Разработка и применение процессов электроимпульсного разупрочнения углеродистых сталей и сплавов цветных металлов в операциях холодной листовой штамповки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Андрусенко, Александр Иванович

• Андрусенко, Александр Иванович
• кандидат технических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат технических наук Андрусенко, Александр Иванович

ВВЕДЕНИЕ.б

X. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛВДОВАНИЯ.

X.I. Процессы упрочнения-разупрочнения в металлах при пластической деформации.■.

1.2. Эффект электроимпульсного разупрочнения металлов /ЭЭИРМ/• Его теоретическое и экспериментальное исследование • •

1.3. Промышленное использование ЭЭИРМ

1.4. Анализ использования ЭЭИРМ в операциях холодной листовой штамповки и задачи его исследования •

1Л.1. Применение ЭЭИРМ в операциях чистовой вырубки и пробивки.

1.4.2. Применение ЭЭИРМ в формоизменяющих операциях

1Л.З. Задачи исследования эффекта электро импульсного разупрочнения металлов 40 Выгоды.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЭИРМ ПРИ ОДНООСНОЙ

ДЕФОРМАЦИИ.

2.1. Цель и задачи теоретического исследования ЭЭИР токопроводящих материалов

2.2. Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением электрических импульсов

2.3. Теоретическое исследование процесса упрочнения-разупрочнения токопроводящих материалов в процессе одноосной деформации с использованием ЭЭИР.

2.3.1. Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением ЭЭИР при постоянной скорости деформации

2.8.2. Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением ЭЭЙР при постоянной скорости деформирования

2.3.8. Пластическая деформация токопроводящих материалов с наложением ЭЭИР при произвольном изменении скорости деформации, ее рода и вида

2.4. Определение постоянных-коэффициентов анадитической модели процесса пластической деформации, протекающего при наложении импульсов электрического тока

2.4.1. Определение постоянных-коэффициентов А и В аналитической модели по зависимости /2.5/

2.4.2. Определение постоянных-коэффициентов ^ и /) аналитической модели по зависимости /2.2/ . 66 Выводы.

3. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫРУБКИ /ПРОБИВКИ/ И ВЫГЯККИ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ПЛОСКОЙ ЗАГОТОВКИ С НАЛОЖЕНИЕМ НА ОЧАГ ДЕФОРМАЦИИ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО РАЗУПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ /ЭЭИРМ/.

3.1. Процесс деформации при пробивке /вырубке/ с наложением на очаг деформации импульсного электрического тока

3.2. Теоретическое исследование вытяжки цилиндрической детали из плоской заготовки с наложением на очаг деформации импульсного тока

Выводы.

4. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ . ^

4.1. Зэдачи экспериментальных исследований

4.2. Объекты экспериментальных исследований . •

4.3. Методика экспериментальных исследований. Оборудование и приборы.

4.3.1. Состав экспериментальной установки

4.3.2. Устройство экспериментальной установки

4.3.3. Устройство блока захватов и блока тензометрических датчиков. Измерение усилий и деформации . •

4.3.4. Особенности проведения испытаний при сжатии цилиндрических образцов.

4.3.5. Измерение времени и величины тока в процессе испытаний.

4.3.6. Методика экспериментальных исследований

4.4. Обработка экспериментальных данных

Выводы.ИЗ

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ НЕКОТОРЫХ Т0К0ПР0В0ДЯЩИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

С НАЛОЖЕНИЕМ ЭЭИРМ. П

5.1. Влияние ЭЭИР не величину разупрочнения пластически деформируемого металла

5.2. Влияние ЭЭИРМ на пластичность деформируемого металла

Выводы

6. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭФФЕКТА ЭЛЕКГРОИМПУЛЬСНОГО РАЗУПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

6.1. Цель практического использования теоретических и экспериментальных исследований ЭЭИРМ.

6.2. Объект и задачи практического использования ЭЭИРМ в операциях холодной листовой штамповки

6.3. Конструкция штампа и этапы" процесса вытяжки деталей коробчатой формы из токопроводящей заготовки с наложением ЭЭИРМ

6А. Использование ЭЭИРМ для определения физического предела текучести.

Выводы.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и применение процессов электроимпульсного разупрочнения углеродистых сталей и сплавов цветных металлов в операциях холодной листовой штамповки»

В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981-1985 годы и на период до Х990 года" отмечено, что основными путями интенсивного развития и повышения эффективности общественного производства являются: широкое применение малооперационных, малоотходных и безотходных технологических процессов, обеспечивающих экономное использование конструкционных материалов, рост производительности труда, высокое качество продукции и полную безопасность проведения работ.

