WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Поликарпов Евгений Юрьевич

Научное обоснование технологических решений изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения

из высокопрочных анизотропных материалов

Специальность 05.02.09 -  Технологии и машины обработки

  давлением

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Тула 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

и ЗАО «Завод экспериментального машиностроения ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королева»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор

Яковлев Сергей Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Калпин Юлий Григорьевич;

доктор технических наук, профессор

Субич Вадим Николаевич;

доктор технических наук, профессор

Сосенушкин Евгений Николаевич

Ведущая организация:

ФГУП «Государственное научно-производственное предприятие «Сплав», г. Тула.

Защита состоится «25» июня 2010 г. в 14 час. на заседании
диссертационного совета Д 212.271.01 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300012, г. Тула, ГСП, просп. Ленина, д. 92, 9-101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Автореферат разослан « ___ »  __________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

А.Б. Орлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важной проблемой, стоящей перед современным машиностроением, является повышение эффективности и конкурентоспособности процессов изготовления изделий из металлов и сплавов методами обработки давлением, обеспечивающими необходимые эксплуатационные характеристики. Это актуально и для ракетно-космической техники, и для других отраслей промышленности.

Типовыми конструкциями изделий этих производств являются корпусные оболочки из листовых заготовок (оболочки емкостей, корпусные детали, сосуды высокого давления, днища баков, полуторы и т.д.). Эти конструкции требуют применения высокопрочных материалов, трудоемких в обработке. К таким материалам относятся специальные титановые и высокопрочные алюминиевые сплавы. Для изготовления тонкостенных днищ баков и полуторов из подобных материалов обычно используют многооперационную ступенчатую вытяжку в сочетании с реверсивной вытяжкой.

Качество обработки влияет на тактико-технические характеристики изделий и их надежность. Трудоемкость производства в настоящее время велика и составляет 70…80 % общей трудоемкости изделия. При этом требуется парк оборудования различного назначения: для прессования, сварки, электроэрозионной и механической обработки, сборки стапелей и др.

Методы технологической обработки на базе резания, сварки, соединения клепкой, сваркой, пайкой не всегда обеспечивают требуемый уровень качества, который определяется удельной прочностью изделий, точностью геометрии форм, герметичностью, коррозионной стойкостью, уровнем повреждаемости материала на стадиях обработки. При этом не маловажны расход основных материалов и трудоемкость производства.

В различных отраслях машиностроения, в частности наземном оборудовании ракетно-космической техники, широкое распространение нашли толстостенные осесимметричные детали, имеющие внутренние полости, изготавливаемые вытяжкой и вытяжкой с утонением стенки из листовых заготовок, а также операцией обратного выдавливания трубных заготовок.

Прокат, используемый для процессов холодного деформирования, как правило, обладает анизотропией механических свойств, которая зависит от физико-химического состава сплава, технологии его получения и температуры обработки. Анизотропия механических свойств заготовки оказывает существенное влияние на силовые, деформационные параметры процессов обработки металлов давлением, на качество получаемых изделий.

Технологические режимы пластического деформирования определяют степень формообразования, влияют на устойчивость деформаций, развитие несплошности материала и возможное разрушение. Они формируют качество изделий, что связано с анизотропией механических свойств, упрочнением материала, локальной потерей устойчивости заготовки и т.д. В этой связи научное обоснование технологических решений изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения методами пластического формоизменения на основе развития теории деформирования листовых и трубных заготовок, учитывающих анизотропию механических свойств, упрочнение материала заготовки, термомеханические режимы формоизменения и другие особенности процессов обработки металлов давлением, является крупной научно-технической проблемой большого народнохозяйственного значения.

Работа выполнена в соответствии с заказами Российского космического агентства, Департамента ракетно-космической промышленности Российской Федерации, с научно-технической программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» Минобразования Российской Федерации, грантом Президента РФ на поддержку ведущих научных школ на выполнение научных исследований (грант № НШ-4190.2006.8), государственным контрактом Федерального агентства по науке и инновациям № 02.513.11.3299 (2007 г.), грантами РФФИ № 05-01-96705 (2005-2006 гг.) и № 07-01-96409 (2007-2009 гг.) и научно-техническими программами Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 гг.)» (проект № РНП 2.1.2.8355) и «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 гг.)» (проекты № РНП 2.1.2/730 и № РНП 335), Федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России (2009-2013 гг.)» (проект № П1123), а также рядом хоздоговорных работ с машиностроительными предприятиями Российской Федерации.

Цель работы. Создание и освоение производства крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения типа полусферических и полуторовых днищ, диафрагм, корпусных и толстостенных осесимметричных деталей, изготавливаемых обработкой металлов давлением, обеспечивающей повышение качества и эксплуатационных характеристик деталей, снижение металлоемкости, трудоемкости, сокращение сроков подготовки производства.

Для достижения указанной цели были поставлены и решены следующие задачи исследований:

1. Разработка уравнений и соотношений для теоретического анализа операций пластического формообразования крупногабаритных осесиметричных деталей ответственного назначения из анизотропных листовых и трубных заготовок.

2. Разработка критерия потери устойчивости трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, в виде образования симметричных складок при их осадке.

3. Создание математических моделей первой и многоступенчатой вытяжек, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов с учетом изменения толщины заготовки и упрочнения материала заготовки в процессе пластической деформации.

4. Разработка математических моделей вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок и обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, протекающих в условиях осесимметричного нерадиального течения материала.

5. Выявление теоретическим и экспериментальным путем влияния анизотропии механических свойств исходных материалов, технологических параметров, геометрических размеров заготовки и инструмента, степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности формоизменения и формирование показателей качества изготавливаемых осесимметричных деталей (степени использования ресурса пластичности и разностенности).

6. Выполнение экспериментальных исследований многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем, вытяжки с утонением стенки толстостенных заготовок, а также обратного выдавливания трубных заготовок с целью оценки работоспособности предложенных математических моделей по силовым режимам и предельным возможностям формоизменения.

7. Выявление влияния кристаллографической текстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии гексагональных плотноупакованных (ГПУ) металлов. Исследование изменения текстуры многопереходной вытяжки полусферических днищ из листов титанового сплава ПТ-3Вкт.

8. Разработка научно обоснованных рекомендаций по выбору технологических параметров операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки крупногабаритных осесимметричных деталей с фланцем, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных заготовок из анизотропных материалов.

Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий теоретический анализ и экспериментальную проверку полученных результатов в лабораторных и производственных условиях.

Теоретические исследования первой и последующих операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, выполнены с использованием основных положений механики деформируемого твердого тела и теории пластичности жесткопластического анизотропного тела; анализ напряженного и деформированного состояний заготовки осуществлен численно методом конечно-разностных соотношений с использованием ЭВМ путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнений состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Критерий потери устойчивости трубных заготовок из анизотропных материалов в виде образования симметричных складок разработан на основе статического критерия устойчивости. Предельные возможности формоизменения исследуемых процессов деформирования оценивались по величине максимального растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации или сжимающего напряжения на входе в очаг пластической деформации, по степени использования ресурса пластичности, критериев локальной потери устойчивости и по условию потери устойчивости анизотропной трубной заготовки в виде образования симметричных складок.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных испытательных машин (универсальная испытательная машина
«МИРИ-200К», испытательные машины Р-5 и ГМС-50) и регистрирующей аппаратуры; обработка опытных данных осуществлялась с применением методов математической статистики и теории планирования эксперимента. Текстура материала изучалась рентгеновским методом на дифрактометре ДРОН-0,5, применялся ультразвуковой толщиномер «Калипер-204».

Автор защищает:

- уравнения и соотношения для теоретического анализа операций пластического формообразования анизотропных листовых и трубных заготовок;

- критерий потери устойчивости трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, в виде образования симметричных складок при ее осадке;

- математические модели первой и последующих операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов с учетом изменения начальной толщины заготовки в процессе пластического деформирования;

- математические модели операций вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок в конических матрицах, обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок коническим пуансоном, протекающих в условиях нерадиального течения и осесимметричного напряженного и деформированного состояний, из анизотропных материалов;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований первой и последующих операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов, вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок в конических матрицах, обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок, позволяющих выявить влияние анизотропии механических свойств исходных материалов, технологических параметров, геометрических размеров заготовки и инструмента, степени деформации, условий трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования;

- экспериментально выявленное влияние кристаллографической текстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии ГПУ металлов; результаты экспериментальных исследований по изменению текстуры многопереходной штамповки - вытяжки полусферических днищ из листов титанового сплава ПТ–3Вкт;

- результаты экспериментальных исследований листов и развивающейся текстуры детали из титанового сплава ПТ–3Вкт в процессе пластического деформирования рентгеновским методом; экспериментально выявленные рациональные режимы межоперационного отжига деталей из титанового сплава
ПТ–3Вкт;

- разработанные рекомендации по выбору научно обоснованных технологических параметров операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки крупногабаритных осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств;

- технологические процессы изготовления крупногабаритных тонколистовых полусферических днищ из высокопрочного титанового сплава ПТ-3Вкв многооперационной ступенчатой вытяжки, технологический процесс изготовления заготовок детали «Диафрагма» под калибровку и последующую ротационную вытяжку из алюминиевого сплава А5 операциями реверсивной вытяжки; технологический процесс изготовления точных заготовок типа полых цилиндров, имеющих внутренние полости, изделий ответственного назначения из стали 10 операциями обратного выдавливания; конкурентоспособный технологический процесс изготовления толстостенных цилиндрических полуфабрикатов для осесимметричных изделий ответственного назначения из стали 11ЮА операциями вытяжки с утонением стенки, обеспечивающими повышение качества детали, снижение металлоемкости, трудоемкости, сокращение сроков подготовки производства и повышение их эксплуатационных характеристик, а также методик их проектирования.

