Вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из дилатирующего материала тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.09, кандидат технических наук Ха Хонг Куанг

• Ха Хонг Куанг
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ха Хонг Куанг

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ИЗГОТОВЛЕНИЮ КОРПУСНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ВЫСОКИМИ ПРОЧНОСТНЫМИ СВОЙСТВАМИ

1.1. Корпусные осесимметричные детали

1.2. Методы изготовления корпусных осесимметричных изделий

1.3. Теоретические основы оценки прочности материала изделий

1.4. Постановка задачи диссертационного исследования

2. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ИССЛЕДОВАНИЮ ПРОЦЕССОВ ПЛАСТИЧЕСКОГО ФОРМОИЗМЕНЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

2.1. Физико-механический подход к анализу и проектированию_процессов обработки давлением

2.2. Оценка технологической пластичности

2.3. Кинетические уравнения для прогнозирования повреждаемости полуфабрикатов

2.4. Выводы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ПОВРЕЖДАЕМОСТИ МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

3.1. Постановка эксперимента

3.2. Методика обработки экспериментальных данных

3.3. Экспериментальное определение материальных функций

3.4. Моделирование с использованием экспериментальных результатов

3.5. Выводы

4. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ВЫТЯЖКИ С УТОНЕНИЕМ СТЕНКИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ

4.1. Основные уравнения и метод их решения

4.2. Напряженное состояние при вытяжке с утонением стенки цилиндрического полуфабриката

4.2.1. Построение поля линий скольжения

4.2.2. Сила и удельная сила вытяжки

4.4. Прогнозирование деформационной повреждаемости получаемых деталей

4.5. Выводы

5. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ВЫТЯЖЕК КОРПУСНОЙ ОСЕСИММЕТРИЧНОЙ ДЕТАЛИ

С ВЫСОКИМИ ПРОЧНОСТНЫМИ СВОЙСТВАМИ

5.1. Вырубка кружковой заготовки из листового материала

5.2. Исследование физико-механических свойств полуфабрикатов

на операциях вытяжки корпуса БВД

5.4. Выводы

6. АНАЛИЗ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ БАЛЛОНОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ, ИЗГОТАВЛИВАЕМЫХ ПО МНОГООПЕРАЦИОННОЙ

ТЕХНОЛОГИИ ВЫТЯЖЕК

6.1. Требования к прочностным свойствам баллонов высокого

давления

6.2. Анализ условий вязко-хрупкого перехода в условиях

эксплуатации баллонов

6.3. Экспериментальный анализ вязко-хрупкого перехода стали 12ХЗГНМФБА при испытаниях баллона до разрушения

6.4. Компьютерное моделирование вязко-хрупкого перехода

(стадии разрушения)

6.5. Выводы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Вытяжка с утонением стенки цилиндрических деталей из дилатирующего материала»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В современной технологии машиностроения широко используются процессы обработки давлением (ОД). Рациональное, научно обоснованное использование пластических свойств обрабатываемых давлением материалов позволяет создавать высокоэффективные технологии изготовления изделий с высокими эксплуатационными свойствами. Распространенными в технологии ОД являются операции вытяжки с утонением. Они широко применяются при изготовлении глубоких цилиндрических сосудов, толщина стенки которых меньше толщины дна. Они обладают такими преимуществами, как высокая производительность, низкая себестоимость изделий, высокий коэффициент использования металла (КИМ), высокие точность размеров, качество поверхности деталей и механические характеристики их материала [1].

Возможности формоизменения за одну или несколько операций вытяжки с утонением стенки ограничены величиной осевого растягивающего напряжения в стенке по выходе из матрицы и определяются деформационной повреждаемостью материала, его пластическими свойствами, интенсивностью упрочнения, наличием дефектов, а также зависят от геометрических параметров инструмента,'условий охлаждения и смазки. Изготовление глубоких сосудов производится за несколько операций вытяжки с утонением стенки. Характер и режимы термической обработки между операциями вытяжки определяются требованиями к свойствам материала готовых изделий. В качестве исходных заготовок при вытяжке с утонением используются полуфабрикаты, полученные вытяжкой из листовой заготовки или методом прямого и обратного выдавливания.

Анализ и моделирование технологических параметров вытяжных операций базируется на основных положениях теории пластичности и теории деформационной повреждаемости и разрушения. В свете тенденций развития современной технологии ОД (максимальной экономии материальных и энергетических ресурсов при производстве деталей с заданным уровнем свойств) основная

проблема традиционного подхода заключается в невозможности последовательного учета истории нагружения при анализе комплекса последовательных формообразующих операций, протекающих в условиях немонотонной деформации и сложного (непропорционального) нагружения. С другой стороны, известно, что при больших пластических деформациях (характерных для процессов ОД) в структуре металлов образуются и растут микродефекты деформационного происхождения. К ним относятся, в первую очередь, поры [2]. Порообразование играет определяющую роль в повреждаемости материала при больших пластических деформациях.

Исследованию процессов ОД с использованием теории рассеянной повреждаемости посвящены работы B.JI. Колмогорова [3, 4], В.А. Огородникова [5], A.A. Богатова, С.И. Мижирицкого, C.B. Смирнова [6] и зарубежных ученых Ч. Чена, С. Кобояши, Ф.А. Макклинтока, Зунг H.JI [10] и других исследователей. Установлено, что деформационная повреждаемость материала оказывает существенное влияние на эксплуатационные свойства готовых изделий (динамическую прочность, усталостную выносливость, стойкость против электрохимической коррозии и т.д.). Однако многие вопросы изучения и прогнозирования деформационной повреждаемости конструкционных металлических материалов остаются недостаточно изученными. К ним относятся вопросы исследования пластической дилатансии в связи с ростом объемной фракции пор, влияния формы эллипсоидальных пор на процесс их коалесценции и их применение для моделирования процессов пластического деформирования металлов с мезо-структурными параметрами. Особенно трудными для анализа и проектирования являются процессы пластического формоизменения, в которых обрабатываемый материал испытывает сложное нагружение с сильным изменением напряженного состояния. К ним относятся и процессы вытяжки с утонением осе-симметричных деталей с высокими эксплуатационными свойствами. Таким образом, разработка теории и технологии, повышающие эффективность процесса вытяжки с утонением осесимметричных деталей с высокими эксплуатацион-

