автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Вытяжка с утонением стенки и обратное выдавливание заготовок из анизотропного упрочняющегося материала

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ВИЯНКА С УГСНШШ СТЕНКИ И ОБРАТНОЕ ВЗД/ЛШШЩ. ЗАГОТОВОК 113 АНИЗОТРОПНОГО УПРОЧНЯЮЩЕГОСЯ МАТЕРИАЛА

Специальность 05.03.05 - процессы и ыашшш обработки

давлением

Автореферат

диссертации на аоискание ученой степени кандидата технических наук

РГб од

•: О Г'"' V

На правах рукописи

Тула - 1994

Работа выношена в Тульском государственном техническом университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор С.П.ЯКОВЛЕВ

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.М.ЛЯЛШ

кандидат технических наук А.В.КОНОВАЛОВ

Ведущая организация - НПО "Сплав"

Защита состоится " 5 О « июня 1994 г, в М час • на заседании специализированного совета К 063.47.03 Тульского государственного технического университета (300600, г.Тула, ГСП, проспект им.Ленина, 92, 9-101), ,

О диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного технического университета.

Автореферат разослан " мая 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к.ф.-м.н., доцент- • / В.И.Желтков

ОБЩАЯ ХАРМТЕгаСТШСА РАБОТЫ

Актуальность теш. В различных отраслях промышленности широк о э распространение нашли цилиндрические изделия с толста.! дном и тонкой стенкой, а также детали типа полых цилиндров, имеющих наружные и внутренние полости с утолщениями на торцах, которые могут быть подучены прогрессивными методами обработки металлов давлением, такими как 'глубокая вытяжка, штяяпа с утонением стенки, обратное выдавливание.

В результате пластической деформации достигается не только необходимое формоизменение, но и формируются необходимые механические свойства (предел.текучести, предел прочности, показатели пластичности) в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации.

Эти задачи следует решать при минимальном количестве технологических операций с обеспечением необходимой надежности эксплуатации этого изделия. В ряде случаев требуется получение различных механических свойств по высоте изделия и направлению действия максимального нормального напряжения.

Материал заготовят?, подвергаемых штамповке, обладает анизо-. тропией механических свойств, обусловленной маркой материала и технологическими режимами его получения.

. Анизотропия механических свойств материала заготовки оказывает влияние на силовые и деформационные параметр^ процессов пластической обработки, предельные степени деформации'и качество получаемых изделий.

При пластической деформации начальная анизотропия механических свойств заготовки изменяется, что подтверздается экспериментальными исследованиями. •

Модель•изотропного упрочнения ортотропното тела, предложенная Р'.Хиллом, не дает объяснение этим данным.

Для рационального ведения технологических процессов обработай металлов давлением с целью формирования наперед заданных механических свойств изделия необходимо иметь развитую теорию пластического деформирования ортотропного тела, учитывающую анизотропное упрочнение материала.

Работа выполнена в соответствии с Российской научно-технической программой "Ресурсосберегающие технологии машиностроения"

(приказ Госкомитета РСФСР по делам науки- и высшей школа Л 224 от 19.03.91) раздел "Разработка научных Основ высокопроизводительных, ресурсосберегающих технологических процессов обработки металлов давлением'на базе рационального использования -свойств анизотропии", заказ-нарядом Щ ВО К> "Повышение эсЕфек-тивносги изготовления товаров народного потребления',' а также по хозяйственным договорам с рядом предприятий'Россия..

Цель работа. Учет анизотропного упрочнения ортотропного материала при проектировании технологических процессов вытяк-. ки с утонением стенки и обратного выдавливания трубной заготовки с целью их интенсификации и прогнозирования механических свойств-материала изделия.

Автор загадает математические подели анизотропного упрочнения начально ортотропного' материала, результаты теоретических исследований процессов вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания трубной загрговки йз анизотропного материала, экспериментальный комплекс для определения механических свойств материала, результаты -экспериментальных исследований по определению параметров начальной анизотропии механических свойств и деформационного упрочнения .алюминиевого сплава АМг2М, латуни 168,. сталай 08КП и ст.ЗСП, экспериментальные зависимости изменения. пределов текучести, пределов'прочности и коэффициентов"анизотропии от угла конусности матрицы ^степени деформации при ватяжке с утонением стёнки латуни ЛБ8, программное обеспечение теоретических расчетов и обработки экспериментальных результатов.

Научная новизна.