Решение поставленных задач возможно только в том случае, когда конструкторские и технологические разработки базируются на современных теоретических и экспериментальных исследованиях.

С этой точки зрения особый интерес представляют явления, открытые на стыке наук. Как правило, их практическое применение в* трудоемких технологических процессах обработки металлов позволяет значительно повысить производительность труда и качество выпускаемой продукции. В настоящее время хорошо известны такие, на первый взгляд не совместимые процессы, как использование луча лазера, потока свободных электронов, диффузии атомов-в сварке, применение энергии взрыва и магнитного импульсного поля-в операциях обработки металлов давлением и многие другие. Очевидно, что физика твердого тела и квантовая механика, электрический ток и магнитное поле все больше вторгаются в процессы металлообработки.

В этой связи большой интерес представляет сначала теоретически обоснованное, а затем и открытое, явление повышения пластичности деформируемого металла и его разупрочнение при прохождении чео рез очаг деформации импульсного тока плотностью не менее 10° А/м2 и продолжительностью импульса - 10~^С. Хотя это явление уже несколько лет исследуется, природа его еще не совсем ясна. Большинство исследователей сходятся на мысли, что главным механизмом этого явления служит увлечение импульсным потоком электронов дислокаций, которые также, как и электрон, имеют свой заряд и полярность. Кроме этого, на деформируемый материал действует магнитное поле токоподводящих элементов, сила Ампера, пинч-эффект и другие силовые составляющие электромагнитного поля. Некоторые исследователи дополнительно указывают на действие температурного градиента, создающего за счет выделения джоулевого тепла на деф-фектах микроструктуры, значительные по своей величине термонапряжения.

Совокупность выше перечисленных действий, возникающих при прохождении через очаг пластического формоизменения импульсного тока, повышает пластичность материала и разупрочняет его в момент протекания импульса. Это явление получило название эффект электропластичности или эффект электроимпульсного разупрочнения металлов /ЭЭИРМ/. Наиболее ценным качеством данного эффекта явилось то, что разупрочнение и повышение пластичности материала протекает при постоянной температуре. Это объясняется тем, что при малой и г продолжительности импульса ДО - 10 , С/, импульсный ток высокой плотности является током нетермической величины. Таким образом, появилась возможность формоизменять труднодеформируемые и обычные конструкционные материалы с большей степенью деформации и меньшими усилиями без дополнительных или промежуточных операций термообработки.

Вполне естественно, что этим эффектом заинтересовались спе-циалистыв в области обработки металлов давлением /ОВД/. В настоящее время в лабораторных условиях удалось произвести прокатку углеродистой стали, меди, алюминия и осуществить плющенье вольфрамовой проволоки в микроленту. С технологической и конструктивной точки зрения оба процесса оказались приемлемыми в производственных условиях. Полученный прокат и микролента были изготовлены с меньшими технологическими усилиями и отличались высокой точностью и качеством.

Актуальность работы. Изучение распространенных технологических операций листовой штамповки показало, что режимы вырубки,пробивки, вытяжки и др., можно усовершенствовать за счет повышения пластичности деформируемой заготовки и разупрочнения ее в процессе формоизменения. Деформирование заготовки с одновременным пропусканием через нее импульсного тока высокой плотности приводит к повышению пластичности и разупрочнению материала, практически не повышая его температуру. Однако, в настоящее время отсутствуют широкие экспериментальные исследования и аналитические описания процесса разупрочнения, протекающего при пластическом формоизменении материала в скоростных режимах ОВД в момент прохождения импульсного тока через очаг деформации. Совершенно нет сведений о возможности применения импульсного тока в операциях холодной листовой штамповки.

Поэтому исследование процессов, протекающих при пластической деформации конструкционных материалов, осуществляемой с наложением импульсного тока, а также,разработка на основе полученных результатов методики расчета усилий деформирования и практических рекомендаций по режимам обработки в операциях листовой штамповки, значительно интенсифицирующих процесс пластической деформации, является актуальной задачей.

Цель работы. Целью данной работы являлось теоретическое и экспериментальное обоснование и применение импульсного тока высокой плотности для уменьшения формоизменяющего усилия и увеличения рессурса пластичности заготовок из углеродистых сталей и сплавов цветных металлов, деформируемых в скоростных режимах операций ОВД.

