Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2018, № 4
научный журнал
Покупка
Тематика:
Машиностроение. Приборостроение
Издательство:
Тульский государственный университет
Год издания: 2018
Кол-во страниц: 484
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 4 Тула Издательство ТулГУ 2018
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ: ISSN 2071-6168 Председатель Грязев М.В., д-р техн. наук, проф., ректор Тульского государственного университета. Заместитель председателя Кухарь В.Д., д-р техн. наук, проф., проректор по научной работе. Ответственный секретарь Ивутин А.Н., канд. техн. наук, доц., начальник Управления научно-исследовательских работ. Главный редактор сборника «Известия Тульского государственного университета» Прейс В.В., д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой. Члены редакционного совета: Батанина И.А., д-р полит. наук, проф. – отв. редактор серии «Гуманитарные науки»; Берестнев М.А., канд. юрид. наук, доц. – отв. редактор серии «Экономические и юридические науки». Часть 2. «Юридические науки»; Борискин О.И., д-р техн. наук, проф. – отв. редактор серии «Технические науки»; Егоров В.Н., канд. пед. наук, доц. – отв. редактор серии «Физическая культура. Спорт»; Заславская О.В., д-р пед. наук, проф. – отв. редактор серии «Педагогика»; Качурин Н.М., д-р техн. наук, проф. – отв. редактор серии «Науки о Земле»; Понаморева О.Н., д-р хим. наук, доц. – отв. редактор серии «Естественные науки»; Сабинина А.Л., д-р экон. наук, доц. – отв. редактор серии «Экономические и юридические науки». Часть 1. «Экономические науки». РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: Ответственный редактор Борискин О.И., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула). Заместитель ответственного редактора Ларин С.Н., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула). Ответственный секретарь Яковлев Б.С., канд. техн. наук (ТулГУ, г. Тула). Члены редакционной коллегии: Александров А.Ю., д-р техн. наук (Ковровская государственная технологическая академия им. В.А. Дегтярева, г. Ковров); Баласанян Б.С., д-р техн. наук (Государственный инженерный университет Армении, г. Ереван, Армения); Васин С.А., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); Дмитриев А.М., д-р техн. наук (Московский государственный технический университет «СТАНКИН», г. Москва); Запомель Я., д-р техн. наук (Технический университет Остравы, г. Острава, Чехия); Ковалев Р.А., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); Колтунович Т.Н., д-р техн. наук (Люблинский технологический университет, г. Люблин, Польша); Кристаль М.Г., д-р техн. наук (Волгоградский государственный технический университет, г. Волгоград); Ларкин Е.В., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); Мельников В.Е., д-р техн. наук (Национальный исследовательский университет «МАИ», г. Москва); Мещеряков В.Н., д-р техн. наук (Липецкий государственный технический университет, г. Липецк); Мозжечков В.А., д-р техн. наук (АО «Тулаэлектропривод», г. Тула); Распопов В.Я., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); Савин Л.А., д-р техн. наук (Орловский государственный технический университет, г. Орел); Семилет В.В., д-р техн. наук (АО «Конструкторское бюро приборостроения», г. Тула); Сорокин П.А., д-р техн. наук (Российский университет транспорта «МИИТ», г. Москва); Степанов В.М., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); Сычугов А.А., канд. техн. наук (ТулГУ, г. Тула); Чуков А.Н., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); Яцун С.Ф., д-р техн. наук (Юго-Западный государственный университет, г. Курск). Сборник зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). ПИ № ФС77-61104 от 19 марта 2015 г. Подписной индекс сборника 27851 по Объединённому каталогу «Пресса России». Сборник включен в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы научные результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук», утвержденный ВАК Минобрнауки РФ. © Авторы научных статей, 2018 © Издательство ТулГУ, 2018
Технологии и машины обработки давлением 3 ТЕХНОЛОГИИ И МАШИНЫ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ УДК 621.983; 539.374 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ АНИЗОТРОПИИ МАТЕРИАЛА НА ПОВРЕЖДАЕМОСТЬ МАТЕРИАЛА ПРИ ВЫТЯЖКЕ С ФЛАНЦЕМ ЧЕРЕЗ РАДИАЛЬНУЮ МАТРИЦУ М.В. Грязев, С.Н. Ларин, А.Н. Исаева С использованием разработанной ранее математической модели процесса вытяжки без утонения стенки анизотропного упрочняющегося материала с прижимом через радиальную матрицу установлено влияние анизотропии механических свойств на пре-дельные возможности формоизменения. Ключевые слова: вытяжка с фланцем, матрица, деформирование, напряжения, деформации, повреждаемость. Рассмотрим первую вытяжку с прижимом фланца через матрицу с радиальной формой рабочей кромки с радиусом М r листового материала, характеризующегося анизотропными свойствами с деформацией d m − = ψ 1 , где d m – коэффициент вытяжки; 0 1 / D d md = ; 1 1 2r d = – диаметральный размер детали по нейтральному слою; 0 0 2R D = – диаметр заготовки. В качестве допущений принимаем, что материал несжимаем, трансверсально анизотропен, изотропно упрочняется. Для описания поведения материала актуальны условие текучести Мизеса – Хилла и ассоциированный закон течения [1 – 4]. При расчетах считаем, что первая операция вытяжки происходит в условиях плоского напряженного состояния. Для данных условий деформирования принимается справедливость реализации закона трения Кулона на границах заготовки и инструмента. При моделировании данного процесса воспользуемся способом, основанным на параллельном решении приближенных дифференциальных уравнений равновесия и условий текучести, который учитывает сопряжения на контактных границах и изменение течения материала [1 – 9]. Перед расчетом очаг деформации делим на несколько участков. На рис. 1 даны
Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 4 4 схемы для анализа исследуемой операции для оценки начальной стадии вытяжки и стадии, при которой происходит совпадение центра закругления пуансона с верхней кромкой матрицы ( 0 s z > , z – зазор между инструментами на сторону). Рис. 1. Схема к оценке первого и второго этапов вытяжки с фланцем Изменение толщины заготовки при вытяжке осесимметричных деталей оценивалось по соотношению [1] r dr R R s s r r r r n − + σ − σ σ + σ − = θ θ 1 ) 1( ln 0 . (1) Положение внешнего края k R в процессе деформации вычисляется из условия постоянства площади поверхности заготовки в зависимости от перемещения пуансона П h . Следует отметить, что при 2 / π = ϕ конусообразный участок бесконтактной деформации (участок I в) исчезает (рис. 1). Сила операции в этот момент деформирования находится по формуле [1] вых r s d P σ π = 0 1 , (2) в которой величина меридионального напряжения на выходе из очага деформации вых r σ оценивается так [1]: МС s r вых r r s 4 2 2 π = ϕ σ + π = ϕ σ = σ , (3) где 2 π = ϕ σ вых r – напряжения в меридиональном направлении на по верхности матрицы тороидальной формы при значениях 2 π = ϕ ; 2 π = ϕ σs – сопротивление материала пластическому деформированию при 2 π = ϕ ; 1 d – диаметр детали по нейтральному слою.
Технологии и машины обработки давлением 5 Выражения (1) – (3) позволят выявить критические режимы процесса. Критические режимы вытяжки лимитируются максимальной величиной осевого напряжения вых r σ в стенке изделия на выходе из очага деформа ции, которая не должна быть больше сопротивления металла формоизменению [1] вых r σ s σ ≤ , (4) допустимой степенью использования ресурса пластичности и критерием локальной потери устойчивости листовой заготовки. Оценку изменения толщины изделия при вытяжке проводили по выражению [1] r dr R R s s r r r r n − + σ − σ σ + σ − = θ θ 1 ) 1( ln 0 , (5) где МС s r вых r r s 4 2 2 π = ϕ σ + π = ϕ σ = σ , 2 π = ϕ σ вых r – напряжения в меридиональном направлении на поверхности инструмента тороидальной поверхности формы, определенные при 2 π = ϕ ; 2 π = ϕ σs – сопротивле ние металла формоизменению при 2 π = ϕ ; 1 d – диаметр детали по нейтральному слою. Внешние диаметральные размеры k R при вытяжке находятся из условия неизменности площади поверхности заготовки в зависимости от пути пуансона П h . Критические режимы исследуемой операции вытяжки определялись за все время деформирования и вычислялись посредством расчетов по полученным неравенствам. Было выявлено влияние механических свойств материала изделия на критические режимы вытяжки. На рис. 2 – 4 показаны зависимости к оценке влияния коэффициента анизотропии R на критические коэффициенты вытяжки dnp m при постоянных значениях относительного радиуса закругления поверхности матрицы M r . Все вычисления проводились для представленных параметров кривой упрочнения: для материала 1 2,0 σ =268,7 МПа; B =1,226; n=0,477; Ω=1,792; U =- 0,945; для материала 2 2,0 σ =29,1 МПа; B =2,369; n=0,439; Ω= 1,359; U = -1,23; для материала 3 2,0 σ =214,89 МПа; B =5,197; n=0,574; Ω= 2,37; U = -0,768. Рабочие размеры изделия, заготовки, пуансона и матрицы: мм s 5,1 0 = ; мм R 4, 36 0 = ; мм RМ 20 = ; 3 = М r ; 05 ,0 = µ ; 1 = q МПа.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 4 6 Рис. 2. К оценке влияния коэффициента R на критические коэффициенты вытяжки np d m для материала 1 Рис. 3. К оценке влияния коэффициента R на критические коэффициенты вытяжки np d m для материала 2
Технологии и машины обработки давлением 7 Рис. 4. К оценке влияния коэффициента R на критические коэффициенты вытяжки np d m для материала 3 После выполнения анализа полученных зависимостей было выявлено, что с увеличением коэффициента R и относительного радиуса закругления матрицы M r значения критического коэффициента вытяжки dпр m падают, а рост коэффициента R с 0,25 до 2 ведет в конечном итоге к падению значений критического коэффициента вытяжки dпр m в 1,4 раза. Работа выполнена в рамках грантов РФФИ № 16-48-710014 и гранта администрации Тульской области. Список литературы 1. Грязев М.В., Ларин С.Н. К разработке математической модели процесса вытяжки упрочняющегося материала с прижимом через радиальную матрицу // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. Вып. 2. С. 172 – 178. 2. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977. 423 с. 3. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Андрейченко В.А. Обработка давлением анизотропных материалов. Кишинев: Квант, 1997. 331 с. 4. Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.П., Яковлев С.С. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного материала. Тула: ТулГУ, 2000. 195 с.
Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 4 8 5. 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, Исаева Анна Николаевна, асп., mpf-tula@rambler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет INVESTIGATION OF THE INFLUENCE OF ANISOTROPY OF MATERIAL ON DAMAGE TO MATERIAL WITH FLANGE THROUGH A RADIAL MATRIX M.V. Gryazev, S.N. Larin, A.N. Iaseva Using the previously developed mathematical model of the drawing process without thinning the walls of an anisotropic reinforcing material with a clamp through a radial matrix, the effect of the anisotropy of mechanical properties on the limiting possibilities of deformation is established. Key words: hood with flange, matrix, deformation, stress, deformation, damageability. Gryazev Michail Vasilievich, doctor of technical sciences, professor, rector, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University, Larin Sergey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University, Isaeva Anna Nikolaevna, postgraduate, mpf-tula@rambler.ru, Russia, Tula, Tula State University
Технологии и машины обработки давлением 9 УДК 621.983; 539.374 МОДЕЛЬ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО СВОБОДНОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ ТИТАНОВЫХ СПЛАВОВ С.Н. Ларин, В.И. Платонов Получены выражения, позволяющие получить подход к моделированию формообразования изделия квадратной формы при реализации условий кратковременной ползучести. Полученные уравнения могут способствовать осуществлению теоретической оценки исследуемой операции. Ключевые слова: пневмоформовка, напряжения, деформации, кратковременная ползучесть, квадратная матрица. Рассмотрим формоизменение листа толщиной 0 h в матрице квадратной формы со сторонами размером a 2 с реализацией режима кратковременной ползучести под давлением p , которое изменяется от времени t в следующем виде: p n pt a p p + = 0 , где p a и p n – параметры закона на гружения. Материал проявляет анизотропные свойства. Заготовка вырезалась так, что одна сторона ее совпадает с направлением оси y (перпендикулярно направлению прокатки x) [1 – 10]. Заготовка закреплена по внешнему контуру. При моделировании предполагаем, что напряженное состояние заготовки плоское ( 0 = σz ). Изделие при формоизменении приобретает профиль в виде сферы. При деформировании считаем, что вдоль осей симметрии профиль представляет собой окружность. Рассмотрим эти же вопросы применительно к группе материалов, подчиняющихся кинетическим уравнениям ползучести и повреждаемости. Теперь необходимо определить значение накопленной в ходе фор мообразования повреждаемости c ec ω в полюсе оболочки, для чего требуется осуществить подстановку величины e σ из первого уравнения состояния во второе. После преобразований c e c ec B k ξ = ω& ; c np e B k ε = / . (1) Следующим этапом необходимо определить нагружение иделия, когда в его полюсе const c ec c ec = ξ = ξ 1 . В этом случае, проинтегрировав уравнения (1) при начальных условиях 0 = t , 0 = ωc ec , получим B k t B k c ec c ec c ec ε = ξ = ω 1 . (2)
Известия ТулГУ. Технические науки. 2018. Вып. 4 10 Критические деформации в заготовке формируются при 1 = ωc ec , откуда следует, что k B c np ec = ε . (3) Давление p , при котором создаются условия для успешного формоизменения, найдем по соотношению n c ec n m c ес e B a H D a Hh p 1 1 3 2 2 1 1 2 0 0 ) ( ) 1( ) 1( 2 ξ + χ + ω − σ = . (4) Зависимость ) (t c e c ec ω = ω определяется соотношением (1), а функция ) (t H H = может быть найдена из выражения t dt c ec t c ec c ec 1 0 ξ = ξ = ε , (5) а также следующим образом: 2 2 0 0 1 1 2 a H dH H C dt C t H c yc c ec + = ξ = ε , (6) т.е. 2 2 2 1 1 ln a H a C t c ec + ξ = . (7) Рассмотрим нагружение листовой заготовки, когда const p = . Подставив в уравнение (1) выражения 2 2 1 1 2 a H H H C C c yc ec с + = ξ = ξ & и соотношения 2 2 2 a H H H c yc c xc + = ξ = ξ & ; ξzc c h h = & , получим с учетом (3) c np ec c ec a H H H C a H H H C B k ε + = + = ω ) ( 2 2 2 2 1 2 2 1 & & & . (8) Проинтегрировав это уравнение при начальных условиях 0 = t , 0 = ωc ec , имеем 2 2 2 1 ln 1 a H a c ec ec + ξ = ω . (9) Предельно возможную высоту в полюсе изделия ∗ H найдем из уравнения (9) при 1 = ωc ec . Рассмотрим напряженное и деформированное состояния в точке a x = , 0 = y .