I. Сфо'рмулщровани законы анизотропного упрочнения начально ортотропного материала, которые связаны с неоднородным расширением поверхности нагружения в пространства напряжений от ряда энергетических параметров упрочнения при значительных пластических деформациях.

■2. В результате теоретических исследований установлены закономерности изменения силовых и деформационных параметров, предельши возможностей формоизменения и ожидаемых механических свойств получаемого изделия при вытяжке с утонением

стенки л обратном выдавливании трубной заготовки от начальной анизотроши механических свойств, характеристик анизотропного упрочнения, геометрических параметров инструмента, условий трения на контактных поверхностях.

3. На базе математической статистики и теории планирования факторного эксперимента созданы математические модели изменения анизотропии механических свойств латуни Л68 в процессе вытяжки о утонением стенки от степени деформации и геометрии матрица.

Методн.исследования. Теоретические исследования силовых И деформационных параметров при щтяжке о утонением стенки и обратном выдавливании трубной заготовки выполнены на базе теории пластичности ортотропного упрочняющегося тела. Анализ процессов реализован численно методом конечных разностей с использованием персональных ЭВМ. При проведении экспериментальных исследований использованы современные испытательные малины, регистрирующая аппаратура, а обработка экспериментальных результатов выполнялась на базе метода планирования многофакторного эксперимента и математической статистики. •

Практическая ценность и -реализация работа. Создан экспериментальный комплекс для определения изменения коэффициентов анйзотропии и сопротивления материала деформиройанию яри рао-Тяжении плоских образцов на базе испытательной машины УМЭ-ЮТМ о применением системы автоматизированного сбора информации на основе аналого-цифровых преобразователей и микро-ЭШ.

На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по ведению технологических процессов внтяЖки с утонением стенки и обратного выдавливания начально ортотрбпного анизотропно упрочняющегося материала. Эти рекомендации использованы при разработке нового технологического процесса изготовления точных.здготойок типа полых цилиндров, имеющих внутренние полости, методом обратного выдавливания йместо традиционной технологии - токарной }бработки. Внедрение его позволит значительно снизить трудо-эМкость и на II % уменьшить металлоемкость детали. Результа-!ы работы также использованы при совершенствовании технолога-твского процесса изготовления изделия с толстым дном и тонкой

е

стопкой. Внедрение, в производство позволит сократить технологический цикл на 6 опораций, снизить энергоемкость и трудоемкое хь на 30 % по сравнения с существую®^ технологическим процессом.

Некоторые вопроси научных исследований включены б отдельные раздрлы лекционных курсов "Теория обработки металлов давлением" и "Технология холодной штамповки", а также использованы при выполнении курсовых л .дипломных проектов.

Апробагия габотн. Результаты исследований дсла-даи на Всесоюзной научно-технической конференции "Конструктивно-технологические метода пошшения надежности и их стандартизации" (г.Тула, 1988 г.), на Республиканской научно-технической конференции "Вопросы развития технологии, оборудования и автоматизации кузночно-штажювочного производства" (г.Тула,1989 г.), на научно-технической конференции "Прогрессивные технологические процессы изготовления деталей типа труб с применением катодов обработки металлов давлением" (г.Ижевск, 1989 г.), на Всероссийской научно-технической конференций "Математическое моделирование технологических процессов СЦД" (г.Пермь, 1990 г.), на научно-техническом семинаре "Прецезионные технологические процессы объемной штамповки" (г.Ижевск, 1990 г.), на научно-технической конференции "Новое в кузнечно-штамловочном производстве" (г.Челябинск, 1992 г.), на Республиканской научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" (г.Москва, 1993 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного технического университета (г.Тула, 1984-1994 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.

Структура и объем работы..Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, списка литературы, приложения: Работа выполнена на ИЗ страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 6 таблиц, список литературы из 173 наименований. Об'дий объем работа 228 страниц.

СОДЕРЖА!®: РАБОШ

Во введении обоснована актуальность теш исследований, ее наушная новизна, практическая ценность работы и кратко раскрыто содержание разделов диссертации.

В первой главе выполнен анализ современного состояния теории пластического деформирования анизотропного материала, существующих методик определения характеристик анизотропии, влияния'анизотропии механических свойств материала на напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые резкими и предельные степени-деформирования в процессах обработки металлов давлением. Рассмотрены существующие модели анизотропного упрочнения материала., феноменологические модели разрушения.

Значительный вклад в развитие этого вопроса внесли советские и.зарубежные ученые С.И.Губкин, Г.Закс, Р.Хилл, Б.А.Попов, Д.А-.Шофман, А.Г.Овчинников, А.М.Дмитриев, И.П.Ренне, В.Д.Го-ловлев, Л.Г.Степанский, А.Д.Матвеев,.Г.Д.Дель, Ф.И.Рузанов, С.П.Яковлев, В.Д.Кухарь, Ф.В.Гречников, Ю.М.Арышенский и другие.

На основе,проведенного обзора работ установлено, что начальная анизотропия механических свойств материала заготовки оказывает существенное влияние на силовые и деформационные параметры процессов пластического деформирования и на качество получаемых изделий. Она может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на процессы деформирования.

В процессах пластического формоизменения начальная анизотропия механических свойств изменяется и зависит от режимов обработки.

Наибольшее- распространение среди теорий пластичности орто-тропного материала при анализе процессов обработки металлов давлением наша теория течения анизотропного материала Мизеса -Хллла, которая, однако, не учитывает анизотропное упрочнение материала.

. Большинство существующих теорий анизотропного упрочнения начально изотропного и анизотропного тела основаны на изотропном расширении и перемещении поверхности нагружения в пространстве напряжений. Они разработаны для малых упруго-пластических деформаций и не в полной мере удовлетворяют экспериментальным данным при больших деформациях.

в

На основе этого в работе поставлены следующие основные задачи:

- формулировка законов анизотропного упрочнения начально ортотропного материала, которая связана с неоднородным распире -плем поверхности нагрукенш в пространстве напржишй при значительных пластических деформациях;

- разработка методики и проведение экспериментальных лссле-диванвй для нахевдения параметров начальной анизотропии механических свойств и деформационного упрочнения ряда материалов, трок о используемых в промышленности;

- создание экспериментального ксшлеиса для регистрации извинения кооффавдентов анизотропии и сопротивления материала пластическому деформированию при растщшния плоских образцов;

- теоретические п экспериментальные исследования силошх

а деформационных параметров, предельных .возможностей формопэш-нокия. и формирования механических свойств изделия.при штатае с утонением стенки ортотропного анизотропно-упрочняющегося материала;

- теоретические и экспериментальные исследования процесса обратного вадаЕливаний трубной заготовки из ортотропного материала с анизотропным упрочнением;

- разработка рвшдавдаявй по ведению технолог"ЧвскЕх процессов вшмша с утонением стенки и обратного ндашлитяш начально ортотропного анизотропно упрочювдегося материала. Использование результатов исследований при создании нового и со-вариекстБОвапяп оущвстоутадяг в промкшенности техяояотоских процессов. '

Во., второй главе изложена разработанная математическая модель анизотропного упрочнения начально ортотропного тола, приводится методика и результаты экспериментальных исследований для нахокдения Параметров начальной анизотропии механических свойств и деформационного упрочнения ряда материалов, шроко используемых в промышленности.

Материал принимаем несжимаешм, костнопластическим, ерто-тропнам, для которого справедливы условия текучости Ыизоса -Хилла

г. й г. (I)

и ассоциировавши закон тёчештй

где {- , & , Н , Ь , М , М ■- параметры, характеризующие текущее состошпю анизотропии; - компоненты тензора напряжений в главных осях •анизотропии;. - компонента приращения гецзора деформаций; Д ' - коэффициент пропорциональности. Здесь А . У > ^ - главные оса' ягшзотрошп.

Параметры анизотропии ¥ , Б- , Н ,Ь,М , Н связаны с величинами сопротивления материала пластическому де-форгаровагаго сдвдуюдая евотношекйшн.

Где , и - величины сопротивления материала

пластическому дефорлированпю при растяжения в главных осях глтзо-трЬпии, а , Т5Ч» -величины сопротивления

материала пластическому' деформированию при сдвиге по отношению к главным осям анизотропии.

Взличшш коэффициентов анизотроште , и могут быть .вычислены через параметр!. анизотропии 1" , & , И , N следующим образом •

Р0=Н/&; Нча= Н/р; + (4)

Изотропное упрбчнениз - простейшая модель упрочнягашзгося тела. Она'реализуемся в. предположзшш, что поверхность нагруяе-1!Ия расширяется .подобно катальной пО£орхностн текучести. Б этом случае предела текучесга расту г прспорадонально 'одному-параметру упрочнения,и состояние анизотропии не. изменяется.

Рассмотрим некоторые воэмооцме • матемйТичоские модели анизотропного.' упрочнегшя..'

