автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.05, диссертация на тему:Вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала на конических матрицах

Тульский гогударсгс-ешшй унирершггет

ОД

На пранчх рукописи

Л /

ПЕРЕПЕЛКИ!! АЛЕКСЕИ АНАТОЛЬЕВИЧ

Р.УТЯЕКА ЦИЛЙНДГИЧКСКИХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ АНИЗОТРОПНОГО МАТЕРИАЛА ЬА КОНИЧЕСКИХ МАТРИЦАХ

Специальность 0503.05 - Прсцессц и машины обработки дапдвнием

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1997

Работа выполнена в Тульском государственном университете.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор С.С.ЯКОВЛпВ

Официальные оппоиетггы: Доктор технических наук, профессор В.Н. ЧУДИН

доктор технических наук, профессор ЯМ. ЛЯЛИН

В'-цучал организация ПШП "СПЛАВ"

Зшцта состоится __ваш.____1997 г. в___час. на заседании дис-

слрпщионного совета К С63.47.03 Тульского государственного университо-та (ЗООбОО. г'. Тула, ГСП, проспект ии. Ленина, 92, 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государ сто иного университета.

Автореферат разослан ' 5 "

1097 г.

Ученый секретарь диссертационного

/У

совета, к.ф.-м.н., доцент ' / // В.И. Еелтков

ОВУЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

йктуальносзъ-тгии J3 различнпх отраслях промышленности широкое распространение найди цилиндрические изделия с толстым дном и тонкой стенкой. '

В загисинооти от назначения и услсгий работы таких изделии накладывается яееткие условии на формирование и них направленных механических сясйсш (предела т-лс,'чести, предела прочности, коэффициентов оиизотроиии, характеристик пластичности).

Наибольшее распространенно н промышленности при получении таких изделий нашли лив схемы нологичеекого процесса: операция обратного рыдешливют.я и последуюниз операции вмтяяки с утонением стенки; операций витяглкч и последующие снэрйЦни вытяжки с утонением .стоики

На первых операциях токологического процесса прежде всего осу-Цйстзляетеч основное формоизменение заготовки, а на последующих операциях пктяпнш с утонением происходит формирование необходимых ма,-ханичэскнх свсйега кптт.ркака изделия.'

Первая схема получения изделия связана со значительны!!!! еилега-мп нагрузкан.и и тякельши уеяогияил работа рабочего инструмента, что значительно затрудняет пнедренне стой схени на мрлшностроигелышх предприятиях. Вторая схема в этом отношении более предпочтительна.

ИнтонсиОикация процесса глубокой емтяжки мотет быть -достигнута комбинированной вптяжкой, которая характеризуется одновременным из. пепеинон диаметра вытягнгаеией заготовки и толщины стенки. Этот метод позголяет получать изделия с посииеннымн точностными характе-ристнкаии, более упрочненной 'стечкой, достигать больших степеней да-'j-орнацпн по сравнении с методами ситники и вытяжки с утонением, что приводит :: значительно?!'/ сокраг.ешпа числа операций технологического ИрОЦССоч}'. '

Листоеой материал, подвергаемый штамповке, как правило, обладает анизотропией механически;; свойстп, обусловленной маркой материала И технологически»» реят-'ами его получения.

Анизотропия механических свойств материала заготовки мок'.ет оказывать как положительное, так I! отрицательное Влияние на устойчивое протекан.Пе технологических процессов обработки металлов давлением.

Кроме того, при изготовлении ряда изделий требуется сформировав такую заданную структуру анизотропии механических свойств Материала изделий, которая благоприятно влияла бы на условия эксплуатации.

Широкое использование комбинированной вытяжки в промышленности сдерживается недостаточной изученностью этого процесса. Для более эффективного использования комбинированной вытяжки, вытяжки с.утонением стенки необходимо иметь информацию о влиянии*наЧальной анизотропии механических свойств и деформационного упрочнения, геометрии инструмента, технологических параметров процесса на силовыс и эпорттлчоские характеристики процесса, предельные степени деформации и ожидаемые механические свонст: изделия.

Работа выполнена в соответствии с Российской научно-технической программой "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" (Приказ Го.' Комитета РСФСР по делам науки и" высшей школы N224 от 19.03.91), заказ-нарядом ГК ВО РФ "Повышение -эффективности изготовления товароз народного потреблении", грантами "Научные основы новой технологии получения корпусов автомобильных газовых баллонов с формированием заданных эксплуатационных механических характеристик" и "Теория пластического формоизменения ортстрспных тел и формирования анизотропии механических свойств заготовки б процессах обработки металлов давл -нием", а также хозяйственными договорами с рядом предприятий России.

Цель работы. Решение научно-технической задачи, состоящей в разработке научну-обоснованных ренинов процессов глубокой вытяжки цилиндрических изделий из анизотропного упрочняющегося материала на конических матрицах, которые обеспечивают их интенсификацию и формирование механических свойств материала _ изделия, удовлетворяющих техническим условиям их эксплуатации.

