Моделирование ресурсосберегающего процесса обратного выдавливания анизотропно упрочняющейся трубной заготовки

Е.К. Шипьянов, С.С. Яковлев, М.В. Ларина
Тульский государственный университет
г. Тула

Задачей современной науки и промышленности является создание новых прогрессивных ресурсосберегающих технологий, повышение производительности труда и качества продукции.

В различных отраслях промышленности распространение нашли цилиндрические изделия с фасонной боковой поверхностью, причем как внешней, так и внутренней. При изготовлении ряда подобных изделий требуется сформировать такую структуру анизотропии механических свойств материала заготовки и изделия, которая благоприятно влияла бы на протекание технологического процесса и эксплуатацию изделий, при этом важно добиться максимально возможной экономии энергии, материалов и других ресурсов. Одними из наиболее эффективных способов получения таких изделий являются методы обработки металлов давлением.

Трубный материал, подвергаемый штамповке, обладает анизотропией механических свойств, которая обусловлена маркой материала и технологическими режимами его получения.

Анизотропия механических свойств материала заготовки оказывает существенное влияние на силовые и деформационные параметры процессов пластической обработки, предельные степени деформации, качество получаемых изделий, затраты энергии, сырья и материалов.

При пластической деформации начальная анизотропия механических свойств заготовки изменяется, что подтверждается экспериментальными исследованиями. Начальная анизотропия материала заготовки и ее дальнейшее изменение может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов обработки металлов давлением. Поэтому необходимо рационально и эффективно использовать явление анизотропии.

Для создания новых и интенсификации существующих технологических процессов обработки металлов давлением и формирования заданных механических свойств изделия необходимо иметь развитую теорию пластического деформирования ортотропного тела, учитывающую анизотропное упрочнение материала.

В данном случае рассматривается процесс обратного выдавливания трубной заготовки при установившемся течении начально ортотропного, анизотропно упрочняющегося материала коническим пуансоном с углом конусности и степенью деформации , где и – толщины стенки трубчатой заготовки и полуфабриката соответственно.

Полагается, что диаметр срединной поверхности трубы – значительно больше начальной толщины стенки (). В этом случае допустима гипотеза о том, что процесс протекает в условиях плоской деформации. На поверхностях контакта силы трения подчиняются закону Кулона. В качестве осей координат , и принимаем главные оси анизотропии.

Величины осевого и контактного напряжений в очаге пластической деформации определяются путем совместного решения приближенного уравнения равновесия

и приближенного условия текучести

,

где ; и – коэффициенты трения на контактных поверхностях пуансона и матрицы; – угол между условно главным напряжением и главной осью ортотропии ; – характеристика анизотропии при плоской деформации; – сопротивление пластической деформации в плоскости .

Рассматривается плоское установившееся течение материала. Уравнение линии тока и выражения определяющие компоненты скорости течения и соответственно имеют вид:

;

;

.

Таким образом, имея информацию о характеристиках сопротивления пластическому деформированию можно вычислить величины коэффициентов анизотропии , , через параметры анизотропии , , , [1, 4].

Полученные результаты исследования могут быть использованы при разработке новых ресурсосберегающих и совершенствовании существующих технологических процессов обратного выдавливания трубных заготовок для изготовления изделий с заданной анизотропией механических свойств материала.

Назад к списку