НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ОСАДКЕ ШИРОКИХ ПОЛОС СО СДВИГОМ

Аннотация


Процессы ковки являются традиционными методами металлообработки, их примене- ние весьма обширно и позволяет изготовлять металлоизделия для различных областей промышленности в широком диапазоне температур. Перераспределение главных дейст- вующих сил при формоизменении является необходимым условием для перевода тради- ционных методов ковки в высокотехнологичные способы производства металлов. Основ- ной продукцией кузнечно-прессового производства являются поковки типа плит и пластин. В настоящей работе исследовано влияние сдвигающих сил на напряженно-деформиро- ванное состояние при перераспределении сил трения на контактной поверхности и/или изменении характера течения металла при осадке широких полос. Анализ напряженного состояния осуществлялся методом линий скольжения с сопоставлением с существующим способом осадки без сдвига. Составлены поле линий скольжения и годограф скоростей для осадки полосы со сдвигом. Аналитическим методом оценены напряжения и интенсив- ности деформации сдвига. Выявлено, что осадка полосы между плоскопараллельными плитами сопровождается крайне неравномерной деформацией по сечению заготовки. Выполнено сравнение напряженного состояния при традиционном деформировании и с наложением сдвиговой деформации. Применение сдвигов позволило реализовать пре- имущественно сжимающие напряжения, которые позволяют устранять внутренних дефек- ты заготовки литейного происхождения. Введение сдвиговых деформаций способствует интенсификации процесса пластической деформации по всему сечению полосы, величины напряжения при осадке с дополнительным сдвигом увеличиваются в среднем в 4–6 раз при сравнении с обычной осадкой. Увеличение напряжения происходит за счет развития интенсивности деформации сдвига, достигающее величины 0,4 за одно обжатие.

Полный текст

Эффективность применения сдвиговых деформаций в обработке металлов давлением подтверждена доста- точным количеством авторитетных научных трудов. Интеграция процессов с элементами сдвиговых дефор- маций в реализацию традиционных схем изготовления металлоизделий позволила существенно улучшить ком- плекс конечных эксплуатационных характеристик об- рабатываемых металлов, включая такие ключевые ас- пекты, как прочность, ударная вязкость, коррозионная стойкость и т.д. [1–3]. Реализовать преимущественно сдвиговые деформа- ции в классических способах обработки давлением дос- таточно сложно, поэтому модернизация металлообраба- тывающих устройств и перераспределение главных действующих сил при формоизменении является необ- ходимым условием для высокотехнологичного способа производства металлов в современных условиях. Мето- ды, реализующие сдвиговые деформации, как правило, входят в группу методов, объединяемых общим терми- ном «интенсивная пластическая деформация» (ИПД). Стоит отметить, что методы ИПД представляют собой две большие группы, ранжирующиеся по принципу из- менения поперечного сечения на группу методов, при применении которых пластическая деформация заготов- ки протекает без изменения ее поперечного сечения. Наиболее хорошо изученным из них является равнока- нальное угловое прессование [4–7] и его вариации [8–12]. Ко второй группе относятся процессы, при которых деформирование заготовки происходит с изменением ее поперечного сечения [13–17]. В процессах ковки себестоимость данного вида продукции, а также технологичность ее последующей переработки непосредственно связаны с формирую- щимся напряженно-деформированным состоянием и характером течения металла при ковке заготовок. Оп- ределяющими при этом являются следующие факторы: фактор формы, температурный и кинематический фак- торы [18]. Наиболее часто встречающиеся приемы модерниза- ции устройств и/или технологии реализации ковки на- правлены на пересмотр геометрии инструмента, пара- метров скорости рабочих бойков, температуры бойков и заготовки, скорости деформации и т.д. [19–24]. Мар- шрут деформирования, кроме прочего, существенно влияет на неравномерность напряженно-деформирован- ного состояния, которая накапливается с каждым дефор- мационным циклом [25]. Цель работы – установление влияния сдвиговых деформаций при осадке на напряженно-деформацион- ное состояние широких полос.

