Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2017, № 3
научный журнал
Покупка
Тематика:
Машиностроение. Приборостроение
Издательство:
Тульский государственный университет
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 259
Дополнительно
Тематика:
ББК:
- 312: Электроэнергетика. Электротехника
- 3297: Вычислительная техника
- 34: Технология металлов. Машиностроение. Приборостроение
УДК:
- 620: Испытания материалов. Товароведение. Силовые станции. Общая энергетика
- 621: Общее машиностроение. Ядерная техника. Электротехника. Технология машиностроения в целом
- 681: Точная механика. Автоматика. Приборостроение
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тульский государственный университет» 16+ ISSN 2071-6168 ИЗВЕСТИЯ ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ Выпуск 3 Тула Издательство ТулГУ 2017
УДК 621.86/87 ISSN 2071-6168 Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 3. Тула: Изд-во ТулГУ, 2017. 260 с. Рассматриваются научно-технические проблемы технологий и оборудования обработки металлов давлением, машиностроения и машиноведения, электротехники, информатики, вычислительной техники и обработки информации, военно-специальных наук. Материалы предназначены для научных работников, преподавателей вузов, студентов и аспирантов, специализирующихся в проблематике технических наук. Редакционный совет М.В. ГРЯЗЕВ – председатель, В.Д. КУХАРЬ – зам. председателя, В.В. ПРЕЙС – главный редактор, А.А. МАЛИКОВ – отв. секретарь, И.А. БАТАНИНА, О.И. БОРИСКИН, М.А. БЕРЕСТНЕВ, В.Н. ЕГОРОВ, О.Н. ПОНАМОРЕВА, Н.М. КАЧУРИН, В.М. ПЕТРОВИЧЕВ Редакционная коллегия О.И. Борискин (отв. редактор), С.Н. Ларин (зам. отв. редактора), Б.С. Яковлев (отв. секретарь), И.Л. Волчкевич, Р.А. Ковалев, М.Г. Кристаль, А.Д. Маляренко (Республика Беларусь), А.А. Сычугов, Б.С. Баласанян (Республика Армения), А.Н. Чуков Подписной индекс 27851 по Объединённому каталогу «Пресса России» Сборник зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г. «Известия ТулГУ» входят в Перечень ведущих научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы научные результаты диссертаций на соискание учёной степени доктора наук © Авторы научных статей, 2017 © Издательство ТулГУ, 2017
Технологии и оборудование обработки металлов давлением 3 ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ УДК 621.983; 539.374 ПОДХОД К ОЦЕНКЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ТРУБНОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ РАЗДАЧЕ КОНИЧЕСКИМ ПУАНСОНОМ М.В. Грязев, С.Н. Ларин, А.А. Пасынков С помощью выведенных выражений для определения напряженно-деформированного состояния заготовки в процессе раздачи трубы были установлены зависимости, позволяющие качественно проанализировать исследуемый процесс. В частности, были установлены зависимости напряжений и силовых параметров от характеристик инструмента. Ключевые слова: раздача, пуансон, деформирование, напряжения, сила, заготовка, труба, толщина. При рассмотрении процесса раздачи трубных заготовок коническим пуансоном, имеющим угол конусности α (рис. 1), коэффициент раздачи определяется соотношением . / 0r r K к р = В основе анализа используем метод расчета энергетических параметров операции, базирующийся на совместном решении приближенного дифференциального уравнения равновесия и условия текучести с учетом граничных условий на сопрягаемых участках, а также поворота направления течения материала на угол α на выходе из очага пластической деформации [1]. Допустим, что процесс раздачи трубного полуфабриката реализуется в условиях плоского напряженного состояния, на контактных границах заготовки и инструмента справедлив закон трения Кулона. Принимаем, что материал заготовки несжимаемый, изотропно упрочняющийся, обладает цилиндрической анизотропией механических свойств, для которого применимы условие текучести Мизеса – Хилла [2] и ассоциированный закон пластического течения.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 3 4 Рис. 1. Напряженно-деформированное состояние трубной заготовки при раздаче Меридиональные напряжения в данном случае можно определить по выражению ( ) + σ − α µ + σ ρ ρ − ρ + σ = σ − ρ θ − ρ ρ − − − 1 1 1 1 1 1 1 n n n n f tg n n n n , окружные напряжения – по формуле + σ + = σ ρ θ θ θ R R 1 + + − σ σ + + − σ σ + − σ + θ θ ρ ρ ρ ρ θ θ ρ ρ θ θ 3 ) ( 2 ) 1( ) 1( 1 1 2 2 2 R R R R R R R R R R i i i . Наибольшие по абсолютной величине значения сжимающих меридиональных напряжений определяются в следующем виде: = α − σ + σ = σ ∆ + σ = σ ρ = ρ ρ ρ = ρ ρ ρ = ρ ρ ρ = ρ ρ ρ ) cos 1( 2 2 max гр гр гр гр ) cos 2 3 ( α − σ = ρ = ρ ρ гр , где ) cos 2 3 ( α − – коэффициент, учитывающий изгиб и спрямление осесимметричной заготовки в момент перехода от конического участка к недеформированному цилиндрическому; α = ρ sin / гр гр r .