ными свойствами с использованием научных достижений на базе теории пластичности и механики деформационной повреждаемости, является актуальной научно-технической задачей. Решение этой задачи требует детального учета локальных свойств обрабатываемого материала, связанных с неоднородным распределением напряжений, скоростей, деформаций и пластической дилатан-сией, т. е. сочетанием современных методов теории пластичности и механики повреждаемости металлических материалов.

Цель работы.

Повышение эффективности процесса вытяжки с утонением осесиммет-ричных деталей с учетом прогнозирования деформационной повреждаемости их материала и связанных с ней эксплуатационных прочностных свойств.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи исследований;

1. Сформулированы определяющие соотношения осесимметричного пластического течения с определением входящих в них материальных функций для процессов вытяжки с утонением деталей из дилатирующего материала.

2. Проведено моделирование процесса вытяжки с утонением осесиммет-ричных деталей с учетом пластической дилатансии.

3. Установлены зависимости влияния технологических параметров на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы, повреждаемость материала и предельные возможности деформирования.

4. Получены результаты экспериментальных исследований влияния деформации на повреждаемость материала с учетом его пластической дилатансии.

5. Разработаны рекомендации по проектированию технологических процессов, обеспечивающих заданное качество изготовления, уменьшение трудоемкости и металлоемкости деталей, сокращение сроков подготовки производства новых деталей.

Методы исследования. Исследование процесса вытяжки с утонением осе-симметричных деталей выполнено с использованием основных положений теории пластичности и механики деформационной повреждаемости с учетом пластической дилатансии материала. Моделирование процесса осуществлено методом конечных элементов на базе прикладной программы ANS YS. Для определения материальных функций дилатирующего материала использовались современные экспериментальные методы механических испытаний, а также оптическая и электронная микроскопия. При разработке рекомендаций использовались современные положения технологии вытяжных операций.

Автор защищает:

- сформулированные определяющие соотношения осесимметричного пластического течения с учетом пластической дилатансии материалов вследствие образования и роста пор;

- экспериментально определенные материальные функции для процессов вытяжки с утонением деталей из дилатирующего материала;

- результаты моделирования процесса вытяжки с утонением осесиммет-ричных деталей с учетом пластической дилатансии;

- установленные зависимости влияния технологических параметров на повреждаемость материала и предельные возможности его деформирования при вытяжке с утонением цилиндрического полуфабриката;

- разработанные рекомендации по проектированию технологических процессов вытяжки корпусных осесимметричных деталей с высокими прочностными свойствами;

- результаты моделирования усталостой прочности баллонов высокого давления.

Научная новизна состоит в разработке метода анализа процесса вытяжки с утонением с учетом пластической дилатансии материала и точных методов решения, позволяющего проектировать технологический процесс вытяжки кор-

пусных осесимметричных деталей, прочностные свойства которых связаны с деформационной повреждаемостью их материала.

Практическая значимость. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по расчету технологических параметров операций вытяжки с утонением осесимметричных деталей из дилатирующих материалов, эксплуатационные свойства которых связаны с деформационной повреждаемостью их материала.

Реализация работы. Разработанные рекомендации используются при проектировании усовершенствованной технологии изготовления баллонов высокого давления в производстве ФГУП «ГНПП «Сплав». Отдельные результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» и инженеров по специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».

Апробация работы. Результаты исследований доложены на научно-практической конференции ТулГУ (г. Тула, 2010, 2011, 2012 гг.); Межрегиональной научно-технической конференции «Техника XXI века глазами молодых ученых тТ специалистов» (г. Тула, 2010, 2011 гг.).

Публикации. Материалы проведенных исследований отражены в 6 статьях в рецензируемых изданиях, внесенных в список ВАК, в 2 тезисах международной научно-технических конференции объемом 4,4 печ. л.; из них авторских -3,4 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения, списка использованных источников из 164 наименований, приложения и включает 137 страницы машинописного текста, содержит 60 рисунка и 8 таблицы. Общий объем - 173 страниц.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ИЗГОТОВЛЕНИЮ КОРПУСНЫХ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ С ВЫСОКИМИ ПРОЧНОСТНЫМИ

СВОЙСТВАМИ

1.1. Корпусные осесимметричные детали

В конструкциях машин, оборудования, приборов и механизмов широко применяются втулки, кольца, полые пальцы, плунжеры, цилиндры и другие полые тела вращения, которые по общности конструктивно-технологических признаков объединяются в класс однотипных деталей — полые цилиндры [8, 9]. Эти детали выполняют разнообразные функции и эксплуатируются в жёстких режимах при высоких импульсных нагрузках, давлениях, тепловых ударах, значительных деформациях.

Рабочими и несущими поверхностями рассматриваемых деталей являются цилиндрические, конические, шлицевые и, реже, торцевые поверхности. Повышенные требования к точности, шероховатости, твёрдости и другим характеристикам нагруженных поверхностей устанавливаются в зависимости от условий и интенсивности их эксплуатации.

Особо следует остановиться на изделиях отрасли точного машиностроения с высокими прочностными свойствами (работающих в жёстких режимах и испытывающих интенсивные нагрузки, ударные воздействия, высокие давления и скорости деформации). Их прочностные характеристики во многом определяются механическими и физико-структурными свойствами материалов. К ним относятся, например, баллоны высокого давления (БВД), огнетушители.