Методика выполнения работы. В работе использован комплексный метод исследования, включающий теоретический анализ зависимости напряжений при одноосной деформации от деформационно-скоростных условий протекания процесса !и параметров импульсного тока, анализ поля напряжений в заготовке при реализации процесса деформации с наложением импульсного тока в операциях вырубки,пробивки илвытяжки, а также экспериментальные исследования, основанные на моделировании процесса деформации в скоростном диапазоне реального процесса /ОВД/ при широком изменении параметров воздействующего на очаг пластического формоизменения импульсного тока. Полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований данные проверены и применены при вытяжке детали из плоской заготовки за проход.

Научная новизна заключается в построении аналитической модели, описывающей зависимость истинного напряжения от степени и скорости деформации, а также плотности импульсного тока; описании поля напряжений, возникающего при воздействии на деформируемую заготовку импульсного электрического тока в операциях вырубки, пробивки и вытяжки, разработке методики расчета технологических усилий, скоростных и деформационных режимов для обработки заготовок в указанных операциях.

Практическая ценность. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны аналитические зависимости, описывающие сопротивление деформации, которые могут быть применены при расчетах силовых параметров оборудования, используемого в операциях вырубки /пробивки/ и вытяжки при электроимпульсном разупрочнении деформируемой заготовки. Найдены коэффициенты зависимостей, позволяющие определить сопротивление деформации углеродистых сталей и некоторых сплавов цветных металлов*

Разработана методика определения механических свойств токо-проводящих материалов в скоростных режимах реальных процессов ОВД.

Разработаны конструкция штампа и технологический процеос глубокой вытяжки, реализуемый за счет электроимпульсного разупрочнения зэготовки в процессе деформации. Предложены практические рекомендации по выбору скоростных и деформационных режимов формоизменения заготовки в зависимости от плотности электрического тока.

Реализация работы в промышленности. Технологический процесс глубокой вытяжки детали с электроимпульсным разупрочнением заготовки внедрен на предприятии Х-5827. Экономический эффект в расчете на одну деталь составил 0,44 руб. Ожидаемый экономический эффект составит 15-25 тыс.рублей.

По методике экспериментальных исследований выпущен руководящий технический материал /РТМ/ "Исследование упрочнения-разупрочнения металлов й сплавов", примененный на Верхне-салдинском металлургическом производственном объединении. Экономический эффект от внедрения РТМа составил 22,0 тыс.рублей. РТМ запланирован к внедрению в 15 организациях различных министерств.

На защиту выносятся следующие вопросы:

1. Аналитическая модель, описывающая зависимость истинного напряжения при одноосной равномерной деформации от скорости и степени деформации, а также плотности импульсного тока.

2. Аналитические модели, описывающие поле напряжений, возпикающее при воздействии на деформируемую заготовку импульсного электрического тока в операциях вырубки, пробивки и вытяжки.

3. Методика расчета технологических усилий и оптимизации деформационно-скоростных параметров процессов в указанных операциях.

4. Способ и методика определения механических характеристик токопроводящих материалов в широком диапазоне скоростей деформирования.

I.СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Пластическая деформация металлических материалов характеризуется двумя одновременно протекающими процессами: упрочнением и разупрочнением. Скорость протекания этих процессов определяет угол наклона кривой истинных напряжений, а их интенсивность определяется наличием энергии активации в формоизменяемом материале и скоростью деформации.

Энергия активации интенсифицирует процесс перемещения, выхода на поверхность зерен и зарождение новых дислокаций. Под энергией активации обычно понимают энергию, вводимую в формоизме-няемую структуру от дополнительного истичника для снижения деформирующего усилия и повышения пластичности материала. Природа этой энергии может быть самой различной: от нагрева металла до радиационного или ультразвукового облучения.

Особый интерес в этом случае вызывает тот вид энергии, который воздействуя на дислокационную структуру материала, не нагревает последний. К таким видам энергии активации относится и импульсный электрический ток высокой плотности.

1.1. Процессы упрочнения-разупрочнения в металлах при пластической деформации

Металлы в процессе пластической деформации оказывают сопротивление приложенным нагрузкам. Это сопротивление имеет сложную зависимость, определяемую двумя одновременно протекаемыми процессами: упрочнением и разупрочнением. Указанные процессы в значительной степени объясняются дислокационной теорией пластической деформации, в соответствии с которой степень упрочнения зависит от плотности и распределения дислокаций на различных стадиях деформирования. Эти величины существенно зависят от кристаллической структуры деформируемого материала, температуры, скорости и степени деформации, энергии дефектов упаковки и др.

