходиться без дорогостоящего специального прессового оборудования и сложной измерительной техники при проведении технологических испытаний;

обеспечивается возможность проведения испытаний длинномерных стандартных образцов при знакопеременном деформировании в условиях одноосного напряженного состояния при больших пластических деформациях;

создается возможность проведения испытаний плоских образцов на одноосное сжатие, на растяжение в условиях плоской деформации, пр.! простом сдвиге, и тем самым - шире изучать пластические свойства листовых ыат£ ¡алов;

достигается ул.,чтение технологических свойств обрабатываемых давлением материалов за счет увеличения критниеской деформации путем немонотонного процесса нагружения;

увеличивается прочность металлов, за счет эффекта восстановления изотропии их прочностных свойств пластическим деформированием; ' (

повышается прочность валов, изготавливаемых из незакалива-ешх металлов;

расширяются технологические возможности процесса осадки (высадки) применительно к длинномерным заготовкам;

создается возможность разработки новой технологии изготовления поковок галов;

создается новая технология восстановления геометрических параметров изнашиваемых длинномерных элементов конструкций;

. создается возможность проектирования новых конструкций штампов для обработки длинномерных заготовок осадкой,

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались ка 6-Й Всесоюзной конференции (Новополпцк, 1966 г.), на 3-м Всесоюзном симпозиуме (Житомир, 1989 г.), на научно-техническом семинаре (Челябинск* 1989 г.), на 3.-х республиканских научно-технических конференциях (Еинница, 1990-92 гг.), на ежегодных научно-технических конференциях Воронежского государственного технического университета (Воронеж, 1984-93 гг.).

Публикации. По теме диссертации издана одна' научная монография и опубликованы 44 работы, в том числе получены решения на выдачу охранного документа на 14 изобретений (из них 10 зарегистрированы а - о.). » '

Стчзуктура и объем работы. Диссертация состоит из введения, о глав, заключения, списка литратури из 157 наименований и содержит 246 страниц машинописного текста, 142 рисунка, 8 таблиц и приложения на 8 страницах.

'СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Соосшйана ькту&ньиость исследуемой научно-технической проб-яе-.., сформулирована цель диссертационной раоо'ш, указаны основ-

ные выносимые на защиту положения.

I. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ. ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты анализа существующих к настоящему времени методов, как механических, так и технологических испытаний позволяют заключить, что проблема изучения свойств металлов при их пластическом деформировании относится к разряду фундаментальных и решается она в основном в направлениях совершенствования и разработки новых способов исследования технологических возможностей материалов при их обработке давлением.

К наиболее известным и эффективным методам исследования относятся испытания на одноосное сжатие коротких образцов, кручение цилиндрических образцов, простой сдвиг плоских образцов, деформирование образцов в условиях плоской деформации. Большой вклад п развитие этих видов испытания внесли П.Бриджмен, П.Людвиг, Е.П.Унксов, В.А.Кроха, Д.Дэвие и многие другие ученые. Разработаны достаточно эффективные методы испытания также и для экспериментального обоснования различных моделей упрочняющихся тел. В этой области следует отметить работы А.М.Жукова, В.С.Ленского, А.А.Ильюшина, Р.А.Арутюияна, Г.Бакхауза и др., в которых изучались свойства материалов только лишь при малых упруго-пластических деформациях, рассматривались векторные и скалярные свойства поверхности нагружения. Однако для изучения свойств котэллоя при конечных пластических деформациях пока еще нет достаточно надежных и простых технических разработок, что сказывается на объективной оценке теорий упрочняющихся тел, применяемых ь обработке металлов давлением. .

Из ряда критериев упрочняющихся тел лучшее согласование с экспериментом в области конечных пластических деформаций получили модели материала, характеризуемые уравнением поверхности нагружения в виде

2f(S4. е)= (54-c£oO(S4-^-f3iCebO. <«

Здесь 5 ij - компоненты девиатора напряжений; ~ добавочные напряжения, определяющие смещение центра поверхности нагружения р пространстве девиагорой напряжений; б0 - эквивалентное лйпр\яе~ ние, связанное с параметром упрочнения б (накопленная деформация) единой для различных напряженных состояний и еидог нагружения зр-

ВИСИМПГТЬК'.

Согласно ассоциированному закону пластического течения уравнения состояния дня рассматриваемых тел примут вид

<*ВЧ*| _ (2)

В приведенных соотношениях диаграмма деформирования б0= £)"0 (6 устанавливается экспериментально по данным испытаний на одноосное растяжение - сжатие, а ее уравнение представляют в форме

б0 = ^б0(е), о)

где б0(е)'- интенсивность напряжений;= ба4/6 - отношение предела текучести на сжатие после растяжения до деформации 6 к напряжению б , которое называют параметром, характеризующим эффект Баушингера. Опытные значения данного параметра предложено аппроксимировать уравнением

£ + ехр(-70е), (4)

где - асимптотическое значение £ .

Предложены различные уравнения координаты • Однако наибо лее приемлемым, как показали результаты их анализа, для описания свойств большинства металлов при их немонотонном пластическом деформировании является критерий Г.Бакхауза, согласно которому

¿¡I- ^ бДе) Це[1-р(е*)]ф(е-е«)б0(е-)^ае.(5)

Здесь ф(в - в*) - функция, характеризующая наследственное влияние истории нагруяения; 6 - переменная в цодинтегральной функции. В теории предполагается независимость функций »р(В-8*),б0(б) от вида напряженного состояния и истории нагружения, и можно рассматривать их как используемые в модели параметры.

Из соотношений (2), (3) и (5) получают девиаторы напряжений 6

В последние десятилетии интенсивно исследуются свойства начально-анизотропных материалов применительно к операциям листовой штамповки. Большие успехи здесь достигнуты благодаря работам Я.Е.Фридмана, И.Т.Микляева, В.В.Шевелева, С.П.Яковлева, Ю.М.Ары-

шенского, Г.Д.Деля и многих других. В трудах указанных ученых уделяется значительное внимание методам"определения параметров анизотропии и напряженно-деформированного состояния яри различных операциях листовой штамповки по теории Р.Хилла. Делем Г.Д. предложено определять безразмерные параметры анизотропии О.,, СЦ , аг, ахз, аз1 , агХ1 (ад+а9 + аг = 1) по данным испытаний плоских образцов на растяжение.

Рассмотрены существующие методы определения характеристик сопротивления материалов пластическому деформировании: параметры анизотропии, параметр В , кривая течения и наследственная функция Ф .

Приводится предложенная С.П.Келлером и Г.Гудвиным методика оценки деформируемости листозых материалов в операциях штамповки на основе применения ДПД.