Баллоны высокого давления (БВД) (рис. 1.1) предназначены для хранения и транспортирования сжатого воздуха, используемого в аппаратах для дыхания при пожаротушении, в аквалангах.

Основные характеристики баллонов определяются исходя из требований высокой конструктивной прочности и эксплуатационной надёжности, а также

эргономических требований (прежде всего, минимальных весовых характеристик) [10-17].

Рис. 1.1. Расчетная схема баллона с1 -диаметр баллона; 1б -длина баллона; а -длина горловины ; яст -номинальная толщина стенки цилиндрической части баллона; 5стек -толщина стеклопластика; $он - толщина дна баллона; 1Ц -длина цилиндрической части баллона под закатку

На надёжность функционирования корпусных осесимметричных изделий большое влияние оказывают механические характеристики. Расчёт и прогнозирование прочностных характеристик материала в задаваемых контрольных сечениях изделия осуществляется на основе кривых деформационного упрочнения. Подобный подход позволяет рассчитать и выбрать операционные степени деформации таким образом, чтобы обеспечить заданные стандартные механические характеристики материала (временное сопротивление сгв, предел текучести сгу, относительное удлинение епр, ударная вязкость ан и т.д.) в необходимом интервале их значений.

В связи с переходом на более жёсткие режимы эксплуатации изделий этот подход к обеспечению заданных прочностных характеристик изделий перестал полностью удовлетворяться [23]. При проведении эксплуатационных испытаний БВД наблюдаются случаи потери прочности (даже при достижении

высоких механических свойств материала). Эти результаты испытаний вполне согласуются с известными данными экспериментальных исследований в области механики разрушения [18]. Согласно этим результатам при решении задач обеспечения прочности конструкций, испытывающих интенсивные импульсные нагрузки, необходимо принимать во внимание деструкцию материала и образование нарушений его сплошности. Для многих типов разрушения металлов при скоростном деформировании установлено, что "силовые" критерии (по величине предельных напряжений) не приводят к удовлетворительному совпадению с экспериментальными данными, так как они не учитывают временного фактора. В ряде работ [19, 20, 22] использовался временной критерий разрушения

^кр

¡сккЧкЖ ^

(1.1)

0

где а^, — линейная свёртка тензора напряжения и тензора скорости пластической деформации; t— время; 1.кр— критический момент времени; 1пр—

предельное значение интегральной функции, соответствующее моменту макроразрушения. •

Вводя скалярную характеристику повреждённости со (0 < со < 1) микродефектами кинетическим соотношением [20, 21] = £кк , можно предста-

& £кккр

вить критерий (1.1) в следующем виде:

(1.2)

р

О кккр

где £кккр— критическая величина пластического разрыхления; т — скорость накопления повреждённости.

Согласно критерию (1.2), локальное разрушение наступает при достижении удельной работы напряжений на объёмных деформациях критической величины вследствие деструкции деформируемого материала.

Отсюда можно заключить, что технология изготовления корпусных осе-симметричных изделий с высокими прочностными свойствами должна обеспечивать повреждённость обрабатываемых материалов, не превышающую некоторую допустимую величину [&>]. Согласно экспериментальным данным [6,

23], \со\ - 0,6 ч-0,7 соответствует процессу объединения пор в крупные полостные дефекты, инициирующие под воздействием напряжений образование макротрещин. Параметр повреждённости микродефектами в исходном состоянии должен находиться в пределах а -< 0,4 ч- 0,5. Приведённый предел повреждён-ности должен быть обеспечен технологией изготовления изделий. При исходной малой повреждённости материала исключается возможность коалесценции пор в крупные полостные дефекты при интенсивных нагрузках.

Таким образом, надёжное функционирование корпусных осесимметричных изделий с высокими прочностными свойствами связано с технологией их изготовления, которая должна обеспечивать их изготовление с задаваемыми механическими и структурными свойствами их материала.

1.2. Методы изготовления корпусных осесимметричных изделий

Одним из актуальных вопросов современного машиностроения является вопрос получения высокоточных осесимметричных корпусов при обеспечении максимальной производительности и возможно большего коэффициента использования материала.

Технико-экономический анализ методов и технологических процессов изготовления БВД, втулок, полых пальцев, плунжеров и т.п. деталей позволяет отметить следующее [25].

Основным методом изготовления деталей является многопереходная обработка режущим и абразивным инструментами, связанная с большим отходом металла (от 20 до 40 %) и высокой трудоёмкостью обработки. При этом, как правило, снижаются прочностные характеристики детали из-за перерезания волокон, образования на поверхностях микроскопических трещин, появления растягивающих остаточных напряжений и шаржирования несущих поверхностей абразивом, что отрицательно влияет на работоспособность деталей машин.

Технические условия регламентируют точность, шероховатость, расположение и твёрдость поверхностей деталей без указания метода окончательной обработки, что не обеспечивает формирования оптимальных физико-механических свойств нагруженных поверхностей деталей, соответствующих условиям эксплуатации машин и механизмов. Выбор метода окончательной обработки, как Правило, основывается на возможностях предприятия и опыте традиционного применения режущих, абразивных и калибрующих инструментов.

При окончательной обработке цилиндрических поверхностей наряду с абразивной обработкой применяются упрочняюще-калибрующие методы (раскатывание, дорнование, обкатывание), что существенно повышает долговечность деталей и производительность труда на финишных операциях.

Методы точной деформирующей обработки [25 - 26] цилиндрических поверхностей (дорнование отверстий с большими натягами, редуцирование наружных диаметров и т.п.) при изготовлении полых цилиндров применяются недостаточно, что объясняется отсутствием инженерных рекомендаций по внедрению этих методов и ограниченным распространением опыта некоторых заводов.