В настоящее время существуют теории упрочнения металлов при пластической деформации, в основе которых лежит идея торможения дислокаций благодаря их различным силовым взаимодействием и различной степенью искажения конфигурации, а также различным взаимодействием с другими дефектами кристаллической решетки. Ещё в работах Тейлора [ I ] была развита теория упрочнения, основанная на представлениях о силовом взаимодествии дислокаций. Тей лор, полагая, что движение дислокаций возможно при преодолении внутренних напряжений между ними, определил деформирующее напряжение следующим образом: где 0, & - соответственно модуль сдвига и вектор Бюргерса; Р- плотность дислокаций, генерируемых пластической деформацией;

5Г =з»14

Для установления зависимости меззду деформирующим напряжением и деформацией Тейлором было введено представление о постоянстве перемещения дислокаций. На основании этой предпосылки была выведена специальная зависимость: где £ - величина деформации; л - величина перемещения дислокаций. Из зависимости /1.2/ можно сделать вывод, что между напряжением и деформацией при пластическом деформировании существует параболическая зависимость. Такая зависимость наблюдается как при пластическом деформировании поликристаллов, так и при деформировании монокристаллов, когда в последних наблюдается множественное скольжение, т.е. скольжение в нескольких плоскостях. В этом случае дислокации одной плоскости скольжения пересекают дислокации другой плоскости, называемые дислокационным лесом. Дислокационный лес оказывает значительное сопротивление перемещению дислокаций первой группы, а плотность этого леса J>A ИЗ считают основным фактором, определяющим деформационное упрочнение.

Представленные зависимости имеют место при постоянной температуре, близкой к комнатной. При повышенных температурах наблюдается уменьшение приращения напряжения течения, описанное в работе Прохорова H.H. [ 2 ] на основании теоретических подходов Зегера Г 3 /. По Прохорову "движущаяся дислокация преодолевает силы, возникающие при ее пересечении с дислокациями леса. Энергия, необходимая для такого пересечения при температуре, отличной от нуля, складывается из энергии внешне приложенных сил и энергии активации пересечения, сообщаемой за счет флуктуации. Если пересечение дислокации леса осуществляется под действием приложенных напряжений, то работа пересечения равна следующему произведению:

А д.з/ где Ь - вектор Бюргерса; tf - расстояние между дислокациями леса; d - перемещение дислокаций по пути пересечения. .

Энергию активации, необходимую для пересечения леса дислокаций, представляют в виде: а=уо-шб=ио-уб /1л/ где VЧЬс! - активационный объем;

Цс - составляющая энергии активации при отсутствии внешне приложенных сил. В кристаллах, содержащих дислокации, существуют внутренние напряжения 6& , так что пересечение дислокаций леса в термически активируемом процессе пропорционально фактору Больцмана, т.е.вХр((х//\1 тогда скорость деформации с учетом Д.4/ может быть представлена соотношением: или

1.5/

1.6/

Из./1.6/ следует, что в низкотемпературной области, где Ъ /и/С.Лленьше ио , напряжение течения уменьшается с увеличением .температуры. При более высоких температурах, когда Ш(Ео/£) приближается к значению ££ » напряжение течения стремится к постоянному значению 6б , что и наблюдается в экспериментах"/"27.

Для практического применения зависимости, включающие в себя параметры микроструктуры деформируемого материала, мало пригодны, т.к. получение этих параметров технически сложно. Поэтому, широкое распространение получили функции сопротивления деформации от следующих параметров:

М л.7/ где и - текущее значение сопротивления деформации; / - температура деформации; С. - деформация; ¿* - скорость деформации; Ь - время протекания процесса деформирования.

Время вводится в некоторые уравнения с целью оценки процесса разупрочнения. Как правило, в этих зависимостях одни параметры варьируются, а остальные остаются постоянными.

В соответствии с тем, какие из перечисленных выше параметров изменяются, а какие фиксируются, все встречающиеся в литературе зависимости можно разделить на пять основных групп [ А

- зависимости сопротивления деформации от температуры;

- от скорости деформации;

- от степени деформации;

- смешанные зависимости, включающие в себя несколько термомеханических параметров;

- общие зависимости, включающие все термомеханические параметры.

В данной работе не делается анализ всех пяти групп зависимостей, хорошо известных в литературе, а только рассматриваются зависимости сопротивления деформации, выведенные на основе учета процессов упрочнения и разупрочнения, происходящих в деформируемом материале, находящемся в метастабильном состоянии.