Допустим, что' поверхность нагружетя не перемещается в пространстве напряжений, а.анизотропно расширяется во всех направлениях.

21= ф

54« '

V

»

(3)

2ГЫ/Т

5ХЦ »

Примем, что сопротивление материала пластическому деформированию в направлениях главных осей анизотропии X , у , 2 и при сдвиге в главных осях анизотропии зависят от параметров упрочнения £

= (5)

где б'тц - пределы текучести в соответствующих направлениях; - функции, зависящие от параметра упрочнения £ ;

(Ц^С&Л^ 0,0СИвгу ; ¿£м -приращения

компонент тензора деформации в главных осях анизотропии.

Следует отметить, что такая модель анизотропного упрочнения не всегда отражает реальное изменение характеристик анизотропии механических свойств в процессах пластического формоизменения.

Введение элемента направленного деформирования в главных осях анизотропии позволяет объяснить особенности изменения механических свойств материала в процессе пластического формои'змене-' ния.

Примем, что сопротивление материала пластическому деформированию в направлении главных осей анизотропии зависит от параметров двух видов упрочнения ^ и £ , а сопротивление материала пластическому деформированию при чистом сдвиге в" главных осях анизотропии - от одного параметра упрочнения £ .

В этом случае величины сопротивления.пластическому деформированию будут Подчиняться следующим соотношениям:

где , р3ц(|) • Р2и(£а)-функции, зависящие

от параметров упрочнения ^ и ^ .. соответственно;

Часто удобно указанные функции аппроксимировать, например, для сопротивления материала пластическому деформированию в направлении главной оси анизотропииХзаеисимостью вида';

О.

8*

= ' (7)

где коэффициенты вх и С, . показатели степени П, и ГПХ определяются с использованием метода наименьших квадратов.

Для некоторых материалов экспериментальные данные нельзя описать зависимостью (7). В этом случае, как показала обработка опытных данных, удобно представить сопротивление пластическому деформированию, например, в направлении оси анизотропии X в следующем виде:

где ~ Функция, зависящая от параметра упрочнения £ .

Следует отметить, что модель анизотропного упрочнения при отсутствии членов Г2. х , и Р2.2 ' в соотношениях

(6) переходит в модель анизотропного упрочнения от одного параметра | , а в случае равенства И, = Ич = = = = = Р'!^ - в модель изотропного упрочнения.

Функций ,■ входящие в-, вышеуказанные соотношения (5) и (6), предлагается определять на основе результатов экспериментальных исследований по одноосному растяжению щгоских образцов, шре-занных под углбм .0, 45 и 90° к направлении прокатки; осадки цилиндрических образцов стопкой, вырезанных по голицще листа; осадки'призматических образцов, даразащшх в направлении прокатки под углом 45° к нормали плоскости листа.

Для оценки изменения истинного сопротивления материала пластическому деформированию и коэффициентов анизотропии' с ростом степени деформации при одноосном растяжении плоских образцов создан автоматизированный комплекс на базе универсальной испытательной машины типа УМЭ-ТОШ. Предлсяено регистрацию продоль-шх а поперечных деформаций,'усилйй й процессе одноосного растяжения плоских образцов осуществлять' с применением систеш автоматизированного сбора информации на основа аналого-цифрошх преобразователей и' микро-ЭВМ. ■ : '■ '

Определены характеристики анизотропии механических свойств при плоском напряженном состоянии и плоском деформированном состоянии и константы функциональных зависимостей сопротивления ' материала пластическому деформированию' для стали 08КП, стали Ст.ЗСП, алюминиевого сплава АМг2М и'латуни 163 по выше предложенной системе опытов. • ,

Подученные результаты показали, что у всех исследуемых материалов коэффициенты анизотропии в рамках равномерной

деформации и характеристика анизотропии 5>с" в условиях плоской деформации существенно зависят от степени деформации образцов.

Третья глава посвящена теоретическому анализу силовых и деформационных параметров, предельных степеней деформации в процессах вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания ортотропной трубной заготовки. Разработан алгоритм расчета силовых параметров, ожидаемых механических свойств получаемых изделии предельных степеней деформации исследуемых технологических процессов и создано программное обеспечение для персонального компьютера 1ш РС. .

■ Рассматривается процесс вытяжки с утонением стенки при установившемся течении начально анизотропного, анизотропно упрочняющегося материала через коническую матрицу с углом конусности оС и коэффициентом утонения (тц, = 84/20 (рис.1). Здесь Б0 и - толщины заготовки и'полуфабриката соот-

ветственно.