Научная новизна работы состоит в развитии теории деформирования листовых и трубных заготовок из анизотропных материалов и заключается в следующем:

  • научно обоснованы технологические основы новых процессов изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей с фланцем операциями многоступенчатой вытяжки и реверсивной вытяжки, вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок в конических матрицах и обратного выдавливания трубных заготовок на базе развития теории пластического деформирования трансверсально-изотропных листовых заготовок с учетом изменения ее толщины в процессе пластического деформирования;
  • создана теория деформирования полых толстостенных цилиндрических и трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, протекающей в условиях нерадиального течения и осесимметричного напряженного и деформированного состояний;
  • предложен критерий потери устойчивости трубной заготовки, обладающей цилиндрической анизотропией механических свойств, при ее осадке;
  • выявлены закономерности изменения кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения по различным критериям устойчивого протекания процессов пластического деформирования и формирования показателей качества изготавливаемых осесимметричных деталей (степени использования ресурса пластичности и разностенности) в зависимости от анизотропии механических свойств исходных материалов, технологических параметров, геометрических размеров заготовки и инструмента.

Практическая значимость:

    • разработаны на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований рекомендации и создано программное обеспечение для ЭВМ по выбору научно обоснованных технологических параметров операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки крупногабаритных осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств;
  • выявлено влияние кристаллографической текстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии ГПУ металлов;
  • установлены рациональные режимы межоперационного отжига деталей из титанового сплава ПТ–3Вкт;
  • показано, что способность листовых материалов к глубокой вытяжке может быть оценена по средним значениям косинуса угла между гексагональной осью и направлением нормали к плоскости листа, что для определения среднего значения коэффициента нормальной пластической анизотропии по данным о текстуре можно получить достаточную информацию из одной обратной полюсной фигуры (ОПФ), снятой с направления нормали к плоскости листа;
  • показано, что для уменьшения вероятности образования микротрещин, выводящих деталь за предел допуска по толщине, следует так строить технологический процесс ступенчатого набора титановых листов, чтобы число зон, имеющих максимальное (8…10) число знакопеременных деформаций (перегибов), было минимальным.

Разработанные технологии и полученные на их базе конструкторско-технологические решения защищены 2 патентами Российской Федерации.

Реализация работы.

Созданы наукоемкие конкурентоспособные технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из тонколистового титанового ПТ-3Вкт и алюминиевого А5М сплавов; разработаны прогрессивные технологические процессы изготовления полуфабрикатов полуторовых деталей из тонколистового алюминиевого сплава АМг6; усовершенствованы технологические процессы изготовления точных заготовок типа полых цилиндров, имеющих внутренние полости, изделий ответственного назначения из стали 10; предложены наукоемкие технологические процессы изготовления толстостенных цилиндрических полуфабрикатов для осесимметричных изделий ответственного назначения из стали 11ЮА, которые внедрены на ЗАО «ЗЭМ РКК им. С.П. Королева», на ОАО «ТНИТИ», на ФГУП «Научно-производственное объединение «Техномаш» и других предприятиях. Новые технологические процессы обеспечивают: увеличение удельной прочности  - в 1,5...1,8 раза; уменьшение массы – в 1,5 раза; снижение трудоемкости – в
2...3 раза; увеличение коэффициента использования материала с 0,3 до 0,9.

Результаты диссертационной работы использованы в научно-исследовательской работе студентов, при выполнении курсовых и дипломных проектов, а также в лекционных курсах «Основы теории пластичности и ползучести», «Штамповка анизотропных материалов» и «Механика процессов пластического формоизменения» для бакалавров техники и технологии направления 150400 «Технологические машины и оборудование» и студентов, обучающихся по направлению 150200 «Машиностроительные технологии и оборудование» специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением».

Отдельные результаты использованы при подготовке кандидатских и магистерских диссертаций, исследовательских курсовых и дипломных проектов, выпускных квалификационных работ бакалавров.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на XIII Всероссийской научно-технической конференции по тепловой микроскопии «Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур» (г. Каунас, 1989 г.); на XI Уральской школе металловедов-термистов «Проблемы металловедения и термической обработки сталей и сплавов» (г. Свердловск-Пермь, 1989 г.); на Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (Тула: ТулГУ, 2004 г.); на II Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением» (г. Тула: ТулГУ,
2004 г.), на Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением» г. СПб.: БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова, 2005 г.), на Международной научно–технической конференции «Современные методы моделирования процессов обработки материалов давлением» (Украина, г. Краматорск: Донбасская государственная машиностроительная академия, 2006 г.), на Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов давлением» (г. Санкт - Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2007 г.), на Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-13) (г. Тула: ТулГУ, 2008 г.), на Всероссийской научно-технической конференции “Новые материалы и технологии” (НМТ-2008) (М.: МАТИ, 2008 г.), на Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики», посвященной 85-летию со дня рождения Л.А. Толоконникова (г. Тула: ТулГУ, 2008 г.), на Международной научно–технической конференции «Информационные технологии в обработке давлением (исследование, проектирование и освоение процессов и машин)» (Украина, г. Краматорск: Донбасская государственная машиностроительная академия, 2008 г.), на Третьей научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктуры и процессы деформирования «Металлдеформ-2009» (г. Самара: СГАУ, 2009 г.), на Международном научном симпозиуме «Автостроение - 2009» (М.: МГТУ «МАМИ», 2009 г.), на Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением» (Санкт - Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2009 г.), на Международной научно – технической конференции «Достижения и перспективы развития процессов и машин обработки давлением в металлургии и машиностроении» (Украина,
г. Краматорск: Донбасская государственная машиностроительная академия, 2009 г.), на Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-14) (г. Тула: ТулГУ, 2009 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Тульского государственного университета (Тула, 2004 - 2010 гг.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано: одна монография; статьи в центральной печати и зарубежных рецензируемых изданиях и сборниках, входящих в «Перечень периодических научных и научно-технических изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук» - 48; статьи в различных межвузовских сборниках научно-технических трудов и материалах научно-технических конференций различного уровня - 19; авторские свидетельства и патенты – 2; в т.ч. статьи без соавторства – 31. Общий объем – 26,0 печ. л., авторский вклад – 18,5 печ. л.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук, проф.
С.П. Яковлеву за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и шести разделов, заключения, списка использованных источников из 198 наименований, 4 приложений и включает 265 страниц основного машинописного текста, содержит 176 рисунков и 11 таблиц. Общий объем - 345 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемых научно-технических проблем, сформулированы цель работы, положения, выносимые на защиту, научная новизна, методы исследования, практическая значимость и реализация работы, приводятся данные об апробации работы, о публикациях, структуре и объеме диссертационной работы, и дано краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе изложено современное состояние теории и технологии изготовления осесимметричных деталей и изделий методами глубокой вытяжки, рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением, показано влияние начальной анизотропии механических свойств исходного материала на технологические параметры процессов глубокой вытяжки осесимметричных деталей. Обоснована постановка задач исследований.

Значительный вклад в развитие теории пластичности и методов анализа процессов обработки металлов давлением, теории вытяжки осесимметричных полуфабрикатов из изотропного и анизотропного материалов и их применения в промышленности внесли Ю.А. Аверкиев, А.Ю. Аверкиев, Ю.А. Алюшин, Ю.М. Арышенский, А.А. Богатов, В.Д. Головлев, Ф.В. Гречников, С.И. Губкин, Г.Я. Гун, Ю.И. Гуменюк, Г.А. Данилин, Г.Д. Дель, В.А. Демин, В. Джонсон, А.М. Дмитриев, Г. Закс, В.А. Жарков, А.А. Ильюшин, А.Ю. Ишлинский, Ю.Г. Калпин, Л.М. Качанов, В.Л. Колмогоров, Х. Кудо, В.Д. Кухарь, Н.Н. Малинин, В.С. Мамутов, А.Д. Матвеев, Э.Л. Мельников, И.А. Норицин, А.Г. Овчинников, В.А. Огородников, Е.А. Попов, Ю.Н. Работнов, И.П. Ренне, В.П. Романовский, К.И. Романов, Ф.И. Рузанов, А.И. Рудской, Г. Свифт, Е.И. Семенов, Е.Н. Сосенушкин, Л.Г. Степанский, В.Н. Субич, А.Д. Томленов, Е.П. Унксов, Р. Хилл, В.В. Шевелев, Л.А. Шофман, В.Н. Чудин, С.П. Яковлев и др.

В исследованиях этих ученых разработаны и усовершенствованы методы анализа процессов пластического формоизменения, даны примеры их применения к анализу деформирования листовых, цилиндрических и трубных заготовок. По результатам проведенного обзора работ установлено, что наибольшее распространение среди теорий пластичности ортотропного материала при анализе процессов обработки металлов давлением нашла теория течения анизотропного материала Мизеса – Хилла.

Несмотря на большое количество работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям операций многооперационной вытяжки и реверсивной вытяжки цилиндрических деталей, вопросы теории формоизменения крупногабаритных осесимметричных деталей с фланцами ответственного назначения из анизотропных материалов в настоящее время практически не разработаны. Мало внимания уделяется в научно-технической литературе исследованиям напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых режимов операций многооперационной вытяжки и реверсивной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей. Предельные возможности деформирования в основном определялись по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации. Оценка устойчивого протекания операций многооперационной вытяжки и реверсивной вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей по степени ресурса пластичности и критерию локальной потери устойчивости анизотропной заготовки не производилась. Не решен широкий круг вопросов, связанных с проектированием технологических процессов многооперационной вытяжки и реверсивной вытяжки осесимметричных ступенчатых деталей и определением рациональных условий ведения этих процессов, обеспечивающих изготовление изделий заданного качества (величины накопленных микроповреждений и разнотолщинности стенок изготавливаемых деталей). Существующие исследования носят в основном экспериментальный характер.