Автор.защищает основные уравнения и соотношения, необходимые для исследования комбинированной вытяжки и вытяжки с утонением стенки ■анизотропного материала с анизотропным упрочнением и предлагает

оценки ирэделышх возможностей формоизменения производить по феноменологическому критерию разрушения дли анизотропного материала о учетом условий эксплуатации получаемых изделий; результата -экспериментальных исследований но определению параметров анизотропии механических свойств, дойс ^мационного упрочнения и констант функциональной записилсстл критерия разрупеиии алпмпяиешх сплавов АНг2М и ДПгб, латуни Л06, сталей 08КИ, Ст. 3 и Ст.ВП-ЗО; результата теоретических !1 скслер:шсш!1льн«х ксслело"«илЙ напряженно-деформированное состояния :пгого:н?и, силоких релимов, продольных степенен форкоизмене нил и формирования анизотропии геханическнх свойств ¡¡о чу чаемого изделия при комбинированной иц-гнуке и •витячкв с утонением стенки; раз-¡•.рботлнчпо техиологичг-екпе процесс): на основе еннолиеиных теоретических и оксл&рпментальныз: псследоианий.

¡1йуна.ая:игЕчтаа

1. Получсгш ссноннне ур'ннспнн л необходимые соотношения для анализа 1!апг«-!}'.1.|ШО-Л£$орм;,рс,с:«1Ного еостолния, силовых режимов и лрадсльных степеней связанных с накоплением микро'повре-рдзаиЛ, при К0г<б!1Н«5К!п.:,|:-с1 ^ЛАЧке и ¡¡ити!.<к'о с утонением стенки акит 001 репного п'.-геглалп с нпизотропным упрочнение».

2. Продлс::е:;а -.методика оксПораыонталмюго определения хвракте ристнк гкнготрешш-не-са^пческих свойств, параметров кривых анизотропного уг:поч>:ы1ПЯ н констант функционально!; зависимости феноменологического критерии раэруюзния ертотропного материала.

3. В результата теоретических Жсследос-ц'кй установлены закономерности взыскания енловця и деферивцйенних параметров, предельных еозмогностоЛ дорксиыюнеиип г; озддее<шх механических свойств получаемого издолля при кокСгшароиашюИ вмтязко й вытяжке с утонением станка' от анизотропии «егаанческия свойств, характеристик упрочнения, геометрических параметров Г.иструийнта, условий трения'на контактных поперхностях инструмента н ээготовки.

Цзгода—'ксзедс^зпаа. Теоратаческип исследования щюцессов глубокой Ш1ТЯ5НИ выполнены на 2чзе теории, пластичности ортотропных тел с апизотропшш упрочнением. Анализ напряйсикб-деформивованного со-

стояния при комбинированной внтя&ке и вытяжке с утонением стенки выполнен численно путем решения приближенных уравнений равновесия с условием пластичности с привлечением кинематики .течения материала при сформулированных граничных условиях для напряжений и скоростей. Предельные возможности формоизменения оценивались по максимальной величине осевого напряжения и стенке изделия и по критерию разрушении, синаан;ю1'о с накоплением мнкро'повревдзний при деформировании анизотропного материала. При проведении экспериментальных исследований использованы современные пенытателыше. малины, регистрирующая > аппаратура, а экспериментальные зависимости получены с использованием математической статистики.

ГГращцуоскан.ценность_.И_реаш:зйПйЯХЗбо:ш, На основе результатов теоретических и экспериментальных-исследований разработаны рекомендации по ведений технологических процессов комбинированной вк-

/

тлаки и быти;:;кк с утонением стенки начально ортотропного анизотропно упрочнявшегося материал?.. Эти рекомендации использованы при разработке ноаих технологических процессов изготовления корпусов автомобильных газовых баллонов Дсста'гнуго значительное снимание металлоемкости, трудоемкости и повышения качества изделий.

Некоторые попроси научных исследований включены в отдельные раздели лекционных курсов 'Теория обработки металлов давлением", "Технология холодной, шшглсски", "Новые методы обработки 'металлов давлением'', а также использованьгпри выполнении курсокия и дипломных проектов.

Результаты исследований долокевы на Всероссийской научно технической конференции "Математическое моделирование технологических процессов о;,!ДР (г. Пермь, ЮООг:), на Республиканской научно-технической конференции "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" (г. Москва, 1835^),' на Республиканском научно-техническом совещании "Проблем;! теории проектирования и производства .' инструментами. Тула, 1005г.), на Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы рг^^ятш Урала на рубеже XXI века" (г. Магнитогорск, ЮЭогО, на У.енгос^&рствешюй научно-технической конференции

"100 лет Российскому автонЛЗнл'?. Промммленность н высшая школа" (г.

Москва, ЮЭбг.), a также на ежегодных научно-технических конференци!' >'.-

*

профессорско-преподавательского состава Тульского государственного технического университета (1950 - 19Я7гг).

<

Публикации, Материалы проведенных исследований отражены в \А Hd-чатных работах.

Структура._.н_'ог:ьу1„д1тссерт:н1ии. Дисссртациошгая работа сосго;гг кз введения т: пяти разделов, заключения и списка литературы. Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, 10 таблиц и 2?й наименований библиографического списка. Общий объем работа - 240 страниц.