В качестве осей координат принимаем главные оси анизотропии, одна из которых X совпадает с условно главным направлением осевого напряжения <5Х (с образующей пуансона).

Предполагается, что процесс вытяжки с утонением стенки протекает в условиях плоской деформации. На контактных границах реализуется закон трения Кулона.

Величины осевого <3, и контактного <3К напряжений в очаге пластической деформации определяются путем совместного решения приближенного уравнения равновесия для элемента очага пластической деформации (рис. I, а)

¿0, Оо-а-хно*,) _<3^*10=0 о)

и приближенного условия текучести

(ю)

где С - характеристика анизотропии в условиях плоской деформации, которая связана с параметрами анизотропии F , G , Н , М выражением: '

с = 1-li(F+&)/(2(FCr + GrH + ttF)); <и>

Ь ; JU„ и JUM - коэффициенты трения на

контактных поверхностях пуансона и матрицы; - сопротивле-

ние пластической деформации при сдвиге в плоскости

Параметры анизотропии F , & , Н и М определяются через величины сопротивления пластическому деформированию материала по известным соотношениям (3), а коэффициенты анизотропии R^ и характеристика анизотропии „С" находятся по выражениям (1) и (II) соответственно.

IIa входе и .шходе из очага пластической деформации учитывается приращение осевого напряжения за счет дополнительной затраты Мощности на изменение направления течения материала. Дня оценки эффектов упрочнения за чается кинематика точения материала соотношениями •

4= :V0S0/[$0-(t-xH9*];

которые удовлетворяют условию'несжимаемости п граничным условиям в скоростях течения.

Подобный Подход к решению задачи реализован при теоретическом анализе процесса обратного выдавливания ортотропной анизотропно упрочняющейся трубной заготовки.

Показано, что характер упрочнения'вместе с начальной анизотропией -механических свойств материала оказывает существенное влияние на силовые я деформационные параметры процессов вытяжки с утонением стейки и обратного надавливания трубной заготовки. Относительные величины осевого напряжения в стенке заготовки и усилия для исследуемых процессов с увеличением степени деформации возрастают. Выявлены оптимальные углы конусности матрицы.или нуансона. С увеличением степени деформации и коэффициента трения оптимальные угли конусности матрицы (пуансона) смещаются в сторону больших углов. ■ •

В результате.исследований выявлено, что основное влияние на изменение анизотропии механических свойств материала заготовки оказывает 'степень деформации процесса (рис. 2,3). На этих, графиках сплошными ляшгаш 'показаны относительные величины коэффициентов анизотропия ^ , вычисленные по четирехпаралотричес-кой модели анизотропного упрочнения, штриховыми - по одноцара-метрячеокой модели -при обратном выдавливании трубной заготовки из стали 08КП и сплава АМг2Г,1 соответственно.

В процессе-'пластяческой деформации вид начальной кривой • зависимости пределов текучести от утла вырезки' образцов из развертки Изделия мокет изменяться. Характер изменения коэффициентов 'анизотропии при одноосном раотякенни молот ко совпадать с законом азменещш этих величин в рассматриваемых процессах. С увеличением степени деформации коэ&едпэнтк анизотропии Рл Могут возрастать, уменьшаться и иметь сложный характер изменения. Условия..трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки, утол конусности, матрицы или пуансона не оказывает существенного влияния на изменение' величин коэо'о'лциенгов анизотропии в процессе деформирования.

Предельные возможности процесса вытяжки с утонециом стенки оценены-'но максимальной величине растягивающего напряжения на выхода-из очага пластической деформации, а при обратном надавливании трубных'заготовок До величин осевого -сжимающего напряжения на входе в очаг пластической деформации. Установлено, что

\ \ \ \ V \ \ \ u?í Í

A \ V Vj \ \ l —.—. с

t r-v ,Ц / i«. ... \ \ \ l \\ft VJi \ i ji -— «: --1^»

о •

СО СО M •

«О

ii

-1

Л / M 1 1 1 XI

/ F4 . <sj if

71 / ÍÍ +- I. t ... ! * •>

CQ g

M CNJ

Я о

MÄ

увеличение утла конусности матрицы при вытяжке с утонением стенки приводит к уменьшению предельной степени деформацииИзменение условий трения на контактной поверхности пуансона существенно влияет на предельные величины коэффициентов'угонэнкя. С увеличением коэффициента трещи на пуансоне снижается продельное значение коэффициента утонения. Этот эффект проявляется в большей степени на малых углах конусности матрицы.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям изменения анизотропии механических свойств латуни-168 в процессе штяжки с утонением стенки и определению предельных степеней деформации при обратном выдавливании трубной заготовки кз стали 10.