Практически полное исследование технологических возможностей процесса осадки дано в работах Л.М.ОхрИменко, Л.А.Шофмана, В.А.Огородникова и других. В их работах дается достаточно точная расшифровка напряженно-деформированного состояния при осадке только лишь коротких заготовок (с отношением их высоты - Ь к диаметру - с! = Н/сЦ5) • Однако на практике нередко возникают задачи осадки и длинномерных заготовок (<Л ? 5 ), решение которых позволило бы расширить технологические возможности данного вида обработки металлов давлением.

На основании выполненного анализа состояния проблема для достижения указанной ранее цели работы поставлены следующие задачи.

1. Разработка устройств для совершенствования и создания новых методов технологических испытаний материалов.

2. Экспериментальное обоснование возможности применения предложенной Г.Бакхаузом модели упрочняющегося тела в обработке металлов давлением.

3. Разработка экспериментальных методов определения характеристик сопротивления материалов пластическому деформированию.

4. Разработка методик определения предельных деформаций.

5. Создание новых технологий обработки элементов конструкций пластической осадкой,

2. РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВ ДЛЯ ПРОВВД0Ш ТШОЛОПМВСКИХ ИСПЫТАНИЙ МАТЕРИАЛОВ

Для получения обьективных данных -о свойствах материалов не-

обходимы реализация кинематики деформирования испытуемого образца в соответствии с заданной расчетной схемой и надежность определения ш?и ©том напряжений. В процессе исследований свойств материалов при иемоиотою 1М нагружении в условиях однородного напряженного состояния час:, юзникает необходимость осуществления растяжения - сжатия цилин^р-ческух образцов при конечных пластических деформациях. При этом предпочтительнее проводить эти испытания, используя лишь один образец, например, стандартный, предназначенный для испытаний на растяжение. Однако пластическое скатне такого образца практически нельзя осуществить вследствие его.искривления.

Очевидно, что длинномерные образцы (А > 3 ) можно пластически осаживать с применением поддерживающих элементов,- которые препятствовали бы искривлении образца. Количественная оценка влияния этих элементов на процесс одноосного сжатия длинномерного образца дается на основе решения упругой задачи о потере устойчивости при сжатии защемленного по концам стержня. При этом в расчетной схеме воздействие поддерживающих элементов на стержень рассматривается .:сак поперечная распределенная нагрузка с постоянной интенсивностью <^(Н/м), направленная всегда в сторону, противоположную искривлению стержня.

Дня стержня круглого сплошного сечения диаметром с1 и длиной В критическое напряжение равно

6 ,в ££ + . (7)

°кр А б.1 ТРУо

Здась Уоа Со6 - стрела прогиба образца при его искривлении (0й Со 1 ); £ - модуль упругости; .

Данксе соотношение справедливо для значений сЯ , превшаацрх некоторое предельное значение (£яр. • которое определяют с учетом условия 6Кр-бт по формуле

<ипр « тг/17257. ш)

Максимальное значение интенсивности при этом -

<и* = ' (9)

Ь'р« пластическом сжатии образца соотношения (8) и (9) с учетом аанени модуля £ в (7) на касательный Ек=с1б/с1в запишутся

о'оп? « ТГ/п/аво > (10)

= ТГ /1 еГ^У п.

(И)

л Но^ах

1десь Я , П , 60 - характеристики материала в уравнении кривой те-гения (по Х.Свифту)

б„ = ЛСбо + еЛ ( »2)

Если рассматривается сжатие образца с с^о^- Л Аопр , где Ло^ 5 при которых не происходит потеря устойчивости стержня, :о интенсивность о определяют по критическому напряжению

бкр = а<* + Ц, аз)

'дв а и и - коэффициенты, определяемые из граничных условий: [.При &=&'* <^=0, бар = Л (ев+е)" * 1 (14)

>. При <Я ~ с^спр ) ]

Решением системы (13) и (14) получают, приняв при этом 8=0 ,

V =

тах

<я-ло . ТГЛеоИо

(15)

<£опр 4 Л

Для случая пластического сжатия длинномерных плоских образ-дов толщиной t , шриней £ = ^ (Ч* 'О И высотой í соотношения [8)-(И) и (15) примут соответственно вид

= 7Т;

<£ир = ТГ-/2 п/5е»';

(16)

'»па*

т я I

= 5^УоЛе0 / пз

I . ЗЪУоА Во*П

Бее приведенные соотиоиекил могут быть использованы для рьс-^ета геометрических параметров при проектировании устройств для одноосного пластического сжатия длинномерных цилиндрических и плоских образцов. При этом рекомендуется принимать С0 = 0,01-0,03-Рассматриваются конструкции устройств для проведения технологических испытаний материалов.

□

Устройства доя пластического сжатия длинномерных цилиндрических образцов

Приводятся три типа устройств для проведения испытаний образцов на сжатие.

Первый тип. \ "рзйство содержит корпус цилиндрической формы, основание, пуансон и..л нагружения и поддерживающие элементы в виде разъемной цилиндрической обоймы со сменными металлическими вкладышами толщшой 0,5-1,0 мм и фторопластовой пленкой, наматываемой в 2-3 слоя на испытуемый образец. Нагружение последнего производится ступенчато с шагом деформирования Дв = 0,01-0,05. В устройстве можно осаживать образцы до В = 0,6 с высокой точностью реализации линейного напряженного состояния. Недостатком данного устройства является невозможность использования его в промышленных условиях для осадки длинномерных заготовок.

Второй тип. Устройство состоит из корпуса с конической опорной поверхностью с углом конусности - , основания, нагружающего пуансона, крышки, двух пар фиксирующих разъемных колец и поддерживающих элементов, изготовленных разрезкой на шесть равных секторов заготовчи в виде усеченного конуса с углом ^ и сооспыы отверстием диаметра с! , равного диаметр!' образца. При деформировании образца «следствие увеличения его диаметра секторы будут од-но1зре;.!»нно (благодаря разъемным кольцам) перемещаться вверх и п радиальном направлении относительно образца.

Расчетный угол конусности определяют решением уравнения

5и> р' С05/5* = 2 Рг I £ г • С17)

йдесь Рг - суммарный вес секторов; Ь - высота секторов; - интенсивность распределенной нагрузки, возникающей вследствие воздействия секторов на образец; ^ - коэффициент трения между соприкасающимися поверхностями образца и секторов, а ^ - секторов и корпуса устройства. 2

Максимальное значение Ч ;<лл расчета угла определяют по соотношениям (9), (II), (15). Проектировочное значение угла ^ из-за приближенности принятой при выводе уравнения (17) расчетной схемы определяется по формуле

р = «.а - 1-7)/ (18)

Рассматриваемся пример исполнения устройства с проектным у ¡'лом £ - 36°. Результаты испытаний образцов диаметром 16,5 мм и рабочей длиной 13о мм (с£0 = 6,2) из сталей 45, 30, 35, 1Х18Н9Т

и др., проведенных с помощью устройства этого типа, показали достаточную точность (^ 5 %) реализации одноосного сжатия в деформированных образцах.