Основной технологической операцией при изготовлении деталей типа БВД, втулок является точная обработка отверстий. В зависимости от конструкции втулки и технических условий к отверстию трудоёмкость такой обработки составляет от 30 до 60 % общей трудоёмкости изготовления детали, а для гильз силовых цилиндров — 65 -90 %. Обработка отверстий в таких деталях в зави-

симости от точности, длины, диаметра и шероховатости поверхности производится в несколько операций режущими, абразивными и, реже, калибрующими инструментами. При этом в зависимости от точности заготовки труб отход металла составляет от 25 до 45 %.

Анализ производственных данных показывает, что возможности увеличения производительности труда и снижения себестоимости изготовления корпусных изделий путем дальнейшего совершенствования методов обработки металлов резанием передовыми предприятиями практически исчерпаны, и без применения точных, малоотходных способов обработки даже автоматизация изготовления/может во многих случаях оказаться неэффективной.

Прогрессивным малоотходным методом массового производства осесим-метричных деталей является холодная обработка давлением. Она имеет ряд преимуществ перед другими видами обработки металлов как в техническом, так и в экономическом отношении [27].

Холодная штамповка в техническом отношении позволяет:

- получить детали весьма сложных форм, изготовление которых другими методами обработки или невозможно, или затруднено;

- создавать прочные и жёсткие, но лёгкие по массе конструкции деталей при небольшом расходе материала;

- получать взаимозаменяемые детали с требуемой точностью размеров, преимущественно без последующей механической обработки.

В экономическом отношении холодная штамповка обладает следующими преимуществами:

- экономичным использованием исходных материалов и сравнительно небольшими его отходами;

- высокой производительностью оборудования с применением механизации и автоматизации производственных процессов;

- массовым выпуском и низкой стоимостью изготовляемых изделий.

Наибольший эффект от применения холодной штамповки может быть обеспечен при комплексном решении технических вопросов на всех стадиях подготовки производства, начиная с создания технологичных конструкций или форм деталей, допускающих экономичное изготовление их.

Основным прогрессивным конструктивным показателем, характеризующим эффективность применения холодной листовой штамповки, является снижение массы при увеличении прочности и жёсткости штампованных из листа деталей по сравнению с литыми, коваными или обработанными из сортового проката.

Основным прогрессивным технологическим фактором дальнейшего развития холодной листовой штамповки является стремление получать штамповкой полностью законченную деталь, не требующую дальнейшей обработки резанием.

Среди процессов ОМД, обеспечивающих решение поставленной задачи, получили также развитие процессы с, так называемым, локальным приложением нагрузки, позволяющие в значительной степени экономить исходные материалы, повышать производительность и снижать энергозатраты при их реализации. Одним из таких процессов является ротационная вытяжка (РВ), представляющая собой пластическую деформацию заготовки, находящейся на вращающейся ойравке, осуществляемую продольным перемещением давильного инструмента. Термин "ротационная" означает, что происходит образование или изменение формы вращающейся заготовки.

Проблемами разработки теории, технологии РВ и систем автоматизированного проектирования в процессах ОМД занимались многие учёные как отечественные, так и зарубежные: В.Ф.Баркая [28], М.А.Гредитор [29],

B.Г.Капорович [30], С.Колпачиоглу [31], Н.И.Могильный [32], Л.Г.Юдин,

C.П.Яковлев [33].

Схема классификации технологических процессов ротационного формоизменения приведена на рис. 1.2.

Все процессы РВ могут осуществляться либо с утонением стенки, либо без утонения.

Ротационное формоизменение

Ротационная вытяжка

Без утонения стенки

9 : &

* II

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Ха Хонг Куанг

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе решена актуальная научно-техническая задача, состоящая в моделировании процесса вытяжки с утонением осесимметричных деталей с использованием модели дилатирующего материала. Использование эффекта пластической дилатансии на мезоуровне вследствие образования, роста и коалесценции пор позволяет провести анализ развития деформационной повреждаемости обрабатываемого материала по всем операциям технологического процесса, включая прогнозирование поврежденности готовых деталей. Физико-механический подход к моделированию процессов вытяжки с утонением позволяет более точно, по сравнению с макромеханическим подходом, формировать прочностные свойства готовых изделий. Этот подход реализован для оценки технологической повреждаемости и эксплуатационной прочности корпуса баллонов высокого давления. В процессе проведенного изучения и моделирования процесса вытяжки с утонением стенки корпусных осесимметричных деталей 'с прогнозируемыми прочностными свойствами получены результаты исследований и сделаны следующие выводы:

1. Показана принципиальная необходимость применения физико-механического подхода к моделированию процессов вытяжки с утонением стенки корпусных осесимметричных изделий, испытывающих интенсивные эксплуатационные нагрузки. Наиболее эффективной для оценки технологических возможностей изучаемых вытяжных операций и прогнозирования физико-механических свойств материала готовых изделий является теория деформационной повреждаемости, основанная на физических механизмах пластического формоизменения. Основным механизмом развития деформационной повреждаемости в процессах пластического формоизменения металлов, в том числе при вытяжке, является образование, рост и коалесценция пор. В связи с этим возникает необходимость использования модели материала, учитывающей его пластическую дилатансию на мезоуровне вследствие роста объемной фракции пор при пластической деформации.

2. Сформулирована система основных уравнений, описывающая пластическое формоизменение материала с учетом деформационной повреждаемости вследствие роста объемной фракции пор.

3. Проведено экспериментальное определение материальных функций, входящих в определяющие соотношения деформационной повреждаемости. Экспериментально определенная пластическая дилатансия при растяжении плоских образцов из изучаемой малоуглеродистой стали (поэтапно измеряемая изменяющаяся объемная фракция пор) позволила определить меру деформационной повреждаемости со в зависимости от текущей деформации.

