Пути дальнейшего развития механики деформирующего протягивания

Ю.А. Цеханов, Е.А. Балаганская

В статье рассмотрены задачи об определении параметров напряженно-деформируемого состояния заготовки

Исключительно важным является поиск методов теоретического решения задач об определении параметров напряженно-деформированного состояния во всем объеме пластически –деформированной заготовки с конечной толщиной стенки. В принципе это можно сделать с помощью конечных элементов. Однако для установившейся стадии пластического деформирования решить эту задачу не представляется возможным из-за неизвестной формы наружной и внутренней поверхности заготовки в очаге деформации и, в частности, из-за неизвестной ширины контакта, что не позволяет поставить граничные условия как в перемещениях, так и в напряжениях. Развитие вариационных принципов механики пластически деформируемого тела с варьируемыми площадями контактной поверхности позволит решить данную задачу. Однако МКЭ можно использовать для шагового метода ее решения, начиная с самой начальной неустановившейся стадии деформирования заготовки, соответствующей началу вхождения в контакт с заготовкой. Решение данной задачи позволит моделировать влияние различных технологических факторов на историю деформирования любой материальной точки заготовки и с помощью теории анизатропного упрочнения рассчитывать все параметры деформационной анизотропии, которые являются переменными по толщине стенки заготовки. Это важно знать для оптимального сочетания технологической наследственности детали по параметром деформационной анизотропии со сложным и переменным по объему изделия напряженным состоянием, возникающем от действия эксплуатационных нагрузок, с целью обеспечения максимальной несущей способности этой детали. Например, напряженное состояние толстостенного корпуса гидроцилиндра описывается с помощью уравнений Ламе, согласно которым от действия внутреннего давления рабочей жидкости достигает максимума у внутренней поверхности корпуса, где степень деформационного упрочнения при деформирующем протягивании заготовки этой детали также будет максимальной. Оптимальными с этой точки зрения будут такие режимы обработки, после которых будет обеспечен постоянный по всей толщине стенки корпуса запас прочности по пределу текучести на растяжение в окружном направлении.

Данное направление технологической механики процесса деформирующего протягивания требует также создания и развития экспериментальных методов определения параметров деформационной анизотропии, которое заметно меняются по объему материала заготовки, т.к. микромеханические испытания на растяжения Гагаринских микрообразцов и их вырезка из заготовок связана с очевидными практическими трудностями и экспериментальными погрешностями, которые возрастают с увеличением градиента упрочнения детали.

Важной задачей теории деформирующего протягивания является установление влияния степени эксплуатационного ресурса пластичности на эксплуатационные свойства деталей, особенно в совокупности с действием таких параметров технологической наследственности, как параметры деформационного упрочнения и остаточные напряжения. Причем построение теоретической модели деформирующего протягивания позволит рассчитать и остаточные напряжения, а также определять все энергосиловые параметры данной технологической операции, что крайне важно для оптимизации процесса с точки зрения снижения энергозатрат.

Возможно, что практический интерес будет представлять и дальнейшее развитие теоретической модели использования и остаточной пластичности при многоцикловом деформирующем протягивании, которая учитывала бы «залечивание» микродефектов у обрабатываемой внутренней поверхности заготовки в зоне ее контакта с инструментом, где действует очень высокое гидростатическое сжимающее напряжение, т.к. эта модель позволяет теоретически определять все параметры напряженно-деформированного состояния поверхностного слоя и истории его деформирования. Однако данный эффект нужно учитывать лишь при большом числе циклов деформирования.

Как показывают проведенные авторами результаты исследований, а также данные других авторов, перспективным является создание деформирующего инструмента, имеющего износостойкое покрытие с дискретным строением. В этом случае в самом начале ширины контакта, т.е. там, где согласно данным, полученными авторами, в покрытии возникают неблагоприятные растягивающие напряжения, такое дискретное строение защитного слоя резко уменьшает уровень этих напряжений и тем самым повышает прочность и работоспособность износостойкого покрытия. Причем инструмент для деформирующего протягивания может иметь дискретное покрытие не по всей своей поверхности, а только в области, где начинается контакт инструмента с обрабатываемой заготовкой и появляются первые усталостные микротрещины.

Остаточные сжимающие напряжения, которые возникают в детонационном твердосплавном покрытии после операции финишного шлифования, оказывают благоприятное влияние на стойкость такого покрытия. Поэтому практический интерес представляют исследования, направленные на оптимизацию характера распределения этих напряжений по толщине покрытия с целью достижения его максимальной стойкости путем подбора технологических режимов нанесения этого покрытия.

Аналитическое исследование напряженного состояния в толстом детонационном покрытии было проведено при выполнении условия, что упругие характеристики этого покрытия и стальной инструментальной основы деформирующего элемента являются одинаковыми. Это позволило применить теорию деформирования упругого бесконечного полупространства, которую нельзя использовать, если упругие характеристики покрытия и основы будут различными. Для решения такой задачи необходимо создать соответствующую теоретическую модель напряженного состояния покрытия.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.09