Основным способом, учитывающим разупрочнение, является способ, в котором из величины приращения напряжений упрочнения вычитается величина приращения разупрочнения. Впервые эта идея была выдвинута в работе Р.В.Бейли [Ь ]. Несколько позже, в работе Г 6 7 этот способ нашел практическое применение. Авторами приращение мгновенных пластических деформаций представлялось в виде линейной функции от приращения деформации, а приращение напряжений разупрочнения с!бр считали пропорциональным приращению времени и разности между напряжением течения (5ц и некоторым напряжением , соответствующим полному протеканию процесса релаксации. Исходя из этого, приращение напряжения течения равнялось разности: с16и-с1бу-с(6р~])с1£-А(бц-6о)с1г д. 8/

На основании этой зависимости в работе /*6/ было выведено уравнение для определения сопротивления деформации при постоянной скорости деформации:

6=бо+Ш/А [ЫрШ/$]\ /1.9/ или при б-бо+ЩА [ЫкрМ] л.ю/ где £ - степень деформации, ; £ - скорость деформации;

А - коэфициент пропорциональности, представляющий собой скорость релаксации, имеющий размерность / 1/С /; Т) - модуль упрочнения; £ - время разупрочнения.

В работах /7,8/ Л.Н.Соколовым и В.К.Икорским был использован тот же способ учета разупрочнения, что и в работе Д/. Только коэфициент пропорциональности А был принят не постоянным, а обратно пропорциональным времени ^ • Исходя из этого, ими получена следующая зависимость: с!6и~ с!6у-с16р гХиЕ"/7?^(би"6к)сИ д.II/

А на основании этой зависимости выведено уравнение для определения сопротивления деформации: где

Эк+{Г)£ Д.12/

- сопротивление деформации при отсутствии упрочнения, определяемое опытным путем из кривых разупрочнения, являющееся физической константой и зависящее для данного материала только от температуры; оС - опытный коэфициент , зависящий от состава стали;

- коэфициент упрочнения, зависящий от температуры деформации;

- коэфициент пропорциональности.

Развивая идеи, изложенные в работе Д7, авторами работ Г 9 - 12 7 предложена зависимость приращения напряжений течения в виде: би^^-с/бр^би-ф^гА^и-бо^-б /1.13/

И на основе этой зависимости при постоянной скорости деформации выведено следующее уравнение:

5= бо+Ш ехрЫ/е*)

Д.XV где <5* в0

- характеристическая деформация, соответствующая максимуму кривой деформационного упрочнения;

- напряжение, определяемое для данной температуры из кривых релаксации; - модуль упрочнения; £ - текущее значение деформации; >4 - коэфициент пропорциональности. Особый интерес представляют аналитические зависимости сопротивления деформации, выведенные в работе /1§7 на основании различных феноменологических теорий ползучести. Так,по теории наследственности эта зависимость имеет следующий вид:

6=6'(6-а)е*Ц /1Л5/ где й}ЦцА,А - температурные коэфициенты , зависящие также от материала; t - время деформации. В данной зависимости первые два члена определяют величину деформационного упрочнения, а выражение в квадратных скобках - степень разупрочнения.

По теории старения зависимость сопротивления деформации с учетом разупрочнения имеет вид: б-(ё-а)е'ае][/~ М(Н'*и)\ д. 16/ гдеЯ^^А^ - температурные коэфициенты , зависящие от материала; t - время деформации. По теории течения при постоянной скорости деформации зависимость сопротивления деформации имеет вид:

ЛЛ7/ где - условный предел прочности;

Е - модуль упругости материала, зависящий от температуры;

- температурные коэфициенты , зависящие от материала; £ - время деформации* В этой зависимости выражение в квадратных скобках одновременно учитывает величину упрочнения и степень разупрочнения.

Выводу аналитических зависимостей сопротивления деформации посвящена работа Г V* ]% в которой идеи, высказанные в работах [ 5 - 12 7, нашли дальнейшее развитие. Автором приращение истинного напряжения ёб за время сИ представлено алгебраической суммой двух членов, описывающих упрочнение и разупрочнение: с/б-меуф(б-бк) Л.18/ где - Функция мгновенных пластических деформаций; - функция разупрочнения;

- убывающая функция, зависящая от скорости деформации и учитывающая то, что доля приращения напряжений разупрочнения тем меньше, чем больше скорость деформации; 26= д^ бк - истинный предел текучести, определяемый из кривых разупрочнения; - текущее значение времени; г

Ьи - время в момент прекращения движения рабочего инструмента; I) - модуль упрочнения; <к - показатель упрочнения; Щ - показатель разупрочнения; уС/ - модуль разупрочнения. Интегрируя зависимость Д.18/, автор работы /IV приходит к обобщен-------------------

6"6К~

1.19/ о

Решая уравнение Д.19/ при постоянной скорости деформации, в ра

Приведенные выше зависимости описывают сопротивление деформации, как взаимодействие двух процессов, протекающих в интервале ковочных температур, т.е. характеризуют метастабильное состояние пластически деформируемого материала.