Технологии и оборудование обработки металлов давлением 5 Значение меридионального напряжения ρ σ для условия, когда при раздаче формируется цилиндрический элемент нового диаметра (рис. 2), определяется так: s r s к s rк α σ = σ ∆ = σ θ = ρ ρ ρ sin 2 2 2 . Меридиональные ρ σ и окружные θ σ напряжения определяются при граничных условиях при к ρ = ρ , s r s к s к к α σ = σ ∆ = σ θ ρ = ρ ρ ρ = ρ ρ sin 2 2 2 . Рис. 2. Схема операции раздачи коническим пуансоном с формированием цилиндрической части Учет изменения толщины трубы в процессе операции раздачи цилиндрической заготовки оценивается соотношением ρ ρ ∫ ρ ρ = d f e s s 0 0 . Силу операции раздачи осесимметричной заготовки определяем в соответствии с выражением max 0 0 2 ρ σ π = s r P . На рис. 3 представлены результаты исследования влияния относительного радиуса 0 /ρ ρ = ρ (при 0r =50 мм; 0 s =4 мм; 05 ,0 = µ ) на относи тельную величину меридиональных θ ρ ρ σ σ = σ 2,0 / и окружных θ θ θ σ σ = σ 2,0 / напряжений на коническом участке заготовки. Расчет вы
Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 3 6 полнен для трубных заготовок, изготовленных из стали 08кп и алюминиевого сплава АМг6, имеющих следующие механические характеристики и геометрические размеры трубной заготовки: сталь 08кп – 15 , 377 0 = σi МПа; 9, 488 = A МПа; 48 ,0 = n ; 817 ,0 = ρ R , 783 ,0 = θ R ; алюминиевый сплав АМг6 – 19 , 194 0 = σi МПа; 11 , 275 = A МПа; 256 ,0 = n ; 67 ,0 = ρ R ; 54 ,0 = θ R [3-4]. а б Рис. 3. Графики изменения относительных величин напряжений ρ σ и θ σ от ρ ( 4,1 = р К ; o 20 = α ): а – сталь 08кп; б – алюминиевый сплав АМг6; 1 – θ σ ; 2 – ρ σ Проведенный анализ графических зависимостей показал, что с ростом относительного радиуса ρ относительное окружное напряжение θ σ также увеличивается. Меридиональные напряжения ρ σ уменьшаются от максимального значения при ρ=1 до нуля, приближаясь к кромке заготовки.
Технологии и оборудование обработки металлов давлением 7 Графические зависимости влияния угла конусности пуансона α ( 4,1 = р К ; 05 ,0 = µ ) на относительную величину силы процесса раздачи ) 2 /( 2,0 0 0 θ σ π = s r P P трубного полуфабриката из стали 08кп и алюминиевого сплава АМг6 показаны на рис. 4. Результаты расчетов и графические зависимости, приведенные на рис.4, показывают, что существуют оптимальные углы конусности пуансона, лежащие в пределах 12…18°, обеспечивающие наименьшую величину силы процесса. Установлено, что при увеличении коэффициентов раздачи p K и трения µ относительная сила операции P растет. Рис. 4. График изменения силы операции P от угла конусности α : кривая 1 – алюминиевый сплав АМг6; кривая 2 – сталь 08кп На рис. 5 приведена зависимость влияния коэффициента раздачи p K на относительную толщину кромки трубного полуфабриката 0 / s s s к к = при выполнении формоизменения трубной заготовки из стали 08кп или алюминиевого сплава АМг6. Рис. 5. График изменения толщины кромки к s от коэффициента раздачи p K ( o 20 = α ; 05 ,0 = µ ): кривая 1 – сталь 08кп; кривая 2 – алюминиевый сплав АМг6
Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 3 8 Приведенные графические зависимости (рис. 5) показывают, что с ростом коэффициента раздачи p K величина относительной толщины кромки трубной заготовки к s значительно снижается. Представленные в статье выражения, определяющие деформированное и напряженное состояния анизотропной трубной заготовки, позволяют определить предельные возможности операции раздачи. Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 16-48-710014 и гранта администрации Тульской области. Список литературы 1. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с. 2. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 331 с. 3. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с. 4. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977. 