4. Установлены экспериментальные зависимости пластической дилатан-сии от текущей деформации образцов при растяжении екк (А), которые аппроксимируются степенной функцией екк = ЬАа. Степенной параметр а> 1 показывает степень нелинейности зависимости екк (Л); модульный параметр Ь описывает интенсивность роста пластической дилатансии в процессе деформации. Сравнение параметров дилатансии свидетельствует об их зависимости от начального размера пор и коэффициента напряжений о. Установленные зависимости поврежденности от деформации образцов позволяют прогнозировать начало коалесценции пор и момент макроразрушения в наиболее опасных зонах деформируемого материала. Полученные определяющие зависимости позволяют моделировать повреждаемость при изменяющемся в процессе деформации показателе напряжений ¿х, что имеет практическое значение для проектирования процессов пластического формоизменения с изменяющимся напряженным состоянием вдоль траекторий перемещения деформируемого материала.

5. Моделирование процесса вытяжки с утонением позволило обосновать выбранные операционные степени деформации, при которых создается остаточный запас пластичности для достаточной эксплуатационной прочности готовых корпусных деталей. Результаты конечно-элементного моделирования в среде «Атув» позволяют сделать вывод о том, что с ростом коэффициента интенсивности напряжений критическая глубина полуэллиптической трещины в стенках БВД существенно возрастает. С ростом «форм-фактора» критическая глубина полуэллиптической трещины также заметно увеличивается. Математическое моделирование вязко-хрупкого перехода значительно расширяет возможности эксперимента и позволяет прогнозировать влияние комплекса факторов, связанных как со свойствами материала, так и с конструктивными свойствами изделий.

6. Проведена оценка прочности готовых корпусов к БВД при циклических нагрузках с учетом их физико-механических свойств, формируемых технологией их изготовления. Используемая в расчетах теория вязко-хрупкого перехода прогнозирует рост трещины под действием разрушающего давления от внутренней поверхности БВД и последующее ее развитие, сначала как в вязком материале (до длины с = 0,91. .1 мм) и далее при критической скорости, соответствующей хрупкому переходу. Из проведённых расчётов следует, что повышение вязкой составляющей требует увеличения остаточной пластичности материала БВД на финишной вытяжке полуфабриката.

7. Проведенные расчеты малоцикловой усталости материала БВД по теории вязко-хрупкого перехода подтверждаются результатами их гидроиспытаний, а также экспериментально установленным соотношением вязкой и хрупкой составляющих.

8. Разработаны рекомендации по выбору технологических параметров для многооперационной технологии вытяжек корпусных деталей с заданными прочностными физико-механическими свойствами: исходной заготовки, операционных степеней деформации, угла рабочего конуса матрицы. Разработанные рекомендации используются при проектировании усовершенствованной технологии изготовления баллонов высокого давления в производстве ФГУП

ГНПП «Сплав». Отдельные результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 150400 «Технологические машины и оборудование» и инженеров по специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ха Хонг Куанг, 2012 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Чен Ч.Ч., Кабояши С. Вязкое разрушение при осесимметричном прессовании и волочении. Часть 2. Деформируемость при прессовании и волочении. // Конструирование и технология машиностроения: труды американского общества инженеров-механиков. - Рус, пер. -1979. - №1. - С. 114-123.

2. Н.Д. Тутышкин. Комплексные задачи теории пластичности./ Гвоздев

A.Е., [и др.]- Тула: Изд-во ТулГУ, 2001. - 377с.

3. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. - М.: Металлургия, 1970. - 229 с.

4. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением. -Металлургия, 1986. -688 с.

5. Огородников В.А. Оценка деформируемости металлов при обработке давлением. - Киев: Вища школа, Головное изд-во, 1983. - 175 с.

6. Богатов A.A., Мижирицкий О.И., Смирнов СВ. Ресурс пластичности металлов при обработке давлением. - М.: Металлургия, 1984. - 144с.

7. Dung N.L. Plasticity treory of ductile fracture by void growth and coalescence // Forsch. Ingenieyrw. - 1992. - T. 58. - №5. - С 135-140.

8. Новое в технологии обработки металлов давлением/ Н.Т.Деордиев, [и др.] - Под ред. Н.Т.Деордиева. - Вып. 15. - ЭНИКМАШ - М.: Машиностроение, 1967.- 180 с.

9. Иллюстрированный определитель деталей общего машиностроительного применения: руководящий технический материал. Классы 40 и 50 общесоюзного классификатора промышленной и сельскохозяйственной продукции. -М.: Изд-во стандартов, 1977. - 238 с.

10. Данйляк В.И. Эргономика и качество промышленных изделий. -М.:

Экономика, 1974. - 152 с.

11. Шмид М. Эргономические параметры: пер. с чешек под ред.

B.М.Мунипова. - М.: Мир, 1980. - 237 с.

12. Человеческий фактор. - В 6 т. под ред. Г.Салвенди: - пер с англ. -под ред. В.П. Зинченко, В.М.Мунипова. - М.: Мир. - Т.1: Эргономика -комплексная научно-техническая дисциплина/ Ж.Кристенсен, [и др.] - 1995. - 599 с.

13. Человеческий фактор. - В 6 т.-Под ред. Г.Салвенди. - Пер. с англ. -Под ред. В.П.Зинченко, В.М.Мунипова. - М.: Мир.-Т.2: Эргономические основы проектирования производственной среды / Д.Джоунз, Д.Бродбент, Д.Вассерман и др. - 1991.-500 с.

14. Человеческий фактор. В 6 т.- Под ред. Г.Салвенди. - Пер. с англ. -Под ред. В.П. Зинченко, В.М.Мунипова. - М.: Мир.-Т.4: Эргономическое проектирование деятельности и систем. - 1991. - 496 с.