Возведении обоснована актуальность рассматриваемой в работе проблемы, ее научная новизна, практическая ценность работы и кратко рас крыто содержание разделов диссертации.

В_пер_вом„р_аздеяд рассмотрено современное состояние вопроса по исследованию и технологии вытяжки, вытяжки с утонением стенки, ком бгшированной вытяжки, а также влияние начальной анизотропии механических свойств исходного материала на технологические'параметры процесса глубокой вытяжки.

Большой вклад в развитие теории вытяжки, вытяжки с утонением стенкн, цилиндрических полуфабрикатов из изотропного и анизотропного материалов И их применения в' промышленности внесли С.И. Губкин, Г. Закс, Р. Хилл, И.А. Норицин, Е.А. Попов, J1.A. Шофман, А.Г. Овчинников, И.П. Ренне, В.Д. Головлев, С.П. Яковлев и др_ Вопроси теории и технологии комбинированной вытяжки рассмотрены п работах Г. Закса, В. Селлина, Ш. Гелей, A.M. Малова, У. Еаудера, Ç.A. Валиева, И.П. Обозова С.С. Яковлева и других.

Рекомендации по изготовлению нолых цилиндрических изделий комбинированной вытяжкой наиболее полно отражены в работах С.А. Валиева. Основной упор в этих работах делается на оценку силовых параметров, предельных степеней деформаций, рациональном выборе инструмента и выявлении-преимущества процесса комбинированной вытяжки по сравне-_ нию с обычной вытявкой и вытяжкой с утонением стенки.

Ире,цельные возможности формоизменения при глубокой вытяжке изотропных материалон, как правило, оцениваются по максимальной величине растягивающего напряжения, а такке по степени использования ресурса пластичности. В настоящее время недостаточное внимание уделяется феноменологическим моделям разрушения анизотропного материала, которые могут быть положены в основу интенсификации технологических 'процессов пластического формоизменения. •

Широкое внедрение этих процессов сдор&ивается из-за ограниченной информации о влиянии анизотропии механических свойств и упрочнения материала на технологические параметры процессов, на силовые режимы и предельные степени деформации. По существу во всех работах посвященных процессам вытяжки рассматривался изотропный материал.

Па основании вышеизложенного поставлены следующие задачи исследования: , »

получить основные уравнение и необходимые соотношения для анализа напряженно-деформированного состояния, силовых режимов и предельных степеней деформаций, связанных с накоплением микроповрехде-ний, при комбинированной вытяжке и вытяжке с утонением стенки анизотропного материала с анизотропным упрочненном;

- разработать методики и провести экспериментальные исследования пп определению параметров начальной анизотропии механических свойств материала, деформационного /упрочнения и констант функциональных зависимостей феноменологических критериев разрушения;

выполнить теоретические исследования нерпой и последующих операций комбинированной вытяжки, вытяжки с утонением стенки анизотропного материала с учетом^ факторов, не рассмотренных в предыдущих исследованиях;

- установить влияние технологических параметров (степени деформации, геометрических характеристик инструмента, услрвий трении па контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки), характеристик начальной анизотропии механических свойств заготовки и анизотропного упрочнения на силовые режимы процессов (усилие, напряжение ■ стенке заготовки), 'изменение анизотропии механических свойств мате-

риала заготовки и предельные возможности формоизменения расе матриваемцх технологических процессов.

Во_. ртором_ разделе приводятся -основные уравнения и соотношинин для анализа первой л последующих операций комбинированной вытяжки, вытяжки с утонением сгенки анизотропного, материала, модели анизотропного упрочнения начально ортотрокного тела, описывается феноменологическая модель (энергетическая) разрушения анизотропно, о -тзрнлла при пластическом формоизменении.

Материал пришшяен нр.опииаечим, жесткспластическим, п;опним, для которого справедливы условие текучести Мизеса-Хилла:

'• • 2/(о,у) = ^(ст^ ~ с?;)2 + С{<у2 - ах)2 + Н(ах - а;)2 +

' + 2 + 2 М %1Х + 2 Мх2ху~\ й)

п ассоциированный закон течения . ,

• дг

= (2) даи

где /' , {?, Н, Ь,, Л/, N - параметры, характеризующие текущее состояние анизотропии; Оу - компоненты тензора напряжений в главных осях

анизотропии; (Ыу - компоненты приращения тензора деформаций; А, - ко

эффицнент*пропорциональности. Здесь X, У, - главные оси анизогро

пии.

Параметры анизотропии ¥, О, Я, Ь, М, N связаны с величина);!'!! сопротивления материала пластическому деформированию при растяже;},','/(|

Озх* ^эу и СГ.сг в плавных осях анизотропии X, У, и величинами со№

ротнвленпя материала пластическому деформированию при сдвиге т^,.,,,

"¡уг> Тпх по отношению к главным осям анизотропии известными со.