Третий тип. Устройство содержит корпус, основание, пуансон для иагруясения, крышку, обойму с конической опорной поверхностью с углом^ и поддерживающие секторы, такой тге форуы, что и в устройстве игсрого типа. В данном устройстве под действием сили поддатия (вес обоймы) секторы при доЪормироврнии образца перемелются только в радиальном направлении, а обойма вверх.

Расчетное значение угла конусности сопрягаемых поверхностей секторов и обойми определяется также по формуле (I?). Данное устройство по сравнению с устройством 2-го типа требует меньших затрат времени на проведение испытаний. Его можно использовать и для деформирования образцов в горизонтальном положении. При зтсм для предотвращения свободного перемещения секторов и обоймы между торцевыми. поверхностями последней и крьпмси устанавливают обеспечивающий действие силы ^ упругий элемент, например, в виде резиновой прокладки толщиной Ю-20 мм.

Предложенные типы устройств позволяют расширить возможности технологических испытаний на скатив цилиндрических образцов. При этом можно, например, осуществить циклическое одноосное растяжение - скчтие по любой заданной программе при конечных пластических деформациях, проводить испытания кэ деформирование образца в осевом направлений с последующим сжатием в поперечном направлении и др..

Устройство для испытаний на одноосное сжатие плоских образцов

Оно содержит корпус в форме П - образной рамы, поддерживающие 'элементы в виде резиновых прокладок вместе со сменными стальными плитками, нагружающую пли^у и фиксируюсь© обрпрел в устройстве элементы. Дается количественная оценка контактных напряжений на поверхности сжимаемого образца но соотзе/^ствув^еР формуле. Результаты испытаний на одноосное сжатие плоских образцов размером 2x20x40 мм из стали 45 показали достаточную точность (6 5 %) получориых огытных дг.нннх. При соответствуй;!« разые^их устройства можно э нпм пластически осаживать обычные стандартные обгэзцы на расточение.' Можнс деформировать образцы .тп Р = 0,15.

1 '. УоТПСЙСТВГ;. позполгет расширить. ВОЗМОЖНОСТИ Т?Х! ЛОГИ"<?Г1:>?:.

испытаний листовых материалов. При этом можно получать диаграммы сжатия последних, изучать свойства листовых материалов при немонотонном деформировании, оценить эффект Еаушингера, определять параметры анизотропии и др. .

Устройство испытаний плоских образцов На сдвиг

Оно содержит все элементы, необходимые для практической реализации схемы простого сдвига в испытуемом плоском образце. Устройство позволяет расширить возможности технологических испытаний применительно к листовым материалам с целью определения характеристик сопротивления пластическому деформированию при сдвиге, определения параметров анизотропии и др. С помощью данного устройства можно проводить испытания на реверсивный сдвиг для оценки эффекта Еаушингера и с целью исследования свойств листовых материалов при немонотонных процессах нагрукения.

Угломер для испытаний на кручение

В конструктивном отношении угломер представляет собой планетарный механизм. Позволяет получать с высокой точностью диаграммы крученил, необходимые для расчета диаграммы сдвига по известной формуле П.Людвига. С помощью данного угломера можно проводить испытания на реверсивное кручение. По опытным данным таких испытаний можно определять параметр, характериэуюорш эффект Еаушингера при сдвиговых деформациях, а также и другие характеристики.

Устройство для испытаний плоских образцов на растяжение в условиях плоской деформации

Основными элементами данного устройства являются оправа прямоугольной формы, две прижимные накладки и два захвата. Для испытаний используется плоский образец с загнутыми под углом 90° ¡фая-ми одинаковой высоты. Приводятся все необходимые геометрические размеры образца и элементов устройства. Результаты испытаний образ цов из алюминиевого сплава Д16АМ показали, что в растягиваемом образце отношение поперечной по ширине деформации к продольной составляет 4 0,15 вплоть до разрушения. Устройство при технологических испытаниях позволит получать необходимую информацию о свойствах штампуемых листовых материалов.

Устройства для изгиба плоских образцов

Рассмотрены три типа устройств для проведения технологических испытаний на изгиб плоских образцов с целью определения деформаций разрушения. В конструктивном отношении они достаточно просты и надежны в эксплуатации. Применение их в качестве испытательной техники позволит оценивать деформируемость листовых материалов при Их штамдоэке. *

.' 3. МОДЕЛЬ ЛЗОТРОПНОГО ТЕПА С АНИЗОТРОПНЫМ УПРОЧПЕКИЕЫ

Рассмотрены на основе модели Г.Бакхауза некоторые реализуемые в процессах обработки давлением случаи немонотонного процесса нагружения цилиндрической заготовки. Главной особенностью данной модели по сравнению с другими критериями упрочнения является учет в ней наследственного влияния истории нагружения на текущее пластическое состояние материала с помощью функции 'Кб-ба), определяемой по формуле

ф(е-6в) = Чо «-М- ч>в) елриле-бо)0*!, аэ>

где Фо - асимптотическое значение Ч> ; С, , С^ — константы материала; £0- накопленная деформация, при достижении которой происходит изменение направления пути нагрукения. Параметры <Р0 , , Са этой функции определяют статистической' обработкой ее опытных значений, получаемых по.данным испытаний цилиндрических образцов на растяжение (Р) с последующим сжатием* (С) или наоборот. При этом для ее расчета получена.формула

срсе-е») = -бр(е\.-бсСе) . <20)

брСбо)[1-]з(6о)3

Здесь бр(в) - диаграмма монотонного растяжения; бс(в) - диаграмма сжатия образца, предварительно растянутого до деформации б =£э.

Для определения функции Ц> по результатам испытания образцов ,н£| реверсивное кручение предлагается другое соотношение

' сг/е -Ео) - , ' (21)

где касательное ¿напряжение при монотонном нагцужении;

- напряжение при кручении в обратном направлении (при

е*6о). • .

Получены уравнения напряжений для следующих случаев немонотонного нагружения цилиндрической заготовки.

Г. Знакопеременное деформирование заготовки в осевом направлении (Х1), для юторого, например, осевое напряжение при растяжении на п -й сг^.ени будет равно

6.» бо(еь у ёЧп-рСЕок^^Се-е^боСЕо^ Д к. (*2)

Ст К * 1

а при сжатии

где = Ы£„/ае)к+1- (¿&„/с1е)к.

2. Сжатие заготовки в поперечном направлении (Х2) после ее растяжения в осевом направлении (Х^) до деформации б = 6в. При этом получены формулы для определения предела текучести в поперечном направлении б(я и напряжений сжатия при в-£о .