При пластическом деформировании металлических материалов с применением эффекта электроимпульсного разупрочнения материал так же находится в метастабильном состоянии,, описываемом процессами упрочнения и разупрочнения. Причем процесс разупрочнения возникает не как следствие высокой температуры /деформация производится в нормальных условиях/, а как следствие действия импульсного тока высокой плотности. При этом степень разупрочнения полностью зависит от плотности тока и частоты следования импульсов.

Следовательно, и в этом случае можно использовать способ, учитывающий приращение напряжений мгновенных пластических деформаций как разность между приращениями мгновенных значений величин упрочнения и разупрочнения. боте /1^7 предлагается для практических расчетов следующая зависимость:

1.20/ где /77/ - показатель разупрочнения.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Андрусенко, Александр Иванович

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Наложение импульсного электрического тока частотой 50 Гц о о р ' и плотностями 10°-4х10° А/м на очаг пластической деформации, осуществляемой со скоростью деформирования 0,03-0,4 м/с, повышает пластичность углеродистых сталей и сплавов цветных металлов в среднем в 1,4-1,9 раза и понижает формоизменяющее усилие на 10-30$.

2. Получено уравнение, описывающее зависимость истинного напряжения от скорости и степени деформации, а также плотности импульсного тока, проходящего в процессе формоизменения через очаг пластической деформации. Разработана методика определения коэфициентов предложенного уравнения.

3. Разработана методика расчета технологических усилий пробивки /вырубки/ и вытяжки деталей из плоской заготовки с наложением на очаг деформации импульсного электрического тока высокой плотности; получены зависимости для определения максимального размера заготовки при вытяжке цилиндрического стакана за проход.

4. Разработана экспериментальная установка с предельной нагрузкой 300 кН, позволяющая моделировать процесс нагружения в скоростном диапазоне эксцентрикового пресса со скоростью перемещения подвижного захвата 0,03-0,4 м/с. Установка обеспечивает возможность определения механических характеристик испытуемых материалов, деформируемых с наложением на очаг деформации синусоио р дального тока плотностями 0,09-1,1x10^ А/м .

5. Проведенные экспериментальные исследования деформирования образцов из стали 45, ЛС59, ДХб и АМц с наложением на очаг деформации электрического тока показали, что:

- величина, к которой стремится истинное напряжение в момент прохождения импульса электрического тока не зависит от скорости и степени деформации, а для каждого материала определяется его плотностью;

- при увеличении плотности тока к максимально достижимому значению величина, к которой стремится истинное напряжение в момент импульса тока, приближается к физическому пределу текучести;

- при одновременном с деформацией прохождением синусоидального тока через образец, пластичность последнего возрастает одновременно с увеличением плотности тока и уменьшается с ростом скорости деформирования. В случае, когда ^О, а плотность тока постоянна в процессе деформирования, можно получить деформационную диаграмму, сходную по форме с деформационной диаграммой идеального упруго-пластического материала.

6. Полученные:;кривые истинного напряжения как функции тока и относительной деформации апроксимированы аналитическими зависимостями с ошибкой не более 16$. 1 I

7. Разработаны:

- технологический процесс изготовления деталей коробчатой формы из плоской листовой заготовки с наложением на очаг деформации импульсного электрического тока, позволяющий получить за проход деталь с коэфициентом вытяжки К=0,33-0,35; оптимальные параметры этого процесса;

- конструкция штампа, позволяющая интенсифицировать процесс вытяжки не только за счет ЭЭИРМ, но также за счет'циклического приложения формоизменяющего усилия и термоактивации; способ и методика определения физического предела текучести токопроводящих материалов.

8. Технологический процесс изготовления деталей коробчатой формы с наложением на очаг деформации тока высокой плотности внедрен на одном из предприятий машиностроительной отрасли. Экономический эффект в расчете на одну деталь составил 0,44 руб. Ожидаемый экономический эффект составит 15-25 тыс.рублей.