отношениями. '

.Величины коэффициентов анизотропии/^, М^ и при плоском

/

*

напряженном состоянии догут быть шчислсны через параметры анизотропии F, О, Н, N следующим образом

#45 = -1/2 + (М/Р)/(1 + О/ /') (з)

Предполагая, что поверхность нагружения не перемещается в пространстве напряжений, а анизотропно расширяется во всех направлениях, принимая, что сопротивление материала пластическому деформированию в направлении главных осей анизотропии зависит от параметров двух видов упрочнения Е и а сопротивление материала пластическому деформированию при чистом сдвиге в главных осях анизотропии - от одного параметра упрочнения £, запишем выражения для определения величин сопротивления материала пластическому деформированию:

= + ?\иЩ + р2Ми)\ ■ %

где ОТтц пределы текучести -в соответствующих направлениях; F\¡¡{^j, Г2ц(£,и) , функции, зависящие от параметров упроч-

нения и- соответственно;^' — 2;

2 - ^Жг/Аг^ л,2 ^0,001 ст7>; ¿-/е.. -

приращения компонент тензора деформации в главных осях анизотропии.

Часто удобно указанные функции ■ аппроксимировать, например, для сопротивления материала пластическому деформированию в направлении главной оси анизотропии X зависимостью вида:

где коэффициенты Вх и Сх, показатели степени Пх и Шх определяются иа экспериментов с использованием метода наименьших квадратов.

В работе предлагается условие деформируемоеги сняяивать стоянью использования удельной пластической работы разрушения

. ' (¡А ' N . г,., 1

где N - мощность пластической -деформации; 10 и / время; 4л удельная пластическая работа разрушения, которая зависит от отно сителыюй величин!.; среднего напряжения <3/<Уе, параметра вида напр я

яенного состояния |_1П и ориентации первого главного напряжения отно сительно главных осей анизотропии, определяемую направляющими коси нусами О., [3, }' и ае интексивнссть напряжения; СТ гидростатическое

напряжение; - допустимая степень использования удельной пла

стической работы разрушения, величина которой назначается в зависимо сти от условий дальнейшего использования получаемого полуфабриката. Здесь интегрирование ведется вдоль траектории рассматриваемых

частиц. Отметим, что до-деформации ( ? = ?0) 11' ( = 0, а в момент разру шения при ( ' = 4)) ^А ~

В связи с тем, что влияние параметра |1С на" -Ара1' недостаточно изу чено, Араз в дальнейшем принимается ( СТ^

= ^ехк £>— сова + а2 соз|3 + ^сову), (7)

V -

где А, 2) - эмпирические коэффициенты, определяемые, в зависимости от рода материала согласно работам В.Л. Колмогорова и А А.- Богатова; <7,', ,

, й2 и (Iз - эмпирические'коэффициенты, зависящие от-анизотропии механических свойств материала заготовки и определяемые из опытов на растяжение образцов в условиях плоского напряженного и плоского л°

форгшрсьанно. о состояний.

В. эратизи Раздело приведен:.; методики и результаты экспериментальны? исследований характеристик анизотропии механических свойств, трямечроп деформационного упрочнения и констант функциональной за-ви.'имости энергетического критерия разрушения алюминиевого сплава ЛМг2М, латуни Л68, сталей 001С11, Ст.З и Ст. Ш1-30.

Гассмотронч две методики определения констант функциональных зависимостей сопротивления материала пластическому деформированию.

Функции, входящие'в математическую.модель анизотропного упрочнения (4), мечут быть определены путем обработки результатов экспериментальных исследовании' по растяж^чччо стандартных плоских образцов, вырезанных п пределах одного листа под углами 0, 45 и 90° к направлению прокачки, осадки цилиндрических образцов стопкой, вырезанных по толщине листа, осадки призматических образцов, вырезанных в направление прокатки и перпендикулярно ей нод углом 45 к нормали плоскости листа; кроме того но растяжению ьи.роких плоских образцов, вырезанных и направлениях главных осей анизотропии X и V до некоторых фикси-ропачннх значений величин-пластической деформации Е (величин отно

стальной удельной работы пластической деформации После раз!руз-

ки из них изготавливают ►¡алые (стандартные) образцы в направлениях, норпендикулярчнх предварительному растяжению, и цилиндрические образца по толщине и определяют условные пределы текучести в этих направлениях.

Виполнснише экспериментальные исследования показали удовлетвори тльноо согласование результатов расчета характеристик анизотропии механических свойств по указанным выше «методикам. Установлено, что у

г.-мх исследуемых материалов коэффициенты анизотропии в рамках

{;•!• и м'ерчой деформации и характеристика анизотропии "С" в условиях плоской деформации существенно зависят от степени деформации образцов

/

Для определения к<знстант функциональных оаиийнноегей ьри гсрти« разрушения разработан" методики и приведены необходимые ¡.нсиирины! та'лышо исследования по определению указанных вы^е констант ¿¡ли исследуемых материалов.

Четвертуй раздел посвящен теоретическим исследованиям первой и последующих операций комбинированной вытяжки, вытяжки с утонением стенки ортотропного анизотропного упрочняющегося материала Уставов лены зависимости изменения силовых режимов процессов, ожидаемой <пш зотропии механических свойств материала заготовки и придельных возможностей формоизменения от технологических параметров (степени до формации, геометрических характеристик инструмента, условий трении на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки), характера стик начальной анизотропии механических свойств заготовки и анпзо тропного упрочнения.

