Повышение эффективности ресурсосберегающей технологии обратного выдавливания анизотропно упрочняющейся трубной заготовки

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

Одной из важных задач является создание прогрессивных ресурсосберегающих технологий, повышение производительности труда и качества продукции. Так в различных отраслях промышленности широко используются цилиндрические изделия с фасонной боковой поверхностью, причем как внешней, так и внутренней. При изготовлении 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 экономии энергии, материалов и других ресурсов. Одним из наиболее эффективных способов получения таких изделий является обратное выдавливание трубной заготовки.

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 изделий, затраты энергии, сырья и материалов. При пластической деформации начальная анизотропия механических свойств заготовки изменяется, это может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние [3]. Поэтому необходимо рационально и эффективно использовать явление анизотропии.

Рассматривается процесс обратного выдавливания трубной заготовки при установившемся течении начально ортотропного, анизотропно упрочняющегося материала коническим пуансоном с углом конусности и степенью деформации .

Используется 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 [1, 2]. Рассматривается плоское установившееся течение материала.

Имея данные о характеристиках сопротивления пластическому деформированию можно вычислить величины коэффициентов анизотропии , , через параметры анизотропии , , , [1, 2, 3].

Для оценки влияния анизотропного упрочнения на технологические параметры процесса обратного выдавливания трубной заготовки из алюминиевого сплава АМг2М и стали 08кп и на изменение механических свойств получаемого изделия выполнены расчеты этих величин в зависимости от степени деформации, угла конусности пуансона при фиксированных значениях коэффициентов трения на контактных поверхностях инструмента.

При исследовании силовых режимов определялись относительные величины осевого напряжения в стенке заготовки и относительные величины удельного усилия процесса. Установлено, что с увеличением степени деформации относительные величины и удельного усилия возрастают. Интенсивность роста тем выше, чем больше степень деформации. С повышением степени деформации, отличие величин и , рассчитанных по моделям анизотропного и изотропного упрочнения возрастает и может достигать 20-25 %. С увеличением угла конусности пуансона до оптимальных углов относительное напряжение существенно падает. С увеличением степени деформации и коэффициента трения оптимальные углы конусности пуансона смещаются в сторону больших значений.

Выполнена оценка изменения характеристик анизотропии , , в процессе обратного выдавливания. С ростом степени деформации относительная величина коэффициентов анизотропии и для сплава АМг2М увеличивается в 2 и 2,5 раза соответственно, а коэффициента уменьшается в 1,1 раза. Условия трения не оказывают существенного влияния на изменения величины коэффициентов анизотропии. С увеличением степени деформации изменения относительной характеристики анизотропии совпадают для вышеуказанных моделей анизотропного упрочнения. При изотропном упрочнении характеристика анизотропии не изменяется, влияние незначительно. С ростом степени деформации относительная величина условного предела текучести увеличивается. Вид зависимости при анизотропном упрочнении материала с увеличением степени деформации может изменятся на противоположный.

Предельные степени деформации исследовались в зависимости от угла конусности пуансона и условий трения на контактных поверхностях инструмента для сплава АМг2М и стали 08кп. Предельные степени деформации определялись по максимальной величине напряжения передающегося на стенку, из условия того, что оно не превышает предельной величины осевого напряжения, а также по степени использования удельной пластической работы разрушения [1, 2].

Анализ результатов показывает, что с увеличением угла конусности пуансона до величина предельной степени деформации изменяется незначительно, что хорошо согласуется с экспериментальными данными. Дальнейшее увеличение угла конусности пуансона приводит к резкому падению величины предельной степени деформации. С ростом коэффициентов трения предельные возможности формоизменения уменьшаются.

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.

Список литературы

1. Яковлев С.С. Обратное выдавливание трубной заготовки из анизотропного упрочняющегося материала / С.С. Яковлев, Л.П. Воропаев, А.А. Маркин, Е.К. Шипьянов // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. – Тула: ТулГУ, 1995. – С. 10-20.

2. Шипьянов Е.К. Учет анизотропного упрочнения материала для проектирования ресурсосберегающей технологии обратного выдавливания / Е.К. Шипьянов, С.С. Яковлев. Известия ТулГУ. Серия. Экология и рациональное природопользование. Вып. 2. – Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. – С. 163-169.

3. Яковлев С.П. Обработка давлением анизотропных материалов / С.П. Яковлев, С.С. Яковлев, В.А. Андрейченко. – Кишинев: Квант. – 1997. – 332 с.

Назад к списку