ФГБОУ ВО «Российский университет транспорта (МИИТ)», Москва, Россия:

В. Н. Чудин, профессор кафедры «Сопротивление материалов и строительная механика», докт. техн. наук

ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет», Тула, Россия:
А. В. Черняев, профессор кафедры «Механика пластического формоизменения», докт. техн. наук, эл. почта: sovet01tsu@rambler.ru

АО «Конструкторское бюро приборостроения им. академика А. Г. Шипунова», Тула, Россия:
Д. М. Тесаков, инженер-конструктор

Предложены соотношения для расчета напряжений, возникающих в очаге деформации при изотермической вытяжке без утонения стенки цилиндрических изделий из плоской листовой заготовки. Определение напряжений проводится путем совместного решения уравнений равновесия и условия пластичности для плоского напряженного состояния. Материал заготовки принимается трансверсально-изотропным, деформирование осуществляется в условиях вязкопластичности. При этом учитывается деформационное упрочнение и релаксация напряжений в связи с проявлением вязкости материала в зоне нагрева. Растягивающие меридиональные напряжения определяются как сумма напряжений во фланце заготовки, напряжений, вызванных изгибом и спрямлением заготовки на радиальной поверхности матрицы, а также трением на плоскостях прижима и матрицы. Полученная информация о напряжениях во фланце позволяет оценить силовые режимы вытяжки и повреждаемость материала заготовки. На основе полученных соотношений выполнены расчеты напряжений и силы изотермической вытяжки для алюминиевого и титанового сплавов при температуре обработки 450 и 930 ^oC соответственно. Представлены зависимости силы вытяжки от скорости перемещения инструмента, которая изменялась в диапазоне от 1 до 10 мм/мин, что соответствует режиму вязкопластичности. Установлено, что в заданных температурно-скоростных условиях рассматриваемые сплавы проявляют вязкие свойства, что значительно влияет на силовой режим вытяжки. Проведено сравнение результатов расчета силы с учетом и без учета вязкости. Отмечено, что степень деформации, геометрия инструмента и анизотропия механических свойств исходного материала также оказывают существенной влияние на силу вытяжки. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании процессов вытяжки заготовок из труднодеформируемых алюминиевых и титановых сплавов, находящих применение в авиационной и космической технике, деформирование которых осуществляется в условиях вязкопластического течения.

Работа выполнена в рамках гранта по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации НШ-2601.2020.8.

1. Черняев А. В., Чудин В. Н., Тесаков Д. М. Последовательносовмещенная вытяжка заготовки при вязкопластическом деформировании // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2019. № 1. С. 3–7.
2. Чудин В. Н. Вытяжка с нагревом конической заготовки для газоформовки оболочки // Заготовительные производства в машиностроении. 2018. Т. 16. № 3. С. 113–115.
3. Кухарь В. Д., Малышев А. Н., Бессмертная Ю. В. Вытяжка низких прямоугольных коробок из профильных заготовок // Черные металлы. 2019. № 1. С. 39–42.
4. Грязев М. В., Ларин С. Н., Пасынков А. А. Анализ совмещенного процесса вытяжки и отбортовки листовых заготовок с отверстием // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка материалов давлением. 2018. № 10. С. 3–9.
5. Журавлев Г. М., Гвоздев А. Е., Золотухин В. И., Провоторов Д. А. Вытяжка с утонением анизотропного упрочняющего материала // Производство проката. 2016. № 4. С. 5–10.
6. Atul S. Takalkar, Lenin Babu Mailan Chinnapandi. Deep drawing process at the elevated temperature: A critical review and future research directions // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 2019. Vol. 27. P. 56–67.
7. Романовский В. П. Справочник по холодной штамповке. — 6-е изд., перераб. и доп. — Л. : Машиностроение, 1979. — 520 с.
8. Попов Е. А. Основы теории листовой штамповки : учеб. пособ. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 1977. — 278 с.
9. Журавлев Г. М., Чан Д. Х. Расчет повреждаемости на вытяжных операциях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 2. С. 227–236.
10. Nick M., Mannens R., Trauth D., Bergs T. Load path modelling in single-step deep drawing of rotationally symmetric cups // Procedia Manufacturing. 2019. Vol. 29. P. 520–527.
11. Rivas-Menchi A., Medellín-Castillo H. I., de Lange D. F., de J. García-Zugasti P. Performance evaluation of analytical expressions for cylindrical and rectangular deep drawing force estimation // Journal of Manufacturing Processes. 2018. Vol. 36. P. 340–350.
12. Яковлев С. П., Яковлев С. С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. — Кишинев : Квант, 1997. — 331 с.
13. Яковлев С. С., Яковлев С. П., Чудин В. Н., Трегубов В. И., Черняев А. В. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме кратковременной ползучести : монография / под ред. С. С. Яковлева. — М. : Машиностроение, 2009. — 412 с.
14. Малинин Н. Н. Прикладная теория пластичности и ползучести : учебник для студентов вузов. — М. : Машиностроение, 1968. — 400 с.
15. Демин В. А., Черняев А. В., Платонов В. И., Коротков В. А. Методика экспериментального определения механических и пластических свойств материала при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 66–73. DOI: 10.17580/tsm.2019.05.08.
16. Черняев А. В., Усенко Н. А., Коротков В. А., Платонов В. И. Определение влияния скорости деформации на сопротивление деформированию при статическом растяжении с по вышенной температурой // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 60–66. DOI: 10.17580/tsm.2019.05.07.
17. Chudin V. N. Hot stamping of conical housings with stepped internal structure // Russian Engineering Research. 2016. Vol. 36. No. 10. P. 797–799.
18. Demin V. A., Larin S. N., Riskin R. V., Rizkova A. A. Study the influence of anisotropy on the drawing cylindrical part // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 16. P. 25–28. DOI: 10.17580/cisisr.2018.02.05.
19. Ларин С. Н., Платонов В. И., Коротков В. А. Проектирование матрицы для вытяжки материалов, обладающих плоскостной анизотропией механических свойств // Цветные металлы. 2018. № 7. С. 83–87. DOI: 10.17580/tsm.2018.07.13.
20. Maja Džoja, Vedrana Cvitanić, Mohsen Safaei, Lovre Krstulović-Opara. Modelling the plastic anisotropy evolution of AA5754-H22 sheet and implementation in predicting cylindrical cup drawing process // European Journal of Mechanics – A/Solids. 2019. Vol. 77. Article 103806.
21. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Наука, 1969. — 420 с.
22. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов : учеб. для вузов. — 10-е изд., перераб. и доп. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. — 592 с.