WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Черняев Алексей Владимирович

ТЕОРИЯ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО

ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ДЕТАЛЕЙ

ЖЕСТКИМ ИНСТРУМЕНТОМ

В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННОЙ ПОЛЗУЧЕСТИ

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 2011

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор

Яковлев Сергей Сергеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Овчинников Анатолий Георгиевич;

доктор технических наук, профессор

Дёмин Виктор Алексеевич;

доктор технических наук, профессор

Талалаев Алексей Кириллович

Ведущая организация:

ОАО «Центральное конструкторское бюро аппаратостроения», г. Тула

Защита состоится «31» мая 2011 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 « ___ »  __________ 2011 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 максимально возможные эксплуатационные характеристики.

Совершенствование конструкций изделий ответственного назначения определяет применение высокопрочных труднодеформируемых материалов, таких как алюминиевые, титановые, магниевые сплавы со специальными свойствами, обладающие величиной относительного удлинения менее 2…4 % при испытаниях на одноосное растяжение стандартных образцов в условиях холодной деформации, и изготовление деталей и узлов с высокими эксплуатационными характеристиками. К числу наиболее перспективных и принципиально новых технологических процессов, направленных на совершенствование современного производства, относятся процессы изотермического формоизменения материала в режиме кратковременной ползучести, которые позволяют значительно повысить пластические свойства материала и снизить силу деформирования, а также достичь больших степеней деформации.

Материал, подвергаемый штамповке, как правило, обладает анизотропией механических свойств, которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов обработки металлов давлением при различных термомеханических режимах деформирования.

В ракетно-космической технике широкое распространение нашли конические пустотелые тонкостенные изделия, изготавливаемые методами глубокой вытяжки, обжима и раздачи. Значительной экономии металла в штамповочном производстве при их изготовлении можно добиться за счет применения трубной заготовки вместо цилиндрической, полученной методами глубокой вытяжки из листовой заготовки. При этом коэффициент использования металла повышается в несколько раз и соответственно уменьшается обработка резанием.

В машиностроении на современном этапе широкое распространение нашли цилиндрические изделия, изготавливаемые методами глубокой вытяжки. Технологические принципы формоизменения листовых заготовок в режиме кратковременной ползучести могут быть применены в производстве цилиндрических деталей из анизотропных высокопрочных сплавов.

В различных отраслях машиностроения, в частности наземном оборудовании ракетно-космической техники, широкое распространение нашли полые толстостенные осесимметричные детали, имеющие наружные и внутренние утолщения, которые изготавливаются механической обработкой трубных заготовок из высокопрочных материалов. Технологические принципы формоизменения трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести могут быть применены в производстве толстостенных осесимметричных деталей из анизотропных высокопрочных сплавов.

Летательные аппараты и связанное с ними наземное оборудование ракетно-космической техники имеют сложную систему гидротрубопроводов. Высокие давления и криогенная температура требуют применения высокопрочных материалов. Соединительные элементы труб (фланцевые втулки, переходники, законцовки, угольники, тройники, крестовины и др.) рационально изготавливать изотермической штамповкой, что обеспечивает их точность под сборку и качественную сварку без потери прочности и герметичности. При изотермической штамповке существенна зависимость давления, степени формообразования, повреждаемости материала от температурно-скоростных условий деформирования. Процессы формообразования элементов трубопроводов целесообразно производить в режиме кратковременной ползучести.

При разработке технологических процессов операций изотермического обжима, раздачи, вытяжки с утонением, обратного выдавливания трубных заготовок и изотермического формообразования соединительных элементов трубопроводов используются эмпирические зависимости из различных справочных материалов, а также результаты теоретических исследований, в которых не в полной мере учитываются анизотропия механических свойств исходных заготовок, особенности протекания технологических процессов деформирования. Во многих случаях это приводит к необходимости экспериментальной отработки перечисленных выше процессов обработки металлов давлением, что удлиняет сроки подготовки производства изделия. Развитие теории деформирования анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести с учетом анизотропии, скоростного и деформационного упрочнения, неоднородности механических свойств и создание на ее основе научно обоснованных режимов технологических процессов изотермического обжима, раздачи, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания и изотермического формообразования элементов трубопроводов является крупной научно-технической проблемой хозяйственного значения.

Работа выполнялась в соответствии с грантами Президента Российской Федерации на поддержку ведущих научных школ по выполнению научных исследований (гранты № НШ-1456.2003.8 и № НШ-4190.2006.8), государственными контрактами № 02.513.11.3299, № 14.740.11.0038 и № 14.740.11.0580 в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы Министерства образования и науки Российской Федерации, грантами РФФИ № 05-01-96705, № 07-01-96409, № 10-08-97526-р_центр_а и № 10-01-00085-а, научно-технической программой Министерства образования и науки Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы» (проект № РНП 2.1.2.8355), государственным контрактом Министерства образования и науки Российской Федерации (№ 14.740.11.0038).

Цель работы - повышение эффективности производства осесимметричных изделий в части снижения трудоемкости и металлоемкости, сокращения сроков подготовки производства новых изделий с обеспечением заданного качества и надежности их эксплуатации на основе развития теории деформирования анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести с учетом анизотропии механических свойств, упрочнения, вязких и пластических свойств материала и создание на ее основе научно обоснованных режимов операций изотермического обжима, раздачи, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания и формообразования элементов трубопроводов.

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

1. Разработка критерия потери устойчивости стенки анизотропной трубной заготовки на основе статического критерия устойчивости при кратковременной ползучести.

2. Создание математических моделей и разработка основных уравнений и соотношений для анализа операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок из высокопрочных материалов, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, протекающих в условиях осесимметричного нерадиального вязкого течения материала.

3. Разработка математических моделей операций изотермического прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов в режиме вязкопластического течения.

4. Выполнение теоретических и экспериментальных исследований операций изотермического обжима конической матрицей и раздачи коническим пуансоном трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей, обратного выдавливания коническим пуансоном трубных заготовок из анизотропных материалов, операций изотермического прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов.

5. Выявление влияния анизотропии механических свойств материала заготовки, технологических параметров, скорости перемещения пуансона, геометрии рабочего инструмента, условий трения на контактной поверхности заготовки и инструмента на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния, силовые режимы, предельные возможности формообразования операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей, обратного выдавливания трубных заготовок, операций прямого и ортогонального изотермического выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов из высокопрочных материалов.

6. Разработка рекомендаций и создание пакета прикладных программ для ЭВМ по расчету рациональных технологических параметров операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей, обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов режиме вязкого течения.

7. Выполнение экспериментально-технологических работ операций прямого и ортогонального изотермического выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов в режиме вязкопластического течения с целью отработки технологических процессов.

8. Использование результатов исследований в промышленности и учебном процессе.

Методы исследования. Теоретические исследования процессов изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания и изотермического формообразования элементов трубопроводов выполнены с использованием основных положений механики деформируемого твердого тела и теории кратковременной ползучести анизотропного материала. Критерии локальной потери устойчивости (шейкообразования) анизотропного упрочняющегося материала при плоском напряженном, плоском напряженном и деформированном состояниях анизотропных заготовок получены на основе условия положительности добавочных нагрузок. Критерий потери устойчивости стенки трубных заготовок из анизотропных материалов разработан на основе статического критерия устойчивости. Анализ напряженного и деформированного состояний заготовки в исследуемых процессах формоизменения осуществлен численно методом конечно-разностных соотношений с использованием ЭВМ путем совместного решения дифференциальных уравнений равновесия, уравнения состояния и основных определяющих соотношений при заданных начальных и граничных условиях. Расчет силовых режимов операций изотермического прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов из высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести осуществлен, исходя из экстремальной верхнеграничной теоремы. Предельные возможности формоизменения исследуемых процессов деформирования оценивались по степени использования ресурса пластичности, по абсолютной максимальной величине осевого напряжения на входе (обратное выдавливание) или на выходе из очага деформации (вытяжка с утонением стенки), по критерию локализации деформации и условию потери устойчивости трубной заготовки в виде образования симметричных складок.

Экспериментальные исследования выполнены с использованием современных испытательных машин (универсальная испытательная машина «МИРИ-200К», испытательные машины Р-5, ГМС-50, Р100), гидравлических прессов моделей П2234, П238, П311 со встроенной системой плавного управления скоростью перемещения ползуна и регистрирующей аппаратурой, установки для многоплунжерной штамповки УЗТМ, изотермического блока; обработка опытных данных осуществлялась с применением методов математической статистики и теории планирования эксперимента.

Автор защищает:

- критерий потери устойчивости стенки анизотропной трубной заготовки, полученный на основе статического критерия устойчивости при кратковременной ползучести;

- основные уравнения и соотношения для анализа операций изотермического обжима и раздачи, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок из высокопрочных материалов, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, протекающих в условиях осесимметричного нерадиального вязкого течения материала;

- основные уравнения и соотношения для анализа операций изотермического прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов в режиме вязкопластического течения;

- результаты теоретических и экспериментальных исследований операций изотермического обжима и раздачи, вытяжки с утонением стенки и обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, протекающих в условиях осесимметричного нерадиального течения материала, изотермического прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов в режиме кратковременной ползучести, позволяющих выявить влияние анизотропии механических свойств исходной заготовки, технологических параметров, скорости перемещения пуансона, условий трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки, геометрических параметров заготовки и инструмента на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы и предельные возможности деформирования;

- рекомендации по расчету и проектированию технологических процессов изготовления деталей ответственного назначения операциями изотермического обжима и раздачи анизотропных трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов в режиме вязкого течения и формообразования элементов трубопроводов в режиме вязкопластического течения;

- экспериментально подтвержденные рациональные технологические режимы операций прямого и ортогонального изотермического выдавливания и выдавливания фланцевых заготовок из высокопрочных материалов;

- технологические схемы операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок для изготовления конических пустотелых тонкостенных деталей «корпус» с высокими эксплуатационными характеристиками, технологические схемы изотермической глубокой вытяжки для изготовления детали «патрубок газовода» из титанового сплава ВТ6С, технологические схемы операцией изотермического обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок для изготовления осесимметричных толстостенных полых деталей, имеющих наружные и внутренние утолщения, из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками, а также технологические схемы операций изотермического прямого выдавливания, изотермического набора утолщений и изотермического ортогонального выдавливания для изготовления элементов трубопроводов: детали корпуса датчиковой аппаратуры, детали «переходник» и детали «крестовина» из титановых сплавов типа ВТ14, ВТ20; алюминиевых АМг6, Д16, 1420; сталей типа 12Х18Н10Т и др.