В настоящее время большое количество работ посвящены теоретическим и экспериментальным исследованиям операций вытяжки с утонением стенки в коническом канале и обратного выдавливания трубных заготовок коническим пуансоном (плоское деформированное состояние), однако вопросы теории пластического нерадиального течения полых заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, практически не разработаны. Мало внимания уделяется в научно-технической литературе исследованиям кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых режимов и предельных возможностей операций вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок и обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок.

Проблема повышения качества и точности осесимметричных деталей остро стоит перед всеми предприятиями, которые имеют листоштамповочное производство.

Во втором разделе приводятся основные уравнения и соотношения, необходимые для теоретического анализа напряженного и деформированного состояний анизотропной заготовки, описаны модель накопления микроповреждений в процессе пластического формоизменения анизотропного материала, критерий локальной потери устойчивости (шейкообразования) ортотропного упрочняющегося материала при плоском напряженном состоянии, условие устойчивости второго типа анизотропной трубной заготовки в виде образования симметричных складок.

Материал принимаем несжимаемым, жесткопластическим, ортотропным, для которого справедливы условие текучести Мизеса-Хилла:

(1)

и ассоциированный закон пластического течения

,  (2)

где , , , , , - параметры, характеризующие текущее состояние анизотропии; - компоненты тензора напряжений в главных осях анизотропии; - компоненты тензора приращения деформаций; - коэффициент пропорциональности. Здесь , , - главные оси анизотропии.

Параметры анизотропии , , , , , связаны с величинами сопротивления материала пластическому деформированию известными соотношениями.

Величины коэффициентов анизотропии листовых материалов (), и () могут быть вычислены через параметры анизотропии и следующим образом:

; ; .

В случае изотропно-упрочняющегося начально ортотропного тела Р.Хиллом введены понятия интенсивности напряжений и приращения интенсивности деформации .

Предельные возможности формоизменения при пластическом деформировании часто оцениваются на базе феноменологических моделей разрушения по накоплению микроповреждений:

,  (3)

где - среднее напряжение; , и - главные напряжения; - интенсивность напряжения; - предельная интенсивность деформации.

В зависимости от условий эксплуатации или последующей обработки изготавливаемого изделия уровень повреждаемости не должен превышать величины , т.е. 

.  (4)

При назначении величин степеней деформации в процессах пластического формоизменения в дальнейшем учитывались рекомендации по степени использования запаса пластичности В.Л. Колмогорова и А.А. Богатова. Согласно рекомендациям для ответственных деталей, работающих в тяжелых условиях эксплуатации, и заготовок, подвергающихся после штамповки термической обработке (отжигу или закалке), допустимой величиной степени использования запаса пластичности следует считать =0,25. Только для неответственных деталей допустимая степень использования запаса пластичности может быть принята =0,65.

Величина предельной интенсивности деформации находится по выражению

,  (5)

где , , , , и - константы материала, определяемые в зависимости от рода материала согласно работам В.Л. Колмогорова и А.А. Богатова и уточняющиеся из опытов на растяжение образцов в условиях плоского напряженного состояния в зависимости от анизотропии механических свойств ортотропного тела.

В ряде случаев предельные возможности формоизменения могут быть ограничены локальной потерей устойчивости заготовки. Для анализа локализации деформаций анизотропного изотропно-упрочняющегося материала используется критерий, основанный на условии положительности добавочных нагрузок и позволяющий рассчитать предельную деформацию в условиях плоского напряженного состояния ():

  ,

(6)

где  ; ;

;  .

Технологические возможности многих процессов штамповки лимитируются потерей устойчивости заготовки второго типа при ее формоизменении, т.е. явлением волнистости, складок, гофров на участках заготовки, деформируемых при сжимающих или сжимающих и растягивающих напряжениях. Анализ потери устойчивости цилиндрической заготовки выполнен на основании статического критерия устойчивости. Предложено выражение для определения критического напряжения, соответствующего потери устойчивости цилиндрической заготовки второго типа:

, (7)

где - радиус срединной поверхности исходной трубной заготовки; - касательный модуль упрочнения (); ; - исходная и текущая высота цилиндрической заготовки; - исходная и текущая толщина цилиндрической заготовки; - экспериментальные константы материалов;

;

;

;

; ; .

При рассмотрении трансверсально-изотропного материала необходимо в выражениях (6) и (7) принять ( - коэффициент нормальной анизотропии).

Теоретические исследования первой и многооперационной вытяжки ступенчатых деталей, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем выполнены в предположении, что материал принимается несжимаемым, трансверсально-изотропным, изотропно-упрочняющимся, для которого справедливы условие текучести Мизеса - Хилла (1) и ассоциированный закон течения (2).

Третий раздел посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям силовых и деформационных параметров первой и многооперационной вытяжкам ступенчатых осесимметричных деталей без утонения стенки в радиальных матрицах трансверсально-изотропного упрочняющегося материала.

Рассмотрена первая операция вытяжки (без утонения стенки)  трансверсально-изотропного материала с прижимом через радиальную матрицу со степенью деформации , где - коэффициент вытяжки; ; - величина одностороннего зазора между пуансоном и матрицей (рисунок 1).

Предполагается, что процесс вытяжки протекает в условиях плоского напряженного состояния (). Очаг пластической деформации разбивается на характерные участки (Iа и Iб). На контактных границах реализуется закон трения Кулона.

Рисунок  1 - Схема первой операции вытяжки на радиальной матрице

Меридиональные и окружные напряжения на характерных участках очага пластической деформации определяются путем численного решения (методом конечных разностей) приближенных уравнений равновесия совместно с условием пластичности при граничных условиях в напряжениях. Установлено влияние технологических параметров (степени деформации, геометрических характеристик инструмента, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки, радиуса закругления матрицы) на силовые режимы процесса (силу, напряжение в стенке заготовки) и предельные возможности формоизменения.

Силовые режимы первой операции вытяжки исследовались применительно к изготовлению крупногабаритных деталей ракетно-космической техники ( мм) в зависимости от коэффициентов вытяжки , радиуса закругления матрицы , условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки , а также давления прижима для титанового ПТ-3Вкт и алюминиевого А5М сплавов, механические свойства которых были следующие: алюминиевый сплав АМг6 – МПа; МПа; ; ; ; ; ; ; титановый сплав ПТ-3Вкт - МПа; МПа; ; ; ; ; ; .

Титановый сплав ПТ-3Вкт содержит в своем составе следующие легирующие элементы, в % массы:

Al

V

C

N2

Fe

Si

O2

3,8

1,4

0,08

0,04

0,07

0,02

0,13

Установлено, что относительная величина силы с уменьшением коэффициента вытяжки растет. Увеличение радиуса матрицы оказывает существенное влияние на изменение силовых режимов вытяжки при небольших значениях коэффициентов вытяжки . Так, увеличение относительного радиуса матрицы с 4 до 20 при =0,8 приводит к росту силовых режимов более чем в 2 раза. Установлено, что с ростом коэффициента трения на матрице величина относительной силы возрастает. Влияние коэффициента трения на контактной поверхности матрицы и заготовки усиливается с уменьшением коэффициента вытяжки . Увеличение давления прижима сопровождается ростом силовых режимов вытяжки.

Предельные возможности деформирования на первой операции вытяжки определялись на всем протяжении деформирования и устанавливались путем численных расчетов по максимальной величине радиального напряжения на выходе из очага пластической деформации (первый критерий), которая не должна превышать величину сопротивления материала пластическому деформированию в этом направлении с учетом упрочнения, допустимой степени использования ресурса пластичности (второй критерий) и критерия локальной потери устойчивости листовой заготовки (третий критерий).

Анализ результатов расчета показывает, что с ростом относительного радиуса закругления матрицы , уменьшением давления прижима и коэффициента трения на контактной поверхности заготовки и рабочего инструмента предельный коэффициент вытяжки снижается.

Рассмотрена многооперационная вытяжка ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропного материала (рисунок 2). Сущность метода ступенчатого набора состоит в следующем: для устранения утонения стенок применяется предварительный набор металла, осуществляемый в штампах, которые выполнены с обязательным обеспечением степеней вытяжки (коэффициента вытяжки), свойственных штампуемому металлу; устранение радиального гофрообразования осуществляется путем применения каскада цилиндрических ступеней набора металла, по геометрии близкого к контуру вписанного радиуса днища; в предварительных операциях набор металла осуществляется не полностью (около 95 % расчетной заготовки). Недостающее количество металла в наборе восполняется в процессе окончательной вытяжки дотяжкой из фланца.

Рисунок 2 - Схема к анализу

напряженного состояния

заготовки при вытяжке

ступенчатых деталей

Рассмотрен вопрос о распределении напряжений на последующих операциях вытяжки ступенчатой детали заключительного этапа деформирования в радиальной матрице (рисунок 2) с коэффициентом вытяжки .

На заключительном этапе деформирования очаг пластической деформации состоит из трех участков: торообразного (участок 1), контактирующего со скругленной кромкой прижима, плоского (участок 2) в промежутке между торообразными участками и торообразного (участок 3), контактирующего со скругленной кромкой матрицы. Операция вытяжки реализуется в условиях плоского напряженного состояния ().