Методика определения механических свойств токопроводящих материалов внедрена в производство на Верхне-салдинском металлургическом производственном объединении с экономическим эффектом 22,0 тыс.рублей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Андрусенко, Александр Иванович, 1984 год

1. Tay бог 0. J. „ Ргос. Roy. 5 ос' 19341. V. А 145, р. 36г.

2. Прохоров H.H. Физические процессы в металлах при сварке. т.2. Внутренние напряжения, деформации и фазовые превращения. М., Металлургия, 1976, с.600.3. 5ееоегА ,/ Dislocations crncf МесАа-picoS Pzopezties of czistafs " Wi&y, M V., p. 24$.

3. Ргосеес/cngS, /P3St vog. /3/-260.

4. Целиков А.И., Персиянцев В.А. Учет влияния наклепа на сопротивление деформации в закрекристаллизационных процессах.-В сб.: Прокатные станы и технология прокатки. М., МВТУ, 1957, вып.80, с.22-34.

5. Соколов Л.Н., Икорский В.К. Определение истинных напряжений при гооячей деформации. Известия ВУЗов. Черная металлургия. М., 1970, № 7, с.90-92.

6. Соколов Л.Н., Икорский В.К. Зависимости £при гооячей пластической деформации металлов. Известия АН СССР, Металлы, 1979, № 2, с.115-117.

7. Шварцбарт Я.С. Обобщенная функция пластического течения с упрочнением. Известия ВУЗов. Машиностроение. М., 1966, № 8, с.130-133.

8. ХО. Шварцбарт Я.С. Высокотемпературное деформационное упрочнение металлов и сплавов. Известия АН СССР. Металлы. М., 1972, Ш I, с.132-136.

9. Шварцбарт Я.С. Влияние температуры на деформационное упрочнение нержавеющих сталей. Известия АН СССР. Металлы. М., 1975, № 4, с.141-144.

10. Шварцбарт Я.С., Никитин Г.С., Зуев Н.Г. Влияние многоступенчатого режима деформирования на сопротивление нержавеющих сталей горячему формоизменению. Известия АН СССР. Металлы. М., 1978, № 2, с.155-164.

11. Поздеев А.А., Тарновский В.И., Еремеев В.И., Бэакэшви-ли B.C. Применение теории ползучести при обработке металлов давлением. М., Металлургия, 1973.

12. Соколов Л.Н., Ефимов В.Н. Об учете разупрочнения при выводе аналитических зависимостей для сопротивления деформации сталей. Известия АН СССР. Металлы, М., 1980, № I, с.163-166.

13. Кравченко В.Я. Воздействие направленного потока электронов на движущиеся дислокации. Журнал экспериментальной и теоретической физики, 1966, т.51, вып.6, с.1676-1688.

14. Троицкий O.A., Розко А.Г. Электрсшластический эффект в металлах. Физика твердого тела, 1970, т.12, в.1, с.203-210.

15. Бочвар A.A. Металловедение. М., Металпургиздзт,1956.

16. Троицкий O.A. Влияние импульсного электротока на хрупкое и квазиупругое разрушение цинка. В сб.¡Металлофизика, 1973, вып.44, с,II.

17. Троицкий O.A. Радиационные эффекты изменения прочности и пластичности в монокристаллах цинка. М., 1968.

18. Ъ.Р. Pope, Т. УгееёалсГ A S. Woodt( Z Ярове Pfiys" v.3g 196?, /> 4ö/f.

19. Бровман М.Я. О влиянии электрического тока на процесс пластической деформации. Проблемы прочности, 1981, № 6.

20. Лебедев В.П., Хоткевич В.И. Влияние импульсов электрического тока на низкотемпературную Д,7-4,2°К/ деформацию алюминия. ФММ, 1982, в.54, № 2, с.353-360.

21. Колымбеков П.У., Троицкий O.A. Зависимость ЭПЭ в цинке от длительности импульсного тока. ФММ, 1981, в.51, Ш 5, с.1056-1059.

22. Троицкий O.A., Спицын В.И., Сташенко В.И. Влияние длительности импульсов тока на скорость ползучести кристаллов цинка. Известия АН СССР, сер."Металлы", 1982, tö I, с.160-166.

23. Ажава В.И., Гуменюк B.C., Лебедев С.В. Влияние многократного импульсного нагружения на сопротивление ползучести алюминия. Физика металлов и металловедение, 1971, т.32, № 3,с.652-656.

24. Фикс В.Б. Ионная проводимость в металлах и полупроводниках. М., Наука, 1969, с.625.

25. Новиков Н.В., Новогрудский Л.С. Установка для исследования влияния электрического тока на механические характеристики металлов в интервале температур 4,2-300°К. Заводская лаборатория, 1979, т.45, № 4, с.374-375."