15. Пятибратов А.Н. Человеко-машинные системы: эффект эргономического обеспечения. - М.: Экономика, 1987. - 199 с.

16.Войненко В.М., Мунипов В.М. Эргономические принципы конструирования. - Киев: Техника, 1998. - 119 с.

17. Мунипов В.М., Даниляк В.И., Оше В.К., Стандартизация, качество продукции и эргономика. - М.: Изд-во стандартов, 1982. - 200 с.

18. Макклинток Ф., Аргон А. Деформация и разрушение материалов. -М.: Мир, 1970.-444 с.

19. Майборода В.П., Кравчук A.C., Холин H.H. Скоростное деформирование конструкционных материалов. - М.: Машиностроение, 1986. - 264 с.

20. Работнов Ю.Н. Введение в механику разрушения. - М.: Наука, 1987. -

80 с.

21. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твёрдых тел. -М.: Металлургия, 1971. - 264 с.

22. Серенсен C.B., Кочаев В.П., Шнейдерович Р.Ш. Несущая способность и расчёты деталей на прочность. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1975.-488 с.

23. Тутышкин Н.Д. Теоретические основы и проектирование интенсивных процессов обработки давлением изделий с прогнозируемыми свойствами:

Диссертация докт. техн. наук. - Защищена 24.05.94; утв. 09.12.94; 05940001392. -Тула, 1993.-459 с.

24. Тутышкин Н.Д., Зимин Е.Е., Озерская Э.Д. Усовершенствованная методика проектирования операций объёмной штамповки донной части гильз на АР Л и АРКЛ // Вопросы оборонной техники: научно-техн. сб. Сер. 13. Комплексная автоматизация производства и роторные линии. - М.: НТЦ "Информ-техника", 1993. - Вып. 1-2 (84-85). С. 32-39.

25. Монченко В.П. Эффективная технология производства полых цилиндров. - М.: Машиностроение, 1980. -248с.

26. Проскуряков Ю.Г. Дорнование отверстий. - Свердловск: Машгиз,

1961.

27. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. - Л.: Машиностроение, 1979. - 520 с.

28. Баркая В.Ф., Рокотян С.Е., Рузанов Ф.И. Формоизменение листового материала. - М.: Металлургия. - 1976. - 294 с.

29. Гредитор М.А. Давильные работы и ротационное выдавливание. - М.: Машиностроение, 1971. - 237 с.

30. Капорович В.Г. Производство деталей из труб. - М.: Машиностроение, 1978. - 133 с.

31. Колпачиоглу С. О механизме силовой выдавки // Труды американского общества инженеров -механиков. - Т. 83, Серия В.- № 2: пер. с англ. - М.: Изд. иностр. лйт-ры., 1961. - С. 2 - 9.

32. Могильный Н.И. Ротационная вытяжка оболочковых деталей на станках. - М.: Машиностроение, 1983. - 190 с.

33. Юдин Л.Г., Яковлев С.П. Ротационная вытяжка цилиндрических оболочек. - М.: Машиностроение, 1984. - 128 с.

34. Кононенко В.Г., Могильный Н.И. Автоматизированная токарно-давильная обработка. - М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ. - 1969,- № 12-68-15.-15с.

35. Вальтер А.И. Ротационная вытяжка с утонением стенки: дис. д-ра. техн. наук. - Тула, 1997. - 506 с.

36. Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке. - М.: Машиностроение, 1979.520с

37. Владимиров В.И. Физическая природа разрушения металлов. - М.: Металлургия, 1984. - 280 с. с ил.

38. Иванова B.C. Разрушение металлов. - М.: Металлургия, 1979.-168 с.

39. Рыбин В.В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. - М.: Металлургия, 1986. - 221 с.

40. Рид В. Дислокации в кристаллах. - М.: Металлургиздат, 1957.-280 с.

41. Орлов А.Н. Введение в теорию дефектов в кристаллах. - М.: Высшая школа, 1983.- 144 с.

42. Владимиров В.И. Вычисление энергии активации образования микротрещины // Физика твердого тела. - 1979,- Т. 12. - N 6. - С. 1593-1596.

43. Пластическая деформация и разрушение кристаллических тел. Сообщение 1. Деформация и развитие микротрещин / В.И. Бетехтин, [и др.]// Проблемы прочности. - 1979. - N 7. -С. 38-45.

44. Пластическая деформация и разрушение кристаллических тел. Сообщение 2. Деформация и развитие микротрещин / В.И. Бетехтин, [и др.]// Проблемы прочности. - 1979. - N 8. - С. 51-57.

45. Владимиров В.И., Орлов А.Н. // Физика твердого тела. - 1969. - Т. 11.-N 2. - С. 370-378.

46. Рыбин В.В., Ханнанов Ш. X. // Физика твердого тела. - 1969. Т. 11. N 4.-С. 1048-1051.

47. Тутышкин Н.Д. Кинетический подход к анализу и проектирование интенсивных прЬцессов обработки давлением изделий с прогнозируемыми свойствами / Тульск. политехи, ин-т. - Тула, 1991. - 32 с: ил. - Библиогр. 36 назв. -Деп. в ВНИИТЭМР 12.03.91, №10.

48. Хилл Р. Математическая теория пластичности : пер. с англ. Э.И. Гри-голюка. - М.: Госуд. изд-во технико-теорет. лит-ры, 1956. - 407 с.

49. Качанов JI.M. Основы теории пластичности.- М.: Наука, 1969.-420.

50. Седов Л.И. Механика сплошной среды. - Т.2. - 4-е изд., исправл. и дол. - М.: Наука, 1984. - 560 с.

51. Дзугутов М.Я. Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов. - М.: Металлургия, 1977. - 480 с.

52. Пластичность и разрушение / В.Л. Колмогоров, [и др.] - М.: Металлургия, 1977. - 336 с.