В основу анализа положен метод расчета силовых параметров процесса, основанный на совместном решении приближенных дифференциальных уравнений равновесия и условия текучести с учетом сопряжений на границах участков, а также изменения направления течения материала. Получены выражения для оценки меридиональных и окружных напряжений, деформированного состояния, изменения толщины заготовки и силовых режимов операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропной заготовки [3-6].

Силовые режимы последующих операций многоступенчатой вытяжки исследовались в зависимости от коэффициента вытяжки , радиусов закругления прижима и матрицы , условий трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки и величины давления прижима для титанового ПТ-3Вкт и алюминиевого А5М сплавов. Расчеты выполнены при мм; мм в следующих диапазонах изменения технологических параметров процесса: =...0,9; =2…20; =0,01...0,3; =0...10 МПа; ; ; - предельный коэффициент вытяжки.

Рассматривались два этапа деформирования заготовки: первый – совпадение центра закругления пуансона с верхней кромкой матрицы и второй этап - деформирование заготовки до определенной высоты цилиндрической части заготовки меньшего диаметра.

Анализ результатов расчетов показывает, что относительная величина силы процесса с уменьшением коэффициента вытяжки , радиусов закругления прижима и матрицы =, ростом коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки и величины давления прижима возрастает. Максимальная величина силы процесса соответствует определенной величине перемещения пуансона, связи с перетяжкой части высоты предыдущей заготовки через кромку закругления прижима, а также вовлечению в процесс пластического деформирования большей части материала, находящегося в недеформированной части заготовки (стенки).

Предельные возможности процесса вытяжки ступенчатых деталей ограничиваются максимальной величиной осевого напряжения в стенке изделия на выходе из очага деформации, допустимой степенью использования ресурса пластичности (5) и критерием локальной потери устойчивости заготовки (6).

Графические зависимости изменения предельного коэффициента вытяжки на втором переходе вытяжки для титанового ПТ-3Вкт и алюминиевого А5М сплавов от относительных радиусов закругления прижима и матрицы = при 0 мм (момент совпадения верхней кромки пояска матрицы с радиусом закругления пуансона) и 150 мм ( МПа; ) приведены на рисунках 3 и 4 соответственно. Здесь кривые 1, 2, 3, 4 и 5 соответствуют величинам коэффициентов вытяжки , вычисленным по максимальному значению напряжения в стенке детали на выходе из очага деформации, по допустимой величине накопленных микроповреждений при , и и по критерию локальной потери устойчивости заготовки соответственно. Положения кривых 3, 4 и 5 определяют возможности деформирования заготовки в зависимости от технических требований на изделие. Положения кривых 1 и 2 указывают на возможность разрушения заготовки.

Рисунок 3 - Графические зависимости изменения от

Рисунок 4 - Графические зависимости

изменения от

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что предельные возможности формоизменения на последующих переходах многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей ограничиваются как первым, вторым, так и третьим критериями разрушения. Это зависит от механических свойств исходного материала, технологических параметров, геометрии рабочего инструмента ( и ) и величины давления прижима . Например, установлено, что предельные возможности деформирования на последующих операциях вытяжки алюминиевого сплава А5М ограничиваются допустимой величиной накопленных микроповреждений (см. рисунок 4), а для титанового сплава ПТ-3Вкт – величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации (см. рисунок 3).

Установлено, что с уменьшением относительной величины давления прижима и коэффициента трения , с увеличением относительных радиусов закругления прижима и матрицы = предельный коэффициент вытяжки снижается. Рост коэффициента трения увеличивает предельное значение коэффициента вытяжки при прочих равных условиях деформирования.

Оценено влияние анизотропии механических свойств материала заготовки на силовые режимы и предельные возможности формоизменения рассматриваемых процессов глубокой вытяжки. Показано, что увеличение нормального коэффициента анизотропии с 0,2 до 2 приводит к уменьшению величины предельного коэффициента первой операции вытяжки в 1,25 раза, а на последующих операциях - величины предельного коэффициента вытяжки в 1,3 раза.

Выполнены экспериментальные исследования многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропных материалов. Показано, что способность листовых материалов к глубокой вытяжке может быть оценена по средним значениям косинуса угла между гексагональной осью и направлением нормали к плоскости листа. Полученное выражение позволяет учесть влияние текстуры на величину коэффициента нормальной пластической анизотропии. При этом введенные текстурные параметры () достаточно полно описывают пространственное распределение зерен в поликристалле. Для определения среднего значения коэффициента нормальной пластической анизотропии по данным о текстуре можно получить достаточную информацию из одной обратной полюсной фигуры (ОПФ), снятой с направления нормали к плоскости листа.

Экспериментально установлено, что при увеличении длительности отжига при температуре 650 °С в листах сплава ПТ-3Вкт наблюдаются изменения текстуры, способствующие усилению благоприятных для штампуемости ориентировок. Многократные отжиги донной части штамповок не будут приводить к снижению качества изделия. Показано, что для уменьшения вероятности образования микротрещин, выводящих деталь за предел допуска по толщине, следует так строить технологический процесс ступенчатого набора титановых листов, чтобы число зон, имеющих максимальное (8…10) число знакопеременных деформаций (перегибов), было минимальным. К резкому снижению пластичности и растрескиванию металла на тех или иных операциях ступенчатого набора приводит увеличение среднего размера зерна выше 50…60 мкм в исходных листах.

В четвертом разделе приведена разработанная математическая модель процесса реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропного материала, показано влияние анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров и геометрии рабочего инструмента реверсивной вытяжки на силовые режимы, предельные возможности пластического формоизменения, относительную величину разностенности изготавливаемой детали и формирование показателей качества механических свойств материала осесимметричных деталей (степени использования ресурса пластичности).

Рассмотрен вопрос о распределении напряжений и деформаций на операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем (рисунок 5) с коэффициентом вытяжки на радиальной матрице с прижимом.

Операция реверсивной вытяжки реализуется в условиях плоского напряженного состояния. Очаг пластической деформации состоит из шести участков.

Рисунок 5 - Схема реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем

Участок 1 расположен на плоскости матрицы и ограничен краем заготовки с текущей координатой с одной стороны и постоянной координатой , точкой сопряжения плоского и криволинейного участков матрицы; участок 2 охватывает кромку матрицы и ограничен координатами и ; участок 3 цилиндрический; участок 4 охватывает кромку матрицы и ограничен координатами и ; участок 5 расположен на плоскости матрицы и ограничен координатами и ; участок 6 расположен на тороидальной поверхности матрицы и ограничен координатами и .

В основу анализа положен метод расчета силовых параметров процесса, основанный на совместном решении приближенных дифференциальных уравнений равновесия и условия текучести с учетом сопряжений на границах участков, а также изменения направления течения материала. Получены выражения для оценки напряженного и деформированного состояний, силовых режимов операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропной заготовки [11, 12, 16, 17, 26, 35].

Графические зависимости изменения относительной величины силы процесса реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из титанового сплава ПТ-3Вкт от относительной величины перемещения пуансона при фиксированных значениях коэффициента вытяжки приведены на рисунке 6. Здесь - полный ход пуансона; мм; ; ; .

Анализ графических зависимостей и результатов расчетов показал, что изменение относительной величины силы операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем от относительной величины перемещения пуансона имеет сложный характер. Относительная величина силы процесса увеличивается с уменьшением коэффициента вытяжки , радиусов закругления прижима и матрицы , ростом коэффициента трения и относительной величины давления прижима .

Предельные возможности процесса реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем, соответствующие моменту совпадения центра закругления пуансона с верхней кромкой рабочего пояска матрицы, оценивались по максимальной величине осевого напряжения в стенке детали на выходе из очага деформации (кривая 1), по допустимой величине накопленных микроповреждений при (кривая 2), (кривая 3) и (кривая 4) и по критерию локальной потери устойчивости заготовки (кривая 5).

Рисунок 6 - Графические зависимости изменения от

На рисунке 7 представлены графические зависимости изменения предельного коэффициента вытяжки от коэффициента трения для алюминиевого сплава АМг6.

Установлено, что с уменьшением коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки , относительной величины давления прижима и увеличением относительных радиусов закругления прижима и матрицы предельный коэффициент вытяжки снижается.

Рисунок 7 - Графические зависимости изменения от

(; )

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что предельные возможности формоизменения операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем ограничиваются как допустимой величиной накопленных микроповреждений, так и максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации. Это зависит от механических свойств исходного материала, технологических параметров, геометрии рабочего инструмента, коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки и величины давления прижима . Например, показано, что предельные возможности деформирования на операциях реверсивной вытяжки осесимметриичных деталей из алюминиевого сплава АМг6 ограничиваются как допустимой величиной накопленных микроповреждений, так и максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации (рисунок 7), а для титанового сплава ПТ-3Вкт - степенью использования ресурса пластичности ().

Оценено влияние анизотропии механических свойств материала заготовки на силовые режимы и предельные возможности реверсивной вытяжки трансверсально-изотропных материалов. Показано, что с увеличением коэффициента нормальной анизотропии относительная величина силы уменьшается. Влияние коэффициента анизотропии на силовые режимы процесса усиливается с уменьшением коэффициента вытяжки и коэффициента трения . В результате теоретических исследований установлено, что увеличение коэффициента нормальной анизотропии от 0,2 до 2 приводит к уменьшению величины предельного коэффициента утонения , определенного по степени использования ресурса пластичности, на 45 %, а для , вычисленного по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, на 15 %.