3. Растяжение заготовки в поперечном направлении (Ха) после ее растяжения в осевом направлении (Х<) до деформации в = £0. Получены формулы для расчета пределов текучести брп и растягивающих напряжений в поперечном направлении при б> £о .Сопоставление пределов текучести в поперечном направлении в рассмотренных циклах нагружения приводит к соотношению

б'е„ ДН-^Ео) (24)

где д = У<| + 14^ (£о) ■*. При изотропном упрочнении• тогда из этого соотношения следует брл » бсо •

4. Сжатие и растяжение заготовки в поперечном направлении (Х3) после ее сжатия в осевом направлении (Х<) до деформации

е = £..

5. Сжатие заготовки в поперечном направлении (X«) после растяжения и последующего сжатия ее в осевом направлении (Х<) соответственно до накопленной деформации £01и 6«а •

6. Растяжение (сжатие) заготовки после ее ачестического закручивания на относительный угол в .

Для всех циклов нагружения, рассмотренных в пп. 4-6, получены уравнения, описывающие соответствующие процессы немонотонного пластического деформирования заготовки.

7. Рассмотрен также на основе модели Г.Бакхауза эффект восстановления изотропии прочностных свойств металла немонотонным деформированием материала, приводящим к ¡{ - 0- Данный эффект исследован в случае нагружения заготовки в цикле "Р-С" и "С-Р". При этом получено соотношение для расчета повышенного значения условного предела текучести_

бадЯ-±^ЕШ.бвсе\ (25)

8. Модель Г.Ьакхнуза позволяет описать и процесс увеличения критической деформации растягиваемой заготовки немонотонным нагру-жением. Получено уравнение критической деформации

бкр = беи + 2 Е [£ои-г)~ &о(к-ч)1 » ^^

Г г

где Л - 3,5,7,... число циклов нагружения; , С0(К.1) -

накопленные деформации соответственно в конце циклов растяжения и сжатия. Оптимизируя эту деформацию по значениям П , 6сек-и £»(к-г> • ко™° добиться сучестаенного увеличения £ .

Данный способ повышения предельной деформации рекомендуется использовать для улучшения технологических свойств материалов, например, при операциях растяжения заготовок и раздачи труб, если деформируемые при этом материалы не будут обладать достаточной предельной пластичностью.

Приводятся данные для опытного обоснования рассмотренной модели анизотропно упрочняющегося тела. При этом проводились эксперименты с целью изучения наследственной функции Ч* . В результате установлено,- что для исследованных марок сталей эта функция практически не зависит от деформации £0 и цикла нагружения образца (Р-С или С-Р). Были поставлены опыты, реялизуюпрте рассмотренные в пп.1-5,7,8 циклы нагружения заготовки. Результаты сопоставления расчетных и опытных данных позволяют судить о достаточной точности ( 4 10 %) соответствия модели Г.Бакхауза реальным свойствам исследованных материалов. Поэтому данная модель упрочняющегося тела рекомендуется для описания пластического состояния в некоторых процессах холодной обработки металлов давлением.

Все эксперименты были проведены с помощью устройств для испытания на одноосное сжатие цилиндрических образцов.

4. ЭКСПЕРШЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЛАСТИЧЕСКОМУ ДЕФОРМИРОВАНИЮ

В качестве основных, необходимых при проектировании процессов обработки давление характеристик сопротивления материалов пластическому деформирсв. >ию рассматриваются параметры анизотропии,-параметр £ , кривая течения и наследственная функция Ч" .

Параметры анизотропии: аж, а«/,ай , аху , г

Для их определения проводят испытания на одноосное растяжение образцов, вырезанных в плоскости исследуемого листа в трех направлениях - X, У , и под углом 45° к оси X • Определяют указанные параметры по соотношениям

а£ =

Я«» + - ^ р'ук }

о. * -

(и*у *

аа = 1 - ак - аа >

а =

г =

= „V (а,* а„)з

2 (1

^2)

(27)

1 - ^уг

Здесь Ш = -е*/е,; /е;}

где е;, е^, е яр " продольные деформации в образцах, растянутых вдоль осей X , У и под 45°; &у , в* , 6„ - поперечные деформации в указанных образцах.

. Можно определять указанные параметры и по данным испытаний на сжатие плоских образцов в устройстве, рассмотренном во 2-м разделе. Этими испытаниями можно проверить,например, гипотезу о независимости рассмотренных характеристик от знака деформирования (растяжение или сжатие).

Эффект Бяушингера

Одним из проявлений деформационной анизотропии металлов при

Их пластическом деформировании является эффект Еьушингера. Для оценки этого эффекта проводят испытания образцов ь условиях линейного напряженного состояния (растяжение - сжатие) и сдвига. Рассматривается однообразцовый способ испытаний на "Р-С" или "С-Р". Величину Л определяют по формуле (3). Дано опытное обоснование гипотезы о четной зависимости аффекта Баушимгера от параметра Лоде - |и при линейногл напряженном состоянии.

Параметр £ определяют ло результатам испытания на кручение цилиндрических образцов сплошного сечения по соотношению

(28)

где условный предел текучести при обратном кручении (при

допуске на пластически^ сдвиг ^ а 0,3 %); СС - напряжение перед разгрузкой при прямом кручении. Рассматривается методика оценю!

с 9 О из •

В случае плоского напряженного состояния величину фор-

муле (4) предлагается определять по соотношению

где П - целое число; ~ асимптотические значения р при

сдвиге.и линейном напряженном состоянии. Рассматривая совместно (4) и (29), получают

? & 1ехр(-70е). (30)

Кривая течения

При ачастическоы деформировании металлов предполагается, что упрочняемость их зависит только от полной совершенной пластической работы. Следствием этой гипотезы является существование у каждого материала единой для всех видов напряженного состояния и истории нагружения кривой течения или диаграммы деформирования, представляющей собой зависимость эквивалентного напряжения - бд от эквивалентной деформации - бд

Ч-Де,). . Ч31)

Для 'изотропного материала с изотропным упрочнением бэ равно интенсивности напряжений б о , а интенсивности деформации 9 . Поэтому кривая течения в данном случае строится в координатах

"б0-еп.

Интенсивность напряжений определяют по формулам:

при растяжении б0 = Р ЙХР (6) / Го > (32)

при сжатии б0 = О / (Гв ехр (г) . <33)

Злесь Ро - исходная площадь поперечного сечения образца; в = Еп(Ро/Р)- при растяжении, е = 2п ( Р / Ро) - при сжатии, где р - тзкущая площадь поперечного сечения.

для построения диегоаммы "бо -9" рассматривается стандартная методика испытаний на растяжение. В связи с тем, что эту методику можно использовать при деформациях меньших критической бкр, то предлагается строить кривую течения при 6 7 £ кр испытанием на сжатие по следующему способу. В области деформации в й 0,Ь проводятся испытания на сжатие длинномерных образцов в устройствах, рассмотренных, в разделе 2, а при деформациях 0,5 - испытания на сжатие коротких цилиндрических образцов, изготовленных из деформированных длинномерных. 5та методика позволяет получать кривук течения при 1,0.