Об авторах

Ж. А. Ашкеев

Карагандинский индустриальный университет

В. А. Андреященко

Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова

К. А. Ногаев

Карагандинский индустриальный университет

Ж. У. Буканов

Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова

Список литературы

  1. Characterising Correlations between Electric Conductivity and Structural Features in Rotary Swaged Al/Cu Laminated Conductors / L. Kunčická [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15. – P. 1003. doi: 10.3390/ma15031003
  2. Corrosion Behavior of Ultrafine-Grained CoCrFeMnNi High-Entropy Alloys Fabricated by High-Pressure Torsion / H. Shimizu Materials. – 2022 – № 15. – P. 1007. doi: 10.3390/ma15031007
  3. ECAP-treated aluminium alloy AA2030: Microstructure and mechanical properties / V. Andreyachshenko [et al.] // Materiali in Tehnologije. – 2019. – Vol. 53(6). – P. 805–810.
  4. Mechanical behaviour of Aluminium Alloy AA6063 processed through ECAP with optimum die design parameters / K.M. Agarwal [et al.] // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2021. – P. 1–15. doi: 10.1080/2374068X.2021.1878705
  5. Effect of ECAP processing on distribution of second phase particles, hardness and electrical conductivity of Cu− 0.81 Cr− 0.07 Zr alloy / F.C. Dalan [et al.] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2022. – Vol. 32 (1). – P. 217–232. doi: 10.1016/S1003-6326(21)65789-8
  6. Enhancement of strength-ductility synergy in ultrafinegrained Cu-Zn alloy prepared by ECAP and subsequent annealing / J. Chen [et al.] // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – No. 17. – P. 433–440. doi: 10.1016/j.jmrt.2022.01.026
  7. Andreyachshenko V.A., Naizabekov A.B. Microstructural and mechanical characteristics of AlSiMnFe alloy processed by equal channel angular pressing // Metalurgija. – 2016. – Vol. 55, no. 3. – P. 353–356.
  8. Derakhshan J.F., Parsa M.H., Jafarian H.R. Microstructure and mechanical properties variations of pure aluminum subjected to one pass of ECAP-Conform process // Materials Science and Engineering: A. – 2019. – Vol. 747. – P. 120–129. doi: 10.1016/j.msea.2019.01.058
  9. Study of structure of naturally aged aluminium after twist channel angular pressing / L. Kunčická [et al.] // Materials Characterization. – 2019. – Vol. 152. – P. 94–100. doi: 10.1016/j.matchar.2019.03.045
  10. Kocich R., Kunčická L., Macháčková A. Twist Channel Multi-Angular Pressing (TCMAP) as a method for increasing the efficiency of SPD // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2014. – No. 63. – P. 012006. doi: 10.1088/1757-899X/63/1/012006
  11. Andreyachshenko V. Evolution of Al – Si – Mn – Fe aluminum alloy microstructure in the equal-channel angular pressing with back pressure // Materials Letters. – 2019. – Vol. 254. – P. 433–435. doi: 10.1016/j.matlet.2019.07.127
  12. Naizabekov A., Andreyachshenko V., Kliber J. Forming of microstructure of the Al – Si – Fe – Mn system alloy by equal channel angular pressing with backpressure // Conf. Proc. 21st International Conference on Metallurgy and Materials (Metal-2012), edited by Tanger (Brno Czech Republic, 2012). – 2012. – P. 391–395.
  13. Andreyachshenko V.A. Finite element simulation (FES) of the fullering in device with movable elements // Metalurgija. – 2016. – Vol. 55, no 4. – P. 829–831.
  14. Мухтаров Ш. Х., Валитов В. А., Дудова Н. Р. Влияние нанокристаллической структуры на сверхпластическое поведение сплава Inconel 718 // Физическая мезомеханика. – 2004. – Т. 7. – Спец. вып. – Ч. 2. – С. 38–41.
  15. Жбанков Я.Г., Швец А.А., Гунько М.И. Дифференцированная ковка протяжкой плоскими бойками // Обработка материалов давлением: сб. научн. трудов. – Краматорск: ДГМА. – 2013. – № 2 (35). – С. 60–65.
  16. Марков О.Е. Эффективная схема ковки крупных слитков с использованием кузнечной протяжки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. – 2012. – № 8. – С. 44–48.
  17. Пат. РФ 2252834. Способ ковки заготовок плоскими бойками / В.В. Овечкин, Р. Копп, О. Зигльмайер, В.А. Тюрин.
  18. Алиев И.С., Жбанков Я.Г., Периг А.В. Факторы, влияющие на параметры ковки крупных поковок // Вестник ПНИПУ «Машиностроение, материаловедение». – 2013. – Т. 15, № 1. – С. 27–44.
  19. Lee J.-J., Jung U-J., Park G.-J. Shape optimization of the workpiece in the forging process using equivalent static loads // Finite Elements in Analysis and Design. – 2013. – No. 69. – P. 1–18.
  20. Optimum back-pressure forging using servo die cushion / K. Kawamoto, Т. Yoneyama, М. Okada, S. Kitayama, J. Chikahisa // 11th International Conference on Technology of Plasticity (ICTP- 2014), Nagoya Congress Center, Nagoya, Japan Procedia Engineering. – 2014. – No. 81. – P. 346–351.
  21. A study of direct forging process for powder superalloys / Q. Bai [et al.] // Materials Science Engineering A. – 2015. – No. 621. – P. 68–75
  22. Enhanced microstructure homogeneity and mechanical properties of AZ31–Si composite by cyclic closed-die forging / W. Guo [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2013. – No. 552. – P. 409–417.
  23. Microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy processed by cyclic closed-die forging / W. Guo [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2013. – No. 558. – P. 164–171.
  24. Microstructure, texture and mechanical properties of coarse-grained Mg–Gd–Y–Nd–Zr alloy processed by multidirectional forging / X. Xia [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – No. 623. – P. 62–68.
  25. Паршиков Р.А., Золотов А.М., Рудской А.И. Анализ неоднородности напряженно-деформированного состояния металла в процессах интенсивной пластической деформации // Обработка сплошных и слоистых материалов. – 2016. – № 1 (44). – С. 5–13.
  26. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977. – 423 с.
  27. Ashkeyev Z.A., Andreyachshenko V.A., Bukanov Z.U. Research of the asymmetric rolling of workpieces // PNRPU Mechanics Bulletin. – 2020. – No. 4. – P. 27–35.
  28. Determination of the stress state and the force of deformation of ball-shaped billets in a closed matrix / Z.A. Ashkeyev [et al.] // PNRPU Mechanics Bulletin. – 2021. – No. 4.– P. 5–12.
  29. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением: учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 688 с.
  30. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. – М.: Металлургия, 1972. – 408 с.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 113

PDF (Russian) - 84

Cited-By


PlumX


© Ашкеев Ж.А., Андреященко В.А., Ногаев К.А., Буканов Ж.У., 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах