М.Ф. Томилов, ф.Х. Томилов, с.А. Толстов оценка возможности бездефектного производства деталей из листовых заготовок
Предложена методика оценки использования ресурса пластичности материала при простом и сложном немонотонном деформировании листовых заготовок, основанная на двух доминирующих браковочных признаках листовой штамповки: разрушении и потери устойчивости пластического растяжения
Для оценки степени близости напряженно-деформированного состояния формуемой заготовки к предельному, в настоящей работе предлагается недетерминированный комплексный метод на основании которого устанавливается возможность бездефектного производства деталей из листа. Суть метода заключается в одновременном и независимом прогнозировании возможности появления каждого из доминирующих дефектов, характерных для операции листовой штамповки:
неустойчивости растяжения в виде локализации деформации с последующим разрывом заготовки;
разрушения заготовки без предварительной локализации деформации вследствие недостаточной пластичности ее материала.
При этом еще на этапе проектирования операции дается не только качественная оценка возможности появления того или иного браковочном» признака, но и рассчитываются соответствующие им величины коэффициентов запаса, которые имеет материал формуемой заготовки. Особо следует отметить, что так как прогнозирование появления дефектов осуществляется независимо, то изначально не отдается предпочтение ни одному из критериев, определяющих возможность их возникновения. Заключение о возможности появления соответствующего браковочного признака делается на основании сопоставления напряженно-деформированного состояния формуемой заготовки на каждом этапе ее формоизменения с предельными деформационными характеристиками ее материала.
Методологической основой такого подхода является одновременное использование при прогнозировании двух диаграмм предельной формуемости – диаграммы предельных устойчивых деформаций (ДПД) и диаграммы разрушения (ДР). Эффективность этого подхода несомненна, так как для одной и той же детали в ее различных зонах доминирующим дефектом может оказаться либо разрушение вследствие малой пластичности материала, либо локализация деформации с последующим разрывом вследствие потери устойчивости пластического растяжения.
Оценку
уровня дефектности изготавливаемой
детали осуществляют в следующей
последовательности. Вначале производят
расчет напряженно-деформированного
состояния формуемой заготовки и в каждой
ее точке определяют параметры вида
деформированного
и напряженного
состояний. Затем строят экспериментальные
диаграммы предельной формуемости (ДПД
и ДР), которые аппроксимируют, например,
алгебраическими полиномами, и полученные
аналитические зависимости
и
заносят в базу данных. Здесь
и
– предельные значения интенсивности
логарифмических деформаций устойчивости
и разрушения соответственно. Используя
эти зависимости, по установленным для
каждой точки формуемой заготовки
значениям
рассчитывают величины предельных
деформаций
и
.
Прогнозирование
возникновения браковочного признака,
связанного с локализацией деформации
вследствие неустойчивости пластического
растяжения, сопровождающейся образованием
локальных утонений, прогрессирование
которых в последующем приводит к
появлению трещин и разрушению,
осуществляется путем сопоставления
фактического
и допускаемого
коэффициентов запаса устойчивости.
Процесс формообразования устойчив, и локализация деформации отсутствует, если выполняется условие
.
(1)
Фактический
коэффициент запаса устойчивости
пластического растяжения
определяется как наименьшее из вычисленных
в различных точках формуемой заготовки
отношений
.
Величина допустимого коэффициента
запаса устойчивости
=
1,3 установлена на основании обработки
результатов многочисленных экспериментов.
Возможность разрушения материала без предварительной локализации деформации определяется в зависимости от величины фактического коэффициента запаса пластичности
.
(2)
Условие отсутствия разрушения представляется в виде
.
(3)
Здесь
=
1,3 - допустимый коэффициент запаса по
разрушению, установленный на основании
обработки большого числа экспериментальных
данных.
Такая процедура расчета выполняется на каждом шаге деформирования и тем самым при проектировании операции проводится ее тестирование – проверка возможности изготовления детали без указанных признаков брака.
Важным преимуществом изложенного подхода к оценке возможности бездефектного производства деталей из листа является то обстоятельство, что выбор соответствующей диаграммы (ДПД или ДР), определение вида доминирующего браковочного признака и оценка уровня дефектности материала формуемой заготовки осуществляются еще на стадии проектирования операции. В случае нарушения условий (1), (3) имеется возможность управления процессом путем:
выбора материала с более высокими пластическими свойствами;
изменения условий трения, например за счета применения другого вида смазки;
изменения формы и размеров заготовки;
разработки более технологичной конфигурации детали.
Однако следует заметить, что оценку устойчивости пластического растяжения с достаточно высокой степенью точности можно осуществлять по ДПД, а ресурс пластичности материала оценивать с помощью ДР только в тех операциях листовой штамповки, для которых отношение главных скоростей и ориентация главных осей деформации в ходе процесса формоизменения остаются примерно постоянными, то есть деформирование является простым. Для процессов со сложной историей нагружения использование диаграмм предельной формуемости может привести к ошибочным результатам [1, 2].
Литература
1. Дель Г.Д., Томилов Ф.Х., Богомолов Ю.С. Пластичность металлов при немонотонном деформировании // Изв. вузов. Черная металлургия. 1982. № 6. С. 34-37.
2. Дель Г.Д. Пластичность деформированного металла // Физика и техника высоких давлений. 1983. № 1 1. С. 28-32.
Воронежский государственный технический университет
Военный учебно-научный центр военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)
Воронежский филиал Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ)
УДК 539.377:621.78