Выполнены экспериментальные исследования операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем. Сравнение результатов теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам реверсивной вытяжки полуторовых днищ из алюминиевого сплава АМг6 указывает на их удовлетворительное согласование (до 15 %).

В пятом разделе изложена разработанная математическая модель операции вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок. Выявлено влияние анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрических размеров заготовки и детали, степени деформации, угла конусности матрицы, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности формоизменения. Приведены результаты экспериментальных исследований операции вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок.

Рассмотрена операция вытяжки с утонением стенки осесимметричной толстостенной цилиндрической заготовки. Материал заготовки жесткопластический, обладает цилиндрической анизотропией механических свойств. Течение материала принимается осесимметричным.

Анализ процесса вытяжки с утонением стенки реализуется в цилиндрической системе координат. Схема к анализу вытяжки с утонением стенки приведена на рисунке 8. Течение материала принимается установившимся.

Принимаем, что условия трения на контактной поверхности инструмента с заготовкой подчиняется закону Кулона:

; ,

Рисунок 8 - Схема к анализу вытяжки с утонением стенки

где и - коэффициенты трения на контактных поверхностях матрицы и пуансона; и - нормальные напряжения на контактных поверхностях матрицы и пуансона соответственно.

Условие несжимаемости материала позволяет установить связь между скоростью течения материала на входе в очаг деформации и выходе из очага деформации:

,

где - скорость перемещения пуансона.

Компоненты осевой и радиальной скоростей течения могут быть определены по выражениям:

; , (8)

где .

Скорости деформаций рассчитываются по выражениям, полученным с учетом соотношений (8), условия несжимаемости материала , следующим образом:

;

;  (9)

;  ,

где 

Получены выражения для вычисления величины интенсивности скоростей деформаций [42]. Накопленная интенсивность деформации вдоль -й траектории с учётом добавки деформации, связанной с изменением поворота траектории частицы материала при входе в очаг деформации, определяется по выражению:

,  (10)

где ;  ;  .

Для определения накопленной интенсивности деформации в заготовке после деформации следует к рассчитанной величине добавить ещё второй член к выражению (10) на выходе из очага деформации.

Имея в своем распоряжении кривую упрочнения материала, находим среднюю величину интенсивности напряжения в очаге деформации по формуле

,  (11)

где , и - параметры кривой упрочнения; - средняя величина интенсивности деформации в очаге деформации.

Для определения напряжений в очаге деформации располагаем уравнениями теории пластического течения анизотропного материала:

;

;  (12)

;

,

и уравнениями равновесия в цилиндрической системе координат

;  ;  , (13)

где - нормальные и касательное напряжения, являющиеся функциями и .

Рассмотрим третье уравнение равновесия из системы (13). Используя соотношения (12) и выражение для определения , получим

, (14)

где .

Представив уравнение (14) в виде конечных разностей и разрешив его относительно искомого напряжения, получим выражения для определения величины напряжения . Для интегрирования этого уравнения нужно сформулировать граничные условия. В соответствии с выбранной кинематикой течения на входе в очаге деформации и выходе из него происходит изменение направления течения от вертикального до наклонного к осевой под углом , что связано с разрывом тангенциальной составляющей скорости течения . Изменение направления течения учитывается путем коррекции осевого напряжения на границе очага деформации по методу баланса мощностей следующим образом:

. (15)

Заметим, что угол на входе в очаг деформации определяется по формуле , а при выходе из очага деформации – так: .

Соотношение (15) является граничным условием для уравнения (14) при . Компоненты напряжений , и вычисляются из уравнений (12).

Силу операции вытяжки с утонением толстостенных деталей получим по выражению

,

где ; ;

; ; 

;  .

Величину находим по формуле преобразования компонент напряжений при переходе от одной системы координат к другой:

.

Приведенные выше соотношения были использованы для оценки кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей операции вытяжки с утонением стенки толстостенных осесимметричных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств.

Расчеты выполнены для операции вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок из ряда материалов, механические свойства которых приведены в таблице при следующих геометрических размерах заготовки: мм; =40 мм.

Механические характеристики исследуемых материалов

Материал

, МПа

,

МПа

Сталь 08 кп

268,66

329,5

0,478

0,817

0,783

2,999

Сталь 11ЮА

220,0

425,4

0,58

0,92

1,25

2,800

Латунь Л63

214,94

509,07

0,575

0,666

0,750

2,479

Алюминиевый сплав АМг6М

29,20

151,83

0,440

0,67

0,540

2,805

Окончание таблицы

Материал

Сталь 08 кп

1,791

-0,946

0,471

0,169

0,143

Сталь 11ЮА

6,2

-0,946

0,505

-0,132

-0,145

Латунь Л63

4,640

-0,769

0,793

-0,279

-0,246

Алюминиевый сплав АМг6М

2,148

-1,230

0,417

0,217

0,338

Графические зависимости изменения относительных величин осевого напряжения и силы процесса от угла конусности матрицы при вытяжке с утонением стенки полых цилиндрических заготовок из стали 11ЮА представлены на рисунке 9 ().

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности матрицы (рисунок 9, а), уменьшением коэффициента утонения и относительной величины , увеличением коэффициентов трения на контактных поверхностях инструмента относительная величина осевого напряжения возрастает. Установлено, что при вытяжке с утонением стенки толстостенных заготовок существуют оптимальные углы конусности матрицы в пределах 12…18°, соответствующие наименьшей величине силы
(рисунке 9, б). Показано, что с увеличением коэффициента утонения и отношения , уменьшением коэффициентов трения на контактной поверхности матрицы и пуансона относительная величина силы снижается.

Оценены величины неоднородности интенсивности деформации и механических свойств , а также накопленных микроповреждений в стенке цилиндрической детали после операции вытяжки с утонением. Здесь , и , - максимальная и минимальная величины интенсивности деформации и напряжения по толщине стенки детали.

а

б

Рисунок 9 - Графические зависимости изменения и

от (; )

Предельные степени деформации вытяжки с утонением стенки определялись по максимальной величине растягивающего напряжения с учетом упрочнения на выходе из очага пластической деформации (первый критерий)

,   (16)

и по величине степени использования ресурса пластичности (4) (второй критерий).

Графические зависимости изменения предельного коэффициента утонения , вычисленного по первому (16) и второму (4) критериям разрушения, от угла конусности матрицы и отношения для стали 11ЮА приведены на рисунке 10. Здесь кривая 1 соответствует величине , определенной по максимальной величине осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации (16); кривая 2 соответствует величине , вычисленной по степени использования ресурса пластичности (4) при ; кривая 3 – при ; кривая 4 - при . Расчеты выполнены при ; ; мм; =40 мм. Положения кривых 1 – 4 определяют возможности деформирования заготовки в зависимости от технических требований на изделие.

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности матрицы и коэффициента трения на контактной поверхности матрицы , уменьшением относительной величины предельный коэффициент утонения повышается. Так, увеличение угла конусности матрицы от 6 до сопровождается ростом величины на 45 %. Уменьшение относительной величины с 14 до 2 приводит к увеличению предельного коэффициента утонения на 30 %. Показано, что предельные возможности формоизменения операции вытяжки с утонением осесимметричных деталей ограничиваются как допустимой величиной накопленных микроповреждений, так и максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации, что зависит от механических свойств исходного материала и технологических параметров процесса деформирования.

Установлено, что предельные возможности деформирования операции вытяжки с утонением осесимметричных деталей из стали 11ЮА при ограничиваются максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации (рисунок 10), а при - величиной накопленных микроповреждений . При вытяжке с утонением осесимметричных деталей из алюминиевого сплава АМг6М наблюдается обратная закономерность. Предельные возможности деформирования при ограничиваются величиной накопленных микроповреждений (), а при - максимальной величиной осевого напряжения на выходе из очага пластической деформации.

а

б

Рисунок 10 - Графические зависимости изменения от (а) и (б):

а - =10; б -

Выполнены экспериментальные исследования силовых режимов операции вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей из стали 11ЮА на гидравлическом прессе П459. В качестве смазки использовалось фосфатирование заготовок с последующим их омыливанием. Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операции вытяжки с утонением стенки указывает на удовлетворительное их согласование (расхождение не превышает 10 %).

Шестой раздел содержит результаты теоретических и экспериментальных исследований операции осесимметричного обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок из анизотропных материалов коническим пуансоном. Приведены основные уравнения и необходимые соотношения для анализа напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения обратного выдавливания трубных заготовок.

Исследован процесс осесимметричного обратного выдавливания толстостенной трубной заготовки при установившемся течении анизотропного упрочняющегося материала коническим пуансоном с углом конусности и степенью деформации (рисунок 11), где и - площади поперечного сечения трубчатой заготовки и полуфабриката соответственно. Принимается, что материал трубной заготовки обладает цилиндрической анизотропией механических свойств, жесткопластический, подчиняется условию пластичности Мизеса - Хилла (1) и ассоциированному закону пластического течения (2).

Течение материала принимается осесимметричным. Анализ процесса обратного выдавливания реализуется в цилиндрической системе координат. Течение материала принимается установившимся. Принимается, что на контактных границах заготовки и рабочего инструмента реализуется закон трения Кулона.

Получены основные уравнения и соотношения для описания течения материала в процессе обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов.

Рисунок 11 - Схема к анализу

операции обратного выдавливания

Компоненты тензора напряжений в очаге деформации , , и определяются путем численного решения уравнений равновесия совместно с уравнениями теории пластического течения анизотропного материала [34, 46]. Изменение направления течения материала на входе и выходе из очага деформации учитывалось путем коррекции напряжения на границе очага деформации по методу баланса мощностей. Предложено выражение для определения осевой составляющей силы с учетом составляющих сил трения.

