Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки

Приведен анализ изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) при обработке металла интенсивным пластическим деформированием (ИПД) по схеме реверсивной закрытой прошивки (РЗП). Исследование выполнено по результатам моделирования процесса с использованием конечно-элементного комплекса DEFORM-...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Физика и техника высоких давлений
Дата:	2017
Автори:	Мирошниченко, С.В., Варюхин, В.Н.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2017
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168150
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки / С.В. Мирошниченко, В.Н. Варюхин // Физика и техника высоких давлений. — 2017. — Т. 27, № 3. — С. 5-17. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-168150
record_format	dspace
spelling	Мирошниченко, С.В. Варюхин, В.Н. 2020-04-23T17:04:08Z 2020-04-23T17:04:08Z 2017 Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки / С.В. Мирошниченко, В.Н. Варюхин // Физика и техника высоких давлений. — 2017. — Т. 27, № 3. — С. 5-17. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Lm, 81.40.–z https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168150 Приведен анализ изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) при обработке металла интенсивным пластическим деформированием (ИПД) по схеме реверсивной закрытой прошивки (РЗП). Исследование выполнено по результатам моделирования процесса с использованием конечно-элементного комплекса DEFORM-2D. Выявлены особенности течения металла и развития очага ИПД при многопроходном процессе деформирования. The article presents the analysis of the change in the stress-strain state (SSS) during metal processing by severe plastic deformation (SPD) according to the reversible enclosed piercing (REP) scheme. The study is based on the simulation results with using the finite element complex DEFORM-2D. The features of the metal flow and evolution of severe deformation zone during multipass deformation process are revealed. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки Analysis of a complex stress-strain state of metal induced by severe plastic deformation by reversible enclosed piercing Article published earlier
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
title	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки
spellingShingle	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки Мирошниченко, С.В. Варюхин, В.Н.
title_short	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки
title_full	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки
title_fullStr	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки
title_full_unstemmed	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки
title_sort	анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки
author	Мирошниченко, С.В. Варюхин, В.Н.
author_facet	Мирошниченко, С.В. Варюхин, В.Н.
publishDate	2017
language	Russian
container_title	Физика и техника высоких давлений
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format	Article
title_alt	Analysis of a complex stress-strain state of metal induced by severe plastic deformation by reversible enclosed piercing
description	Приведен анализ изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) при обработке металла интенсивным пластическим деформированием (ИПД) по схеме реверсивной закрытой прошивки (РЗП). Исследование выполнено по результатам моделирования процесса с использованием конечно-элементного комплекса DEFORM-2D. Выявлены особенности течения металла и развития очага ИПД при многопроходном процессе деформирования. The article presents the analysis of the change in the stress-strain state (SSS) during metal processing by severe plastic deformation (SPD) according to the reversible enclosed piercing (REP) scheme. The study is based on the simulation results with using the finite element complex DEFORM-2D. The features of the metal flow and evolution of severe deformation zone during multipass deformation process are revealed.