278 с. Грязев Михаил Васильевич, д-р техн. наук, проф., ректор, mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет, Ларин Сергей Николаевич, д-р техн. наук, проф., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет, Пасынков Андрей Александрович, канд. техн. наук, доц., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет LIMIT THE POSSIBILITY OF FORMING AT CRIMP TUBE STOCK MATRIX THE CONICAL SHAPE M.V. Gryazev, S.N. Larin, A.A. Pasynkov In the method of the base, which is based on a joint decision of approximate differential equations of equilibrium and yield conditions, taking into account interfaces on the borders of plots mathematical model was developed crimp tube Zago-reparation in the conicalshaped matrix that allows to determine the stress-strain state of the blank and power parameters of the process and takes into account mechanical properties of the material. Key words: crimp, matrix deformation, strength, power. Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, the rector, mpf tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Технологии и оборудование обработки металлов давлением 9 Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University, Pasynkov Andrey Aleksandrovich, candidate of technical sciences, docent, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University УДК 621.983; 539.374 МОДЕЛЬ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО СТЕСНЕННОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МАТЕРИАЛА, ПОДЧИНЯЮЩЕГОСЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ ПОЛЗУЧЕСТИ И ПОВРЕЖДАЕМОСТИ С.Н. Ларин, В.И. Платонов, А.А. Пасынков Приведены выражения для оценки силовых параметров и предельных возможностей пневмоформовки многослойных конструкций. Полученные результаты позволяют получить подход к анализу формирования элементов в углах оболочки. Выведенные выражения справедливы для материалов заготовок подчиняющихся энергетической теории ползучести и повреждаемости. Ключевые слова: пневмоформовка, стесненное деформирование, напряжения, деформации, силы. Прямоугольные элементы, являющиеся частями многослойных листовых конструкций, получают посредством пневмоформовки внутренних листов с наружными листами до полного их прилегания. Проанализируем ту стадию, на которой реализуется стесненное деформирование. В работе будет исследовано формирование элементов в углах оболочки в плоскостях yoz и xoz . Учтем, что 1 H a b > > . Принимаем, что материал заготовки - анизотропен; учитываем, что главные оси анизотропии совпадают с осями координат . , , z y x Большая сторона заготовки совпадает перпендикулярно направлению прокатки x . Известны давление 1 p , высота оболочки 1 H , накопленная повреждаемость 0 ω и распределение толщины оболочки ) ( 1 1 ϕ = h h в момент 1t t = , где ϕ-угол, характеризующий положение точки на угловом элементе заготовки. После контакта вершины купола с обшивкой принимаем, что осуществляется то состояние, при котором толщина оболочки меняется одинаково в каждой точке оболочки от начальных размеров при 1t t = , а форма деформируемой угловой части
Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 3 10 оболочки в плоскости xoz сохраняет форму части окружности, а в плоскости yoz – сначала форму части эллипса с последующим переходом в форму части окружности. Разобьем стесненное деформирование на два этапа. На первом этапе в плоскостях yoz и xoz реализуется плоский участок в районе вершины купола до того времени, когда 1 1 1 H b S S − = = ∗ и 1 3 3 H a S S − = = ∗ соответственно. На втором этапе реализуется симметричное формообразование оболочки относительно новых осей симметрии 2 2O O ′ и 3 3O O ′′ ′ с образованием симметрично плоских участков в угловой части оболочки; при этом форма деформируемой свободной угловой части в указанных выше плоскостях имеет форму части окружности (рис. 1 и 2). Примем, что на первом этапе в плоскости yoz форма эллипса сохраняется, полуось его OC не изменяется, оставаясь равной 1 H , а полуось Od изменяется от размера b до размера 1 H , после чего реализуется второй этап второй стадии деформирования с изменением формы оболочки на часть окружности. Рис. 1. Формообразование угловых элементов в плоскости yoz Рис. 2. Формообразование угловых элементов в плоскости xoz Рассмотрим возможные ситуации на втором этапе деформирования: 1) ∗ ∗ ≤ ≤ 3 3 1 1 , S S S S ; 2) ( ) 0 , 4 3 3 1 1 > > ≤ ∗ ∗ S S S S S ; 3) ) 0 ( ,) 0 ( 4 3 3 2 1 1 > > > > ∗ ∗ S S S S S S .