Зависимости изменения относительной величины силы процесса от относительной величины при обратном выдавливании трубных заготовок из стали 10 представлены на рисунке 12 (). Здесь введены обозначения: кривая 1 - 0,1; кривая 2 - 0,2; кривая 3 - 0,3; кривая 4 - 0,4; кривая 5 - 0,5. Анализ результатов расчетов и графических зависимостей показывает, что при обратном выдавливании толстостенных трубных заготовок существуют оптимальные углы конусности пуансона в пределах 12…18°, соответствующие наименьшей величине силы.

Показано, что с увеличением степени деформации , уменьшением отношения , увеличением коэффициентов трения на контактной поверхности матрицы и пуансона относительная величина силы возрастает. Установлено, что уменьшение относительной величины с 20 до 5 сопровождается ростом относительной величины при фиксированных параметрах процесса на 35 % (рисунок 12).

Предельные возможности формоизменения определены из условия, что максимальная величина осевого напряжения , передающегося на стенку, не превышает величины напряжения :

Рисунок 12 - Зависимости

изменения от

при обратном выдавливании трубных заготовок из стали 10

; ; , (17)

допустимой степенью использования ресурса пластичности (4) и по условию устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала в виде образования складок (6); , где - сопротивление материала пластическому деформированию при заданной величине изменения начальной толщины стенки трубной заготовки

.

Зависимости изменения предельных степеней деформации , вычисленных по критериям (17), (4) и (6), от угла конусности пуансона для стали 10 приведены на рисунке 13. Здесь кривая 1 соответствует величине , определенной по максимальной величине осевого напряжения , передающегося на стенку трубной заготовки (17); кривая 2 и 3 соответствуют величинам , определенным по степени использования ресурса пластичности (4) при и соответственно; кривая 4 соответствует формообразованию ограничивающемуся условием устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала в виде образования складок (6) при , мм. Расчеты выполнены при ; ; мм; =100 мм.

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности пуансона предельная степень деформации , определенная по максимальной величине осевого напряжения , передающегося на стенку трубной заготовки (17), возрастает на 30 %. Показано, что предельные возможности формообразования при обратном выдавливании анизотропного материала могут ограничиваться как максимальной величиной осевого напряжения , передающегося на стенку, так и допустимой величиной накопленных микроповреждений (рисунок 13).

Рисунок 13 - Зависимости изменения от (сталь 10)

Это зависит от технологических параметров, угла конусности пуансона и условий трения на контактных поверхностях инструмента.

Оценена неоднородность интенсивности деформации и сопротивления материала пластическому деформированию в стенке осесимметричной детали.

Анализ результатов расчетов показывает, что величина неоднородности интенсивности деформации и величина неоднородности сопротивления материала пластической деформации в стенке детали с уменьшением угла конусности пуансона и увеличением степени деформации падает, что говорит о более благоприятных условиях формирования механических свойств материала стенки изготавливаемого изделия.

С целью выявления степени деформации и угла конусности пуансона, обеспечивающих надежное протекание процесса, проведены экспериментальные исследования по выдавливанию и осадке заготовок длиной мм из калиброванной холоднокатаной трубы 121х6 мм из стали 10. Определены условия устойчивого протекания процесса обратного выдавливания, которые реализуется в рамках исследованных технологических параметров при и углах конусности пуансона . Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам операции обратного выдавливания трубных заготовок указывает на удовлетворительное их согласование (расхождение не превышает 15 %).

В седьмом разделе на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по расчету и проектированию технологических процессов изготовления полусферических тонкостенных и полуторовых днищ методами многооперационной вытяжки ступенчатых деталей и реверсивной вытяжки, осесимметричных толстостенных деталей, имеющих внутренние полости, методами вытяжки с утонением стенки полых цилиндрических деталей и обратного выдавливания трубных заготовок.

Разработаны прогрессивные технологические процессы холодной штамповки заготовок для изготовления полусферических днищ из высокопрочного титанового сплава ПТ-3Вкв толщиной 3,5 мм с геометрическими соотношениями и , основанные на методе ступенчатого набора с последующей калибровкой, при обеспечении эксплуатационных требований и снижении трудоемкости их изготовления (рисунок 14). При холодной штамповке листового материала в универсальных штампах (матричных кольцах) отпадает необходимость в дорогостоящих штампах с обогревом, значительно повышается культура производства, снижается травматизм. Холодная штамповка более экономична с позиции энергозатрат. По сравнению с вариантом получения титановых полусферических днищ механической обработкой заготовок, полученных методом горячей объемной штамповки, способ холодной штамповки позволяет снизить трудоемкость механической обработки с 20 смен до 2 часов.

Создан и внедрен наукоемкий технологический процесс изготовления заготовок детали «Диафрагма» под калибровку и последующую ротационную вытяжку из алюминиевого сплава А5 толщиной 3,5 мм с геометрическими соотношениями и методом ступенчатого набора.

Разработан технологический процесс изготовления полуфабрикатов полуторовых деталей из тонколистового алюминиевого сплава АМг6 толщиной 3,5 мм (рисунок 15). Технологический процесс обеспечивает изготовление полуторовых днищ с минимальной величиной разностенности (до 8 %), заданную величину степени использования ресурса пластичности, эксплуатационные требования и снижение трудоемкости их изготовления, сокращение сроков подготовки производства.

Предложенные технологические процессы многооперационной ступенчатой вытяжки внедрены в производство на ЗАО «ЗЭМ РКК «Энергия» имени С.П. Королева». Новые технологические процессы обеспечивают: увеличение удельной прочности в 1,5...1,7 раз; уменьшение массы в 1,5 раза; снижение трудоемкости в 2...3 раза; увеличение коэффициента использования материала с 0,3 до 0,9; сокращение сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Рисунок 14 - Полусферические тонкостенные днища из листов

титанового сплава ПТ-3Вкт

Рисунок 15 - Полуторовое днище

из алюминиевого сплава АМг6

Разработанные рекомендации по выбору научно обоснованных технологических параметров операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки крупногабаритных осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов использованы при проектировании новых и совершенствовании существующих технологических процессов изготовления тонкостенных полусферических днищ и полуторовых деталей с минимальным утонением и отсутствием гофр из высокопрочных титановых и алюминиевых сплавов на ФГУП «Научно-производственное объединение «Техномаш».

Разработаны технологические процессы изготовления точных заготовок типа полых цилиндров, имеющих внутренние полости, изделий ответственного назначения из стали 10. Применение операции обратного выдавливания трубных заготовок обеспечивает экономию металла около 15 %, уменьшение трудоемкости изготовления деталей на 30 % по сравнению с механической обработкой, сокращение сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза, при этом достигаются необходимые требования к изделию по геометрическим и механическим характеристикам.

Созданы и внедрены конкурентоспособные технологические процессы изготовления толстостенных цилиндрических полуфабрикатов для осесимметричных изделий ответственного назначения из стали 11ЮА. Использование разработанных рекомендаций по вытяжке анизотропных толстостенных заготовок позволило сократить число вытяжных операций с шести до четырех. Разработанные технологические процессы внедрены в производство на ОАО «ТНИТИ». Технологический процесс обеспечивает уменьшение трудоемкости на 30 % и энергоемкости изготовления толстостенных заготовок на 15 % за счет снижения числа промежуточных термохимических операций по сравнению с существующим технологическим процессом. При этом удовлетворяются необходимые требования к изделию по геометрическим и механическим характеристикам.

Отдельные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» Тульского государственного университета.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертационной работе на основе теоретических и экспериментальных исследований многооперационной и реверсивной вытяжек, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок создано научное обоснование принципиально новых технологических решений изготовления крупногабаритных осесимметричных деталей ответственного назначения из высокопрочных анизотропных материалов, обеспечивающих повышение качества и их эксплуатационных характеристик, снижение металлоемкости, трудоемкости, сокращение сроков подготовки производства.

В процессе теоретического и экспериментального исследований получены следующие новые основные результаты и сделаны выводы:

1. Получены уравнения и соотношения для теоретического анализа процессов пластического формообразования анизотропных материалов на базе теории пластичности Мизеса - Хилла. Сформулировано условие потери устойчивости трубной заготовки в пластической области в виде образования симметричных складок при осадке трубной заготовки на основе статического критерия потери устойчивости. Выполнен теоретический анализ потери устойчивости анизотропной трубной заготовки.

2. Разработаны новые математические модели первой и многоступенчатой вытяжек, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов с учетом изменения толщины заготовки и упрочнения материала заготовки в процессе пластической деформации, применительно к изготовлению тонкостенных полусферических и полуторовых деталей из трансверсально-изотропных материалов. Разработаны алгоритм расчета исследуемых процессов глубокой вытяжки и программное обеспечение для ЭВМ.

3. Созданы новые математические модели операций вытяжки с утонением стенки цилиндрических заготовок в конических матрицах, обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок коническим пуансоном, протекающих в условиях нерадиального течения и осесимметричного напряженного и деформированного состояний, из материалов, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств.

4. Выявлено влияние анизотропии механических свойств исходных материалов, технологических параметров, геометрических размеров заготовки и инструмента, степени деформации, условий трения контактных поверхностей инструмента и заготовки на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности формоизменения и формирование показателей качества изготавливаемых осесимметричных деталей (степени использования ресурса пластичности и разностенности) исследованными операциями обработки металлов давлением.

5. Показано, что зависимость изменения силы операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем от величины перемещения пуансона имеет сложный характер. Величина силы процесса увеличивается с уменьшением коэффициента вытяжки , радиусов закругления прижима и матрицы , ростом коэффициента трения и относительной величины давления прижима . Количественно определены предельные возможности формообразования на первой и последующих операциях многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов по максимальной величине осевого напряжения в стенке детали на выходе из очага деформации, по допустимой величине накопленных микроповреждений и по критерию локальной потери устойчивости заготовки. Установлено, что предельные степени деформации на первой и последующих операциях многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем могут ограничиваться одним из перечисленных выше критериев разрушения. Этот факт зависит от анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрии рабочего инструмента, коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки и величины давления прижима. Показано существенное влияние анизотропии механических свойств исходной заготовки на силовые режимы и предельные возможности формообразования.

6. Установлено, что при вытяжке с утонением стенки и обратном выдавливании толстостенных заготовок существуют оптимальные углы конусности матрицы и пуансона в пределах 12…18°, соответствующие наименьшей величине силы. Показано, что с увеличением коэффициента утонения и отношения , уменьшением коэффициентов трения на контактной поверхности матрицы и пуансона относительная величина силы снижается. Оценены величины неоднородности интенсивности деформации и механических свойств , а также величина накопленных микроповреждений в стенке цилиндрической детали после операции вытяжки с утонением и обратного выдавливания трубных заготовок. Предельные степени деформации вытяжки с утонением стенки определены по максимальной величине растягивающего напряжения на выходе из очага пластической деформации с учетом упрочнения, а также по величине степени использования ресурса пластичности. Установлено, что увеличение угла конусности матрицы от 6 до сопровождается ростом величины на 45 %. Уменьшение относительной величины с 14 до 2 приводит к увеличению предельного коэффициента утонения на 30 %. Количественно оценены предельные возможности формоизменения процесса обратного выдавливания трубных заготовок по максимальной величине осевого напряжения, передающегося на стенку, допустимой степени использования ресурса пластичности и по условию устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала в виде образования складок. Установлено, что предельные степени деформации могут ограничиваться одним из перечисленных выше критериев разрушения. Этот факт зависит от анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, геометрии рабочего инструмента, коэффициента трения на контактных границах рабочего инструмента и заготовки.

7. Показано существенное влияние анизотропии механических свойств на силовые режимы и предельные возможности операций вытяжки с утонением и обратного выдавливания толстостенных цилиндрических и трубных заготовок. Увеличение коэффициента нормальной анизотропии от 0,2 до 2 приводит к уменьшению величины силы на 50 %, предельного коэффициента утонения и росту предельной степени деформации на 30…50 %.

8. Выполненные экспериментальные исследования первой и последующих операций многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из титанового сплава ПТ-3Вкт, алюминиевых сплавов А5М и АМг6М, вытяжки с утонением стенки толстостенных заготовок из стали 11ЮА, а также обратного выдавливания трубных заготовок из стали 10 показали удовлетворительную сходимость расчётных и экспериментальных значений сил, расходимость не превышает 10…15 %.

Показано, что способность листовых материалов к глубокой вытяжке может быть оценена по средним значениям косинуса угла между гексагональной осью и направлением нормали к плоскости листа. Полученное выражение позволяет учесть влияние текстуры на величину коэффициента нормальной пластической анизотропии. При этом введенные текстурные параметры () достаточно полно описывают пространственное распределение зерен в поликристалле. Для определения среднего значения коэффициента нормальной пластической анизотропии по данным о текстуре достаточную информацию можно получить из одной ОПФ, снятой с направления нормали к плоскости листа.

Экспериментально установлено, что при увеличении длительности отжига при температуре 650 °С в листах сплава ПТ-3Вкт наблюдаются изменения текстуры, способствующие усилению благоприятных для штампуемости ориентировок. Многократные отжиги донной части штамповок не будут приводить к снижению качества изделия. Неоднократный межоперационный отжиг при температуре 650 °С по 1 часу формирует в листе титанового сплава ПТ-3Вкт текстуру, благоприятную для штампуемости, и создает суммарную толщину газонасыщенного слоя не более 0,1 мм, что позволяет принять эту температуру как оптимальную. Для уменьшения вероятности образования микротрещин, выводящих деталь за предел допуска по толщине, следует так строить технологический процесс  ступенчатого набора титановых листов, чтобы число зон, имеющих максимальное (8…10) число знакопеременных деформаций (перегибов), было минимальным.

9. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету и проектированию технологических процессов многоступенчатой вытяжки, реверсивной вытяжки крупногабаритных осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропных материалов, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств. Созданы наукоемкие конкурентоспособные технологические процессы изготовления полуфабрикатов полусферических днищ из тонколистового титанового ПТ-3Вкт и алюминиевого А5М сплавов; разработаны прогрессивные технологические процессы изготовления полуфабрикатов полуторовых деталей из тонколистового алюминиевого сплава АМг6; усовершенствованы технологические процессы изготовления точных заготовок типа полых цилиндров, имеющих внутренние полости, изделий ответственного назначения из стали 10; предложены наукоемкие технологические процессы изготовления толстостенных цилиндрических полуфабрикатов для осесимметричных изделий ответственного назначения из стали 11ЮА, которые внедрены на ЗАО «ЗЭМ РКК им. С.П. Королева», на ОАО «ТНИТИ», на ФГУП «Научно-производственное объединение «Техномаш» и других предприятиях. Новые технологические процессы обеспечивают: увеличение удельной прочности  в 1,5...1,8 раз; уменьшение массы – в 1,5 раза; снижение трудоемкости  в 2...3 раза; увеличение коэффициента использования материала с 0,3 до 0,9. Материалы диссертационной работы использованы также в учебном процессе.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

Статьи в изданиях, входящих в «Перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК России для опубликования основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук»:

  1. Некоторые пути управления текстурой и структурой сварных соединений - сплавов титана / Е.Ю. Поликарпов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 1986. № 5. С. 93-96.
  2. Влияние кристаллографической текстуры на коэффициент нормальной пластической анизотропии ГПУ-металлов / Е.Ю. Поликарпов [и др.] // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 1990.
    № 2. С. 103-108.
  3. Поликарпов Е.Ю. Вытяжка ступенчатых деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. 2004. Вып. 2. С. 86 - 93.
  4. Поликарпов Е.Ю. Совершенствование технологии холодной штамповки полусферических тонкостенных днищ // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. 2004. Вып. 3. С. 141 - 147.
  5. Поликарпов Е.Ю. Многооперационная вытяжка ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ,  2005.  Вып. 1. С. 101 108.
  6. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. Силовые режимы и предельные возможности формоизменения многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. Вып. 2. С. 88-98.
  7. Чудин В.Н., Поликарпов Е.Ю. Энергетические расчеты при вытяжке на радиальной матрице // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 1. С. 280 -289.
  8. Поликарпов Е.Ю., Чудин В.Н., Нечепуренко Ю.Г. Верхнеграничные оценки параметров вытяжки на радиальной матрице // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 2. С. 146 149.
  9. Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. Оценка предельных возможностей формоизменения многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 2. С. 114 119.
  10. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. Влияние анизотропии механических свойств на предельные возможности формоизменения многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 2. С. 171 175.
  11. Подлесный С.В., Поликарпов Е.Ю. Математическая модель реверсивной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 3.
    С. 232-239.
  12. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. К оценке предельных возможностей операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 4. С. 47-53.
  13. Чудин В.Н., Поликарпов Е.Ю. Вязкопластическое формообразование оребрений // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2006. Вып. 4. С. 60-68.
  14. Чудин В.Н., Поликарпов Е.Ю. Верхнеграничные расчеты технологии листовой штамповки // Вестник машиностроения. 2007. № 10. С. 54-57.
  15. Поликарпов Е.Ю. Изменение текстуры полусферических днищ из титанового сплава ПТ-3Вкт в процессе многооперационной вытяжки // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2007.
    Вып. 2. С. 113 118.
  16. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. Силовые режимы реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2007. Вып. 2. С. 78 84.
  17. Поликарпов Е.Ю., Подлесный С.В. предельные возможности операции реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2007. Вып. 2. С. 185 188.
  18. Поликарпов Е.Ю. Взаимосвязь характеристик разрушения полуфабриката в процессе многооперационной вытяжки со структурой и текстурой титанового сплава ПТ-3Вкт // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2007. Вып. 2. С. 21 25.
  19. Поликарпов Е.Ю. Выдавливание оребрений на плитах // Вестник машиностроения. 2008. № 8. С. 68-71.
  20. Поликарпов Е.Ю. Технология многооперационной вытяжки полусферических тонкостенных днищ // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 1. С. 80-87.
  21. Яковлев С.П., Черняев А.В., Пилипенко О.В. Проектирование технологических процессов изотермической глубокой вытяжки цилиндрических деталей // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 1. С. 103-110.
  22. Поликарпов Е.Ю. Связь характеристик анизотропии с кристаллографической текстурой гексагональных плотноупакованных металлов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 1. С. 117-124.
  23. Поликарпов Е.Ю. Технологические параметры многооперационной вытяжки ступенчатых осесимметричных деталей из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 1. С. 94-103.
  24. Поликарпов Е.Ю. Технология многооперационной вытяжки полусферических тонкостенных днищ // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 1. С. 80-87.
  25. Поликарпов Е.Ю. Влияние длительности отжига на текстуру листового сплава пт-3вкт // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 2. С. 128-131.
  26. Поликарпов Е.Ю. Математическое моделирование операции реверсивной вытяжки цилиндрических и осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 2. С. 144-152.
  27. Чудин В.Н., Поликарпов Е.Ю. Выдавливание с осадкой фланцевых утолщений при вязко-пластичности // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 2. С. 99-107.
  28. Поликарпов Е.Ю. Реверсивная вытяжка осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2008. Вып. 3. С. 3-14.
  29. Поликарпов Е.Ю. Силовые режимы и предельные возможности обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ.  2008. Вып. 4. С. 61-69.
  30. Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю. Формирование разностенности осесимметричных деталей с фланцем при реверсивной вытяжке из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ.  2008. Вып. 4. С. 101-105.
  31. Поликарпов Е.Ю., Чудин В.Н. Изотермическое формообразование деталей с утолщениями // Вестник машиностроения. 2008. № 6. С. 60-62.
  32. Чудин В.Н., Поликарпов Е.Ю. Изгиб с нагревом элементов оболочек // Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2008. № 5. С. 17-21.
  33. Поликарпов Е.Ю., Чудин В.Н. Оценка критических условий горячей гибки с растяжением // Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2008. № 7. С. 28-31.
  34. Поликарпов Е.Ю. Обратное выдавливание толстостенных трубных заготовок из анизотропных материалов // Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2009. №2. С. 20-24.
  35. Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю. Технологические параметры процесса реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материала // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 2. С.
  36. Комплексы технологий и научное обеспечение производственных процессов пластического формообразования особо ответственных деталей машиностроения из высокопрочных анизотропных материалов / Е.Ю. Поликарпов [и др.] // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2008. № 4. C. 73-81.
  37. Комплексы технологий и научное обеспечение производственных процессов пластического формообразования особо ответственных деталей машиностроения из высокопрочных анизотропных материалов / Е.Ю. Поликарпов [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2008. № 7. С. 18-22.
  38. Поликарпов Е.Ю. Оценка силовых режимов реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из трансверсально-изотропного материала // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 1. Часть 1. С. 129-136.
  39. Поликарпов Е.Ю., Чудин В.Н. Вязкопластическое формообразование оребренных панелей // Технология машиностроения. 2009. № 3 (81). С. 16-20.
  40. Поликарпов Е.Ю. Вытяжка с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок из анизотропных материалов // Вестник машиностроения. 2009. № 7. С. 62-68.
  41. Поликарпов Е.Ю. Штамповка полусферических тонкостенных днищ // Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2009. №11. С. 15-18.
  42. Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю. Вытяжка с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок из анизотропных материалов // Вестник машиностроения. 2009. № 10. С. 63-69.
  43. Чудин В.Н, Поликарпов Е.Ю. Выдавливание с осадкой фланцевых утолщений при вязкопластичности // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 2. С. 99-106.
  44. Поликарпов Е.Ю. Влияние длительности отжига на текстуру листов из сплава ПТ-ЗВкт // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 2. С. 128-131.
  45. Поликарпов Е.Ю. Математическое моделирование операции реверсивной вытяжки цилиндрических и осесимметричных деталей из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 2. С. 144-153.
  46. Поликарпов Е.Ю. Неоднородность механических свойств при обратном выдавливании трубных заготовок // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 2. Часть 2. С. 82-84.
  47. Поликарпов Е.Ю. Проектирование технологических процессов изготовления полуторовых днищ // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 3. С. 12-19.
  48. Поликарпов Е.Ю. Технологические режимы операции вытяжки с утонением стенки толстостенных заготовок из анизотропных материалов // Известия ТулГУ. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ. 2009. Вып. 3. С. 93-104.