issn	0868-5924
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/168150
citation_txt	Анализ сложного напряженно-деформированного состояния металла, возникающего при воздействии интенсивного пластического деформирования методом реверсивной закрытой прошивки / С.В. Мирошниченко, В.Н. Варюхин // Физика и техника высоких давлений. — 2017. — Т. 27, № 3. — С. 5-17. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
work_keys_str_mv	AT mirošničenkosv analizsložnogonaprâžennodeformirovannogosostoâniâmetallavoznikaûŝegoprivozdeistviiintensivnogoplastičeskogodeformirovaniâmetodomreversivnoizakrytoiprošivki AT varûhinvn analizsložnogonaprâžennodeformirovannogosostoâniâmetallavoznikaûŝegoprivozdeistviiintensivnogoplastičeskogodeformirovaniâmetodomreversivnoizakrytoiprošivki AT mirošničenkosv analysisofacomplexstressstrainstateofmetalinducedbysevereplasticdeformationbyreversibleenclosedpiercing AT varûhinvn analysisofacomplexstressstrainstateofmetalinducedbysevereplasticdeformationbyreversibleenclosedpiercing
first_indexed	2025-11-25T07:29:24Z
last_indexed	2025-11-25T07:29:24Z
_version_	1850507093876932608
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 © С.В. Мирошниченко, В.Н. Варюхин, 2017 PACS: 81.40.Lm, 81.40.–z С.В. Мирошниченко, В.Н. Варюхин АНАЛИЗ СЛОЖНОГО НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТАЛЛА, ВОЗНИКАЮЩЕГО ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ИНТЕНСИВНОГО ПЛАСТИЧЕСКОГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ МЕТОДОМ РЕВЕРСИВНОЙ ЗАКРЫТОЙ ПРОШИВКИ Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина Статья поступила в редакцию 30 июня 2017 года Приведен анализ изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) при обработке металла интенсивным пластическим деформированием (ИПД) по схеме реверсивной закрытой прошивки (РЗП). Исследование выполнено по результа- там моделирования процесса с использованием конечно-элементного комплекса DEFORM-2D. Выявлены особенности течения металла и развития очага ИПД при многопроходном процессе деформирования. Ключевые слова: напряженно-деформированное состояние, интенсивная пласти- ческая деформация, моделирование, реверсивная закрытая прошивка Введение Как известно, достижение больших значений накопленной деформации (ε > 6–8) в условиях высоких гидростатических давлений (P > 1 GPa) и низ- ких температур (T < 0.4Tm) вызывает существенные изменения в структуре материала и определяет создание особого комплекса его физико-меха- нических свойств [1]. Широко используемым средством, позволяющим реа- лизовать возможность пластической деформации как инструмента формиро- вания структуры широкого спектра материалов, является ИПД [2,3]. Особые перспективы в области ИПД обещает развитие технологии РЗП, предложенной как способ создания эффективных структурных состояний и высоких прочностных характеристик в крупногабаритных заготовках из различных металлов и сплавов [4]. Возможности данной технологии под- тверждаются более поздними исследованиями [5–8], использующими анало- гичную РЗП идею – Accumulative Back Extrusion (АВЕ) для формирования в сплавах AZ31 и А356 субмикрокристаллической структуры. По утвержде- нию авторов [7,8], один цикл обработки этим способом приводит к умень- шению среднего размера фрагментов в структурах сплавов до 1–2 μm, уве- личению прочностных характеристик в 1.5–2 раза при сохранении пластич- ности на уровне 7–8% и росту микротвердости более чем на 30% по сравне- нию с исходным состоянием. Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 6 Наряду с всесторонним изучением эволюции микроструктуры сплавов при многопроходном АВЕ в широком диапазоне температур [5–8] в этой се- рии работ недостаточно информации о развитии НДС в соответствующих термомеханических условиях. Результаты численного исследования АВЕ [6] показали возможность достижения высокой интенсивности (eff = 4–5) и од- нородности эквивалентных деформаций за цикл обработки. Однако модели- рование многоциклового процесса ограничено расчетом только одного цик- ла деформирования, а влияние многопроходности процесса на деформиро- ванное и напряженное состояния сплавов в работах [6,8] не показано. Особенностью метода РЗП в сравнении с АВЕ является наличие в кон- струкции для