Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Тула, Тульская область, Россия
УДК 621.774.4 Производство бесшовных труб электролитическими способами
Предложены соотношения для расчета деформационного и силового режимов изотермического прессования заготовок из высокопрочных металлических сплавов. При изотермическом деформировании происходит упрочнение материала и разупрочнение, что связано с проявлением вязких свойств материала (ползучестью). В этой связи принято состояние вязкопластичности. Деформационное состояние сопровождается релаксацией напряжений, которое тем больше, чем меньше скорость (больше длительность) операции. На основе механики деформирования зависимость режимов прессования (деформации, сила, повреждаемость материала заготовки) выражается аналитическими соотношениями. Силовой режим определяется с помощью энергетического метода, связанного с мощностями внешних и внутренних сил. Баланс мощностей этих сил приводит к оценке давления изотермического прессования. При этом используется разрывное поле скоростей перемещений, которое состоит из блока деформаций и жестких блоков. Блоки разделены поверхностями разрыва скоростей перемещений. Деформации происходят в блоке деформаций и на поверхностях разрыва скоростей. Так как прессование приводит к возникновению микроповреждений, то произведена оценка повреждаемости материала заготовки. При этом использованы критерии кинетики разрушения: энергетическое и деформационное уравнения. Повреждаемость материала зависит от скорости и степени деформирования или только от степени деформирования. Для ряда материалов снижение скорости способствует уменьшению повреждаемости и, следовательно, возможности увеличения степени формоизменения исходной заготовки. Приведены соотношения для расчета жесткости схемы напряжений, от которой так же зависит повреждаемость. Произведены расчеты давления и повреждаемости материала при прессовании заготовок из титанового и высокопрочного алюминиевого сплавов. Показано, что при малых скоростях операции на соответствующем гидропрессовом оборудовании давление прессования значительно уменьшается. Повреждаемость алюминиевого сплава также уменьшается, а для титанового зависит только от степени формоизменения.
вязкопластичность, кинематика, поле скоростей, мощность, давление, повреждаемость материала
Введение
Процессы изотермического прессования применяют в обработке давлением заготовок из высокопрочных сплавов [1]. Нагрев производят в штампе и поддерживают в процессе формоизменения. При этом деформируемый материал проявляет вязкие свойства. Происходит его упрочнение и разупрочнение в связи с релаксацией напряжений. Релаксация увеличивается при снижении скорости операции, что влияет на силовой и деформационный режимы [2, 3]. Это влияние необходимо учитывать при технологических расчетах. Для ряда процессов изотермической объемной штамповки такие расчеты приведены в работе [4]. Схема прессования приведена на рис. 1, а. Используется верхнеграничный энергетический метод расчета используя кинематику деформирования с помощью разрывного поля скоростей перемещений [3, 4].
Кинематика, мощность, давление
Установим кинематику деформирования, введя разрывное поле скоростей перемещений (см. рис. 1, а). Поле состоит из блока деформаций «1» и жестких блоков «0», «2». Оснастка обозначена как блок «3». Блоки разделены поверхностями разрыва скоростей с образующими линиями «01» и «12» и ограничены контактной поверхностью трения «13». Длины образующих линий «01», «12» и «13» соответственно
Деформации происходят в блоке «1» и на поверхностях разрыва скоростей. В блоке деформаций скорость перемещения материала заготовки по конусу представим функцией текущего радиуса заготовки на конусе матрицы,
Функция (2) соответствует граничным условиям для скорости на входе и выходе из блока деформаций, т. е.:
Обратимся к поверхностям разрыва скоростей, используя план скоростей (рис. 1, б).
На поверхности S01 имеем:
где vn и vτ – нормальная и касательная скорости.
Запишем соотношения для эквивалентных деформации, скорости деформации и напряжения, учитывая выражения (7). Таким образом:
1. Изотермическое прессование на гидропрессовом оборудовании производится в условиях вязкопластического деформирования. Деформационное упрочнение материала заготовки сопровождается релаксацией напряжений во времени.
2. Величина давления зависит от длительности операции и уменьшается при малых скоростях формоизменения.
3. Повреждаемость материала заготовки может зависеть от скорости или только от степени деформирования. На величину повреждаемости влияет так же жесткость схемы напряжений.
1. Ковка и штамповка: Справочник: В 4 т. Т. 2. Горячая объемная штамповка / под ред. Е.И. Семенова. М.: Машиностроение, 2010. 720 с.
2. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов / С.С. Яковлев, С.П. Яковлев, В.Н. Чудин и др. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
3. Теория обработки металлов давлением / под ред. Голенкова В.А., Яковлева С.П. и др. М. Машиностроение. 2009. 442 с.
4. Чудин В.Н., Пасынков А.А. Нестационарные процессы изотермической штамповки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2018. №6. С. 23–28.
5. Двайт Г.Б. Таблицы интегралов. М.: Наука. 1973. 228 с.
6. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением М.: Металлургия, 1986. 688 с.
7. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением. М.: Металлургия. 1980. 456 с.
8. Нуждин Г.А., Галкин Ю.С., Хрычев И.С. Оценка характера течения металла при выдавливании с подталкиванием // Известия ТулГУ. Технические науки. 2023. Вып. 9. С. 631–634.
9. Черняев А.В., Усенко Н.А., Коротков В.А.Платонов В.И. Определение влияния скорости деформации на сопротивление деформированию при статическом растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 60–66.
10. Пасынков А.А., Ларин С.Н., Исаева А.Н. Теоретическое обоснование схемы обратного изотермического выдавливания трубной заготовки с активным трением и вытяжкой ее краевой части // Заготовительные производства в машиностроении. 2020. № 10. С. 462–465.
