К.т.н. Зайцева Т.В.

Тульский государственный университет, Россия

Обработка стержневых элементов из труднодеформируемых материалов

За последние годы в технологии машиностроения на стадии получения стержневых заготовок и деталей резко возросла доля процессов обработки металлов давлением (ОМД). Это связано с тем, что ОМД обеспечивает высокое качество металла заготовок, существенное снижение расхода металла и повышение производительности труда.

Придание металлу необходимой формы, как можно более отвечающей конфигурации будущей детали и получаемой с наименьшими затратами; исправление дефектов литой структуры; повышение качества металла; распределение свойств металла в объеме поковки по закону, удовлетворяющему эксплуатации данной детали на стадии изготовления пластическим деформированием и возможность пластического деформирования малопластичных сплавов – основные аргументы применения процессов обработки металлов давлением при получении ответственных деталей из стрежневых заготовок.

Одним из видов обработки стержневых элементов является ротационное обжатие. При исследовании процесса ротационного обжатия важно проследить за динамикой поэтапного изменения напряженно-деформированного состояния. Для этого проводилось математическое моделирование процесса методом локальных вариаций с использованием многошагового алгоритма принятия решений, когда информация о напряженно-деформированном состоянии на предыдущем шаге является исходной для расчета напряженно-деформированного состояния на последующем [1, 2].

Используя функционал, описывающий состояние деформируемой среды в любой момент времени [1], получаем значение мощности пластической деформации и соответствующие ей составляющие скорости перемещения вдоль оси . Затем, применяя условие несжимаемости [3], определяем поле составляющей скорости перемещения вдоль оси . Краевые значения вычисляем из граничных и начальных условий. Для каждой точки полученного поля определяем компоненты тензора скоростей деформации, интенсивность скорости деформации сдвига и интенсивность скорости деформации [2], т.е. получаем полную картину кинематического состояния ротационного обжатия. Для получения численных значений была составлена программа на ЭВМ. В результате проведенного расчета получаем поле значений интенсивности деформаций для узловых точек, соответствующих значениям скорости перемещения вдоль оси .

Для повышения точности результатов исследований пластической деформации механическая характеристика материала принималась с учетом изменения интенсивности скорости деформации и интенсивности деформации. В работе [4] были получены уравнения регрессии, учитывающие взаимное влияние степени и скорости деформации на механические свойства различных сталей.

Осуществлялась минимизация функционала с учетом изменения интенсивности напряжения в зоне деформации, то есть при неоднородности механических свойств материала [2]. Для этого в программе, рассчитывающей мощность пластической деформации, в качестве исходных данных использовались значения трех полей – составляющей скорости перемещения вдоль оси для узловых точек; интенсивности скорости деформации для узловых точек; интенсивности деформации для узловых точек.

Значения интенсивности напряжения вычислялись по уравнениям регрессии. Вычисления проводятся на каждом шаге для каждой узловой точки зоны пластической деформации и являются функциями скорости и степени деформации.

Выполненный расчет показал, что мощность пластической деформации значительно уменьшается на всех шагах, происходит и корректировка поля - составляющей скорости перемещения вдоль оси . Это говорит о необходимости учета неоднородности механических свойств материала в пластической области, которые являются различными в зоне деформации. Используя ранее сделанные кинематические и деформационные исследования, можно определить напряженное состояние в процессе обработки, то есть осуществить расчет поля напряжений. Для этой цели используем уравнения движения и уравнения связи между напряжениями и скоростями деформации [3].

Используя результаты теоретических исследований можно определить напряжения и деформации, возникающие в процессе ротационного обжатия в деталях, а также контактные напряжения на границе с инструментом. Полученные результаты дают возможность прогнозировать успешное проведение процесса, формируемые механические свойства, которые получит деталь в процессе обработки, и стойкость инструмента.

Литература:

1.Журавлев Г.М. Математическое моделирование процесса ротационного обжатия/ Г.М. Журавлев, В.М. Лялин, Т.В. Зайцева// Известия ТулГУ. Серия Машиностроение. - Тула, 1999. - №4. - с.203-210.

2.Зайцева Т. В. Оценка возможности разрушения металлов при обработке ротационным обжатием/ Т.В. Зайцева, В.М. Лялин, Г.М. Журавлев. - Тула,2000. - 19 с.: ил., табл. - Деп. в ВИНИТИ 06.05.00, №1317 - В00.

3.Качанов Л.М. Основы теории пластичности. - М.: Наука,1969. - 420с.

4.Журавлев Г.М., Зайцева Т.В., Лялин В.М. Определение механических характеристик материала с использованием метода планирования многофакторного эксперимента. В кн.: Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. - Тула: ТулГУ, 1998. - с.54-58.