его осуществления устройства противодавления [4,9], предна- значенного для создания более благоприятной схемы напряженного состоя- ния, повышающей деформируемость материала заготовки и препятствую- щей его растрескиванию, которое наблюдается в работе [7]. Кроме того, в маршрут РЗП включена операция кантовки заготовки на 180 между цикла- ми обработки, способствующая повышению эффективности структурообра- зования [1]. По оценкам [4,9], используя РЗП, в объеме заготовки можно достичь деформированного состояния с суммарными значениями деформа- ции свыше 6 единиц. Но, как было установлено для ряда методов ИПД, уве- личение накопленной деформации сверх значений 6–8 без особых условий деформирования не приводит к дальнейшему измельчению зеренной струк- туры [10–12]. Кроме того, бесконечное наращивание деформаций ограниче- но технологической пластичностью материала, а увеличение удельных уси- лий – возможностями деформирующего инструмента. Поэтому для совер- шенствования реализуемой схемы, оценки ее возможностей и реакции ма- териала на деформационное воздействие в предлагаемой работе впервые уделено внимание особенностям развития НДС, а также влиянию на него количества проходов, кантовки заготовки между циклами и приложенного противодавления. Для получения данной информации было проведено чис- ленное моделирование процесса методом конечных элементов. Следует от- метить, что расчет впервые выполнен на основе физически-содержательной модели материала, учитывающей историю нагружения и эволюцию дисло- кационной структуры при деформации. 1. Моделирование процесса течения металла при РЗП с помощью метода конечных элементов При создании модели были приняты следующие допущения: процесс де- формации – изотермический; материал заготовки – несжимаемое жестко- пластическое изотропное тело. Расчет производили без учета массовых сил. Вычисление полей напряжений и деформаций в рамках принятых допу- щений осуществляли при помощи замкнутой системы уравнений, в которую входят уравнения равновесия (1), кинематические соотношения (2), опреде- ляющие соотношения теории пластичности Сен-Венана–Леви–Мизеса (3), Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 7 уравнение состояния деформируемого материала (4) при условии несжи- маемости материала (5): ,σ 0ij j  , (1)  , , 1 ε 2 ij i j j iv v  , (2) eff eff σ2 ε 3 ε ij ijs    , (3)  eff eff effσ σ ε ,ε ,s T  , (4) ε 0ij ij  . (5) В приведенных соотношениях ij, εij – компоненты тензоров соответ- ственно напряжений и скоростей деформации; νi , sij – компоненты соответ- ственно вектора скоростей и девиатора напряжений; σs – предел текучести материала; eff 3 2 ij ijs s  , eff 0 2 d 3 t ij ij t      , eff 2 3 ij ij      – интен- сивности соответственно напряжения, степени и скорости деформации; δij – символ Кронекера; T – температура. Для решения приведенной системы уравнений в рамках поставленной за- дачи в зоне прилипания поверхности контакта заготовки с инструментом граничные условия задавали скоростью перемещения инструмента iv (6), а в зоне скольжения металла по инструменту – смешанными граничными ус- ловиями (7), первое из которых – условие непроницаемости, второе – усло- вие трения:  ii νν , (6)  nn νν , i),( sn νfff   , (7) где nv – нормальная к поверхности компонента скорости, fτ – касательная компонента вектора напряжения, fn – напряжение нормального давления, vs – скорость скольжения инструмента по деформируемому металлу, i – еди- ничный касательный вектор, направленный в противоположную сторону от вектора скорости. На поверхности, где заданы усилия, заданные поверхностные напряжения if  накладывают ограничения на составляющие тензора напряжения в ме- талле: ij j in f   , (8) где nj – компоненты единичной нормали. Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 8 В качестве средства реализации описанной модели был выбран конечно- элементный комплекс DEFORM-2D. Исходными данными для осуществле- ния моделирования являются: геометрия заготовки и деформирующего ин- струмента, реологическая модель материала заготовки, температурные ус- ловия, величина противодавления, условия трения. Расчетная схема модели- руемого процесса представлена на рис. 1. а б в г Рис. 1. Расчетная схема процесса РЗП: а – исходное положение заготовки, б – за- крытая прошивка, в – реверсирование, г – конец цикла; 1, 2 – соответственно внут- ренний и внешний пуансоны, 3 – штамп, 4 – заготовка, 5 – выталкиватель Один цикл процесса РЗП включал 2 этапа. На первом выполняли расчет операции закрытой прошивки (ЗП) от начального положения касания (Δh = 0) внутреннего пуансона 1 с заготовкой 4 (рис. 1,а) до внедрения в нее на глубину Δh = 28 mm (рис. 1,б). При моделировании второго этапа – опе- рации реверсирования (рис. 1,в) – стартовое положение внешнего пуансона 2 определялось высотой заготовки «стакана», полученной после прошивки. Расчет останавливался, когда заготовка принимала первоначальную форму (рис. 1,г). После окончания цикла РЗП модель заготовки переворачивали на 180, и оба этапа моделирования повторяли. Полученные в конце каждого расчета поля параметров НДС использовали как исходные данные для моде- лирования следующей операции. Варьированием числа циклов обработки получали образцы с различной степенью накопленной деформации. Взаимодействие между жестким инструментом и деформируемым мате- риалом заготовки моделировали с помощью контактных поверхностей с по- казателем трения по Зибелю, равным 0.4. Скорость движения пуансонов со- ставляла V0 = 1 mm/s, заданное значение противодавления соответствовало Рb.p = 200 MPa. Температурный режим обработки T = 20С. В качестве модели материала заготовки выбран алюминиевый сплав АД1. Его реологию задавали с использованием физико-феноменологичес- кой модели пластичности, разработанной для циклических процессов де- формирования металлов, характеризующихся большими ИПД в полуцикле (ε > 0.1–0.2) и накопленными деформациями d 1 2   [13]: Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 9   2/1 eff effeff 1 av eff )exp( 1)exp()( 0                  A s b mGb , (9) где  = 0.4 – эмпирический коэффициент, m = 3.1 – фактор Тейлора для по- ликристаллов, G – модуль сдвига, b – модуль вектора Бюргерса, λav – сред- няя длина свободного пробега дислокаций после смены знака деформации; 0s – исходная скалярная плотность дислокаций в материале, A – коэффици- ент, определяемый экспериментально. Зависимость (9) была встроена в систему базы данных DEFORM-2D в табличной форме для диапазонов значений степени деформации ε = 0.01–12, скорости деформации ε = 0–6 и температуры T = 20C. 2. Анализ результатов моделирования Развитие НДС металла на стадиях РЗП изучали методом нанесения на меридиональное сечение заготовки координатной сетки с шагом 4 mm (рис. 2,а). На пересечениях линий сетки (A:E×1:9) были расставлены трасси- руемые точки, в которых считывали численные значения деформированного и напряженного состояний для дальнейшей интерпретации результатов. 2.1. Деформированное состояние Данные, полученные методом конечных элементов, сравнивали с резуль- татами эксперимента по деформированию РЗП литой заготовки из сплава АД1 диаметром 42 mm и высотой 35 mm с предварительно нанесенной де- лительной сеткой, которую по завершении каждого этапа РЗП сканировали и для наглядности переводили в графическое изображение (рис. 3). Сравне- ние координатных сеток численного (рис. 2) и натурного (рис. 3) экспери- ментов не показало существенного отличия и в целом позволило заключить, что данный метод моделирования отвечает реальному поведению металла и его можно применять для дальнейших исследований. Результаты экспериментов свидетельствуют о существенной неоднород- ности деформации как при ЗП (см. рис. 2,б), так и при реверсировании фор- мы заготовки (рис. 2,в). В ходе деформирования на обоих этапах рассматри- вали две принципиально отличающиеся зоны: 1) затрудненного деформиро- вания (застойная зона) и 2) интенсивной деформации (участок максимально- го уплотнения делительной сетки). В процессе ЗП вторая зона развивается по мере внедрения пуансона и, достигнув определенных размеров, не изме- няется по форме и величине, а движется со скоростью пуансона вдоль оси, выталкивая металл в радиальном направлении и перемещая прошитую часть вверх. Внешний контур очага деформации зависит от соотношения диамет- ров заготовки D и внутреннего пуансона d, а также от условий трения на по- верхности их контакта [14,15]. При соотношении d/D = 0.5 граница распро- Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 