53. Дель Г.Д., Огородников В.А., Нахайчук В.Т. Критерий деформируемости металлов при обработке давлением // Изв. вузов. Машиностроение. 1975.

- №4. - С. 135-137.

54. Соколов Л.Д., Скудное В.А. Закономерности пластичности металлов.

- М.: ООНТИ Всес. ин-та легких сплавов, 1980. - 130 с.

55. Бернштейн М.Л. Структура деформированных металлов. - М.: Металлургия, 1977.-431 с.

56. Бернштейн М.Л., Займовский В.А., Капуткина Л.М. Термомеханическая обработка стали / под ред. М.Л. Бернштейна. - М.: Металлургия, 1983. -480 с.

57. Сервисен СВ., Кочаев В.П., Шнейдерович P.M. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1975. - 488 с.

58. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т.1. - 4-е изд., исправл. и доп.

- М.: Наука, 1983. - 528 с.

59. Валиев Р.З., Александров И.В. Наноструктурные материалы, полученные интенсивной пластической деформацией. - М.: Логос, 2000. —272 с.

60. Тутышкин Н.Д. Анализ высокоскоростной объемной штамповки изделий с прогнозируемыми свойствами // Исслед. в обл. теории, технол. и обо-руд. штамповочного пр-ва. - Тула: Тульск. гос. ун-т, 1995. - С. 31 - 36.

61. Тутышкин Н.Д. Расчет деформаций и использования запаса пластичности материала при быстром нестационарном течении // Обработка металлов давлением: межвуз. сб. науч. тр. - Свердловск: Уральск, политехи, ин-т, 1981.-Вып. 8.-С. 83 -88.

62. Кушнир В.Ф., Леняшин В.В., Калпин Ю.Г. Возможности изотермической штамповки заготовок дисковых фрез из быстрорежущих сталей // Технология производства, научная организация труда и управления. - 1977. - Вып. 1.-С.9- 12.

63. БриДжмен П. Исследование больших пластических деформаций и разрыва. Влияние высокого гидростатического давления на механические свойства материи : пер. с англ. А.И. Лихтера/ под ред. Л.Ф. Верещагина. - М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1959. - 444 с.

64. Губкин С.И. Пластическая деформация металлов. Т.2. Физико- химическая теория пластичности. - М.: Металлургиздат, 1961. - 416 с.

65. Фридман Я.Б. Механические свойства металлов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Оборонгиз, 1952. - 555 с.

66. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, 1978. - 368 с.

67. Дзугутов М.Я. Пластичность, ее прогнозирование и использование при обработке металлов давлением. -М.: Металлургия, 1984. - 64 с.

68. Ильюшин A.A. Механика сплошной среды. - М.: Моск. гос. ун-т, 1971.-245 с. '

69. Пеньков В.Б., Толоконников П.А. Осесимметричное течение металла при частном условии полной пластичности // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. - 1982.-№ 5.-С. 175 - 178.

70. Вопросы прочности и пластичности: сб. тр. научно-техн. семинара // Моск. гос. ун-т. - М., 1984.

71. Тутышкин Н.Д., Трегубов В.И. Технологическая механика. - Тула:

Изд-во ТулГУ, 2000. - 196 с.

72. Смирнов-Аляев Г.А., Розенберг В.М. Теория пластической деформации металлов. - М.-Л.: Машгиз, 1956. - 367 с.

73. Качанов Л.М. Основы механики разрушения. - М.: Наука, 1974.-312 с.

74. КочергинК.А. Сварка давлением. - М.: Машиностроение, 1972.-216 с.

75. Холодная сварка давлением / В.Ф. Кузин, [и др.] - Тула: Тульск. политехи, ин-т, 1977. - 52 с.

76. Кузин В.Ф. Теоретическое исследование процесса холодной сварки плоскоклиновым инструментом // Исслед. в обл. теории, технологии и оборудования штампов, производства тула: ТулГУ, 1994. - С. 134 - 139.

77. Богатов А.А., Мижирицкий О.Н., Смирнов СВ. Методика расчета запаса пластичности при производстве проволоки // Обработка металлов давлением: межвуз: сб. ст. - Свердловск: Уральск, политехи, ин-т, 1974, -Вып.5. - С. 33-38.

78. Тутышкин Н. Д., Зимин Е.Е., Токарева О.В. Автоматизированное проектирование операций вытяжки осесимметричных корпусных изделий // Куз-нечно-штамповочное производство. - 1992. - №6. - С. 16 -19.

79. Тутышкин Н.Д. Неизотермические кривые упрочнения металлов при скоростном деформировании//Изв. вузов. Машиностроение. - 1988. -№10.-С. 23-26.

80. Лариков Л.Н. Залечивание дефектов в металлах. - Киев: Наукова думка, 1980.-280 с.

81. Структурные уровни пластической деформации и разрушения / В.Е. Панин, [и др.] - под ред. В.Е. Панина. - АН СССР, Сиб. отд-ние, ин-т физики и материаловедения. - Новосибирск: Наука, сиб. отд-ние, 1990. - 251 с.

82. Макклинток Ф. Пластические аспекты разрушения // Разрушение. Т.З. Инженерные основы и воздействие внешней среды / под ред. Г. Либо-вица: -пер. с англ. - М.: Мир, 1976. - С. 67-262.

83. Kong X., Zhao H., Holland D., Dahl W. The effects of triaxial stress on void growth and yield eguations of power - hardening porous materials / // Steel Res.

- 1992. - T. 63. - №3. - С 120-125.

84. Thompson A.W. Fractography and its role in fracture interpretation // Fatigue and Fract. Eng. Mater, and Struct. - 1996. - T. 19. - №11. - С 1307-1316.

85. Исследование пластичности металлов под гидростатическим давлением. Физика металлов и металловедение/ А.А. Богатое, [и др.] - 1978. - Т. 45. -Вып.5. - С. 1089-1094.