Процесс комбинированно:"! вытяжки на конических матрицах как п<: первой, так и на последующих операциях характеризуется четырьмя с та диями и наличием двух зон: плоского напряженного I и плоского дофор мированного II состояний заготовки. Па первой стадии осуществляется обычная вытяжка (без утонения) и реализуется плоское напряженное <:п стояние в заготовке. На второй стадии происходит формирование- зшш , утонения (зоны плоского деформированного состояния). На третьей стадии имеет место процесс комбинированной вытяжки с наличием двух зон. На . четвертой стадии исчезает зона I и происходит1 утонение краевой части заготовки.

Для анализа процесса комбинированной вытяжки наибольший интерес представляет третья стадия, т.е. деформирование при наличии всех характерных зон и участков. ,

Рассматривается вопрос о распределении напряжений в зонах пло" кого напряженного и плоского деформированного состояний на третьей стадии комбинированной вытяжки с прижимом через коническую матрицу с углом конусности ОС и степенью деформации Ц1 — I ~ (\ч\г-Л)

Здесь Щц =7"| / Яц - коэффициент изменения днамотров, .V, /Л'()

иозффгЦ'Иеш изменения толщины; и - радиус по срединной поверх-

ч

нос'|Ц полуфабриката и начальный радиус заготовки; и Л'0 - толщина полуфабриката и заготовки соответственно

Рис. 1. Схема первой операции комбинированной вытяжки на конической матрице

Предполагается, что на контактных границах заготовки и рабочего инструмента реализуется закон трения Кулона.

Материал принимается несжимаемым, «есткоиластическим, начально трансверсально-изотропным, для которого справедливо условие текучести Ыизеса Хил^а и ассоциированный закон течения.

В основу анализа положен метод расчета силовых параметров про-цьсса, основанный на совместном решении приближенных дифференциаль-

них уравнеинИ равновесия и условий текучести с уче¡'тгсоприхсниЛ ш-границах участков, а такые изменения направлении течения материала.

Меридиональные СУ и окружные (Ув напряжения в ас не 1 определи

ютея путем совместного решения приближенных уравнения римли-.'снн ш. участке 1а

(/а

р~Ф"+°р+СТв = 0,"

на участке 16

с1а

/

г/ср

С1)8ф К а - втф

СО$ф + ч 8111 »1»

а -япкр

•»•(7„ • ' ' 0, м

на участке 1в

г - + ст - сг0 - —^ = О <1г р 0 а •

совместно с условием пластичности

ст^ + Н) - 2Ястрст0 + а2р(Н -1-0, по

д-де ф угол, характеризующий положение рассматриваемого сучения за

готовки на тороидальной поверхности щатрицы; коэффициент' треы-.л

на контактной поверхности матрицы, (I Нц ,

Ямс ~ 0,55'0; СХ ■ угол конусности матрицы

В качестве граничных условий при анализе зыш плоского напри женного состояния принимаем для участка [а

при Р = рА.

для участка 16

ЧГ

ш ш - О

о, = о

р{>

+а.

4Нис

или уч.чс п;а .¿в ври г - 1\

а =а .7. +а,

р в' »-„

5 4 К

(13)

(14)

мс

1'Л'- (2 ■ усилие прижима!*

Компоненты осевого и контактного напряжений ( О" ( и СТ^ ) во второй соне ичаш пластической деформации определяются путем совместного решения приближенного уравнения равновесия для элемента очага пла ст. и ческой деформации (рис.2)

<1х

и условии текучести

(15)

а.

о, = 2т.

1-е

1 — С51П 2ф

при учете граничных условий на границах I и II зон"

х-1 а

л<'р'

(1©

(17)

г,ци С . характеристика анизотропии в условиях плоской деформации, которая снизана с параметрами анизотропии 1' , (?, Н , Л/ выражением:

С= 1 - + (?)/[2(Н? + 67/+

А — // - Ц^^/^СХ; Ц - коэффициент трения на контактной поверхности пуан.сона, Т - сопротивление пластической деформации при сдвига в плоскости <р угол между первым условно главным напри ленном Ол и осью анизотропии X

Рис. 2. Схема к анализу зоны плоского деформированного сосгсчшш

Граничные условия для осевого напряжения СГ определяется ¡¡уви

•рассмотрения равновесия конечного треугольного элемента, примыкай цего к поверхности пуансона на- границе I и II зон, в предположении о тон, что поворот траектории условных главных напряжений на угол <1 прл входе в зону утонения осуществляется за счет приложения накси

мального касательного напряжения Тта1 = — ^/2

Величины приращении относительных удельных работ пластиччакчй дефгрмации в зоне плоского напряженного состояния заготовки спр'-ле ляются

й^о =а0</с0/4с!^ = а/ер/4,|2, где (1с0 и г/ер ■

Чг-мяч окружных и меридиональных деформаций соответственно. Для учета анизотропного упрочнения материала принимаем, что траектория движения частиц металла в зоне плоского деформированного состояния описывается выраженном

•а кинематика течения соотношениями

■К —

которые удовлетворяют условию ^сжимаемости и граничным условиям в скоростях течения

При переходе материала через очаг деформации между, зонами плоскою напряженного 1 и плоского дефс. •■ированного II состояний имеет моего резкий поворот направления течения .материала. На зтот поворот за-тГ'г.иг.'к.'тси удельная рпботя пластической деформации .