Научная новизна работы состоит в развитии теории деформирования тонко- и толстостенных трубных заготовок с учетом анизотропии механических свойств, упрочнения, вязких и пластических свойств материала в режиме кратковременной ползучести и заключается в следующем:

- предложен критерий потери устойчивости стенки анизотропной трубной заготовки, позволяющий уточнить оценку предельных возможностей деформирования при кратковременной ползучести;

- выявлены закономерности изменения кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения по различным критериям разрушения в зависимости от анизотропии механических свойств исходной заготовки, технологических параметров, скорости перемещения инструмента, условий трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки, геометрических параметров заготовки и инструмента на основе разработанных математических моделей операций изотермического обжима и раздачи, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания трубных заготовок, осесимметричного прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов из высокопрочных анизотропных материалов в режиме кратковременной ползучести. Полученные закономерности позволили выявить рациональные режимы деформирования.

Научная значимость. Научная значимость работы состоит в развитии теории деформирования анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести с учетом анизотропии механических свойств, упрочнения, неоднородности деформации, вязких и пластических свойств материала. Предложенный критерий потери устойчивости стенки трубной заготовки и выполненные теоретические исследования расширяют возможности и подходы к анализу процессов деформирования анизотропных заготовок в условиях кратковременной ползучести.

Практическая ценность. На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации, обеспечивающие снижение трудоемкости и металлоемкости, сокращения сроков подготовки производства новых изделий, повышение качества и надежности эксплуатации изделий ответственного назначения, и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету технологических параметров изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания толстостенных трубных анизотропных заготовок и операций изотермического формообразования элементов трубопроводов, экспериментально подтверждены рациональные технологические режимы операций прямого и ортогонального изотермического выдавливания и выдавливания фланцевых заготовок в режиме кратковременной ползучести.

Реализация работы. Разработаны прогрессивные технологические схемы операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок для изготовления конических пустотелых тонкостенных деталей «корпус» с высокими эксплуатационными характеристиками; созданы технологические схемы операций изотермической осесимметричной глубокой вытяжки для изготовления детали «патрубок газовода» из титанового сплава ВТ6С; предложены технологические схемы операций изотермического обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок для изготовления осесимметричных толстостенных полых деталей, имеющих наружные и внутренние утолщения, из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов; разработаны технологические схемы операций изотермического прямого выдавливания, изотермического набора утолщений и изотермического ортогонального выдавливания в режиме кратковременной ползучести для изготовления элементов трубопроводов: детали корпуса датчиковой аппаратуры, детали «переходник» и детали «крестовина», которые внедрены в опытном производстве на ОАО «ТНИТИ», на ФГУП «Научно-производствен­ное объединение «Техномаш», ФГУП «ГНПП «Сплав» и других предприятиях.

Технико-экономическая эффективность разработанных наукоемких конкурентоспособных технологических процессов связана с уменьшением трудоемкости изготовления деталей в 1,5…2 раза, повышением удельной прочности изделий в 1,2…1,5 раз при снижении общей массы, повышением коэффициента использования металла с 0,5 до 0,9 по сравнению с существующими технологическими процессами, сокращением сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Отдельные материалы научных исследований использованы в учебном процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»:

- при чтении лекций, проведении лабораторных и практических занятий  при подготовке бакалавров направления 150400 «Технологические машины и оборудование» и студентов специальности 150201 «Машины и технология обработки металлов давлением», а также в научно-исследовательской работе студентов;

- при подготовке магистерских диссертаций, исследовательских курсовых и дипломных проектов, выпускных квалификационных работ бакалавров.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Межвузовской научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы металлургии» (Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002 г.); на Международной научно-технической конференции, посвященной памяти выдающихся ученых И.А. Коганова и С.И. Лашнева (Тула: ТулГУ, 2002 г.); на межвузовской научно-технической конференции (Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003 г.); на Международной научно-технической конференции (М.: МГТУ «МАМИ», 2003 г.); на Всероссийском совещании обработчиков давлением (Ульяновск: УлГТУ, 2007 г.); на Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» (Тула: ТулГУ, 2008, 2009, 2010 гг.); на Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением» (СПб: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 2009 г.); на Научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктуры и процессы деформирования «Металлдеформ-2009» (Самара: СГАУ, 2009 г.); а также на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ГОУ ВПО «Тульский государственный университет (Тула, 2000-2010 гг.).

За значительный вклад в развитие науки и техники в области машиностроения и новых технологий автор в составе коллектива в 2008 г. был удостоен звания лауреата премии им. С.И. Мосина.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 82 работы, среди них: монографий - 2; статей в 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» - 45; статей в различных сборниках научно-технических трудов – 35. Общий объем – 47,5 печ. л., авторский вклад – 22,5 печ. л.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,  семи разделов, заключения, списка использованных источников из 252 наименований, 7 приложений и включает 351 страницу основного текста, содержит 169 рисунков и 13 таблиц. Общий объем - 366 страниц.

Автор выражает глубокую благодарность доктору технических наук, профессору Яковлеву Сергею Петровичу за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания, рекомендации и предложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность рассматриваемой научно-технической проблемы, 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, дано краткое содержание разделов диссертации.

В первом разделе рассмотрено современное состояние теории и технологии изотермического деформирования высокопрочных материалов методами обжима, раздачи, глубокой вытяжки, обратного выдавливания, проведен анализ существующих технологических процессов изготовления осесимметричных деталей из листовых и трубных изотропных и анизотропных материалов, показано влияние анизотропии механических свойств материала заготовок на технологические параметры процессов деформирования при различных температурно-скоростных режимах деформирования. Намечены перспективные направления интенсификации рассматриваемых процессов, повышения качества изготавливаемых цилиндрических и осесимметричных деталей. Рассмотрены существующие методы анализа процессов обработки металлов давлением и критерии деформируемости. Обоснована постановка задач исследований.

Значительный вклад в развитие теории пластичности, ползучести, методов анализа процессов обработки металлов давлением изотропных и анизотропных материалов внесли Ю.А. Алюшин, А.А. Богатов, С.И. Вдовин, Э. Ву, В.Д. Головлев, Ф.В. Гречников, С.И. Губкин, Г.Я. Гун, В.Л. Данилов, Г.Д. Дель, А.М. Дмитриев, Д. Друкер, Г. Закс, А.А. Ильюшин, Е.И. Исаченков, Ю.Г. Калпин, Л.М. Качанов, В.Л. Колмогоров, В.Д. Кухарь, А.М. Локощенко, Н.Н. Малинин, А.Д. Матвеев, С.Г. Милейко, А.Г. Овчинников, В.А. Огородников, С.С. Одинг, Е.А. Попов, Ю.Н. Работнов, И.П. Ренне, К.И. Романов, Ф.И. Рузанов, Г. Свифт, Е.И. Семенов, О.М. Смирнов, Я.А. Соболев, О.В. Соснин, Л.Г. Степанский, А.Д. Томленов, Е.П. Унксов, Р. Хилл, В.Н. Чудин, В.В. Шевелев, С.А. Шестериков, С.П. Яковлев и др.

На основе проведенного обзора работ установлено, что анизотропия механических свойств обрабатываемых материалов оказывает существенное влияние на силовые режимы и предельные возможности формоизменения не только в условиях холодной обработки металлов давлением, но и при изотермическом деформировании в режиме кратковременной ползучести, и её следует учитывать при расчетах технологических параметров процессов обработки металлов давлением.

Несмотря на большое количество работ, посвященных теоретическим и экспериментальным исследованиям операций изотермического деформирования (обжима и раздачи, вытяжки с утонением стенки, прямого и обратного выдавливания) осесимметричных деталей жестким инструментом, вопросы теории формообразования анизотропных материалов, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, в режиме кратковременной ползучести в настоящее время практически не разработаны. Большинство работ посвящено теоретическим исследованиям процессов осесимметричного деформирования трубных заготовок из изотропных и трансверсально-изотропных материалов. Мало внимания уделяется в научно-технической литературе исследованиям кинематики течения, напряженного и деформированного состояния заготовки, силовых режимов и предельных возможностей изотермического формоизменения осесимметричных деталей из трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств.

В настоящее время большое количество работ посвящено теоретическим и экспериментальным исследованиям операций вытяжки с утонением стенки в конической матрице и обратного выдавливания трубных заготовок коническим пуансоном (плоское деформированное состояние), однако вопросы теории нерадиального течения заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, в режиме кратковременной ползучести практически не разработаны.

При разработке технологических процессов изотермического деформирования осесимметричных деталей из высокопрочных анизотропных заготовок в режиме кратковременной ползучести в основном используют эмпирические зависимости из различных справочных материалов, в которых не учитываются многие практически важные параметры. Во многих случаях это приводит к необходимости экспериментальной отработки этих процессов, что удлиняет сроки подготовки производства изделия.

Таким образом, развитие теории и технологии изготовления осесимметричных деталей из анизотропных высокопрочных материалов в режиме кратковременной ползучести является актуальной проблемой.

Во втором разделе приводятся основные уравнения и соотношения, необходимые для теоретического анализа процессов изотермического деформирования анизотропного материала в режиме кратковременной ползучести.

Упругими составляющими деформации пренебрегаем. Под кратковременной ползучестью будем понимать медленное деформирование в условиях вязкого (ползучего) или вязкопластического (ползучепластического) течения. Считаем, что если величина эквивалентного напряжения меньше некоторой величины , соответствующей эквивалентной степени деформации при эквивалентной скорости деформации , то процесс деформирования будет протекать в условиях вязкого течения материала (деформации ползучести), и уравнения состояния с учетом повреждаемости, описывающие поведение материала, подчиняющегося энергетической теории ползучести и повреждаемости, могут быть записаны в виде

; ,  (1)

а применительно к группе материалов, подчиняющихся кинетическим уравнениям ползучести и повреждаемости, так:

; , (2)

а если величина больше значения , то будет осуществляться процесс деформирования в условиях вязкопластического (ползучепластического течения).

При вязкопластическом (ползучепластическом) течении материала () уравнения состояния имеют вид

; ,  (3)

если поведение материала описывается энергетической теорией нелинейного вязкопластического течения и разрушения, и

;  ,  (4)

если поведение материала описывается кинетической теорией нелинейного вязкопластического течения и разрушения.

Здесь , , , , , - константы материала, зависящие от температуры испытаний; и - величины эквивалентной деформации при вязкопластическом и вязком течении материала; , , и - удельная работа разрушения и предельная эквивалентная деформация при вязком и вязкопластическом течениях материала; , и , - повреждаемость материала при вязкопластической и вязкой деформациях по деформационной и энергетической моделям разрушения соответственно:

; ;

; .

Величину , разделяющую вязкое и вязкопластическое течения, будем назначать в зависимости от механических свойств материала при заданной температуре деформирования, чувствительности материала к деформационному упрочнению при соответствующей скорости деформации .

Вводится потенциал скоростей деформации анизотропного тела при кратковременной ползучести, который совпадает с условием перехода материала из вязкого (ползучего) в вязкопластическое (ползучепластическое) состояние. В этом случае компоненты скоростей деформации определяются в соответствии с ассоциированным законом течения. При вязком и вязкопластическом течениях материала вводятся понятия эквивалентного напряжения и эквивалентной скорости деформации при формоизменении в условиях кратковременной ползучести по аналогии с работами Р. Хилла и Н.Н. Малинина.

Предельные возможности формоизменения в процессах обработки металлов давлением, протекающих при различных температурно-скоростных режимах деформирования, часто оцениваются на базе феноменологических моделей разрушения. Приведем условие деформируемости материала без разрушения при вязкопластическом и вязком течениях, если справедлив деформационный критерий разрушения,

; (5)

и, если справедлив энергетический критерий разрушения,

и  . (6)

При изготовлении ряда изделий ответственного назначения по условиям эксплуатации не допускается локализация деформации, которая проявляется в образовании местного утонения. Поэтому степень формоизменения, при которой начинается шейкообразование, в этом случае может считаться предельной. На основе постулата Друкера для реономных сред установлен критерий локальной потери устойчивости анизотропного материала при плоском напряженном и плоском напряженном и деформированном состояниях заготовки в режиме кратковременной ползучести.

Технологические возможности многих процессов деформирования трубных заготовок 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 стенки трубной заготовки выполнен на основании статического критерия устойчивости. Предложено выражение для определения критического напряжения, соответствующего потере устойчивости стенки цилиндрической заготовки, записать в виде:

,

где , , , - конечная и начальная высота и толщина стенки заготовки соответственно: ; ; - осевая деформация стенки трубной заготовки; - радиус срединной поверхности исходной оболочки;

;  ;

;

;

, - коэффициенты анизотропии; - скорость движения одного захвата по отношению к другому.

Третий раздел посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям силовых и деформационных параметров операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок (рисунок 1), обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, в режиме кратковременной ползучести. Деформация трубы осесимметричная.

Разработаны математические модели операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, в режиме кратковременной ползучести; получены основные уравнения и соотношения для анализа операций обжима и раздачи анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести.

Рассмотрено изотермическое деформирование тонкостенной круговой цилиндрической трубы постоянного поперечного сечения в жесткой конической матрице или коническим пуансоном. Пренебрегаем изгибающими моментами, возникающими при деформации трубы. Задача решается на основе безмоментной теории оболочек вращения. Допускается, что на контактных поверхностях инструмента и заготовки реализуется закон трения Кулона.

а

б

Рисунок 1 - Схема деформирования трубной заготовки

при обжиме (а) и раздаче (б)

При безмоментном осесимметричном нагружении оболочки вращения напряженное состояние всех точек оболочки плоское, а меридиональные и окружные напряжения являются главными напряжениями. Меридиональные и окружные напряжения в очаге деформации определялись путем численного решения уравнений равновесия в цилиндрической системе координат совместно с уравнением состояния анизотропного материала и в зависимости от того, какая теория ползучести описывает поведение материала – кинетическая или энергетическая, при граничных условиях, заданных в напряжениях. Учитывалось изменение направления течения материала на входе и выходе из очага деформации.

Разработаны алгоритмы расчета напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения исследуемых операций, а также программное обеспечение для ЭВМ.

Выполнены теоретические исследования операций изотермического обжима конической матрицей и раздачи коническим пуансоном трубных заготовок из анизотропных высокопрочных материалов. Установлено влияние анизотропии механических свойств материала, технологических параметров, скорости перемещения и геометрии рабочего инструмента, условий трения на контактной поверхности заготовки и инструмента на напряженное и деформированное состояния, силовые режимы, предельные возможности формообразования операций изотермического обжима и раздачи анизотропных трубных заготовок. Расчеты выполнены для алюминиевых АМг6, 1420, 01419У, титановых ВТ6С, ВТ14, магниевого ВМД-10 сплавов и латуни Л63, механические характеристики которых приведены в работе [1].

На рисунке 2 представлены графические зависимости изменения относительной силы при обжиме трубных заготовок из сплава ВТ6С от скорости перемещения инструмента . Показано, что с увеличением скорости перемещения инструмента относительная сила существенно возрастает. Так, для сплава ВТ6С повышение скорости с до приводит к увеличению относительной силы в 3,1 раза, а для сплава АМг6 увеличение скорости с до - в 1,8 раза.

Установлено, что при увеличении коэффициента обжима с 1,2 до 2,0  при возрастает в 4,7 раза. При увеличении коэффициента трения на матрице с 0,1 до 0,4 рост силы обжима сплавов ВТ6С и АМг6 составляет 24 % при и 28 % при .

Предельные возможности формоизменения при обжиме трубных заготовок из анизотропного материала в режиме ползучести могут ограничиваться величиной накопленных микроповреждений , которая не должна превышать значения , что соответствует разрушению материала, или значения , , что диктуется техническими требованиями получения и эксплуатации детали (первый критерий).

Рисунок 2 - Зависимости изменения от при обжиме трубных

заготовок из сплава ВТ6С

(; )

Предельные коэффициенты обжима могут также ограничиваться величиной осевой деформации материала стенки трубной заготовки. В расчетах принималось, что допустимая величина осевой деформации может достигать значений или в зависимости от заданных требований (второй критерий). Кроме того, технологические возможности обжима в режиме ползучести могут лимитироваться потерей устойчивости трубных заготовок (третий критерий).

Анализ результатов расчетов показывает, что с увеличением угла конусности инструмента и коэффициента трения предельный коэффициент обжима уменьшается. Так, при увеличении с 10 до 40 предельный коэффициент обжима для сплавов ВТ6С и АМг6 уменьшается на 15…25 %, а увеличение коэффициента трения с 0,1 до 0,4 приводит к уменьшению на 10…15 % по трем рассматриваемым критериям.

При обжиме трубных заготовок из алюминиевого сплава АМг6 с увеличением скорости перемещения инструмента предельные значения коэффициента обжима , полученные по первому критерию, уменьшаются на 33 %. Установлено, что с увеличением коэффициента нормальной анизотропии с 0,2 до 2,0 относительная сила снижается на 20…30 %, а предельные значения коэффициентов обжима , ограничивающиеся первым критерием, возрастают на 25 %, а вторым и третьим критериями – уменьшаются на 30 %.

Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности пуансона , коэффициента раздачи , скорости перемещения инструмента и коэффициента трения на контактной поверхности рабочего инструмента и заготовки относительная сила возрастает. Установлено, что с увеличением угла конусности пуансона с до сила раздачи повышается на 48 % при . При увеличении коэффициента раздачи с 1,2 до 2,0 при относительная величина силы возрастает в 3,6 раза. Показано, что с ростом скорости перемещения инструмента относительная сила существенно возрастает. Так, для сплава ВТ6С увеличение скорости с до приводит к повышению относительной силы в 3 раза, а для алюминиевого сплава АМг6 увеличение скорости с до - в 1,8 раза.

При увеличении коэффициента трения на пуансоне с 0,1 до 0,4 рост силы раздачи трубных заготовок из сплавов ВТ6С и АМг6 составляет 25 % при .

Предельные возможности формоизменения при раздаче трубных заготовок из сплавов ВТ6С и АМг6 оценивались по величине накопленных микроповреждений (первый критерий), по величине осевой деформации материала стенки трубной заготовки (второй критерий), по потере устойчивости трубных заготовок (третий критерий) и возможности образования локального утонения (четвертый критерий).

На рисунке 3 представлены графические зависимости изменения предельного коэффициента раздачи от скорости перемещения инструмента соответственно. Здесь кривыми 1, 2, 3 показаны результаты расчетов по первому критерию при , и соответственно, кривыми 4, 5 – по второму критерию при и соответственно, кривой 6 – по третьему критерию и кривой 7 – по четвертому критерию. Анализ графических зависимостей и результатов расчетов показывает, что с увеличением угла конусности инструмента и коэффициента трения предельный коэффициент раздачи для сплавов ВТ6С и АМг6 уменьшается на 15…35 % по четырем рассматриваемым критериям.

При раздаче трубных заготовок из алюминиевого сплава АМг6 с увеличением скорости перемещения инструмента предельные значения коэффициента раздачи , полученные по первому критерию, уменьшаются в 1,9 раза. На результаты, полученные по второму, третьему и четвертому критериям, влияние скорости перемещения рабочего инструмента незначительно.

Выявлено, что анизотропия механических свойств материала заготовки оказывает существенное влияние на силовые параметры и предельные возможности раздачи тонкостенных трубных заготовок в режиме ползучести.

Рисунок 3 - Графические зависимости от для сплава АМг6 (;)

Показано, что с увеличением коэффициента нормальной анизотропии относительная сила и предельный коэффициент раздачи уменьшаются. Установлено, что увеличение показателя упрочнения с 2,5 до 3,5 приводит к росту коэффициентов , вычисленных по первому критерию, в 2,2 раза, по второму критерию на 10 %, и к снижению , вычисленных по третьему критерию, на 33 %.

В четвертом разделе изложена разработанная математическая модель изотермической вытяжки с утонением стенки осесимметричных толстостенных цилиндрических заготовок через коническую матрицу с углом в режиме кратковременной ползучести. Приведены основные уравнения и необходимые соотношения для анализа напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения исследуемой операции изотермической вытяжки.

Принимается, что материал заготовки обладает цилиндрической анизотропией механических свойств. Упругими составляющими деформации пренебрегаем. Течение материала принимается установившимся, осесимметричным. Анализ процесса вытяжки с утонением стенки реализуется в цилиндрической системе координат. Схема к анализу вытяжки с утонением стенки приведена на рисунке 4. Допускается, что условия трения на контактной поверхности инструмента с заготовкой подчиняются закону Кулона.

Компоненты тензора скоростей деформаций определяются через компоненты скоростей течения соотношениями:

,

где - компоненты скоростей течения; - компоненты тензора скоростей деформаций;

;

;

.

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

,

где - скорость перемещения пуансона.

Рисунок 4 - Схема операции

вытяжки с утонением стенки

Выражение для вычисления эквивалентной скорости деформации, принимая во внимание условие несжимаемости , запишется так:

,

где - коэффициенты анизотропии.

Учитывая выражения для определения компонент скоростей течения, найдем компоненты тензора скоростей деформаций:

;

;

;

,

где 

,

.

Нормальные и касательные напряжения в очаге деформации определяются путем численного решения уравнений равновесия в цилиндрической системе координат:

;

совместно с уравнениями связи между скоростями деформации и напряжениями

и уравнением состояния без учёта повреждаемости, описывающем поведение материала, подчиняющегося теории ползучести,

при граничных условиях, заданных в напряжениях: при   .

Здесь - нормальные и касательное напряжения, являющиеся функциями и ; - константы материала, зависящие от температуры испытаний; и - средние величины скорости деформации и эквивалентного напряжения в очаге деформации; - величина приращения осевого напряжения, связанного с изменением направления течения материала на входе в очаг деформации.

В соответствии с выбранной кинематикой течения материала на входе в очаг деформации и выходе из него происходит резкое изменение направления течения от вертикального до наклонного к осевой под углом на входе в очаг деформации и от наклонного к вертикальному на выходе из очага деформации, что связано с разрывом тангенциальной составляющей скорости течения. Это изменение направления течения учитывается путем коррекции осевого напряжения на границе очага деформации по методу баланса мощностей:

Величина накопленной эквивалентной деформации вдоль - й траектории определяется в очаге деформации по формуле

.

Если нужно найти накопленную эквивалентную деформацию в изделии после деформации, то следует к рассчитанной величине добавить еще второй член этого выражения, т.е. учесть изменение направления течения материала на входе и выходе из очага деформации.

Определение силы процесса вытяжки с утонением стенки осуществляется следующим образом. Рассчитывается на выходе напряжение с учетом изменения направления течения материала на входе в очаг деформации и выходе из него. Находится составляющая силы для преодоления трения на матрице:

.

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

.

Сила, разгружающая стенку изделия, определяется по выражению

.

Сила, передающаяся на стенку изделия,

.

Величина силы операции вытяжки с утонением стенки вычисляется следующим образом:

,

где ;  ;  .

Приведенные выше соотношения использованы для оценки напряженного и деформированного состояний, силовых режимов формообразования процесса вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок из анизотропных материалов.

Относительные величины осевого напряжения и силы процесса определялись по формулам:

;  ,

где .

На рисунке 5 приведены графические зависимости изменения относительных величин силы процесса от скорости перемещения пуансона при вытяжке с утонением стенки полых цилиндрических заготовок из алюминиевого сплава АМг6 при температуре обработки .

Расчеты выполнены при следующих геометрических размерах заготовки: мм; =40 мм и различных величинах коэффициента утонения .

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности матрицы и скорости перемещения пуансона , уменьшением коэффициента утонения и величины относительная величина осевого напряжения возрастает.

Установлено, что существуют оптимальные углы конусности матрицы в пределах 12…24°, соответствующие наименьшей величине силы, при коэффициентах утонения . При величинах коэффициентов утонения увеличение угла конусности матрицы приводит к уменьшению относительной силы . Величина оптимальных углов конусности матрицы с уменьшением коэффициента утонения смещается в сторону больших углов. Показано, что с увеличением скорости перемещения пуансона величина относительной силы возрастает (см. рисунок 5).

Рисунок 5 - Зависимости

изменения и от

(; ; )

Показано, что изменение условий трения на контактной поверхности пуансона и матрицы существенно влияет на относительную силу . С ростом коэффициента трения на матрице (при ) величина возрастает. Этот эффект проявляется существенно при малых величинах коэффициента утонения . С увеличением коэффициента утонения относительная величина силы уменьшается. Относительная величина не оказывает существенного влияния на .

Установлено, что с увеличением относительной величины и уменьшением коэффициента утонения накопленные величины эквивалентной деформации и микроповреждений на выходе из очага пластической деформации возрастают. Максимальные величины и соответствуют траектории течения материала по поверхности матрицы.

Предельные возможности формоизменения при вытяжке с утонением толстостенных цилиндрических заготовок определялись на базе феноменологических моделей разрушения (5) и (6).

Графические зависимости изменения предельного коэффициента утонения от скорости перемещения пуансона для алюминиевого сплава АМг6 приведены на рис. 6. Здесь кривая 1 соответствует величине , определенной по величине накопленных микроповреждений при ; кривая 2 – при ,  кривая 3 – при . Положения кривых 1 – 3 определяют возможности деформирования заготовки в зависимости от технических требований на изделие.

Рисунок 6 - Зависимости изменения от

(; ;  )

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что с увеличением угла конусности матрицы и уменьшением относительной величины предельный коэффициент утонения возрастает. Установлено, что с увеличением скорости перемещения пуансона предельные коэффициенты утонения также возрастают (рисунок 6).

Предельные возможности формоизменения вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей из материала, поведение которого подчиняется кинетической теории ползучести и повреждаемости (например, титановый сплав ВТ6С), не зависят от скорости перемещения пуансона .

В пятом разделе изложена разработанная математическая модель операции изотермического обратного выдавливания коническим пуансоном толстостенных трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, при кратковременной ползучести. Исследовано влияние степени деформации, геометрии и скорости перемещения инструмента, анизотропии механических свойств материала заготовки и условий трения на инструменте на силу обратного выдавливания трубных заготовок

Рассмотрена операция обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок из анизотропного материала в режиме кратковременной ползучести коническим пуансоном с углом конусности и степенью деформации , где и - площади поперечного сечения трубной заготовки и полуфабриката соответственно (рисунок 7). Материал заготовки принимается ортотропным, обладающим цилиндрической анизотропией механических свойств, подчиняющимся ассоциированному закону течения и уравнению состояния (1) или (2), если материал подчиняется энергетической или кинетической теориям ползучести и повреждаемости соответственно.

Принимается, что течение материала установившееся, осесимметричное, на контактных границах заготовки и рабочего инструмента реализуется закон трения Кулона. Анализ процесса обратного выдавливания реализуется в цилиндрической системе координат. Подход к анализу операции обратного выдавливания осесимметричных трубных заготовок аналогичен изложенному в предыдущем разделе.

Осевые , окружные , радиальные и тангенциальные напряжения в очаге пластической деформации определяются путем совместного решения уравнений равновесия в цилиндрической системе координат с уравнениями связи между напряжениями и скоростями деформаций при следующем граничном условии:

Рисунок 7 - Схема операции

обратного выдавливания

трубной заготовки

при   .

Осевая сила обратного выдавливания

,

где

; ; ,

- осевая составляющая силы, и - составляющие силы трения на матрице и пуансоне на ось .

На рисунке 8 приведены графические зависимости изменения относительной силы от степени деформации при обратном выдавливании трубных заготовок из сплава ВТ6С. Здесь кривая 1 соответствует расчетам при скорости перемещения пуансона  = 0,0005 мм/с, кривая 2 - 0,001 мм/с, кривая 3 - 0,003 мм/с, кривая 4 - 0,005 мм/с. Установлено, что с увеличением относительная величина силы возрастает. При больших значениях с увеличением скорости перемещения пуансона возрастает интенсивнее.

Рисунок 8 - Зависимости изменения от для сплава ВТ6С

(; ; )

Выявлены оптимальные углы конусности пуансона в пределах 20…25°, соответствующие наименьшей величине силы. Величина оптимальных углов конусности пуансона с увеличением степени деформации смещается в сторону больших углов.

Исследовано влияние условий трения на инструменте на относительную силу обратного выдавливания. Установлено, что с ростом коэффициента трения на пуансоне величина относительной силы возрастает. Этот эффект проявляется существеннее при больших величинах степени деформации . Так, при увеличение отношения от 1 до 4 приводит к росту на 20 %, при - на 50 %. Показано, что при увеличении от 5 до 20 сила возрастает на 15…25 %, где меньшие значения соответствуют , большие - . Увеличение отношения от 20 до 25 не оказывает существенного влияния на силу обратного выдавливания.

Оценено влияние коэффициента нормальной анизотропии на силовые режимы обратного выдавливания трубных заготовок из сплавов ВТ6С и АМг6. Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением от 0,2 до 2 сила увеличивается на 30…50 %. Наиболее интенсивно рост проявляется при больших значениях угла конусности пуансона .

Выполнены исследования зависимости относительной силы от коэффициентов цилиндрической анизотропии и , которые варьировались в диапазоне 0,2…2,0. Установлено, что с увеличением и уменьшением относительная сила обратного выдавливания возрастает.

Оценено влияние технологических параметров и механических свойств материала на неоднородность распределения эквивалентной деформации и эквивалентного напряжения по толщине осесимметричной детали при изотермическом обратном выдавливания трубных заготовок из сплавов ВТ6С и АМг6 в режиме кратковременной ползучести. Здесь , и , - максимальная и минимальная величины эквивалентных деформации и напряжения по толщине стенки детали. Установлено, что величины неоднородности эквивалентной деформации и эквивалентного напряжения в стенке детали с уменьшением угла конусности пуансона и увеличением степени деформации падают, что говорит о более благоприятных условиях формирования механических свойств материала стенки изготавливаемого изделия. Увеличение угла конусности пуансона с 10 до 50 сопровождается ростом неоднородности эквивалентной деформации по толщине детали в 5…7 раз и ростом величины неоднородности эквивалентного напряжения в 3…6 раза для сплава АМг6 и в 4…7 раз для сплава ВТ6С. Установлено, что с увеличением коэффициента нормальной анизотропии от 0,2 до 2 неоднородность эквивалентной деформации возрастает на 20…40 %, а неоднородность эквивалентного напряжения - в 1,4…2,8 раза.

Предельные возможности формоизменения определены по допустимой величине накопленных микроповреждений (5) или (6) (первый критерий), из условия, что максимальная величина осевого напряжения , передающегося на стенку трубы, не превышала величины сопротивления материала деформированию в осевом направлении (второй критерий) и по условию устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала в виде образования складок, полученному на основании статического критерия устойчивости (третий критерий).

На рисунке 9 представлены графические зависимости предельной степени деформации от угла конусности пуансона для сплава АМг6. Здесь кривые 1, 2, 3 соответствуют результатам расчетов по первому критерию при , и соответственно, кривые 4, 5 – по второму критерию при и соответственно и кривая 6 – по третьему критерию. Расчеты выполнены при мм; = 40 мм;  = 80 мм; ; .

Рисунок 9 - Зависимости изменения от для сплава АМг6

( мм/c)

Анализ графиков и результатов расчета показывает, что при увеличении с до величина уменьшается для сплава ВТ6С на 20 и 60 %, для сплава АМг6 – на 35 и 40 % по первому и второму критериям соответственно. По третьему критерию выявлены оптимальные углы конусности пуансона в пределах для сплава ВТ6С и для сплава АМг6, соответствующие наибольшей величине предельной степени деформации .

Выполнены исследования зависимости предельной степени деформации от отношения диаметра к толщине заготовки (рисунок 10). Предельные возможности формоизменения оценивались по критерию допустимой степени использования ресурса пластичности при (кривая 1), по максимальной деформации стенки трубной заготовки при (кривая 2) и по условию устойчивости трубной заготовки из анизотропного материала в виде образования складок (кривая 3). Установлено, что при увеличении отношения величина уменьшается, что говорит о менее благоприятных условиях деформирования.

Наиболее значительно размеры заготовки сказываются на предельных степенях деформации, ограничивающихся третьим критерием. При увеличении от 5 до 25 значения , полученные по третьему критерию, снижаются в 2,6 раза. Расчеты, выполненные по первому и второму критериям, корректируются на 5…15 % соответственно.

Исследовано влияние скорости перемещения пуансона на предельную степень деформации при обратном выдавливании трубных заготовок из сплава АМг6, поведение которого описывается энергетической теорией ползучести и повреждаемости.

Рисунок 10 - Зависимости

изменения от для сплава ВТ6С ( мм/с)

Установлено, что с увеличением от 0,001 до 0,005 мм/с величина уменьшается на 15…25 %.

Оценено влияние коэффициента нормальной анизотропии на предельные возможности формоизменения при обратном выдавливании трубных заготовок из высокопрочных материалов. Анализ результатов расчета показывает, что с увеличением с 0,2 до 2,0 предельная степень деформации уменьшается на 15…20 %, 50…60 % и 25…30 % по первому, второму и третьему критериям соответственно.

В шестом разделе приведены математические модели ряда операций изотермического деформирования элементов трубопроводов (прямое и ортогональное выдавливание, выдавливание фланцевых втулок, высадка, раздача законцовок) в режиме кратковременной ползучести. Получены основные уравнения и необходимые соотношения для анализа кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формоизменения процессов формообразования элементов трубопроводов в режиме кратковременной ползучести.

Принимается, что деформируемому материалу заготовки соответствует уравнение состояния (3), если поведение материала описывается энергетической теорией нелинейного вязкопластического течения и разрушения, или (4), если поведение материала описывается кинетической теорией нелинейного вязкопластического течения и разрушения. Накопленная в процессе деформирования повреждаемость оценивается по выражениям (5) и (6).

Элементы трубопроводов, применяемые в космических летательных аппаратах и связанном с ними наземном оборудовании, изготавливаются из высокопрочных алюминиевых и титановых сплавов в регламентированных температурно-скоростных условиях. Режимы штамповки определяются упрочнением материала и его вязкостью. Эти факторы, влияющие на силовые и деформационные режимы, необходимо учитывать при разработке технологии. В связи с этим принимается функция механического состояния в виде

,

где - эквивалентные напряжение, деформация и скорость деформации; - константы материала.

Рассмотрена операция изотермического выдавливания фланцевой втулки. На рисунке 11 показаны схема операции и разрывное поле скоростей перемещений материала заготовки, состоящее из жестких блоков «0», «2» и блока деформаций «1». Блоки разделены поверхностями разрыва скорости перемещений соответственно и . Коническая поверхность трения матрицы образована линией . При этой схеме, которая является осесимметричной, деформации имеют место в блоке деформаций и на поверхностях разрыва скорости, в том числе на поверхности трения матрицы. Скорости жестких блоков постоянны, а скорость перемещения точек в блоке деформаций есть функция координаты. План скоростей приведен на рисунке 12. Для последующих расчетов будем использовать верхнеграничный метод, в соответствии с которым справедливо энергетическое неравенство:

Рисунок 11 - Схема операции

прямого выдавливания

и разрывное поле скоростей

Рисунок 12 - План скоростей

при осесимметричном выдавливании

Здесь: - внешнее давление; - размеры изделия; - скорость перемещения пуансона; в левой части неравенства – мощность внешних сил; в правой – соответственно мощности в объеме деформаций, на поверхностях разрыва скорости и на контактной поверхности матрицы.

Мощности, входящие в приведенное энергетическое неравенство, определяются по соотношениям:

- в объеме деформаций:

;

- на линии разрыва «01»:

;

- на линии разрыва «12»:

;

- мощность трения:

,

где  ; ;

.

Повреждаемость материала заготовки оценивалась, используя критерии разрушения, полученные на основе энергетической или кинетической теории прочности (5) и (6).

На рисунках 13 и 14 приведены графические зависимости изменения относительного давления от скорости перемещения , угла конусности инструмента и степени деформации при прямом выдавливании фланцевых втулок из сплавов АМг6 и ВТ6С соответственно, где и - площадь деформированного и недеформированного участков трубной заготовки.

Рисунок 13 - Зависимости изменения

от (; )

Рисунок 14 - Зависимости изменения от ( мм/c; )

Установлено, что с увеличением степени деформации от 0,1 до 0,5 относительное давление возрастает для сплава АМг6 на 20…50 %, для сплава ВТ6С – на 15…40 %. Уменьшение угла от до приводит к росту в 1,4…1,7 раза для обоих рассматриваемых материалов. С увеличением скорости от 0,01 до 10 мм/с значение возрастает на 20 % для алюминиевого сплава АМг6 и на 50 % для титанового сплава ВТ6С.

Показано, что существенное влияние на величину относительного давления оказывают условия трения на контактных поверхностях инструмента и заготовки.

Увеличение от 0,1 до 0,4 приводит к возрастанию относительного давления до 1,5 раза. Более интенсивный рост наблюдается при больших значениях степени деформации ().

Выполнены исследования влияния угла конусности инструмента и степени деформации на повреждаемость материала заготовки при прямом выдавливании фланцевых втулок из трубных заготовок (рисунок 15). Показано, что с увеличением от 0,1 до 0,5 повреждаемость сплавов АМг6 и ВТ6С возрастает на 35…55 %. Увеличение от до сопровождается ростом в 1,7…2,1 раза.

На рисунке 16 приведены результаты теоретических исследований влияния скорости перемещения инструмента на величину повреждаемости при прямом выдавливании трубных заготовок из алюминиевого сплава АМг6.

Показано, что при увеличении от 0,01 до 10 мм/с величина повреждаемости возрастает на 20 %.

Рисунок 15 - Зависимости изменения от при прямом выдавливании фланцевых

втулок из сплава ВТ6С ( мм/c; )

Рисунок 16 - Зависимости изменения от при прямом выдавливании фланцевых

втулок из сплава АМг6 (; )

Аналогичным образом исследованы операции ортогонального выдавливания в разъемных матрицах, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов из высокопрочных анизотропных материалов в режиме кратковременной ползучести.

В седьмом разделе диссертационной работы на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации и создано программное обеспечение для ЭВМ по расчету и проектированию технологических процессов изотермического обжима, раздачи, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания и операций изотермического формообразования элементов трубопроводов анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести.

Приведены результаты экспериментальных исследований силовых параметров операций обжима, раздачи, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания трубных заготовок, прямого и ортогонального выдавливания элементов трубопроводов и набора утолщений на цилиндрических трубных заготовках. Сравнение теоретических расчетов и экспериментальных данных по силовым режимам исследованных операций изотермического деформирования трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести указывает на удовлетворительное их согласование (расхождение не превышает 10…15 %).

Разработаны прогрессивные технологические схемы операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок для изготовления конических пустотелых тонкостенных деталей «корпус» из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками, которые приняты к внедрению в опытном производстве на ОАО «ТНИТИ». Существовавший технологический процесс предусматривал изготовление детали «корпус» из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов резанием из поковок. Применение в технологическом процессе операций изотермического обжима и раздачи обеспечивает уменьшение трудоемкости изготовления пустотелых конических деталей в 2 раза, повышение удельной прочности изделия в 1,2…1,5 раз при снижении общей массы; повышение коэффициента использования металла с 0,5 до 0,9; сокращение сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Созданы конкурентоспособные технологические схемы изотермической глубокой вытяжки в режиме кратковременной ползучести для изготовления детали «патрубок газовода» из титанового сплава ВТ6С, которые приняты к внедрению в опытном производстве на ФГУП «ГНПП «Сплав». Существовавший ранее технологический процесс предусматривал сварку двух заготовок после горячей штамповки, что связано с большой трудоемкостью, низким коэффициентом использования металла, низким качеством деталей, работающих под давлением при повышенной температуре. Технико-экономическая эффективность предложенных технологических схем связана с сокращением сроков производства, трудоемкости изготовления деталей на 20 % (уменьшение объема механической обработки, устранение сварки), уменьшением металлоемкости заготовок на 10...15 % за счет сокращения величины припусков, с повышением качества за счет геометрической точности.

Разработаны и приняты к внедрению технологические схемы операций изотермического обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести для изготовления осесимметричных толстостенных полых деталей, имеющих наружные и внутренние утолщения, из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками. Использование в технологических процессах операций изотермического обратного выдавливания обеспечивает уменьшение трудоемкости изготовления полых осесимметричных деталей, имеющих наружные и внутренние утолщения, на 30 % по сравнению с механической обработкой, повышение удельной прочности изделия в 1,2…1,5 раз при снижении общей массы, повышение коэффициента использования металла на 25 % по сравнению с существующим технологическим процессом, сокращение сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Созданы технологические схемы  операций изотермического прямого выдавливания, изотермического набора утолщений и изотермического ортогонального выдавливания в режиме кратковременной ползучести для изготовления элементов трубопроводов: детали корпуса датчиковой аппаратуры, детали «переходник» и детали «крестовина», которые внедрены на ФГУП «Научно-производственное объединение «Техномаш».

Новые наукоемкие конкурентоспособные технологические схемы формоизменяющих операций позволили уменьшить трудоемкость изготовления деталей в 1,5…2 раза, повысить удельную прочность изделий в 1,2…1,5 раз при снижении общей массы; повысить коэффициент использования металла с 0,5 до 0,9 по сравнению с существующими технологическими процессами; сократить сроки подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Образцы деталей ответственного назначения, изготавливаемые изотермической штамповкой в режиме кратковременной ползучести, представлены на рисунке 17: а - переходник из сплава Вт6С; б - обтекатель из сплава АМг6; в – заготовка детали «патрубок газовода» из сплава ВТ6С; г – переходники трубопроводов из сплавов ВТ6С, АМг6; д,е,ж – соединительные элементы трубопроводов из сплавов ВТ14, ВТ20; АМг6, Д16, 1201, ЭИ701, 12Х18Н10Т.

а

б

в

г

д

е

ж

Рисунок 17 - Детали ответственного назначения, изготавливаемые

изотермической штамповкой в режиме кратковременной ползучести

Отдельные материалы научных исследований использованы в учебном процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

В диссертации представлено решение крупной научной проблемы, имеющей важное хозяйственное значение и состоящей в развитии теории деформирования анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести с учетом анизотропии, скоростного и деформационного упрочнения, неоднородности механических свойств и в создании на ее основе научно обоснованных режимов технологических процессов изотермического обжима, раздачи, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания и изотермического формообразования элементов трубопроводов.

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

1. Разработан критерий потери устойчивости стенки анизотропной трубной заготовки, полученный на основе статического критерия устойчивости при кратковременной ползучести.

2. Разработаны математические модели операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических деталей и обратного выдавливания трубных заготовок, обладающих цилиндрической анизотропией механических свойств, в режиме кратковременной ползучести. Получены основные уравнения и соотношения для анализа операций обжима и раздачи трубных заготовок, изотермической вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей через коническую матрицу и изотермического обратного выдавливания трубных заготовок коническим пуансоном, протекающих в условиях осесимметричного нерадиального течения анизотропного материала.

3. Предложены математические модели операций изотермического прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов в режиме вязкопластического течения.

4. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования операций изотермического обжима конической матрицей и раздачи коническим пуансоном трубных анизотропных заготовок, вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей, обратного выдавливания коническим пуансоном трубных анизотропных заготовок, операций изотермического прямого и ортогонального выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов в режиме кратковременной ползучести. Предложен алгоритм расчета кинематики течения материала, напряженного и деформированного состояний, силовых режимов и предельных возможностей формообразования, а также программное обеспечение для ЭВМ.

Процессы изотермического деформирования анизотропных трубных заготовок рассмотрены для групп материалов, для которых справедливы уравнения энергетической и кинетической теорий кратковременной ползучести и повреждаемости.

5. Выявлено влияние технологических параметров, скорости перемещения пуансона, геометрии рабочего инструмента, условий трения на контактной поверхности заготовки и инструмента на кинематику течения материала, напряженное и деформированное состояния, силовые режимы, предельные возможности формообразования операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей, обратного выдавливания трубных заготовок, операций прямого и ортогонального изотермического выдавливания, выдавливания фланцевых заготовок, высадки фланцевых утолщений и формообразования законцовок трубопроводов в режиме кратковременной ползучести по различным критериям деформируемости.

Оценены предельные возможности деформирования на операциях изотермического обжима и раздачи, вытяжки с утонением стенки, обратного выдавливания толстостенных трубных анизотропных заготовок и операций изотермического формообразования элементов трубопроводов в режиме кратковременной ползучести, связанные с величиной накопленных микроповреждений , которая не должна превышать значение , величиной осевой деформации материала стенки трубной заготовки, критерием потери устойчивости трубных заготовок в виде образования складок и критерием локальной потери устойчивости в виде образования локального утонения трубной заготовки (раздача).

Показано, что в зависимости от сочетания технологических параметров, условий трения на контактных поверхностях рабочего инструмента и заготовки, механических свойств исходного материала предельные возможности формоизменения могут определяться одним или совокупностью перечисленных выше критериев устойчивого протекания рассматриваемой операции. В каждом конкретном случае необходимо проверять каждый из перечисленных выше критериев деформируемости в зависимости от эксплуатационных требований на изделие.

Установленные закономерности позволили выявить рациональные температурно-скоростные режимы деформирования высокопрочных анизотропных материалов в режиме кратковременной ползучести применительно к исследованным операциям.

6. Оценено влияние анизотропии механических свойств на напряженное и деформированное состояния заготовки, силовые режимы, неоднородность распределения эквивалентной деформации и эквивалентного напряжения в очаге деформации и предельные возможности операций изотермического деформирования осесимметричных деталей.

При изотермическом обратном выдавливании трубных заготовок рост коэффициента анизотропии от 0,2 до 2 приводит к увеличению относительной величины силы на 30…50 %. Установлено, что при увеличении коэффициента анизотропии с 0,2 до 2,0 предельная степень деформации уменьшается на 15…60 % по использованным критериям разрушения; величина неоднородности эквивалентной деформации возрастает на 20…40 %, а величина неоднородности эквивалентного напряжения - в 1,4…2,8 раза.

7. Разработаны рекомендации и созданы пакеты прикладных программ для ЭВМ по расчету технологических параметров операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок, вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей, обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов в режиме вязкого течения.

8. Экспериментально подтверждены технологические режимы операций прямого и ортогонального изотермического выдавливания и выдавливания фланцевых заготовок в режиме кратковременной ползучести, которые обеспечивают рациональные температурно-скоростные режимы деформирования.

9. Разработаны прогрессивные технологические схемы операций изотермического обжима и раздачи для изготовления конических пустотелых тонкостенных деталей «корпус» с высокими эксплуатационными характеристиками, технологические схемы изотермической глубокой вытяжки для изготовления детали «Патрубок газовода» из титанового сплава ВТ6С, технологические схемы операцией изотермического обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок для изготовления осесимметричных толстостенных полых деталей, имеющих наружные и внутренние утолщения, из алюминиевого АМг6 и титанового ВТ6С сплавов с высокими эксплуатационными характеристиками, а также наукоемкие технологические схемы операций изотермического прямого выдавливания, изотермического набора утолщений и изотермического ортогонального выдавливания для изготовления элементов трубопроводов: детали корпуса датчиковой аппаратуры, детали «переходник» и детали «крестовина» из титановых сплавов типа ВТ14, ВТ20; алюминиевых АМг6, Д16, 1420; сталей типа 12Х18Н10Т и др., которые внедрены в опытном производстве на ОАО «ТНИТИ», на ФГУП «Научно-производственное объединение «Техномаш», ФГУП «ГНПП «Сплав» и других предприятиях. Технико-экономическая эффективность наукоемких конкурентоспособных технологических схем связана с уменьшением трудоемкости изготовления деталей в 1,5…2 раза, повышением удельной прочности изделий в 1,2…1,5 раз при снижении общей массы, повышением коэффициента использования металла с 0,5 до 0,9 по сравнению с существующими технологическими процессами, сокращением сроков подготовки производства новых изделий в 2 раза.

Отдельные материалы научных исследований использованы в учебном процессе на кафедре «Механика пластического формоизменения» ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОТРАЖЕНО В ПУБЛИКАЦИЯХ

Монографии:

  1. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести: монография / А.В. Черняев [и др.]; под ред. С.С. Яковлева. М.: Машиностроение, 2009. 412 с.
  2. Черняев А.В., Яковлев С.С., Трегубов В.И. Изотермическое деформирование осесимметричных деталей в режиме кратковременной ползучести: монография / под ред. С.С. Яковлева. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 161 с.

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

  1. Черняев А.В., Логвинова С.В., Митин А.А. Предельные возможности формоизменения на первой операции вытяжки цилиндрических деталей из анизотропного материала в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2003. Часть 2. С. 210-215.
  2. Силовые режимы последующих операций изотермической вытяжки цилиндрических деталей из анизотропного материала в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2003. Вып. 1. С. 77-85.
  3. Черняев А.В., Яковлев С.С., Нечепуренко Ю.Г. Волочение труб из анизотропного материала // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2003. Вып. 2. С. 3-12.
  4. Влияние технологических параметров и анизотропии механических характеристик на силовые режимы и предельные возможности формоизменения вытяжки цилиндрических деталей в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2003. Вып. 2. С. 42-50.
  5. Силовые режимы вытяжки с утонением стенки цилиндрических деталей из анизотропного материала в режиме ползучести /
    А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2004. Вып. 1. С. 49-58.
  6. Предельные возможности вытяжки с утонением стенки анизотропного материала в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформированного твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2004. Вып. 2. С. 29 - 38.
  7. Черняев А.В., Яковлев С.С., Купор Н.В. Влияние технологических параметров на предельные возможности формоизменения последующих операций вытяжки цилиндрических деталей в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Проблемы сельскохозяйственного машиностроения. Тула: ТулГУ, 2004. Вып. 1. С. 108-112.
  8. Вытяжка цилиндрических деталей из анизотропного материала в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2005. № 1. С. 23-29.
  9. Силовые режимы первой операции комбинированной вытяжки анизотропного материала через коническую матрицу в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. Вып. 1. С. 69 - 81.
  10. Влияние анизотропии механических свойств на предельные возможности формоизменения последующих операций комбинированной вытяжки в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. 2006. Вып. 2. С. 230-235.
  11. Черняев А.В., Пилипенко О.В., Логвинова С.В. Предельные возможности формоизменения последующих операций комбинированной вытяжки анизотропных материалов в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Проблемы специального машиностроения. Тула: ТулГУ, 2006. Вып. 9. С. 145-151.
  12. Силовые режимы вытяжки с утонением двухслойных  анизотропных упрочняющихся материалов / А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Автомобильный транспорт. Тула: ТулГУ, 2006. Вып. 10. С. 250-257.
  13. Черняев А.В., Яковлев С.П., Крылов Д.В. Обжим и раздача тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала жестким инструментом в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2007. Вып. 2. С. 133-137.
  14. Черняев А.В., Яковлев С.П., Крылов Д.В. Устойчивость анизотропной трубной заготовки в виде образования складок при кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: ТулГУ, 2007. Вып. 2. С. 92-98.
  15. Черняев А.В., Яковлев С.П., Пилипенко О.В. Проектирование технологических процессов изотермической глубокой вытяжки цилиндрических деталей // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 1. С. 103-110.
  16. Черняев А.В., Яковлев С.П., Пилипенко О.В. Проектирование технологических процессов изотермической комбинированной вытяжки цилиндрических деталей // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 1. С. 55-61.
  17. Черняев А.В. Математическая модель операции вытяжки с утонением стенки толстостенных цилиндрических заготовок из анизотропных материалов в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 1. С.87-94.
  18. Черняев А.В. Предельные возможности формоизменения при обжиме тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала жестким инструментом в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 2. С. 158-163.
  19. Черняев А.В. Силовые режимы обжима тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала жестким инструментом в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 2. С. 163-169.
  20. Черняев А.В., Крылов Д.В. Предельные возможности формоизменения при раздаче тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала жестким инструментом в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 3. С. 14-19.
  21. Черняев А.В. Силовые режимы раздачи тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала жестким инструментом в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 3. С.43-49.
  22. Черняев А.В., Яковлев С.С., Крылов Д.В. Оценка влияния цилиндрической анизотропии на силовые режимы и предельные возможности формоизменения изотермического обжима трубных заготовок в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. Вып. 4. С. 76-82.
  23. Черняев А.В. Обжим и раздача тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала в режиме ползучести // Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2009. №11. С. 23-29.
  24. Ортогональное горячее выдавливание / А.В. Черняев [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении (Кузнечно-штамповочное, литейное и другие производства). 2009. №11. С. 19-22.
  25. Черняев А.В., Яковлев С.С. Математическая модель процесса обратного выдавливания толстостенных трубных заготовок из анизотропного материала в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Вып. 1. Часть 1. С. 104-116.
  26. Черняев А.В., Крылов Д.В. Оценка влияния анизотропии механических свойств материала на геометрические характеристики детали при изотермическом обжиме и раздаче трубных заготовок // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Вып. 2. Часть 2. С. 96-100.
  27. Черняев А.В. Оценка предельных возможностей обратного выдавливания толстостенных анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Вып. 3. С. 104-110.
  28. Черняев А.В., Крылов Д.В. Математическое моделирование операций обжима и раздачи цилиндрических оболочек из анизотропного материала в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ,  2009. Вып. 3. С. 120-131.
  29. Черняев А.В., Полухин Д.С. Влияние механических свойств материала на силовые режимы и предельные возможности формоизменения обратного выдавливания трубных заготовок в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Вып. 3. С. 170-177.
  30. Черняев А.В., Яковлев С.С., Полухин Д.С. Влияние цилиндрической анизотропии материала на технологические параметры обратного выдавливания трубных заготовок в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Вып. 3. С. 263-271.
  31. Черняев А.В. Обратное выдавливание толстостенных анизотропных трубных заготовок в режиме кратковременной ползучести // Кузнечно-штамповочное производство. 2010. №10. С. 13-19.
  32. Технологические параметры операции прямого изотермического выдавливания элементов трубопроводов / А.В. Черняев [и др.] // Кузнечно-штамповочное производство. 2010. №10. С. 38-42.
  33. Изотермическое выдавливание и сварка оребрений давлением в режиме кратковременной ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 1. С. 52-59.
  34. Черняев А.В., Полухин Д.С., Яковлев С.С. Влияние геометрических размеров трубной заготовки на силовые режимы и предельные возможности формоизменения обратного выдавливания в режиме ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 1. С. 70-77.
  35. Черняев А.В., Чудин В.Н., Пасынков А.А. Прямое осесимметричное выдавливание элементов трубопроводов в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 1. С. 60-69.
  36. Черняев А.В., Чудин В.Н., Брагин С.А. Плоское выдавливание фланцевых заготовок при вязко-пластичности // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 2. Часть 2. С. 29-33.
  37. Черняев А.В., Яковлев С.П., Чудин В.Н. Осесимметричное выдавливание фланцевых заготовок при вязко-пластичности // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 2. Часть 2. С. 61-69.
  38. Черняев А.В. Теоретические исследования высадки с нагревом фланцевых утолщений на арматуре трубопровод // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 2. Часть 2. С. 110-118.
  39. Черняев А.В., Пасынков А.А. Теоретические исследования операции прямого изотермического выдавливания элементов трубопроводов // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 2. Часть 2. С. 127-135.
  40. Горячее выдавливание ребер на плитах / А.В. Черняев
    [и др.] // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 2. Часть 2. С. 79-85.
  41. Черняев А.В., Перепелкин А.А., Чудин В.Н. Технологические режимы выдавливания ребер на плитах в режиме кратковременной ползучести // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 3. С. 74-79.
  42. Черняев А.В., Брагин С.А., Яковлев С.С. Технологические режимы ортогонального горячего выдавливания // Известия ТулГУ. Серия. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 3. С. 113-120.
  43. Черняев А.В. Раздача с нагревом законцовок трубопроводов // Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 3. С. 62-68.
  44. Формообразование с нагревом законцовок трубопроводов / А.В. Черняев [и др.]// Известия ТулГУ. Сер. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Вып. 3. С. 155-165.
  45. Горячая штамповка в разъёмных матрицах / А.В. Черняев [и др.] // Заготовительные производства в машиностроении. 2010. №11. С. 11-16.