Вытяжке с утонением стенки подвергались заготовки, полученные комбинированной вытяжкой с-последующим отжигом, имеющие наружный диаметр 101,6 мм, с постоянной по высоте толщиной стенки 12 1ш.

Исследовалось изменение' относительных величин условного предела текучести <50Л(1 ,_времениого сопротивления ' 66р и коэффициента анизотропии" в направлении образующей стакана . ( у> е 0°) ив перпендикулярном ей направлении. ( §> = 90°): ,

где , <5"£' в К"' ! < \ ' в Я» -

условный предел текучести, временное сопротивление и коэффициент анизотропии исходного, материала заготовки и после операции вытяжки с утонением стенки соответственно.

В качестве основных факторов шбрайы коэффициент утонения (Л и угол конусности матрицы оС . Эти фактора изменялись в следующих пределах: ГП5, = 0,7...0,9 и £ = 6...30°..

Математическая модель, изменения анизотропии механических свойств реализовала с-ломощЬю плана Хартли.'-

Эксперименты проводились на гидравлическом прессе П459.'Постоянными душ всех опытов были следуйцае параметр инструмента: радиус закругления кроши пуансона' Р„ = 20 г.™л; высота рабочего пояска матрицы Ьи = '5 ма; диаметр пуансона (!„ = 77,6 мм. В качестве смазки применялось - кидкор мыло с 3 % содержанием жировых кислот,.

Механические характеристики материала заготовки и изделия определялись путем растяжетщ плоских образцов, шрэзашшх из внутреннего слоя развертки стенки стакана в направлении образующей стакана и ей перпендикулярном направлении.

Величины коэффициентов анизотропии определялись

при максимальной равномерной деформации образца.

При родом шраг.онпя для определит я олидаешх величин коэффициентов анизотропии

О, <!2G ■!■ 0,237X, -¡- О.О-iXj, + 0,230 + 0,015X, >(.,-0,07/^

a i

< !\чо- 1,421 - 0.205П, - 0,031, + 0,024К, + 0,09KJZ- 0,07''ч ,

где

,Vims<-0,?)/0,£; Х^ (*-■№')/12°.

Подобные зависимости получены также для оценки изменешш условного придела 'текучести и временного сопротивления при Faтяжке с утонением стенки.

Как и в теоретических исследованиях показано, что основам птияние на асследуетеа механические харанторястпта оказы&чет даэф'рицизнт утонения illS) .

Возможности процесса обрам ого шдавливаииа ограничиваются шгникаащоЛ потерей устойчивости трубной заготовки, обраэошнп-li наплыва металла перед пуансоном и допустимым измененном голщшш стенки L'U'pTOBitn (но техническим условиям). Эта ограли-'аьищив факторн связаны со степенью деформации при обратном v.лдаашв&лши с = S/b„ , углом конусности пуансона << л относительной высотой заготовки i0/sa . Здесь 50 и S толщина трубной заготовки до и после деформации соответственно.

С цедь:Э вшшлеши степени деформации и угла конусности пуансона, оЗеспечиващих недехкоо протекание процесса, били проведшш оксиерткшташшв исследованяя по шдавлившш» и осадке заготовок длиной tB = 200 мл из калибровашей холодно катанной трубы 0 121x6 из стали 10. Геометрические размеры заготовки обусловлены конкретной технологией получения изделия.

Углы конусности пуансона изменялись в пределах 10...SO0 с шагом 10°, а при обратном выдавливании степень деформации изменялась в пределах 0,1...О,7.

Эксперименты по выдавливанию трубной заготовки показали, что процесс выдавливания со степенями деформации > 0,5

без дополнительного подпора стенки заготовки приводит к потере устойчивости стенки при всех исследованных углах конусности дуансона «С = 20..-.80°. При £ < 0,5 и оС > 30° наблюдался нашшв металла перед пуансоном. Поэтому устойчиво Процесс обратного выдавливания реализуется в рамках исследован1ШХ технологических параметров при £ 6 0,35 и углах конусности пуан- • сот оС = 10...30°.