Если рассматривается изотропный материал с анизотропным упрочнением, то диаграмма деформирования строится в координатах " б0 ~ накопленная деформация б Предлагается следующая аппроксимация этой кривой течения на основе (3), (4) и (12)

бо= Ше)". (34)

Для начально анизотропных материалов с изотропным упрочнением, в частности ортотропкых, эквивалентные напряжения (бэ =5 ) и деформации ( в3 = 6 ) определяют по соотношениям: I) При одноосном растяжении вдоль ппоката (ось X ) б -¿5(1 - й*)/2-б*; 1

е =/2 /за - а «г- ех

2) При одноосном растяжение поперек проката (~осьУ)

б" ='/з(1 -ач)/г'-б9; е а»)'- еа.

3) При одноосном растяжении под углом 45° к оси X

б = */з(а х + а а + 2а*ч)/8 '• 6« * ё = ^в/5(а* + аа +,

4) Для трансверсально изотропного тела

(35)

(36)

б = /3(иг)/2(2 + гУ б*; ё = ✓2(2*г)/5(иг>' е4. | (ЗЙ)

В приведенных соотношениях 6«, $ , вх, В у, 6

продольные напряжения и логарифмические деформации в соответствующих направлениях.

Наследственная функция Ч>

Определяют ее по данным испытания на растяжение с последующим сжатием длинномерных образцов. При этом расчет ее значения производят по (20). В функции (19) коэффициенты С1 иСаОпределя-ют на основе экспериментальной кривой £р = <К&-£0)совместным решением уравнений

с, ч>,)/ (

(39)

е» Двг)

где Ч\, . - значения V при Дб4 = в<* - £0и Лвг= ё^- £в. Рекомендуется принимать Де< = 0,01, Д6а » 0,С5-0,Ю.

Для исследованных металлов (сталь 45, ¿0, 35, Ш6Н9Т, 40Х, ЗОХГСА, 51ХФА, ЛС59) представлены результаты определения всех констант в соотношениях (4), (12), (19), а для листовых материалов (АМцМ, АМгЗМ, Д1бАМв, 1420, 1423, 1450, 1451, 12Х18Н10Т, Ст.ОвКП) -параметры анизотропии.

5. ОПРЩЛЫШ ПРВДЬЛЬШХ ДООРЦАЦПЙ

Рассматривается необходимая для прогнозирования возможности получения штампуемых изделий с заданными геометрическими параметрами методика построения ДПД (в координатах первая главная деформация в* - отношение ^ = в^ / в* ) по результатам испытания плоских образцов на одноосное растяжение, на растяжение в условиях шторкой деформации, а также гидроиспытаний. При этом для проведения первых двух видов испытаний образцы соответствующих размеров вырезаются из исследуемого листа в направлении проката и под углами 45°, 90° к последнему. По данным этих испытаний определяют деформацию б^и^бО. Гидроиспытания, основанные на выдавливании образцов жидкостью через эллиптическую матрицу, позво-

ляют определять устойчивые деформации в зависимости от соотношения главных осей эллипса при & I.

Приводятся соотношения для расчета -предельных параметров бГ» Л 11 примеры построения ДПД для алюминиевого (Д19АТ) и литиевого (1420) сплавов.

В случае построения Д1Д для прогнозирования разрушения листовых заготовок предложена методика оценки главных логарифмических деформаций в разорванных растяжением образцах из ортотропно-го материала. Получены при этом соотношения для расчета указанных деформаций у края трещины с учетом произвольной ее ориентации в разрушенном образце. Рассмотрен также способ определения деформации разрукения в подвергнутых изгибу полосах.

6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ЭШЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ОСАДОЙ

Осадка длинномерных цилиндрических заготовок

В реальных условиях возникает потребность пластической осадки и длинномерных заготовок (<&> 3) с целью увеличения диаметра заготовок, улучшения микроструктуры материала последних, повышения прочности сжимаемых стоек из незакаливаемьгх сталей и получения других наследственных свойств материала.

При составлении технологии процесса осадки важным является проектная разработка соответствующей штамповой оснастки. Поэтому в данном разделе в основном при--водятся конструкции штампов для обработки в них заготовок. • 10

Рассматривается конструкция штампа для осадки цилиндрической заготовки, составленного на базе устройства второго типа. Для повышения производительности труда корпус штампа изготавливается разьемным по диаметральной плоскости с возможностью перемещения его частей по соответствующей направляющей плите. В каждой половине корпуса размещаются по три (или четыре) сектора соединенных между собой направляющим» полукольцами. Для осаживания заготовки до больших степеней деформации (£ > 15 %) предлагается устанавливать на направляющей плите два или три штампа, кажпый из которых с соответствующими типоразмерами секторов 1> * с1 позволяет де- -формировать заготовку до £ = 15 %. Приводятся соотношения для определения основных размеров поддерживаниях секторов и опытные данные, свидетельствующие о возможности осадки рвготорки размером

ф 16,5x135 мм <с£о= 8,2) из стали 35 до £ = 33 % в условиях одноосного напряжённого состояния. Рекомендуется осажиьать в промышленных условиях заготовки диаметром d > Ю ми и cdfo = 5-Ю.

Упрочнение валов пластической осадкой

На основе модели Г.Еакхауза дается теоретическое обоснование возможности увеличения предела текучести на сдвиг закручиваемых цилиндрических ^заготовок пластическим растяжением (сжатием) их до деформации б0. Решением соответствующей задачи получено для случая свободного кручения соотношение для расчета условного предела текучести на сдвиг

ш li-

"/г 1

[1-]з(Во)]/м17У

1 + fi(ío)

(40)

а при стесненном кручении

т„ . ^т «.<60. (4П

Из этих соотношений следует, что с увеличением предварительной осевой деформации происходит независимо от ее знака рост предела текучести на сдвиг по отношению к. исходному пределу текучести = бт /(при £о= 0). Таким образом, на основе соотношений (40), (41) с учетом выражений (4) и (12) можно оценить повышение несущей способности вала пластическим сжатием (растяжением) его заготовки.

' Получены при этом также и крутящие моменты, соответствующие напряжениям ^Со.з на наружной поверхности заготовок.

Для опытной проверки соотношения (40) были проведены испытания цилиндрических образцов диаметром 16,5 мм и длиной рабочей части 135 мм из сталей 20,35 и Ш6Н9Т.