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

  1. Характеристики пластического деформирования и разрушения анизотропных упрочняющихся материалов / А.В. Черняев [и др.] // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула: ТулГУ, 1998. С. 121-127.
  2. Черняев А.В., Яковлев С.П., Сидякин Е.В. Технологические параметры процесса бозоправочного волочения труб из анизотропного материала // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула: ТулГУ, 1998. С. 56-64.
  3. Черняев А.В., Яковлев С.С., Воропаев Л.П. Экспериментальные исследования процесса волочения труб на длинной оправке // Исследования в области теории, технологии и оборудования штамповочного производства. Тула: ТулГУ, 1998. С. 127-132.
  4. Черняев А.В., Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.С. Критерий локальной потери устойчивости анизотропной заготовки в условиях плоского напряженного и деформированного состояний // Сборник ТулГУ. Серия "Машиностроение". 1998. № 4. С. 226-230.
  5. Пластический изгиб бруса из анизотропного материала, разносопротивляющегося растяжению и сжатию / А.В. Черняев [и др.] // Теория, технология, оборудование и автоматизация обработки металлов давлением и резанием. Тула: ТулГУ. 1999. Вып. 2. С. 121-126.
  6. Глубокая вытяжка цилиндрических изделий из анизотропного упрочняющегося материала / А.В. Черняев [и др.] // Теория, технология, оборудование и автоматизация обработки металлов давлением и резанием. Тула: ТулГУ. 1999. Вып. 2. С. 111-119.
  7. Черняев А.В., Нечепуренко Ю.Г., Яковлев С.С. Влияние технологических параметров на ожидаемые механические свойства цилиндрических изделий при комбинированной вытяжке // Сборник научных трудов ведущих ученых технологического факультета. Тула: ТулГУ, 2000. С. 24-29.
  8. Предельные возможности формоизменения труб из анизотропного материала на длинной и короткой оправках / А.В. Черняев [и др.] // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2001. Часть 2. С. 92-101.
  9. Силовые и деформационные параметры процесса безоправочного волочения труб из анизотропного материала / А.В. Черняев [и др.] // Зб. наук. пр. «Удосконалення процесiв та обладнання обробки тиском у металургii i машинобудувананнi». Краматорськ, 2001. С. 147-151.
  10. Черняев А.В., Яковлев С.С., Трегубов В.И., Вопросы теории волочения труб из анизотропного материала // Материалы Третьей межвузовской научно-технической конференции «Фундаментальные проблемы металлургии», декабрь 2002 г. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. С. 123-130.
  11. Силовые режимы изотермической вытяжки цилиндрических деталей из анизотропного материала в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Технологические системы в машиностроении: труды Международной научно-технической конференции, посвященной памяти выдающихся ученых И.А. Коганова и С.И. Лашнева. Тула: ТулГУ, 2002. С. 412-417
  12. Черняев А.В., Яковлев С.С., Трегубов В.И. Напряженное и деформированное состояния трубы из анизотропного упрочняющегося материала при волочении на самоустанавливающейся оправке // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2002. Часть 1. С. 141-146.
  13. Черняев А.В., Яковлев С.С., Логвинова С.В. Вытяжка анизотропного материала в радиальную матрицу в режиме ползучести // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2002. Часть 1. С. 152-161.
  14. Влияние технологических параметров на ожидаемые механические свойства цилиндрических изделий при вытяжке с утонением стенки / А.В. Черняев [и др.] // Механика деформируемого твердого тела и обработка металлов давлением. Тула: ТулГУ, 2002. Часть 1. С. 287-289.
  15. Черняев А.В., Яковлев С.П., Логвинова С.В. Предельные степени деформации на последующих операциях вытяжки цилиндрических деталей из анизотропного материала в режиме ползучести // Теория и практика производства листового проката: сборник научных трудов. Часть 2. Липецк: ЛГТУ, 2003. С. 211-216.
  16. Черняев А.В., Логвинова С.В., Яковлев С.П. Моделирование последующих операций изотермической вытяжки цилиндрических деталей из анизотропного материала в режиме ползучести // Технология и машины обработки давлением. Челябинск: ЮУГУ, 2003. С. 34-40.
  17. Черняев А.В., Яковлев С.С., Трегубов В.И. Вопросы теории волочения труб из анизотропного материала // Вестник УГТУ-УПИ «Фундаментальные проблемы металлургии»: сборник материалов Третьей межвузовской научно-технической конференции, декабрь 2002 г. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2003. С. 138-140.
  18. Силовые режимы и предельные возможности формоизменения изотермической вытяжки на конических матрицах анизотропного материала в режиме ползучести / А.В. Черняев [и др.] // Прогрессивные технологии и оборудование кузнечно-штамповочного производства: сборник научных трудов Международной научно-технической конференции. М.: МГТУ «МАМИ», 2003. С. 49-56.
  19. Черняев А.В., Трегубов В.И., Яковлев С.С. Напряженное и деформированное состояния, силовые режимы при волочении труб из двухслойных материалов // Совершенствование процессов и оборудования обработки металлов давлением в металлургии и машиностроении: тематич. сб. науч. тр. Украина, Краматорск: ДДМА, 2003. С. 51-56.
  20. Черняев А.В., Яковлев С.П., Ле Куанг Хиеп. Влияние технологических параметров на силовые режимы и предельные возможности обратного выдавливания трубных заготовок из анизотропных материалов // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні (Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении) / Тематический сборник научных трудов. Украина, Краматорск: ДГМА, 2008. С. 128-131.
  21. Технологические процессы изотермической глубокой вытяжки цилиндрических деталей / А.В. Черняев [и др.] // Удосконалення процесів і обладнання обробки тиском в металургії і машинобудуванні (Совершенствование процессов и оборудования обработки давлением в металлургии и машиностроении) / Тематический сборник научных трудов. Украина, Краматорск: ДГМА, 2008. С. 225-230.
  22. Черняев А.В., Яковлев С.П., Кивер Г.В. Локальная потеря устойчивости анизотропной заготовки в условиях плоского напряженного и деформированного состояний // Прогрессивные технологии и оборудование при обработке материалов давлением: научные труды Всероссийского совещания обработчиков давлением. Ульяновск, 14-16 мая 2007 г. Ульяновск: УлГТУ, 2007. С. 33-36.
  23. Черняев А.В., Платонов В.И. Технологические режимы процесса вытяжки с утонением толстостенных цилиндрических заготовок в режиме ползучести // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматизация; проблемы, идеи, решения» (АПИР-13), 13-15 ноября 2008. Тула: ТулГУ, 2008. С. 157-160.
  24. Черняев А.В., Яковлев С.П., Крылов Д.В. Влияние технологических параметров на силовые режимы и предельные возможности операции обжима цилиндрических оболочек из анизотропных материалов в режиме ползучести // Материалы Международной научно-технической конференции «Автоматизация; проблемы, идеи, решения» (АПИР-13), 13-15 ноября 2008. Тула: ТулГУ, 2008. С. 132-135.
  25. Черняев А.В., Яковлев С.С., Крылов Д.В. Оценка влияния цилиндрической анизотропии на силовые режимы и предельные возможности формоизменения изотермической раздачи трубных заготовок в режиме ползучести // Вестник ТулГУ. Серия Актуальные вопросы механики. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. С. 152-158.
  26. Черняев А.В., Яковлев С.П., Крылов Д.В. Теоретические и экспериментальные исследования операций изотермического обжима и раздачи трубных заготовок из высокопрочных материалов // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Тула: ТулГУ, 2009. Часть II. С. 3 - 9.
  27. Черняев А.В., Яковлев С.П., Крылов Д.В. Силовые и деформационные параметры операций обжима и раздачи цилиндрических оболочек из анизотропных материалов в режиме ползучести // Материалы Международной научно-технической конференции «Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов обработки металлов давлением». Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. 2009. С. 160-163.
  28. Черняев А.В., Яковлев С.С., Полухин Д.С. Предельные возможности изотермического обратного выдавливания толстостенных анизотропных трубных заготовок // Материалы Третьей научно-технической конференции «Металлофизика, механика материалов, наноструктуры и процессы деформирования Металлдеформ-2009», 2009. Самара: СГАУ. Т2. С. 303-308.
  29. Черняев А.В., Крылов Д.В. Влияние анизотропии механических свойств материала на длину конического участка детали при изотермическом обжиме и раздаче трубных заготовок // Молодёжный вестник технологического факультета: лучшие научные работы студентов и аспирантов технологического факультета. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009. Ч.2. С. 3-7.
  30. Черняев А.В., Крылов Д.В. Технологические параметры раздачи тонкостенных цилиндрических оболочек из анизотропного материала жестким инструментом в режиме ползучести // Обработка материалов давлением (Обробка матерiалiв тиском): сборник научных трудов. Украина, Краматорск: ДГМА, №2 (21). 2009.
  31. Черняев А.В., Чудин В.Н., Пасынков А.А. Подход к анализу операции обжима и выдавливания элементов осесимметричной оболочки при кратковременной ползучести // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросы механики. Тула: Изд-во ТулГУ. 2010. Вып. 1. С. 142-147.
  32. Черняев А.В., Пасынков А.А., Чудин В.Н. Прямое изотермическое выдавливание элементов трубопроводов в условиях плоской деформации // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросы механики. Тула: Изд-во ТулГУ. 2010. Вып. 1. С. 127-133.
  33. Осесимметричное комбинированное выдавливание нелинейно вязкого материала / А.В. Черняев [и др.] // Вестник ТулГУ. Серия. Актуальные вопросы механики. Тула: Изд-во ТулГУ. 2010. Вып. 1. С. 133-142.
  34. Черняев А.В., Ларин С.Н., Деформирование анизотропного материала в условиях кратковременной ползучести // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Тула; ТулГУ, 2010. С. 31-35.
  35. Черняев А.А., Пасынков А.А., Перепелкин А.А. Экспериментальные исследования операций выдавливания заготовок и их элементов // Вестник ТулГУ. Автоматизация: проблемы, идеи, решения. Тула; ТулГУ, 2010. С. 36-41.

Подписано в печать ___.___.2011.

Формат бумаги 6084 . Бумага офсетная.

Усл. печ. л. 2,1. Уч.-изд. л. 2,0.

Тираж 100 экз. Заказ  .

Тульский государственный университет.

300012, г. Тула, просп. Ленина, 92.

Отпечатано в Издательстве ТулГУ.

300012, г. Тула, просп. 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.