В пятой главе на основе' проведенных теоретических и акс-нериыентальшх исследований разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания начально ортотрогшого анизотропно < упрочняющегося материала.

Разработанные рекомендации использованы при интенсификации существующего технологического процесса изготовления изделия с толстым дном-и тонкой стенкой, а также при создании нового технологического процесса получения точной заготовки с внутренними полостями из трубной заготовки. Внедрение предложенных технологических процессов в промышленность позволит значительно сократить технологический цикл, снизить энергоемкость и трудоемкость изготовления данных деталей и пощсить коэффициент использования металла.

.Результаты научных исследований использованы при научно-исследовательской работе студентов, при выполнен;«*; курсовых и дипломных проектов, а также в ряде лекционных курсов.

. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДУ

Настоящая работа является законченной научно-исследовательской работой' по решению важной народнохозяйственной задачи - повышению эффективности технологических процессов и прогнозированию механических свойств материала изделия, получаемого операциями штяжк'и с утонением стенки и обратным выдавливанием трубной заготовки, за счет рационального использования анизотропии механических свойств материала заготовки.

В процессе.теоретического и экспериментального исследований получены следующие результаты:

I. Предложены математические модели анизотропного упрочнения начально орготропного тела, которые основаны на условии ■ текучести Мизеса - Хилла, в предположении о неоднородном расши-

рении поверхности погружения в шестимерном пространстве напряжении, связанных с главный! осягт?! анизотропии.' Вводятся энергетические параметры упрочнения. Рассматриваются одно- и четы-рехпараметрические модели анизотропного упрочнения, изменения характеристик анизотропии механических свойств в процессах пластического формоизменения. Связь медцу компонентами напряжений и приращениями деформаций устанавливается кз ассоциированного закона течения.

2. Разработана методика экспериментального определения параметров функциональных зависимостей сопротивления материала пластическому деформированию листового материала на основе результатов экспериментальных исследований по одноосное растяжению плоских образцов, вырезанных под углами 0, 45 п 90° к направлению прокатки; осадке круглых образцов стопкой по толщине листа; осадке призматических образцов, вырезанных в направлении прокатки под углом 45° к нормали плоскости листа. Подучены данные о характеристиках анизотропии ряда материалов: стали 05КП, стали Ст.ЗСП, алюминиевого сплава АМг2!Л и латуни Л53.

.3. Создан экспериментальный комплекс для регистрации изменения коэффициентов анизотропии и сопротивления материала пластическому деформированию при растяжении плоских образцов.

Показано, что для всех исследуемых материалов коэффициенты анизотропии существенно зависят от степени деформации образца в рамках равномерной деформации. Интенсивность изменения коэффициентов анизотропии уменьшается с ростом степени деформации, особенно при больше 10...15 %. Величины коэффициентов анизотропии с увеличением степени деформации возрастают для сталей 081ОТ и Ст.ЗСП и уменьшаются для алюминиевого сплава АЫг2М-и латуни Л63.

Характеристика анизотропии в условиях плоской деформации "С" также■существенно изменяется в процессе пластической до-формации.

4. Выполнен теоретический анализ процессов штякки с утонением стенкя'и обратного надавливания трубной заготовки из орготропяого анизотропно упрочнявдогося материала. Установлено влияние технологических параметров (степени деформации, геометрических характеристик инструмента, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки), характеристик начальной анизотропии механических свойств заготов-

20 ; кц и анизотропного упрочнения на силовые режимы процессов (усилие, напряжение в стенке заготовки),. на изменение анизотропии механических свойств материала заготовки и предельные возможности формоизменения рассматриваемых технологических процессов.

Выявлены оптимальные углы конусности матрицы или пуансона. С увеличением степени деформации и коэффициента трения оптимальные углы конусности матрицы (пуансона) смещаются в сторону больших углов. Показано, что'основное влияние на изменение анизотропии механических свойств материала заготовки оказывает степень деформации.

Установлено, что увеличение угла конусности матрицы приводит к уменьшению предельной степени деформации.

5. На основе экспериментальных исследований методами математической статистики и теории планирования факторного эксперимента построены математические модели изменения условного предела текучести, временного сопротивления и коэффициента анизотропии в направлении образующей стакана и в перпендикулярном

ей направлении в зависимости от коэффициента утонения л угла конусности матрицы при вытяжке с утонением стенки латуни Л68. Как и в теоретических исследованиях показано, что основное влияние на исследуемые механические характеристики оказывает коэффициент утонения (Т) .

