Тульский государственный университет (Тула, Россия)

В. И. Платонов, доцент кафедры «Механика и процессы пластического формоизменения», канд. техн. наук, pvi_1@rambler.ru
С. Н. Ларин, заведующий кафедрой «Механика и процессы пластического формоизменения», докт. техн. наук, mpf-tula@rambler.ru

Статья посвящена исследованию процесса изотермического обратного выдавливания изделий из высокопрочных малопластичных материалов. Приводится обоснование необходимости учета вязкопластических свойств материала (ползучести и релаксации напряжений), проявляющихся в условиях горячего деформирования, для корректного определения силовых режимов и оценки сплошности готовых изделий. Схема деформаций принята осесимметричной при вязкопластическом состоянии деформируемого материала. В основе теоретического исследования лежит вариационный подход, базирующийся на энергетической верхнеграничной теореме пластичности. Для описания кинематики течения материала построено разрывное поле скоростей перемещений. Особенность разработанной модели заключается в учете поворота образующих поверхностей разрыва в процессе выдавливания, что приводит к появлению дополнительных нормальных составляющих скорости и вносит вклад в энергетический баланс. На основе баланса мощностей внешних и внутренних сил сформулировано выражение для определения давления формообразования, которое учитывает как степень деформации, так и скорость перемещения пуансона. Получены соотношения для расчета конечной сплошности (повреждаемости) материала деформируемой заготовки по энергетическому и деформационному критерию разрушения. Расчетные зависимости реализованы для сплавов алюминия (АМг6) и титана (ВТ6С). Установлено, что снижение скорости деформирования приводит к уменьшению давления за счет релаксации напряжений, а также к снижению повреждаемости для ряда материалов. Показано, что допустимая степень формообразования определяется на основе предложенных критериев с учетом исходной и предельной сплошности материала. Давление и потеря сплошности зависят от скорости проведения операции. Результаты работы использованы при разработке технологических процессов изготовления промышленных изделий, что подтверждено примерами готовых деталей.

1. Яковлев С. С. Ковка и штамповка : справочник. Т. 4. Листовая штамповка.  М. : Машиностроение, 2010.  732 с.
2. Голенков В. А., Яковлев С. П., Головин С. А., Яковлев С. С., Кухарь В. Д. Теория обработки металлов давлением.  М. : Машиностроение, 2009.  442 с.
3. Малинин Н. Н. Ползучесть в обработке металлов.  М. : Юрайт, 2023.  221 с.
4. Колмогоров В. Л. Механика обработки металлов давлением.  М. : Металлургия, 1986.  688 с.
5. Двайт Г. Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы.  М. : Наука, 1973.  228 с.
6. Яковлев С. С., Яковлев С. П., Чудин В. Н. и др. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме предварительной ползучести.  М. : Машиностроение, 2009.  412 с.
7. Яковлев С. П., Яковлев С. С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов.  Кишинев : Квант, 1997.  331 с.
8. Платонов В. И. К расчету напряжений при раздаче в условиях вязко-пластичности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 8. С. 497500.
9. Платонов В. И., Чудин В. Н. Силовой режим обжима с нагревом // Заготовительные производства в машиностроении. 2022. Т. 20, № 7. С. 311314.
10. Ji H., Li Y., Huang X., Dong S., Li Y., Xiao W. Study on formability of duplex steel expansion pipe and its threaded joints // Measurement. 2023. Vol. 206, No. 1. 112308.
11. Tan B., Yao S., Zhang L., Xu P., Che Q. A novel deformation mode of expansion tubes accounting for extra contact // International Journal of Mechanical Sciences. 2023. Vol. 242, No. 3. 108024.
12. Shinkin V. N. Simple analytical dependence of elastic modulus on high temperatures for some steels and alloys // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 3238.
13. Paul S. K. The effect of deformation gradient on necking and failure in hole expansion test // Manufacturing Letters. 2019. Vol. 21, No. 8. P. 5055.
14. Lu R., Zheng S., Teng J., Hu J., Fu D., Chen J., Zhao G., Jiang F., Zhang H. Microstructure, mechanical properties and deformation characteristics of Al-Mg-Si alloys processed by a
continuous expansion extrusion approach // Journal of Materials Science and Technology. 2021. Vol. 80, No. 7. P. 150162.
15. Shinkin V. N., Kolikov A. P. Engineering calculations for processes involved in the production of large-diameter pipes by the SMS Meer technology // Metallurgist. 2012. Vol. 55, No. 11-12. P. 833840.
16. Wu M. Z., Zhang X. W., Zhang Q. M. A new model for the expansion tube considering the stress coupling: Theory, experiments and simulations // Defence Technology. 2022. Vol. 18, No. 7. P. 11901204.
17. Li J., Xie Z., Yu Y., Gong X., Gao G. Experimental and numerical study on the crashworthiness performance of a hybrid energy absorber with expanding-splitting-bending process // Thin-Wall Structures. 2022. Vol. 181, No. 12. 110122.
18. Shinkin V. N., Kolikov A. P. Simulation of the shaping of blanks for large-diameter pipe // Steel in Translation. 2011. Vol. 41, No. 1. P. 6166.
19. Moreno C., Beaumont R., Hughes D. J., Williams T., Dashwood R. Quasi-static and dynamic testing of splitting, expansion and expansion-splitting hybrid tubes under oblique loading // International Journal of Impact Engineering. 2017. Vol. 100, No. 2. P. 117130.
20. Li J., Gao G., Dong H., Xie S., Guan W. Study on the energy absorption of the expanding-splitting circular tube by experimental investigations and numerical simulations // Thin-Wall Structures. 2016. Vol. 103, No. 6. P. 105114.
21. Демин В. А., Черняев А. В., Платонов В. И., Коротков В. А. Методика экспериментального определения механических свойств металла при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 6673.
22. Черняев А. В., Усенко Н. А., Коротков В. А., Платонов В. И. Определение влияния скорости деформации на сопротивление деформированию при статическом растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 6065.