26. A.C. 974202 /СССР/. Опубл. в Б.И. 1982, № 42.

27. Троицкий O.A., Сташенко В.И. Исследование электропластической деформации напряжений. -Физика металлов и металловедение. 1979, т .47, в.1, с.180-187.

28. Сташенко В.И., Троицкий O.A. Влияние амплитуды импульсного тока на скорость ползучести кристаллов цинка. Проблемы прочности, 1982, № 10, с.46-49.

29. Троицкий О.АД., Спицын В.И. Электропластическая и ра-диационно-пластическая деформация металла. ДАН СССР, 1973, т.210, в.б, с.1388-1391.

30. Зуев Л.В. и др. Подвижность дислокаций в монокристаллах цинка при действии импульсного тока. ДАН СССР, 1978,т.239, № X, с.84.

31. Троицкий O.A. Электромеханический эффект в металлах. -Физика твердого тела. 1970, т.12, в.1, с.203.

32. Климов K.M., Шнырев Г.Д., Новиков И.И. Изменение пластичности вольфрама под влиянием электрического тока. Металловедение и термическая обработка, 1977, te I.

33. Климов K.M., Новиков И.И. Влияние градиента температуры и электрического тока высокой плотности на пластическую деформацию при растяжении металлических проволок. Известия АН СССР, Металлы, 1978, № б, с.175-180.

34. A.C. 569345 /СССР/. Опубл. Б.И. 1977, №31.

35. Климов K.M. и др. Электропластическая прокатка проволок в ленту микронных сечений из вольфрама и его сплава с рением.-Известия АН СССР, Металлы, 1975, № 4, с.143-144.

36. Бровман М.Я., Римен В.Х. Исследование процесса электропрок атки металлов. Известия ВУЗов. Черная металлургия. Обработка металлов давлением, 1976, Ш 4^' с.90-93.

37. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке, Л., Машиностроение, 1979, с.520.

38. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М., Машиностроение, 1971, с.424.

39. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М., Машиностроение, 1977, с.278.

40. Евстратов-В.А. Теория обработки металлов давлением,Харьков, Вища школа, I98I, с.248.

41. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. М., Машиностроение, 1975, с.400.

42. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М., Металлургия, 1982, с.584.

43. Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессе обработки металлов давлением. М., Металлургия, 1982, с.360.

44. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной пластической деформации. М., Машиностроение, 1980, с.157.

45. Соколов Л.Н., Андрусенко А.И., Ефимов В.Н. Устройство для определения механических свойств токопроводящих материалов в состоянии электропластичности. Заводская лаборатория, 1984, т.50, № I, с.86-87.

46. Охримёнко Я.М. Количественный метод исследования разупрочнения металлов при гооячей деформации. Известия ВУЗов. Черная металлургия, М., 1962, № 9, c.III-114.

47. Охримёнко Я.М. Метод определения предела текучести металла при высоких температурах. Заводская лаборатория. М.,1963,т.29, Ш 8, с.976-978.

48. Целиков А.И., Никитин П.С., Рокотян СЛ2. Теория продольной прокатки. М., Металлургия, 1980, с.320.

49. Алексюк М.М., Борисенко В.А., Кращенко В.П. Механические испытания материалов при высоких температурах. К., Науко-ва думка, 1980, с.208.

50. Новиков Н.В., Лебедев A.A., Ковальчук Б.И. Механические испытания конструкционных материалов при низких температурах. К., 1974, с.192.

51. Жуковец И.И. Механические испытания металлов. М., Высшая школа,.1980, с.191.

52. Шенк X. Теория инженерного эксперимента. М., Ми, 1972, с.384*

53. Налимов В.В., Голикова Т.И. Логические основания планирования эксперимента. М., Металлургия, 1981, с.152.

54. Новик Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования экспериментов. М., Машиностроение, 1980, с.304.

55. Джонсон Н., Лион Ф. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. М., Мир, 1981, с.520.

56. Френке A.B., Душин Е.М. Электрические измерения. Л., Энергия, 1980, с.392.

57. A.C. I06682I /СССР/. Опубл. в Б.И. 1983, № 47.

58. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. М., Наука, с.832.

59. Прудников А.П., Брычков Ю.А., Маричев О.И. Интегралы и ряды, М., Наука, 1981, с.800.

60. Пустыльник Е.И. Статистические методы анализа и обоа-ботки наблюдений. М., Наука, 1968, с.432.