* I...-"'

Изменение толщины заготовки при входе в зону утонения 1Гв процесса деформации вычислялось по выражению

Сар +

Начальное и конечное Л положение точки в текущий момент

.-цели находится из условия постоянства объема.

Определение напряжений в очаге пластической деформации осуществи четен путем численного интегрирования (методом конечных разностей) , ],зш!:л1ий равновесий (в), (9), (Ю) и (15) с использованием условий текуче-

сти (11) и (16) при заданных граничных условиях для меридиональных \ (13), (14) и осевсго (17) напряжений.

Усилие процесса комбинированной вытяжки определяете)! по формулч

Р = кг1&ах + %\хпс111\\як\П'

о

где й?| = ; (1п - диаметр пуансона.

Предложенный подход к анализу напряженного состояния начально трансвереально-изотропной, анизотропно упрочняющейся заготовки пизво ляет в каждом конкретном случае на каждом участке очага деформации вычислить напряжения, оценить силовые режимы процесса и ожидаемые по высоте полуфабриката механические свойства.

Выбор оборудования зависит от диаграммы процесса комбинирован ной вытяжки "усилие-путь". Такая диаграмма может быть построена по указанным выше формулам. Установлено, что при увеличение зазора (в ре альных приделах комбинированной вытяжки) возможно передвижение максимума усилия с последней стадии (наиболее часто встречаемый слу чай) на начало третьей (момент совпадения центров).

Расчеты показали, что удельные усилия и напряжения существенно зависят от коэффициента утонения и вытяжки. С уменьшением их удельные усилия и напряжения растут.

Установлено, что с увеличением коэффициента вытяжки Шц, коэффи

циента утонения Л^, угла конусности матрицы 01 и условий трения на

инструменте )1/7 и р.в зависимости от относительной высоты получае

-кого стакана-коэффициенты анизотропии /?0, К45 и Л()0 могут возрастать, уменьшаться и иметь сложный характер изменения.

Предельный возможности процесса комбинированной вытяжки охрани^

чнваются максимальной величиной осеЕого напряжения СТ(. в стенке изделия на выходе из очага деформации, которая не должна превышать про дел текучести в этом направлении ■ .

а <а\ а ' - 2г -Л — С,

г .у ' 5 "ш * ^ '

и допустимой степенью использования удильной пластической работы разрушения (6).

На рис. 3. представлены зависимости продельных коэффициентов утонения }У1Л на третьей и четвертой стадиях комбинированной вытяжки в зависимости от коэффициента вытяжки для стали ВГТ-30.

Здесь кривые 1 и 2 соответствуют величинам .коэффициентов утонения

ьы-шеленные в момент совпадении центра округления пуансона с

верхней кромкой рабочего пояска матрицы и в момент утонения краевой ,час'пГэаготойки; енлошшми и пунктирными линиями показаны величины предельных коэффициентов утонения, определенные по максисальной величине растягивающего напряжения на выходе-из очага пластической деформации (выражение (20)) и по допустим"« степени идпользевания удельной пластической работы разрушения (выражение (С)) .соответственно.

Положения; кривых 1 и 2 определяют возможности разрушения стенки изделия па последней или начальной стадиях процесса комбинированной вытяжки. Верхняя кривая или верхние части (при пересечении .их) указывают предельную степень утонения и стадию, на которой должно произойти разрушение, а положения сплошной и пунктирной линий - возможности- разрушения но максимальной величине растягивающего напряжения или по степени использования удельной работы разрушения.

Анализ графических зависимостей и результатов расчета показывают, что с увеличением угла предельный коэффициент утонения увеличивается, т.е. ухудиаытся условия утонения комбинированной вытяжки.

Увеличение коэффициента вытяжки приводит 1С падению величины предельного коэффициента утонения.

Изменение условий трения на контактной поверхности пуансона существенно влияет на предельный коэффициент'утонения. С ростом коэффициента трения на пуансоне снижается предельное значение коэффициента утонения. Этот эффект проявляется существеннее на малых углах конусности матрицы. При углах конусности матрицы (X — 30° увеличение коэффи-

циента трения ira пуансоне в 3 раза по сравнению с коэффициентом троння на матрице приводит к незначительному (около 5%) изменению предельного коэффициента утонения.

Рис. 3. Графики зависимостей предельного коэффициента утонения от коэффициента вытяикл для стали .ВП-30

. (а = 10°; = --= 0,1) .

Установлено, что в большинстве сочетаний технологических параметров, углов конусности матрицы и условий трепня на контактных посорх Нсстях инструмента разрушение заготовки наступает на последней стадии процесса комбинированной внтякки.