Выполненные экспериментальные исследования показали, что технологический процесс обратного выдавливания осуществляется надежно при степенях деформации £ & 0,35 й. углах конусности цуансона оС = 10...30°.

6. Разработанные рекомендации использованы при интенсификации существующего технологического процесса получения..изде-лля с толстым дном и тонко! стенкой и создании нового технологического процесса получения точных заготовок типа полого цалиадра, имеющих, внутренние полости. Материалы диссертационной работы применены в учебном процессе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДГОСЕРТАЩИ ОТРАЖЕНО В ПУБЛШВДЯХ:

Г. Яковлев С.С., Чон Б.С., Арефьев В.М. Влияние анизотропия механических свойств материала на силовые параметры и предельные коэффициенты утонения'при вытйзрке с утонением // Исслед. в обл. пластичности и обраб. металлов давлением. - Тула: ТПИ, 1986. - С. 59-62.

2. Яковлев С.С.,Арефьев В.М. Получение цилиндрических: изделий с заданными механическими свойствами // Конструктивно- , технологические метода повышения надежности и их стандартизация: Тез.докл. Всесоюзной научн.-техн.конф. - Тула, 1988. -

С.108.

3. Яковлев С.С.,Арефьев В.М. Изменение коэффициента анизотропии латуни в процессе вытяжки с утонением стенки // Исслед. в обл.пластичности и обраб. металлов давленаем. - Тула: ТулПИ,

1988. - С.25-30.

4. Яковлев С.С.,Арефьев В.М. Об анизотропном упрощении материала при одноосном растяжении // Оптимизация металлосбе-регащих процессов при обработке, давлением. - Ростов-на-Дону: Б1СХЫ, 1989. - С. 15-20.

5. Яковлев С.С..Арефьев В.М. Об изменении характеристик анизотропии в условиях плоской деформации // Исслед. в обл. теории, технологии и оборуд. штамиовоч. пр-ва. - Тула: ТулПИ,

1989. - С.72-76.'

6. Яковлев С.С.Дрвфьов В.И. .Смеликов В.Г. О предельных возможностях вытякки с утонением ортотропного анизотропно упрочняющегося материала // Исслед." з обл. теории, технологии и оборудовалишташовоч.пр-ва. - Тула: ТулПИ, 1990. - С.89-94.

7.-Автоматизированный комплекс душ определения изменения коэффициентов анизотропии и сопротивления деформированию при riстяжении плоских образцов J В.М.Арефьев, С,С.Яковлев,А.А.Пе-репелкин, В.Г.СмеЛиков // Совершенствование технологич.процессов обработки металлов давлением. -. Ростов-на-Дону: ИЮХМ, 1991. - С.4-8.

8. Корнеев Ю.П..Яковлев С.С.,Арефьев В.М. Получение внутренних полостей в трубчатых заготовках методом обратного выдавливания // Кузнечно-штамповочн. пр-во. - 1991. - №10. -

С. 10-12. .

9. Экспериментальное определение параметров кривых анизотропного упрочнения листового материала / В.М. Арефьев, С.С. Яковлев, А.А.Перепелкин, В.Г.Смеликов // Исслед. в обл.теории, Технология и оборудования штамповоч.пр-ва. - Тула: ТулПИ, 1991. - G. 77-82.

10. Яковлев С.С.,Корнеев Ю.П..Арефьев В.М. Изготовление цилиндрических изделий.с толстым дном и тонкой стенкой из анизотропного материала // Кузнечно-шташовоч.пр-во.- 1992. - )?-2.-С.28-30.

11. Яковлев С.С.,Арефьев В.М.,Переделкин A.A. Влияние технологических параметров вытяжки с утонением стенки анизотропного материала на силовые режимы процесса // Известия вузов. Машиностроение. - 1992. - № 7-9. - С. 125-Г2Э.

12. Яковлев С.С.,Арефьев В.М., Перепелкин A.A. Изменение анизотропии механических свойств заготовки при вытяжке с утонением стенки // Известия вузов. Машиностроение. - 1992. -

je 10-12. - С. 99-101.

13. Яковлев С.С., Арефьев В.М. Силовые режимы и деформационные параметры обратного выдавливания ортотропной трубной заготовки // Известия вузов. Черная металлургия. - 1992. - №5.~ С. 39-42.

14. Яковлев С.С., Арефьев В.М. Кривые анизотропного -упроч-нетя листового материала !] Известия вузов. Машиностроение. -1993. - № I. - С. 137-139.