close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Математическая модель ортогонального выдавливания элементов трубопроводов в режиме кратковременной ползучести..pdf

код для вставкиСкачать
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
штамповки за два этапа. На первом этапе осуществляется торцевое сжатие
заготовки до контакта материала с центральными пуансонами и выдавливание его в закрытые полости боковых матриц. Рассмотрим этот этап.
Здесь реализуется разрывное поле скоростей перемещений, показанное на
рис. 1, а. Оно состоит из жестких блоков, разделенных линиями разрыва
скоростей перемещений (показаны пунктирными линиями). Годограф поля
скоростей приведен на рис. 1, б.
б
а
Рис. 1. Схема 1-го этапа штамповки: поле скоростей (а) и годограф (б)
Кинематика поля должна быть обеспечена условием неразрывности
деформаций, что выражается зависимостью
( a + a1 ) cos(α − δ) b1 sin( α − γ ) b sin( α + β)
.
+
=
sin δ
sin γ
sin β
Отсюда определяется угол α - направление скорости V1 . Входящие
линейные и угловые параметры заданы полем скоростей и годографом.
Кинематика поля определяется по годографу скоростей. Скорости на
линиях разрыва:
(V p )10 =
V0 sin α
V cos α sin β
;
; (V p )12 = 0
sin (α + β )
sin (α + β )sin δ
V0 sin α sin β
.
sin (α + β )sin γ
Скорость движения материала по поверхности матрицы определяется так:
(V p )13 =
V sin β sin (α − γ )
.
V3 = 0
sin (α + β )sin γ
61
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4
На основе приведенных выше соотношений выполнены теоретические исследования влияния скорости перемещения инструмента и условий
трения на величину относительного давления при ортогональном горячем
выдавливании элементов трубопроводов. Исследования выполнены для
алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов, поведение которых описывается энергетической и кинетической теориями прочности соответственно. Механические характеристики исследуемых материалов приведены
в таблице. Расчеты выполнены при следующих геометрических характеристиках заготовки: a = 25 мм; a1 = 3 мм; b = 35 мм; b1 = 5 мм;
∆H1 = ∆H 2 = 5 мм. Границы трения: lп = 10 мм; l м = 25 мм; l1 = l 2 = 20
мм, l3 = 25 мм; коэффициент трения µ = 0,1 .
На рис. 3 представлены графические зависимости относительного
давления q = q / σ e от скорости перемещения инструмента V при фикси0
рованных значениях коэффициента трения µ на контактных поверхностях
инструмента и заготовки.
Анализ графических зависимостей показывает, что при ортогональном выдавливании с нагревом относительное давление падает
при увеличении длительности операции, т.е. при уменьшении скорости штамповки. Наиболее существенна эта зависимость при малых
скоростях, когда значительно проявление вязкости горячего металла.
Так, с уменьшением скорости перемещения инструмента V от 10 до
0,01 мм/с относительное давление Рис. 3. Зависимости изменения q
ортогонального выдавливания паот V при ортогональном
дает на 25…80 % для алюминиевовыдавливании заготовок
го АМг6 и на 30…45 % для титаноиз титанового сплава ВТ6С
вого ВТ6С сплавов.
На втором этапе деформирования наблюдаются большие значения
давления по сравнению с первым.
На величины давления также влияет трение. Показано, что при
уменьшении трения наблюдается существенное снижение давления. Так,
снижение коэффициента трения µ от 0,4 до 0,1 приводит к уменьшению
относительного давления на 30…40 % для сплавов АМг6 и ВТ6С на первом этапе и в 3−3,5 раза на втором этапе.
В процессе выдавливания происходит изменение механической
сплошности материала, что может определяться как использование ресурса пластичности.
64
Технологии и оборудование обработки металлов давлением
Этот фактор влияет на качество изделия и определяет оптимальные
степени формообразования. Проведем в этой связи оценку повреждаемости, исходя из деформационной и энергетической теорий прочности. По
первой из них повреждаемость определяется уравнением
ξ dt
ω=∫ e
,
(
ε
)
t e пр
где 0 ≤ ω ≤ 1 - повреждаемость материала за время 0 ≤ t ≤ t кр ; tкр - критическое время полной потери сплошности.
Если существует зависимость от скорости, то необходимо использовать энергетическую теорию прочности, которая выражается уравнением
σ ξ dt
dω = ∫ e e .
t Aпр
Здесь (ε e ) пр и Aпр - предельные величины эквивалентной деформации и
удельной работы разрушения материала.
Условие ω = 1 является условием исчерпания ресурса пластичности
(полной потери сплошности) материала, что позволяет установить предельную степень формообразования.
Расчетные результаты получены для алюминиевого сплава АМг6
при 450 °C , повреждаемость которого зависит от скорости деформирования, и титанового сплава ВТ6С при 930 °C , который не проявляет зависимости от скорости.
На рис. 4 представлены графические зависимости изменения повреждаемости материала ω от скорости перемещения инструмента V и степени деформации ε при штамповке крестовины из алюминиевого сплава
АМг6 и титанового сплава ВТ6С соответственно.
б
а
Рис. 4. Зависимости изменения ω от V для сплава АМг6 (а) и ω от ε
для сплава ВТ6С (б)
Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением скорости
перемещения пуансона от 0,01 до 10 мм/с повреждаемость материала воз65
Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 4
растает в 1,6−1,8 раза. Установлено, что при увеличении ε от 0,1 до 0,4
повреждаемость сплава ВТ6С возрастает в 1,8 раза. Наиболее интенсивно
повреждаемость накапливаются на втором этапе деформирования.
Таким образом, показано, что штамповка в ортогональных направлениях позволяет изготавливать сложные по геометрии изделия на одной
позиции обработки. При этом она должна быть регламентирована по температурно-скоростным условиям.
Существенному уменьшению технологической силы способствует
снижение скорости операции, что связано с проявлением вязкости горячего металла и развитием его повреждаемости при деформировании.
Конечное состояние повреждаемости материала заготовки и, следовательно, качество детали определяются скоростью обработки и степенью
деформации – для одних групп материалов; для других – только степенью
формообразования.
Работа выполнена по государственным контрактам в рамках
федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические
кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы и грантам РФФИ.
Список литературы
1. Горячая штамповка в разъёмных матрицах / С.С. Яковлев [и др.]
// Заготовительные производства в машиностроении. 2010. №10. С. 11-16.
2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести / С.С. Яковлев, [и др.]. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
S. S. Yakovlev, V. N. Tchudin, Ya.A.Sobolev
MATHEMATICAL MODEL OF ORTHOGONAL EXPRESSION OF ELEMENTS OF
PIPELINES IN THE MODE OF SHORT-TERM CREEP
The mathematical model isothermal orthogonal expression of elements of pipelines
in a mode of short-term creep is carried out. Influence of technological parameters, friction
conditions on contact borders of the working tool and preparation, speed of moving of the
tool on the strained and deformed conditions, power modes and limiting possibilities of
isothermal orthogonal expression is established.
Key words: orthogonal expression, pipeline, work, damageability, force, pressure,
deformation, creep, speed of deformation.
Получено 18.04.12
66
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа