Сборник трудов конференции Павловские чтения 2010

Подождите немного. Документ загружается.

Пленарное заседание

Рис.2. Распределение нормальных и касательных напряжений на контакте в зависимости от

фактора формы

при

Пленарное заседание

Рис.3. Распределение нормальных и касательных напряжений на контакте в зависимости от

степени деформации при

−

1000

Пленарное заседание

Рис.4. Распределение нормальных и касательных напряжений на контакте в зависимости от

скорости деформации

при

1000

Пленарное заседание

Рис.5. Распределение нормальных и касательных напряжений на контакте в зависимости от

температуры при

−

Пленарное заседание

Рис.6. Распределение нормальных и касательных напряжений на контакте для разных марок

стали при

C1000T,c10U,1.0,5h/l,3.0f

=====

−

Пленарное заседание

ЛИТЕРАТУРА

1. Чигиринский В.В. Метод решения задач теории пластичности с использованием

гармонических функций// Изв вузов. Черная металлургия.- 2009.- №5.- с. 11-16.

Чигиринский В.В. Новое решение плоской задачи теории пластичности // Научные труды

ДонНТУ, серия: Металлургия, выпуск 10 (141). Донецк. – 2008. с. 105-115.

3. Чигиринский В.В. Новый метод решения задач теории пластичности // Новые материалы

и технологии в металлургии и машиностроении. Запорожье. – 2008. -№1. – с. 57-62.

4. Аналитическое определение модели реальной пластической среды // Чигиринский В.В.,

Бичевой А.Ф., Дубина В.И., Чигиринский М.В. Вісник Національного Технічного Університету

України «Київський політехнічний інститут» Машинобудування. Київ, 2010.-№ 60.-с. 124-129.

5. Андреюк Л.В., Тюленев Г.П. // Сталь.-1972.-№9.-с. 825…828.

Пленарное заседание

УДК 621.7:539.374

ОСОБЕННОСТИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

В СОСТЯНИИ СВЕРХПЛАСТИЧНОСТИ

Смирнов Олег Михайлович, доктор технических наук, профессор

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Россия. Москва. E-

mail: olegsmirnov36@gmail.com

Аннотация. Использование режимов сверхпластичности в процессах объемной штамповки,

формовки листовых заготовок, различных специализированных процессах позволяет добиваться

беспрецедентного расширения возможностей формообразования, снижения энергоемкости

процессов формоизменения, существенной экономии металла, уменьшения объема и

трудоемкости механической обработки, повышения качества готовой продукции. В качестве

примеров рассмотрены процессы сверхпластической формовки оболочек из листовых заготовок,

получения ячеистых конструкций сверхпластической формовкой в комбинации с диффузионной

сваркой (СПФ-ДС), формовки оребренных оболочек на термоупругих прессах, объемной

штамповки крупногабаритных тонкостенных панелей на гидравлических прессах в режиме

сверхпластичности.

Ключевые слова: сверхпластичность; формовка оболочек из листовых заготовок; ячеистые

конструкции; сверхпластическая формовка в комбинации с диффузионной сваркой (СПФ-ДС);

термоупругий пресс; объемная штамповка в режиме сверхпластичности.

Способность поликристаллических материалов при определенных температурно-

скоростных условиях испытания проявлять аномально высокое удлинение (в сотни и даже тысячи

процентов) при относительно низких напряжениях течения принято называть

сверхпластичностью

. С учетом принятого в России курса на инновационное развитие

отечественной экономики сверхпластичность металлов и сплавов следует отнести к числу важных

факторов, способствующих повышению эффективности технологии металлообработки.

Использование режимов сверхпластичности в процессах объемной штамповки, формовки

листовых заготовок, различных специализированных процессах формообразования позволяет

добиваться беспрецедентного расширения возможностей этих процессов, снижения энергоемкости

процессов формоизменения, существенной экономии металла, повышения коэффициента

использования металла (КИМ) и коэффициента необрабатываемых поверхностей в результате

уменьшения или исключения припуска на механическую обработку, уменьшения объема и

трудоемкости механической обработки, повышения качества готовой продукции.

Интерес к проблеме сверхпластичности со стороны специалистов в области обработки

металлов давлением объясняется удачным комплексом технологических характеристик

сверхпластичных материалов: ресурс деформационной способности металлов в

сверхпластическом состоянии в десятки раз больше, а сопротивление деформации в несколько раз

меньше аналогичных характеристик тех же металлов в пластическом состоянии.

Чумаченко, Е.Н., Смирнов, О.М., Цепин, М.А. Сверхпластичность: материалы, теория,

технологии. Сер. «Синергетика от прошлого к будущему» – М. : КомКнига, 2005. – 320 с.; 2-е изд.:

LIBROKOM, 2009. – 320 с.

Пленарное заседание

В отдельных случаях оказывается возможным использовать при деформировании

сверхпластичных материалов нетипичные для обработки металлов давлением деформации

растяжения и кручения, которые осуществляются на более простых и экономичных по сравнению

с кузнечно-штамповочным оборудованием установках.

Наиболее перспективно использование сверхпластичности в процессах обработки

давлением малопластичных и труднодеформируемых материалов, при получении деталей особо

сложных форм с минимальными припусками на механическую обработку или без них, при

штамповке крупногабаритных деталей, возможность получения которых обычно лимитируется

номинальным усилием прессов, относящихся в этом случае, как правило, к уникальному

оборудованию.

Сверхпластичные материалы характеризуются особой структурой. Их реологическое

состояние описывается моделью вязкопластической среды с преобладанием вязкой компоненты

деформации (см. таблицу).

Тип структуры

материала

Средний

размер зерна,

мм

Температурный

интервал

деформации

/Т

пл

Диапазон

скоростей

деформации,

–1

Типичное

реологическое

состояние

Монокристалл

Размер

монокристалла

0,5–0,9

–

–10

Пластическое

Крупнозернистый > 100 0,5–0,9

–

–10

Пластическое

Среднезернистый 10

–

–100 0,5–0,9

–

–10

Вязкопластическое

Мелкозернистый 10

–

–10

–

0,5–0,8

–

–10

Вязкопластическое

Ультрамелкозернистый

–

–10

–

0,5–0,8

–

–10

–

Сверхпластическое

Субмикрозернистый 10

–

–10

–

0,5–0,9

–10

Сверхпластическое

Нанокристаллический 10

–

–10

–

0,9–0,99

–

–10

Сверхпластическое

Объемно-аморфный – 0,6–0,8

–10

Вязкое

К настоящему времени в отечественной

и зарубежной практике

получили развитие две

группы процессов, в которых сверхпластичность используется наиболее эффективно:

принципиально новые процессы формообразования, реализация которых возможна лишь

благодаря особенностям сверхпластической деформации (СПД), и традиционные процессы (в

основном, объемная изотермическая штамповка), где сверхпластичность используется для

повышения их эффективности. Разрабатываются также процессы, основанные на комбинации

различных схем деформирования как традиционных, так и специально применяемых для СПД.

Наиболее востребованными из развивающихся в настоящее время процессов обработки

давлением сверхпластичных материалов являются процессы сверхпластической (газостатической)

формовки листовых заготовок, термоупругой штамповки тонкостенных оболочек с оребрением и

объемной изотермической штамповки изделий сложной формы.

Nieh, T.G., Wadsworth, J., Sherby, O.D. Superplasticity in Metals and Ceramics. – Cambridge

University Press, 1997. – 273 p.

Сверхпластическая формовка (СПФ) листовых заготовок давлением сжатого газа в

полости матрицы или обтяжка выпуклой формы пуансона листовой заготовкой под действием

Пленарное заседание

сжатого газа, в некоторых случаях, с использованием для чистовой формовки жесткого пуансона в

сочетании с одной из названных схем имеет прототипом технологию формовки изделий из

термопластов (рис. 1).

Рис. 1

Процессы формовки полых изделий сравнительно небольшим давлением газа (0,1–1 МПа)

из листовой и трубной заготовки реализует способность сверхпластичных материалов к

удлинению в сотни и тысячи процентов без заметной локализации деформации и практически без

деформационного упрочнения при чрезвычайно малом сопротивлении деформации (Рис. 2, 3, 4, 5).

Пленарное заседание

а б

Рис. 2. Схема негативной формовки (а) и фотографии изделий (б)

а б

Рис. 3. Схема позитивной формовки (а) и фотографии изделий (б)