10 странения очага деформации в ходе операции ЗП не достигает слоев, приле- гающих к стенке штампа. а б в г д е ж з Рис. 2. Поля деформаций εeff и искажение координатной сетки в меридиональном сечении заготовки: а – координатная сетка до деформации; б, в – операции соответ- ственно ЗП и реверсирования в первом цикле обработки; г – координатная сетка после кантовки заготовки; д, е – операции соответственно ЗП и реверсирования во втором цикле обработки; ж, з – последний шаг соответственно третьего и четвер- того циклов Наличие застойной зоны в области дна внутреннего пуансона объясняет- ся влиянием сил трения на поверхности его контакта с заготовкой, причем чем больше трение между данными поверхностями, тем более явно эта зона выражена, и тем заметнее проявляется неоднородность деформации [14]. При реверсировании осадка кольцевой зоны выдавливает металл из периферийных областей к оси заготовки. Поток металла «тормозится» о зас- тойную зону, образуя у линии скольжения складку. В результате централь- ная часть заготовки сильно искажается, формируя в последующих циклах очаг суммарной сверхвысокой деформации (εeff > 9) (рис. 2,ж,з). Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 11 а б в Рис. 3. Искажение координатной сетки на трех стадиях эксперимента: а – до дефор- мации, б – в ходе операции ЗП, в – после реверсирования Приведенное искажение сетки после кантовки заготовки (см. рис. 2,г) по- казало аналогичную картину течения металла: формирование застойной зо- ны, интенсивное искажение сетки в центральной области и монотонное рас- тяжение–сжатие периферийных слоев от операции ЗП (рис. 2,д) к операции реверсирования (рис. 2,е). В застойных зонах деформации, первоначально имевшие малые значения, постепенно суммируются, достигая величин, со- измеримых с таковыми в пластических зонах периферийных слоев. Как ре- зультат, за 3–4 цикла (рис. 2,ж,з) прорабатывается практически весь объем заготовки. Количественный анализ представленных на рис. 2 данных пока- зывает, что в центральной части заготовки за один цикл обработки величина суммарной деформации εeff достигает от 2 до 4.7. За четыре цикла обработки уровень накопленной деформации по всему сечению заготовки εeff = 2.4–11. Максимальные значения эквивалентных деформаций сосредоточены в цен- тральной части, и их интенсивность снижается к периферии и торцам (рис. 4). При такой неравномерно- сти распределения деформаций от центральной области (r < 12 mm) к периферийной (r > 16 mm) не сле- дует ожидать однородного уровня свойств в получаемых заготов- ках.Однако этот факт свидетельст- вует о возможности формирования в них внутренней архитектуры типа мягкая оболочка–твердый сердеч- ник [16], поскольку величина нако- пленной деформации в приосевой Рис. 4. Распределение накопленной де- формации вдоль радиуса заготовки по- сле обработки РЗП Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 12 части заготовки, превышающая εeff = 6, вполне может обеспечить формиро- вание в этой зоне субмикрокристаллических структур в отличие от слабоде- формированных наружных слоев. При этом соотношением размеров сердечника и оболочки можно управлять, изменяя геометрию заготовки и инструмента [17]. Известно, что характер изменения физико-механических свойств металла предопределяется схемами главных деформаций [18]. Значения главных компонентов деформации 1, 2, 3 считывали в узловых точках сетки, лежащих на пересечении вертикальных (A, B, C, D, E) и горизонтальных (2, 4, 6, 8) линий (см. рис. 2,а). а б в г Рис. 5. Изменение расчетной деформации ε2 при РЗП в точках линий: а – 2, б – 4, в – 6, г – 8; I, II, III, IV – циклы деформирования Так как максимальная 1 и минимальная 3 главные деформации разнона- правлены, об изменении деформированного состояния частиц металла мож- но судить по характеру средней главной деформации 2 (рис. 5). Из рисунка видно, что на протяжении четырех циклов обработки слои центральной зо- ны заготовки подвергаются последовательному сжатию и растяжению, а пе- риферийных областей – сжатию и сдвигу, что свидетельствует о немонотон- ном характере деформации. Этот факт может способствовать формированию равноосных ультрамелких зерен [1,12,19]. Кроме того, смена направления Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 13 главных осей деформации происходит за счет реверсирования и кантовки заготовки между циклами обработки, что по данным [20,21] положительно влияет на эффективность структурообразования. 2.2. Напряженное состояние Общий характер напряженного состояния в заготовке представлен рас- пределением полей эквивалентного напряжения по Мизесу eff (рис. 6). Очаг максимальных значений eff = 150 MPa распространяется от оси к перифе- рии заготовки и перемещается совместно с внутренним пуансоном вдоль оси, не меняя формы и размера. Аналогичное распределение eff наблюдает- ся во всех последующих операциях. Области нулевых значений эквивалент- ных напряжений в стенках стакана объясняются отсутствием в них дефор- мации. Для количественной оценки влияния числа проходов на напряженное состояние на рис. 7,I приведены эпюры eff вдоль оси симметрии, внутрен- ней поверхности стенки выдавленного стакана и наружной поверхности за- готовки на стадиях установившегося течения при ЗП и реверсировании. Сопоставление эпюр eff не выявило существенных изменений этого пара- метра после нескольких проходов. а б Рис. 6. Поля эквивалентного напряжения σeff по шагам первого (а) и второго (б) циклов Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 14 I а б II а б Рис. 7. Эпюры эквивалентного eff (I) и гидростатического 0 (II) напряжений по циклам РЗП на стадиях установившегося течения операций: а – закрытой прошив- ки, б – реверсирования; 1, 2, 3, 4 – циклы деформирования Картины распределения гидростатических напряжений σ0 по этапам пер- вого и второго циклов РЗП, представленные на рис. 8, показывают, что вся область заготовки находится под воздействием сжимающих напряжений. Схема всестороннего сжатия, обеспечиваемая противодавлением, благопри- ятствует повышению деформируемости металла, особенно в приосевой зоне заготовки, для которой характерны сверхбольшие степени деформаций. Сравнение полей σ0 в первом и втором циклах не показало различия в ха- рактере их распределения. Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 15 а б Рис. 8. Поля гидростатического напряжения σ0 по шагам деформирования первого (а) и второго (б) циклов Эпюры σ0 вдоль оси симметрии, внутренней поверхности стенки выдав- ленного стакана и наружной поверхности заготовки в стадиях установивше- гося течения при ЗП и реверсировании для четырех циклов обработки при- ведены на рис. 7,II. При ЗП (рис. 7,II,а) гидростатическое давление достигает максимальных значений σ0 = (–600)–(–750) MPa в области дна внутреннего пуансона, превышая значения в периферийной области рассматриваемого сечения более чем в 3 раза. При операции реверсирования (рис. 7,II,б) зона максимальных по абсолютной величине напряжений локализована в стенке стакана, где их величина возрастает до значений σ0 = –900 MPa. Отмечена тенденция к снижению 0 при переходе от первого к последующим циклам деформирования. Максимальное (до 30%) уменьшение параметра σ0 зафик- сировано в четвертом цикле. Падение гидростатического давления может негативно отразиться на деформируемости металла. Выводы Полученные результаты численного исследования процесса РЗП позво- лили установить следующее: – величина накопленной деформации превышает уровень εeff = 6 уже пос- ле двух циклов обработки; – деформированное состояние заготовки неоднородно, величина эквива- лентной деформации по сечению заготовки после четырех циклов обработки колеблется от 2.4 до 11 единиц; – для всего объема заготовки характерна схема всестороннего сжатия, что благоприятствует повышению деформируемости металла; Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 16 – отмечена существенная неоднородность распределения напряжений по сечению заготовки на каждой операции РЗП; на стадиях установившегося течения операций ЗП и реверсирования значения гидростатического давле- ния в зонах, прилежащих к деформирующим пуансонам, в 2–3 раза выше, чем на остальных участках заготовки. Неоднородность распределения накопленной деформации вдоль оси заго- товки, возрастающая от периферии к центру, делает технологию РЗП пер- спективной для создания архитектурного материала с изменяющимися по радиусу заготовки свойствами. 1. Р.З. Валиев, ФТВД 18, № 4, 12 (2008). 