Результаты испытаний образцов в циклах нагружение сжатие -кручение и растяжение - кручение показали, что опытные значения

практически не зависят от знака предварительного деформирования и с точностью ^ 10 % находятся в соответствии с расчетными (40). При увеличении деформации 6р имеет место для всех исследованных сталей монотонное увеличение 'Со,}по отношению к ГСГ. Например, при £0 = 0,2 превышение Ийз относительно 1!т составляет: для стали 20 - 60 %, 35 - св % и 1Х18Н9Т - 54

Результаты ггооведенных исследований позволяют рекомендовать к использованию процесс осадки длинномерных заготовок в качестве технологической операциг. упрочнения валов, изготовливаемых, например, из нержареющнх сталей аустенитного класса.

Изготовления цилиндрических поковок ступенчатой форкы

Наряду с известными способами получения поковок ступенчатых деталей предлагается некоторые из них достаточно простой формы (3-х к 2-;: ступенчатые) изготавливать другим методом - осадкой длинномерной заготовки. В связи с этим рассматривается штамп для выполнения данной технологической операции, в основу которого положена конструкция устройства третьего типа. Штамп выполнен с горизонтальной плоскостью разъема для установки в нем и съема готовой поковки с минимальными затратами времени. Для осуществления осадки до больших степеней деформации принята кинематическая схема нагружсния заготовки, согласно которой сжатие последней производится движением обоих ее терцев с помощью клинового механизма, образованного пуансоном и приводной рамой через их соответствующие клиновые плоскости контакта. Формообразование поковки в штампе производится сжатием заготовки в пуансонах, в глухие отверстия которых устанавливаются концевые части заготовки диаметром с1 и длиной , . Для предотвращения искривления заготовки при ее деформировании в итвмне размещаются все основные элементы устройства - обойма, поддерживание секторы, перс м е щеп с/лес а только в радиальном направлении относительно оси заготовки. Действие поджимающей силы на обойму реализуется упругими силами резинового кольца. Осаживают заготовку до получения необходимого диаметра части поковки длиной £ .

Если возникает необходимость изготовления в штампе поковки второго типа, то один из пуансонов заменяют на пуансон с плоским торцем без отверстия. При атом штамп можно использовать также для выполнения наборного перехода при операциях высадки гздочок большого размера на стержнях.

Исходную дяину заготовки диаметра с! для изготовления из нее 3-х стуие>гчвтой поковки определяют по соотношению

г» - гл + + х»'е/с14

Для поковок же второго типе длину заготовки рас<;ич<гыгя»? г:о ртей формуле, приняв в ней илк Са= .0.' .. .■ ., '.<

С целью опытного обоснования возможности получения указанных поковок были проведены опыты по осадке заготсьок из стали 30 диаметром <1 = 16,5 мм. Для получения поковки пегного типа применяли заготовку длиной 175 мм, а второго типа - -- 155 мм. Испытания проводили в устройстве второго типа, используй пси этом в качестве нагружающих пуансонов закаленные стальные кольца с соосным отверстием- диаметра d = 16,5 ми высотой = ?4 = 20 мм. Формообразований поковки первого типа производили осаживанием заготовки с двумч насаженными на ее концевые части кольцами, а поковки второго типа - с одним кольцом.

Представленные данные испытаний по осадке заготовок позволяют рекомендовать рассмотренную конструкцию штампа в качестве базовой при 1гроектировании соответствующей технологической оснастки в промышленных условиях.

Восстановление цилиндрических деталей

Во многих технологических оборудованиях шиооко применяются направляющие стойки (колонки). При этом эти детали подвергаются интенсивному износу, приводящему к недопустимому снижению точности работы оборудования. К классу интенсивно изнашиваемых деталей относятся также широко используемые в литейном произвог.стне центрирующие штыри. Множество таких штырей имеют ступенчатую форму. Как правило, все указанные детали имеют размеры с диаметром крепежной части с! с 3) , где X) - диаметр рабочей изнашиваемой части длиной Ц7/5]} .

Предлагается рассмотренные типы деталей восстанавливать осадкой, применяя при этом штампы, разработанные на базе представленных в разделе 2 устройств.

Следует отметить, что при приложении сжимающей силы Р к торцам стойки в первую очередь будут деформироваться ее концевые части диаметра с1 ■ В связи с этим обосновывается необходимость нагруженич детали через специальную матрицу, имеющую сросное отверстию диаметра с1 гнездо глубиной 1 = 2-3 мм и диаметром 3) = ]>ц+ Л , где Д - припуск на механическую обработку для получения посадочного размера ¡0„ рабочей части детали. Если в реставрируемой детали имеется галтель радиуса Я . то в матрице должна быть выполнена галтель с таким же радиусом.

В качестве основы при проектировании штамповой оснастки рекомендуется использовать устройства 2-го к 3-го мшов. Можно также применять для указанных целей и штамп для получения ступенчатых ПОКОРОК.

В работе рассматривается конструкция штампа, разработанная на базе устройства третьего типа, как наиболее приемлемая для"выполнения ремонтных рабо~ в условиях мелкосерийного производства. Штамп содержит все основные элементы указанного устройства и матрицу для приложения усилия к восстанавливаемой детали. Даны рекомендации для обеспечения нормальной работы штампа. Рекомендуется детали перед осадкой отжигать с целью увеличения их пластичности и уменьшите деформирующей нагрузки. £алее пластически осаженные детали подвергают механической и термической обработке для получения посадочного диаметра Х)н и необходимой твердости рабочей повврхнсстп.

При восстановлении птыреР. в нагружающем пуансоне устанавливают матрицу с коническим гнездом, соответствующим размерам конической части шТырей. Даются рекомендации по проектированию этой матрицы.

Для компенсации износа и припуска на механичеосую обработку достаточным является осаживание деталей до £ = 3-4 %. Поэтому изношенные детали можно подвергнуть реставрации данным способом 2-4 раза, если уменьшение длины их {гбочей части не будет влиять на работоспособность технологической оснастки.

С целы, опытного обоснования возможности пластической осадки ступенчатых деталей были проведены испытании образцов из стали 45 г размерами: 13= 16,5 мм, Н = 135 мм, с1 = Ю мм, = = 10 мм (длины концевых частей). Образцы были осажены до деформации £-57,. При этом диаметр деформированной части испытанных образцов оказался ранил- ¡6,94-16,99 мм, что свидетельствует о высокой степени 0,3 й) однородности деформированного состоя-нилуосахенных образцах.

Были проведены также испытания на осадку центрирующих штырей модельных плит и шарнирных пальцев компрессора тепловозного двигателя соответственно по заказу АО "Кусскагромаш" и Воронежского тепловозоремонтного завода. Результаты испытаний соответствовали требованиям заказчиков.

Представленные экспериментальные данные свидетельствуют о реальной возможности применения разработанных штампов для восстановления ступенчатых деталей пластической осадкой, имеющего в эколог-ческом отношении преимущество по сравнению с традиционными способами реставрации деталей. -

Разработанные конструкции штампов позволяют расширить технологические возможности процесса осадки и будут иметь большое практическое значение.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе осуществлено имеющая важное народнохозяйственное значение решение научной проблемы повышения эффективности процессов обработки давлением на основе разработки новых методов технологических испытаний материалов, необходимых для экспериментальной проверки моделей упрочнявшихся тел, определения характеристик сопротивления материалов пластическому деформированию, а такие расширения технологических возможностей процесса осадки.

