Рис. 12 - Расчет распределения толщины детали по образующей при обжиме и экспериментальные точки: - - - - толщина на образующей; - - - толщина цилиндрического участка; ¦ эксперимент
Рис. 13 - Потеря устойчивости от заклинивания кромки
Считаем важным отметить, что при обжиме трубных заготовок с относительной толщиной стенки более 2 %, имеющих выраженное отклонение формы поперечного сечения от окружности (эксцентриситет), происходит окружная потеря устойчивости (рис. 14), что косвенно является дополнительным подтверждением справедливости допущений, принятых при выводе зависимости (2).
Рис. 14 - Потеря устойчивости заготовок с эксцентриситетом
Предельные возможности обжима тонкостенных заготовок
Целью данных экспериментов было определение предельных коэффициентов обжима заготовок с различными относительными толщинами для сравнения с результатами теоретических расчетов по предложенным математическим моделям процесса обжима (1) и окружной потери устойчивости (3) с условием (2).
Эксперименты проводились на заготовках диаметром от 70 до 100 мм с относительными толщинами от 0,5 до 2 % из сплавов АМг 3М, АМг 6М, АД 31Т. Установлено, что предельные степени деформации практически не зависят от формы матрицы, марки сплава, наличия или отсутствия нагрева. Данный факт согласуется с формулой (2).
На рис. 15 представлена теоретическая номограмма зависимости предельных коэффициентов обжима по окружной устойчивости от исходной относительной толщины стенки заготовки и экспериментальные точки. В расчетах по модели (3) принято, что неоднородность механических свойств заготовки составляет 12 %.
Рис. 15 - Зависимость минимальной относительной толщины стенки S0/D0 исходной трубы от предельного коэффициента обжима Ко применительно к окружной устойчивости заготовок из алюминиевых сплавов: - - - расчет по моделям (1), (3); ¦ эксперимент
Выводы
В результате проведенных теоретических работ получена методика расчета напряженно-деформированного состояния и предельных возможностей обжима трубных заготовок.
Проведенные исследования механизма окружной потери устойчивости позволяют предложить мероприятия по повышению предельных возможностей деформирования тонкостенных заготовок, например, за счет повышения однородности механических характеристик.
Эксперименты показывают, что при подборе оптимальных температурно-скоростных режимов деформирования возможно существенное упрощение технологического оснащения за счет исключения принудительного охлаждения передающей зоны.
Применение на практике разработанных методик расчета позволит снизить затраты на отработку технологических процессов изготовления деталей путем обжима.
Полученные математические модели также могут быть использованы на стадии проектирования металлокомпозитных баллонов при подборе сортамента и оценки распределения толщины материала для изготовления штуцера.
Литература
1. Шишкин А.А. Методы предотвращения потери устойчивости при обжиме тонкостенных труб // КШП. ОМД. Сборник трудов к 70-летию кафедры "ТПЛА", Москва 2010 г.
2. Горбунов М.Н. Штамповка деталей из трубчатых заготовок. Машгиз, 1960 г.
3. Образцов И.Ф., Васильев В.В., Бунаков В.А. Оптимальное армирование оболочек вращения из композиционных материалов. М.: Машиностроение, 1977. 144 с.
4. Чумадин, А.С., Шишкин А.А. Исследование процесса обжима тонкостенных труб // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. - М., 2012. - № 11. - С. 14-19.
5. Marciniak Z., Kuczynski K. Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal. "International Journal of Mechanical Science", vol. 9, 1967, p. 609-620.
6. Сопротивление деформации и пластичность алюминиевых сплавов. Справочник. Микляев П.Г., Дуденков В.М. М., "Металлургия", 1979. 183 с.