Анализ графиков и результатов расчета показывают, что предельные возможности формоизменения при комбинированной вытяжки счраничива ится как первым критерием, ток и вторым. Это зависит от анизотропии

ханических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрии матрицы и условий трейия на контактных поверхностях инструмента.

Аналогичное исследования силовых и деформационных параметров выполнены на последующих операциях комбинированной вытяжки. Б результате исследовании установлено, что максимальные величины осевого

напряжения Пх и усилия Р, в основном, имеют место в момент совпадения центра округления пуансона с верхней кромкой рабочего пояска матрицы (преодоление "донного барьера") в отличие от первой операции комбинированной вытяжки.'

В работе также оценены предельные возможности вытяики с утонением стопки по рассмотренным выше критериям разрущепия.

В пятом, разделе на основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработ1..:у рекомендации по проектированию" технологических процессов первой и последующих операций комбиниро винной вытяя.ки, вытяжки с утонением стенки начально - ортотропного анизотропно - упрочняющегося материала.

Зги рекомендации использованы при разработке нового'технологического процесса изготовления корпуса газового баллона.

Внедрение предложенных технологических процессов -в промышленность позволит значительно сократить технологический цикл, снизить энергоемкость и трудоемкость изготовления данных деталей и повысить коэффициент использования металла.

Результаты научных исследований использованы при научно-иссле-. довательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также в ряде лекционных курсов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВНВОДЦ

В работе решена актуальная научно-техническая задача, состоящая в разработке научно-обоснованных режимов процессов глубокой вытяжки.

цилиндрических изделий из анизотропного упрочняющегося материала in-, конических матрицах, которые обеспечивают их интенсификацию и про гиозирование ожидаемых механических свойств материала полуфабриката.

В процессе теоретического и экспериментального исследований достигнуты следующие результаты:

Использованы основные уравнения для анализа процессии нерпой и последующей операций ко: гбинирс данной вытяжки с утоненном стенки анизотропного материала с анизотропным упрочнением, а также фонст-нолсгичеокнЛ' (энергетический) критерий разрушения, необходимый для оценки предельных возно-тшетей формоизменения

?.. Даны мотодики экешрмиздаального определения параметров па чальной анизотропии механических сеойств материала, деформационной: упрочнения и констант функциональных зависимостей феноменологических критериев разрущехша Получены эти величины для ряда листовых материалов, широко используемых в промышленности. »

3. Выполнен теоретический 'анализ первой и последующих операщм! комбинированнрй вытнзки, вытяжки с у гонением стенки тралов^рсально изотропного анизотропно - упрочняющегося материала. Установлено пли а ние технологических парйметрон (степени деформации, геометрически»' характеристик инструмента, условий трения на контактных поверх поста); рабочего инструмента и ¡заготовки), характеристик начальной анияотро пии механических свойств заготовки и анизотропного упрочнения на си левые режимы процессов (усилие, напряжение в стенке заготовки), изменение анизотропии механических свойств материала заготовки и предель ные возможности формоизменения рассматриваемых технологических про цессов.

Показано, что характер упрочнения вместе с начальной анизотропией механических свойств материала оказывает существенное влияние на силовые и деформационные параметры процессов комбинированной вытяжки и вытяжки с утонением стенки. ,

'В зависимости от сочетания технологических" параметров и анизотропных свойств материала график "усилие-путь" перр.ол операции может

иметь максимальную Еоличину усилия как с момент совпадения центра округленна пуансона с верхней кромкой рабочего поиска патрицы, ток и на последней стадии комбинированно;1, вытяжки. На наследующих^ операция* максимум усилия чаще всего имеет место в момент совладения цен-ipa округления пуансона с верхней кромкой рабочего пояска матрицы. Ы.-^снмуы усилия не означает максимум напряжения в стенке изделия.'

Основное влияние на изменение анизотропии неханвчижнх свойств материала заготовки оказывает стецзнь угонения варсчови в процессе деформации.

Установлено, что с изиенснизи коо$ |йциснта вытяжки Г»^-,, коплфн-цпент.о утоления ,iîlsl, уряг, кокусиссти матрицы (X :: уаяоа'лВ грения на инструменте р.ц я ЦА{ коэффициента анигюфоции il0, и иогут

чозраотть, уноншк:И'|-ся, имел.- слоыны» характер цзменешш, не сонпс-даккчяй с характера: нзпепвния их при одноосном ристя.-ьенип, .

О Количественно oip.pui;- проделмшо- вег.жчвестя процессов комбч-нировеннлй' внтя.йси и гь;тя::;нн с ;тснстп:ч стенки по. «асоциальной величине р^стл.гквающзгп нагфнеемия на пмводе и:, очага пластической деформации л по величине стеиыи; использовании удеиъкой пластической работу разрушения. •

Показано, что с уьадиченкии.yîViû Мг-трици предельный ксо$Зицкепг утопончя увеличивается. .

У:.и'.:1шгниа Kooî ^щн.чпа шлчг*«. к рост коэффициента храгшл lia пуа.чзене снижает предельное значение коо^ицконта угангния. Oïot о?-фзкт нрояялиотся существенное па Ч'л.'^и:: угла:; конусности катрици. При

углах ïiSdj/i аост« ;?.О' уеьлпчепнц иоз'^ицйента трепля на

пуаясако в 3 раза па ердаыкиа с ксс^кциенто« трен;:я на матрице приводит к незначительно«/ (около 5%) изменении предельною Keô^jsjaoïrïa утонения.

Предельные возможности §op^os»;jeno|mn ирл ' койбилврованиой еы-тдаки зависят от анизотропии иех&тгч&хюх свойств материала заютов^ ки, 1-е х ! ю л огн ч е с к и а паракзтроь, • геометрии матрацы, условий трения на

контактных поверхностях инструмента, а также технических условий эксплуатации получаемых изделий.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОГРАЙЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

3. Яковлев С.С., Apof-i-on K.M., Перепелкин A.A. Моделирование пытяики с утонением при анизотропном упрочнении материала. // Математическое моделирование технологически* процессов СМД: Тез. докл. Всероссийской конференции. - Пермь, 1990, - С.9

2. Автоматизированный ко'умече для определения изменения коэффициентов анизотропии и см ропшяения дефермтгоовзнию при тстяжешш

«

плоских образцов / В.И. Арефьев, С.С. Яковлев, A.A. Перепелкин, В.Г. Смели-ков // Совершенство.",апио технологических процессов обработки металлов давленном. - Ростоп-на-Дону РИСХН, 1591. - С.4-8.

3. К вопросу о разрушении анизотропного тела // С.С.'Яковлев, ЗМ. Арефьев,. Л.Л. Перепелкин, В.Г. Смоликоп. - Тула, 1991,- 33 с. - Рукопись представлена Тульски« политехническим- институтом. Деп. зо ВНИКТОМР. 17.06.61 К 48-183-91.

4. Экспериментальное определение параметров кривых анизотропного

л

упрочнения листового материала / В.К. Арефьев, С.С. Яковлев, A.A. Переполни», В.Г. Смеликов // Исследования в области теории, технологии и оборудования ктамповочного производства. - Тула: ТулПИ, 1991. - С.77 82.

5.. Яковлев С.С., Арефьец В.М.", Перепелкин A.A. Влияние технологических параметров вытянки с утонением стенки анизотропного материала на силовые режимы процесса // Известия вузоз. Машиностроение. -1992. - 15 7-Я- С.125-)2Э.

5. Яковлев С.С., Арефьев В.!-.'., Перепелкин A.A. Изменение анизотропии механических свойств заготовки при вытяжке с утонением стенки // Известия вузов, нашшюстрорнив. - 1992. -!! 10-12. - С.99-101.

7. Исследование развивакмчэйся анизотропии и деформационного упрочнения при одноосном, растянгишга плоских образцов / D.A. Короткой, С.С. Яковлев, A.A. Перепелкин, В.А. Борисов // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства, - Тула: Тул-

ПУ, 1993. - С.С1-73.

8. Влияние параметров рабочего инструмента на продельные возможности формоизменения и формирования механических свойств изделия при вытяжки с утонением стенки / С.II. Яковлев, A.A. Перепелки«,-С.С. Яковлев, Л.П.-Воропаев // Проблемы теории проектирования и производства инструмента: Тез. докл. Совещания 15-17 ноября 1995. - Тула: ТулГУ. - С. 03.

9. Валиев С.А., Перепелкин A.A., Мишкин A.B. К вопросу об анализе первой операции комбинированной вытяжки анизотропного упрочняющегося материала // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. - Тула: ТулГУ, 1995. - С. 129-136.

10. Технологические процессы вытяжки изделий / С.А. Валкев, С.С.

_ Яковлев, A.A. Перепелкин, A.C. Маленичев // Сборник научных докладов

межвузовской научно-технической rip* паимы "Ресурсосберегающие технологии машиностроения" за 1995. - М.: МГААТМ, 1995. - С. 62-G5. •

11. Формоизменяющие операции комбинированной вытяжки заготовок автомобильных баллонов / С.П. Яковлев, С.С. Яковлев, Л.Г. Юдин, ESA. Ко-рогков, A.A. Перепелкин // Сборник научных трудов. - М.: MACH, 1995

12. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Перепелки« A.A. Рациональное использование анизотропного листового проката б операциях листовой iítoh-повки. // Тезисы докладов не, межгосударственной научко-техничс-скоП конференции "Проблемы развития Урала на рубеже -XXI Река". - Магнитогорск, 1S96. - С. 105.

13'. Предельные степени деформации при комбинированной вытяжке анизотропного упрочняющегося материала на конических ;;атр>шах / С.С. Яковлев, Ю.Г. Нечепуренко! A.A. Перепелкин, С.А. Валиев // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. - 'Гула: ТулГУ, 1996. - С. 155-162.

14. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Перепелкин A.A. Рациональное использование анизотропного листового проката в операциях листовой штамповки. // Сборник научных докладов межгосударственной научно-технической конференции "Проблены развития Урала на рубеже ХЫ века" Магнитогорск, 1996. - С. 103-112. . . '