Публикации в межвузовских сборниках научных трудов:

  1. Поликарпов Е.Ю. Реверсивная вытяжка осесимметричных деталей с фланцем из анизотропных материалов // Обработка материалов давлением (Обробка матерiалiв тиском): сборник научных трудов. Украина, Краматорск: ДГМА, №2 (21) 2009. С. 161-169.
  2. Поликарпов Е.Ю. Новый технологический процесс изготовления толстостенных цилиндрических заготовок // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Тула: ТулГУ, 2009. Часть II. С. 22-27.

Публикации в сборниках международных и всероссийских научных конференциях и в различных сборниках научно-технических трудов:

  1. Деформирование и разрушение титанового сплава ПТ-3Вкт при листовой штамповке / Е.Ю. Поликарпов [и др.] // Материалы XIII Всероссийской научно-технической конференции по тепловой микроскопии «Структура и прочность материалов в широком диапазоне температур». Каунас, 1989.
    С. 121-122.
  2. Юшков В.И., Поликарпов Е.Ю., Адамеску Р.А. Структура, текстура и разрушение листового проката из титанового сплава ПТ-3Вкт // Проблемы металловедения и термической обработки сталей и сплавов: тезисы XI Уральской школы металловедов-термистов. Свердловск-Пермь, 1989. С. 9.
  3. Поликарпов Е.Ю. Опыт применения метода ступенчатого набора металла для штамповки тонкостенных полусферических и торовых днищ // Сборник тезисов II Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением». Тула: ТулГУ, 2004. С. 79-80.
  4. Поликарпов Е.Ю. К вопросу многоступенчатой вытяжки листовых заготовок из сплава ПТ-3Вкт // Сборник тезисов II Международной научно-технической конференции «Механика пластического формоизменения. Технологии и оборудование обработки материалов давлением». Тула: ТулГУ, 2004. С. 111-112.
  5. Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю., Паламарчук И.И. Пластическое деформирование анизотропных упрочняющихся материалов // Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением: сб. тезисов международ. науч.-тех. конф. СПб.: Изд-во БГТУ «Военмех» им. Д.Ф. Устинова. 2005. С. 142 – 145.
  6. Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю. Теория деформирования анизотропных упрочняющихся материалов // Материалы Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов давлением». СПб.: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. 2007. С. 139-143.
  7. Яковлев С.П., Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю. Комплексы технологий и научное обеспечение промышленного производства изделий машиностроения из высокопрочных анизотропных материалов // Материалы Международной научно-технической конференции «Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов давлением». СПб.: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. 2007. С.143-147.
  8. Поликарпов Е.Ю. Пути повышения текстуры и структуры сварных соединений из титанового сплава ПТ-ЗВкт // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-13), 13-15 ноября 2008. Тула: ТулГУ, 2008. С. 142-143.
  9. Поликарпов Е.Ю., Нечепуренко Ю.Г. Влияние технологических параметров на силовые режимы и предельные возможности обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-13), 13-15 ноября 2008. Тула: ТулГУ, 2008. С. 139-141.
  10. Поликарпов Е.Ю., Нечепуренко Ю.Г. Оценка влияния анизотропии механически свойств заготовки на силовые режимы реверсивной вытяжки // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (АПИР-13), 13-15 ноября 2008. Тула: ТулГУ, 2008. С. 141-142.
  11. Поликарпов Е.Ю., Яковлев С.С. Силовые режимы и предельные возможности процесса реверсивной вытяжки осесимметричных деталей из анизотропного материала // Материалы Всероссийской научно-технической конференции “Новые материалы и технологии” (НМТ-2008). М.: МАТИ, 2008.
    С. 37-38.
  12. Яковлев С.С., Поликарпов Е.Ю., Калашников А.Е. Устойчивость деформации сжато-растянутых участков кольцевой заготовки из анизотропного материала // Материалы Международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики», посвященной 85-летию со дня рождения Л.А. Толоконникова, Тула, 17-21 ноября 2008 г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 330-334.
  13. Яковлев С.С., Яковлев С.П., Поликарпов Е.Ю. Теоретические основы пластического деформирования ортотропного анизотропно-упрочняющегося материала // Материалы международной научной конференции «Современные проблемы математики, механики, информатики», посвященной 85-летию со дня рождения Л.А. Толоконникова, Тула, 17-21 ноября 2008 г. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 336-338.
  14. Поликарпов Е.Ю. Особенности процесса реверсивной вытяжки осесимметричных деталей с фланцем из анизотропного материала // Материалы третьей научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктуры и процессы деформирования «Металлдеформ-2009», 2009. Самара: СГАУ. Т2. С.183-192.
  15. Поликарпов Е.Ю. Влияние технологических параметров на неоднородность механических свойств при обратном выдавливании трубных заготовок // Труды Международного научного симпозиума «Автостроение 2009». Секция 6. Машина и технологии заготовительного производства. М.: МГТУ «МАМИ», 2009.
  16. Яковлев С.С., Калашников А.Е., Поликарпов Е.Ю. Гофрообразование кольцевой заготовки из анизотропного материала // Материалы Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением». Санкт - Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2009. С. 163-166.
  17. Осесимметричное обратное выдавливание анизотропной трубной заготовки / Е.Ю. Поликарпов [и др.] // Материалы Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением». Санкт - Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2009.
    С. 166-169.

Авторские свидетельства и патенты:

  1. Способ изготовления днищ топливных баков из титановых сплавов А.с. №227619 СССР. / П.В. Лемешев, В.Е. Гальперин, Т.А. Голиусов, В.И. Самосадный, В.В. Кононов, Е.Ю. Поликарпов и др. (СССР), 1985.  1 с.
  2. Способ штамповки тонкостенных полусферических днища и устройство для его осуществления / Е.Ю. Поликарпов [и др.]. Положительное решение на заявку № 2008140592 от 13.10.2008. МПК8В21D22/28; В21D51/08.

Подписано в печать 04.03.2010.

Формат бумаги 6084 . Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 2,32. Уч.-изд. л. 2,0.

Тираж 100 экз. Заказ .

Тульский государственный университет.

300024, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ.

300012, г. Тула, пр. Ленина, 97а.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.