2. В.В. Столяров, Вестник научно-технического развития № 4, 29 (2013). 3. Р.З. Валиев, Д.В. Гундеров, М.Ю. Мурашкин, И.П. Семенова, Вестник УГАТУ № 3, 23 (2008). 4. Пат. 46999 Україна, МПК В 21 С 25/02. Спосіб зміцнення матеріалу і пристрій для його здійснення, С.Г. Синков, В.Н. Варюхін, В.Г.Синков, О.М. Сапронов, Я.Ю. Бейгельзімер; ДонФТИ НАН України – № 2001053243; Заявл. 15.05.01; Опубл. 17.06.02, Бюл. № 6. 5. S.M. Fatemi-Varzaneh, A. Zarei-Hanzaki, Mater. Sci. Eng. 504, 104 (2009). 6. S.M. Fatemi-Varzaneh, A. Zarei-Hanzaki, M. Naderi, Ali A. Roostaei, Journal of Al- loys and Compounds 507, 207 (2010). 7. S.M. Fatemi-Varzaneh, A. Zarei-Hanzaki, Mater. Sci. Eng. 528, 1334 (2011). 8. N. Haghdadi, A. Zarei-Hanzaki, H.R. Abedi, D. Abou-Ras, M. Kawasaki, A.P. Zhi- lyaev, Mater. Sci. Eng. A651, 269 (2016). 9. С.В. Мирошниченко, В.Г. Сынков, С.Г. Сынков, Кузнечно-штамповочное произ- водство № 6, 38 (2003). 10. R.K. Islamgaliev, N.F. Yunusova, M.A. Nikitina, K.M. Nesterov, Rev. Adv. Mater. Sci. 25, 241 (2010). 11. Ф.З Утяшев, Г.И. Рааб, Кузнечно-штамповочное производство. Обработка ме- таллов давлением № 11, 13 (2008). 12. Ф.З. Утяшев, ФТВД 20, № 1, 7 (2010). 13. В.М. Грешнов, И.В. Пучкова, Вестник УГАТУ 13, № 1, 146 (2009). 14. Д.П. Кузнецов, Вестник машиностроения № 2, 40 (1959). 15. Л.Г. Прозоров, Новые исследования в области кузнечной технологии. Труды ЦНИИТМАШа, Машгиз, Москва (1950). 16. О.В. Прокофьева, С.В. Мирошниченко, Д.В. Прилепо, А.Н. Сапронов, Вестник Луганского национального университета им. В. Даля № 2, ч. 1, 219 (2017). 17. С.В. Мирошниченко, В.Г. Сынков, Обработка материалов давлением № 2, 39 (2014). 18. М.В. Сторожев, Е.А. Попов, Теория обработки материалов давлением, Ма- шиностроение, Москва (1977). 19. Ф.З. Утяшев, ФТВД 23, № 1, 45 (2013). 20. Г.И. Рааб, ФТВД 17, № 3, 89 (2007). 21. Р.З. Валиев, И.В. Александров, Наноструктурные материалы, полученные ин- тенсивной пластической деформацией, Логос, Москва (2000). Физика и техника высоких давлений 2017, том 27, № 3 17 S.V. Miroshnichenko, V.N. Varyukhin ANALYSIS OF A COMPLEX STRESS-STRAIN STATE OF METAL INDUCED BY SEVERE PLASTIC DEFORMATION BY REVERSIBLE ENCLOSED PIERCING The article presents the analysis of the change in the stress-strain state (SSS) during metal processing by severe plastic deformation (SPD) according to the reversible enclosed piercing (REP) scheme. The study is based on the simulation results with using the finite element complex DEFORM-2D. The features of the metal flow and evolution of severe deformation zone during multipass deformation process are revealed. Keywords: stress-strain state, severe plastic deformation, simulation, reversible enclosed piercing Fig. 1. Analytical model of the REP process: а – initial position of the billet, б – enclosed piercing, в – reversing, г – end of a cycle; 1 – inner plunger, 2 – outer plunger, 3 – die block, 4 – billet, 5 – pin knockout Fig. 2. The strain fields εeff and coordinate grid deformation in meridional section of the workpiece: a – coordinate grid before deformation; б, в – enclosed piercing and reversing in the first processing cycle, respectively; г – coordinate grid after the workpiece has been turned; д, е – enclosed piercing and reversing in the second processing cycle, respec- tively; ж, з – at the last step of the third and fourth cycles, respectively Fig. 3. Distortion of the grid in three stages of the experiment: a – before deformation, б – operation of enclosed piercing, в – after reversing Fig. 4. Distribution of the accumulative strain along the billet radius after the REP defor- mation Fig. 5. The variations of calculated strain ε2 during the REP at the points of the lines: а – 2, б – 4, в – 6, г – 8; I, II, III, IV – deformation cycles Fig. 6. Fields of equivalent stresses σeff at the steps of the 1st cycle (а) and the 2nd cycle (б) Fig. 7. Diagrams of the equivalent (I) and hydrostatic (II) stress for the cycles of the REP in the steady flow: а – enclosed piercing, б – reversing; I, II, III, IV – deformation cycles Fig. 8. Fields of hydrostatic stress σ0 at the steps of the 1st cycle (а) and the 2nd cycle (б) Введение Выводы S.V. Miroshnichenko, V.N. Varyukhin

Репозитарії

Схожі ресурси