Проведенные исследования позволяют сформулировать следушцие основные результаты и практические вывода.

1. Рассмотрена наиболее приемлемая для описания пластического состояния металлов при их обработке давлением предложенная Г.Бакхаузом иодель упрочняющего тела. На ее основе получены решения некоторых задач немонотонного процесса деформирования цилиндрических заготовок. При этой зиявлены такие эффекты, как восстановление изотропии прочностных свойств при немонотонном пластическом деформировании, увеличение предельной устойчивой деформации материалов при действии рэстягиваювдх напряжений, повышение предела текучести на сдвиг пластической деформацией растяжения (сжатия). Использование этих эффектов в обработке давлением позволит улучшать наследственные свойства материалов. Проведенная опытная проверка рассмотренных решений и эффектов показала достаточную адекватность модели Г.Еакхауза реалыым свойствам исследованных металлов, что позволяет рекомендовать ее к использованию в теории холодной обработки металлов давлением с целью оценки напряженно-деформированного состояния в формоябразуеиой детали, прогнозирования наследственных свойств материала поковок.

2. Исследованы свойства наследственной функции в модели Г.Бакхвуза, учитывающей влияние истории нагруяения на последующа процесс пластического деформирования. При этом установлено, что эта функция с ростом приращения накопленной деформации д е на рассматриваемом пути монотонного нагружения уменьшается, приближаясь к асимптотическому значении % » которое в зависимости

от свойств материалов может быть равным и нулю. В последнем случае при деформациях Л в Дбо = 0,06-0,15 влияние предшествующего пути деформирован* на новый процесс монотонного нагружения практически исчезает. Если же(Р0>0, то указанное влияние в какой-то мере, в зависимости от величины Яо » буА®"1, отражаться на налршенно-деформированном состоянии пластически формоизменяемо-го металла. Экспериментально выявлено, что функция ф практически не зависит от величины предварительной деформации и знака реверсивного нагружения испытуемого образца - "Р-С" или "С-Р" ири линейном напряженном состоянии. Эту функцию наряду, например с кривой течения, можно считать одной из важнейших характеристик сопротивления материалов пластическому деформированию. С помощью данной функции следует учитывать неследственные свойства материалов при оценке напряженно-деформированного состояния в детали в процессе ее формоизменения в условиях немонотонного нагружения.

3. Кайло дальнейшее развитие исследование по изучению эффекта Бауши-нгера. Дано опытное обоснование гипотезы Г.Б.Талыпова

о четной зависимости указанного эффекта от параметра Лоде при линейном напряженном' состоянии. Предложена методика оценки этого эффекта по результатам испытания на реверсивное кручение цилиндрических сплошных образцов. Получено соотношение для расчета параметра , характеризующего указанный эффект при лучевых путях нагружения в условиях плоского напряженного состояния.

4. Получено решение задачи увеличения прочности валов пластической осадкср. их заготовок на основе модели Г.Ьакхауэа. Дается методика расчета повюенного значения предела текучести и соответствующего ему крутящего момента. Экспериментально установлена независимость этой харектеристики прочности от знака деформирования заготовки ьела вдоль ее оси, что согласуется с данными расчете. Предложенный способ повышения несущей способности элементов конструкций может быть использован при изготовлении валов из незаквливаемьга металлов.

5. Дается теоретическое и опытное обоснование возможности пластического одноосного сжатия длинномерных цилиндрических и плоских образцов.

6. Разработаны новые способы оценки характеристик сопротивления материалов пластическому деформированию. Предложена методика построения диаграмм деформирования д* £ - 1,0, 'основанная на комбинированном испытании при одноосном сжатии длинномерных

и коротких цилиндрических образцов. Рассмотрены методики построения кривых течении для изотропных материалов с анизотропным упрочнением, ортотропных листовых материалов с изотропным упрочнением. Для ортотропных листов из алкминиево-литнеаых сплавов, существенно ив удовлетворяющих условиям принятой в модели Р.Хил-ла гипотезы о независимости диаграммы упрочнения от направления деформирования в плоскости листа, дано обобщеннее уравнение поверхности нагру^ения, приемлемое для описания с достаточной точностью пластического состояния указанных сплавов.

7. Разработаны новые конструкции'устройств, позбол>мпи,ие расширить виды технологических испытаний в обработке металлов давлением. Благодаря им появилась возможность практически реалиэо-вывать немонотонные процессы нагружзния с целью изучения свойств металлов при конечных пластических деформациях, опытной проверки различных моделей упрочняющихся тел, определения характеристик сопротивления пластическому деформированию с высокой точностью. Разработаны способы испытания образцов из листового материала в условиях простого сдвига и плоской деформации. Предложенные новые виды испытаний позволяют определять большее число параметров, характеризующих технологические и прочностные свойства как прутковых, так и листовых материалов. Они также дают возможность разрабатывать новые технологии обработки мьталлов давлением на основе, например, процесса осадки.

8. Для изучения свойств начально-анизотропных листовых материалов разработаны методы построения диаграмм сжатия и сдвига, позволяющие получать более широкую информации о технологических возможностях штампуемых листов.

9. Разработана методика построения Д1Д по опытным данным, полученным испытанием образцов на одноосное растяжение, растяжение в условиях плоской деформации, и гидроиспытаний. В случае построения Д]Д для прогнозирования разрушения листовых заготовок предложена методика расчета главных логарифмических деформаций

в растягиваемых образцах из ортотропнего материала. Рассмотрен также способ оценки Деформации разрушения в подвергнутых изгибу широких полосах.

ДО. Разработаны конструкции штампов для создания новых технологий обработки элементов конструкций осадкой. Они доют возможность осаживать длинномерные заготовки с целью увеличения диамет-

гш поковок, а также получения необходимых наследственных свойств материала последних. Применение их в обработке давлением позволит получать достаточно простой формы 2-х и- 3-х ступенчатые поковки деталей типа валов, осей, повысить качество высаживаемых головок большого размера на стержнях. На их основе предложена новая экологически чистая технология восстановления гладкой и ступенчатой формы длинномерных цилиндрических деталей. Использование указанных конструкций штампов в качестве базовых при проектировании соответствующей технологической оснастки в промышленности позволит существенно повысить эффективность в обработке металлов давлением.

II. Часть из полученных результатов исследования нашла практическое применение. Сна внедрена в Московском НйАТе, Институте сверхтвердых материалов АН Украины, АО "Курскагромаш", АО "АвтоВАЗ" (г.Тольятти), на Воронежском тепловозоремонтном заводе им.Ф.Э.берлинского, в Винницком политехническом институте, а также в учебном процессе в Воронежском государственном техническом университете.