86. Ха Хонг Куанг. Методики определения коэффициентов повреждаемости материалов в процессе вытяжки с утонением // Известия ТулГУ. Технические науки,- Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. - Вып. 6. Часть2. - С. 297-302.

87. Структурные параметры деформируемых материалов/ В.Ю.Травин, [и др.] //Известия ТулГУ. Серия "Машиностроение". - Вып.4. - 1998.

88. Броек Д. Основы механики разрушения. - М.: Высшая школа, 1980.-

368с.

89. Соколовский В.В. Теория пластичности. - 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Высшая школа, 1969. - 608 с.

90. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. - М.: Металлургия, 1972. - 408 с.

91. Ренне И.П. Некоторые вопросы плоского течения в технологических задачах теории пластичности: - дис... д-ра. техн. наук: 05.324.- Защищена 1971.-Библиф. С.618-655, Тула, 1970. - 655 с.

92. Непершин Р.И. Осесимметричное прессование с малыми и большими обжатиями // Расчеты процессов пластического течения металлов. - М.: Наука, 1973. - С. 71-83'.

93. Друянов Б.А., Непершин Р.И. Теория технологической пластичности.

- М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

94. Панфилов Г.В. Аналитическое описание технологических задач со свободными круговыми пластическими границами // Известия ТулГУ. Технические науки. - Ту-ла: Изд-во ТулГУ, 2009. - Вып. 1. -Часть1- С. 91-98.

95. Трегубов В.И. Конструктивные особенности и технологические методы изготовления баллонов высокого давления // Оборонная техника. - М.: НТЦ «Информтехника», 1999. - №11-12. - С. 77-82.

96. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. - М.: Машиностроение, 1980. - 413 с.

97. Зубров М.Е. Листовая штамповка.- Л.: Машиностроение, 1980 - 283 с.

98. Тимощенко В.А. Основы совершенствования разделительных процессов // Совершенствование разделительных процессов обработки металлов давлением. - Кишинев: «Реклама», 1980.- С. 13-20.

99. Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. - М.: Металлургия, 1972. - 408 с.

100. Теория пластических деформаций металлов / Е.П. Унксов, [и др.] -Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. - М.: Машиностроение, 1985. - 598с.

101. Грудев А.П., Зильберг Ю.В., Тилик В.Т. Трение и смазки при обработке металлов давлением: Справочник.- М.: Металлургия, 1982. - 309 с.

102. Третьяков A.B. Зюзин В.И. Механические свойства металлов и спла-

< ?

вов при обработке давлением: справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1973. - 224 с.

103. Кроха В.А. Упрочнение металлов при холодной деформации: Справочник. - М.: Машиностроение, 1980. - 150 с.

104. Травин В.Ю. Анализ поврежденности деформируемого материала и степеней деформации на операциях вытяжки // Теория, технология, оборудование и автоматизация обработки металлов давлением и резанием. -Тула: Тул. гос. ун-т, 1999. -Вып.2. -С.189-194.

105. Богатов A.A. Механические свойства и модели разрушения металлов: учебное пособие для вузов. — Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. 329 с.

106. Лурье А. И. Нелинейная теория упругости . - М. Наука, 1980.-512 с.

107. Поздеев, А. А. Большие упруго-пластические деформации / А. А. Поздеев, П. В. Трусов, Ю. И. Няшин. - М.: Наука, 1986. - 232 с.

108. Аркулис, Г. Э. Теория пластичности / Г. Э. Аркулис, В. Г. Доргобид.

- М. : Металлургия, 1987. - 351 с.

109. Ха Хонг Куанг, Н.Д. Тутышкин. Конечно-элементное моделирование процесса вытяжки с утонением стенки с учетом деформационной повреждаемости полуфабриката // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. - Вып. 4. Часть2,- С. 47-54.

110. Ха Хонг Куанг. Моделирование и оценка повреждаемости материалов при осадке // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. - Вып. 4. Часть2- С. 67-77.

111. Ха Хонг Куанг. Моделирование процесса вытяжки с утонением ци-линдриче-ских осесимметричных деталей // Известия ТулГУ. Естественные науки.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. - Вып. 1. - С. 145-154.

1112. Hällwuist, J. LS-DYNA: Theoretical Manual/ J. Hallquist. - 1998. -May.

1113. Муйземнек А. Ю. Описание поведения материалов в системах автоматизированного инженерного анализа : учебное пособие . - Пенза : Информационно-издательский центр ПГУ, 2005- 152 с.

114. Трегубов В.И. Изготовление баллонов высокого давления из высокопрочных двухслойных материалов вытяжкой. - М: Машиностроение-1, 2003.

- 164 с.

115. РТМ B3-1438-81. Сталь конструкционная высокопрочная специальная. Физико-механические свойства.

116. Головин С.А. Физика прочности и пластичности: Учеб. пособие. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. - 192 е.: ил.

117. Трощенко В.Т., Соеновский JI.A. Сопротивление усталости металлов и сплавов. -Киев: Наукова Думка, 1987. -350с.

118. Терентьев В.Ф., Оксогоев A.A. Циклическая прочность металлических материалов: учеб. пособие.- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001.-61с.

119. Морозов Е.М., Муйземнек А.Ю., Шадский A.C. ANS YS в руках инженера: механика разрушения. - М.: ЛЕНАНД, 2008. - 456 с.

120. Ха Хонг Куанг. Оценка коэффициента интенсивности напряжений в процессе двухосного растяжения // Известия ТулГУ. Технические науки. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. -Вып. 2. -Часть1.-С. 118-122.

121. Ха Хонг Куанг, Н.Д. Тутышкин. Расчет коэффициента интенсивности напряжений при растяжении пластины с трещиной // Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. - С. 104106.