Содержание диссертации изложено в 44 работах, из которых основными являются следующие:

1. Хван Д.В. Технологические испытания металлов. - Воронеж: Изд-во Воронежского университета, 1992. - 152 с. •

2. Хван Д.В. Пластическое сжатие длинномерных цилиндрических образцов // Заводская лаборатория. - 1989. - № 4. - С.103-104.

3. Хван Д.В. Устройство для испытаний плоских образцов на пластический сдвиг // Зячодская лаборатория. - 1992. - № 2. -С.51-52.

4. Хван Д.В. Устойчивость пластического растяжения анизотропно упрочняющихся тел // Известия Вузов. Машиностроение. -1992. - Я 4-6. - С.29-33.

5. Хван Д.В. Изотропное упрочнение начально-изотропных металлов и Изв. АН России. Металлы. - 1992. — № X- — С.171-175.

6. Хван Д.В. Анизотропное упрочнение при немонотонном деформировании /! йзв.Вузов. Металлургия. - 1993. - № 7. - С.33-36.

7. Хван Д.В. Пластическое сжатие длинномерных цилиндров // Проблемы прочности. - 1992. - }?■ 5. - С.39-44.

8. Хван Д.В. Экспериментальное исследование пластического сручения призматических стержней из упрочняющегося материала // 1эв. Вузов. Машиностроение. - 1973'. - № 3. - С.9-12.

9. Хван Д.В. Штамп для бсадки длинномерных цилиндрических ¡аготовок // Технология и организация производства. - 1991. -

i 4. - С.28-30.,

ДО. Хван ДЬВ. ycrpoflcTaq для испытания на сжатие длинномерных образцов. Шфоры.листок # 89-19 /Воронежский ЦНТШ. - 1989.

- 4 с. ;

11. Хван Д.В. Обработка деталей пластической осадкой. Ин-$орц.листок № 161-92 /Воронежский ЦНТШ. - 1992. - U с.

12. Хван Д.В. Штамп для восстановления пластической осадкой длинномерных цилиндрических деталей. Инфоры.листок # 266-93 / Воронежский ЦНТШ. - 1993. - 3 с.

13. Хван Д.В., Осипов В.П., Бочаров В.Б. Способ испытания листовых материалов на сжатие и устройство для его реализации // Заводская лаборатория, - 1988, - № 3. - С.75-76.

14. Хван Д.В., Томилов Ф.Х., Свиридов С.И. Оценка эффект« Бауиингера по результатам испытаний на' реверсивное кручение // Заводская лаборатория. - 1977. - # I. - С.100-Ю1.

15. Хван Д.В., йеяезняков Ю.А. Сдносбразцоьый способ исследования эффекта Ваузшнгвра // Прикладные задачи механики сплошных сред. Воронеж: Изд-во ВГУ. - 1988. - С.61-62.

16. Хван Д.В., Бочаров В.Б. Испытание длинномерных образцов на пластическое сжатие // Заводская лаборатория. - 1989. - tf I.

- С.ДО1-ДО2.

17. Хван Д.В., Розенберг-O.A., Цеханов Ю.А. Исследование деформационной анизотропии металлов при немонотонном пластическом деформировании в условиях линейного напряженного состояния // Проблемы прочности. - 1990. - № 12. - С.53-56.

18. Дэль Г.Д., Хван Д.В., Балакирев А.Н. Об устойчивости пластического растяжения анизотропно упрочняются тел // Изв. Вузов. Машиностроение. - 1983. - С.8-9.

• 19. Хван Д.В., Толстов С.А., Попов С.П., Томилов Ф.Х. Испытание ha растяжение образцов листовых материалов при стеснении поперзчной деформации // Заводская лаборатория. - 1993. - № 7.

- С.44-46.

20. Хван Д.В., Железняков Ю.А. Устройство дня испытания материалов на сжатие // Заводская .лаборатория. - Г984.-1? 7. С.78-79.

21. Хван Д.В., Пешков Е.В. Штамп для осадки длинномерных ваготовок // Кузнечно-штамповочное производство. - 1993. - JÎ 2. -С.27-29.

22. Хван Д.В., Пешков Е.В. Применение процессов осадки в восстановлении длинномерных деталей // Кузнечно-штамповочное производство. - 1993. - № 9. - С.23.

23. Дель Г.Д., Толстов С.А., Хван Д.В. Влияние анизотропии на сопротивление пластическому деформированию алюминиево-литиевых сплавов // Кузнечно-штамповочное производство. - 1994. -9 2.-С.б-9.

24. A.c. » I4II624 СССР, МКИ G Ol /V3/08. Устройство для испытаний на пластическое сжатие длинномерных образцов // Д.В.Хван и др. - » 4150538 от 19.08.66, опубл. 23.07.88. - Бюл. » 27.

25. A.c. » 1654724 СССР, МКИ G 01 //3/24. Устройство для испытаний плоских образцов на сдвиг // Д.В.Хван. V 4641383 от

25.01.89, опубл. 07.06.91. - Бюл. № 21.

26. A.c. » 1726167 СССР, МКИ G 01 //3/08. Устройство для пластического сжатия длинномерных деталей // Д.В.Хван и др. -» 4797073 от 28.02.90, опубл. 15.05.92. - Бш. » 34.

27. A.c. W 1745492 СССР. МКИ В23 Р6/00, B2I 9 5/08. Устройство для осадки заготовок // Д.В.Хван и др. - Я 4803635 от

20.03.90, опубл. 07.07.92. - Еюл. » 25.

28. A.c. » 1756368 СССР. МКИ С 21D7/00. Способ упрочнения металлов // Д.В.Хван - » 48Ц792 от 09.04.90. - Опубл. 23.08.92,

- Бюл. »31. '

29. A.c. » 1809360 СССР. МКИ SOI //3/20. Устройство для испытаний на пластический изгиб образца из листового материала

// Д.В.Хван и др. - » 4908825 от 07.02.91. - Опубл. 15.04.93. -Бюл. » 14.

30. A.c. » I8I0785 СССР, МКИ G 01 //3/08. Устройство для испытания на сжатие тонких образцов листового материала // Д.В.Хван. » 4930882 от 22.04.91. - Опубл. 23.04.93. - Бюл. » 15.

31. A.c. » I8I0786 СССР. МКИ Q01 //3/08. Устройство для испытания на прочность при пластическом сжатии длинномерных образцов // Д.В.Хван. » 4934248/28 от 05.05.91. - Опубл. 23.04.93.

- Бш. » 15.

32. A.c. tf I8I4960 СССР. МКИ B2I 3 13/02. Устройство для штамповки ступенчатых валов // Д.В.Хван и-др. и 4929577/27 от

18.04.91, - Опубл. 15.05.93. - Бюл. }? 13.