Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании
Изложены результаты исследований особенностей упрочнения обрабатываемой детали при деформирующем протягивании. Полученные результаты позволяют прогнозировать качество обрабатываемой поверхности при проектировании технологических процессов, содержащих операции холодного осесимметричного пластическ...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы прочности |
|---|---|
| Datum: | 2000 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2000
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46303 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании / Ю.А. Цеханов, Е.А. Балаганская, С.Е. Шейкин // Проблемы прочности. — 2000. — № 4. — С. 54-61. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46303 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Цеханов, Ю.А. Балаганская, Е.А. Шейкин, С.Е. 2013-06-29T10:34:58Z 2013-06-29T10:34:58Z 2000 Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании / Ю.А. Цеханов, Е.А. Балаганская, С.Е. Шейкин // Проблемы прочности. — 2000. — № 4. — С. 54-61. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46303 621.735.34.001.24 Изложены результаты исследований особенностей упрочнения обрабатываемой детали при деформирующем протягивании. Полученные результаты позволяют прогнозировать качество обрабатываемой поверхности при проектировании технологических процессов, содержащих операции холодного осесимметричного пластического деформирования. Викладено результати досліджень особливостей зміцнення оброблюваної деталі при деформівному протягуванні. Отримані результати дозволяють прогнозувати якість оброблюваної поверхні при проектуванні технологічних процесів, які включають операції холодного вісесиметричного пластичного деформування. We discuss the investigated peculiarities of strengthening a machined workpiece by broaching deformation. The results obtained allow one to predict the treated surface quality at the design stage of technological processes involving operations of axisymmetric cold plastic deformation. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании Stress-Strain State of Thick-Walled Blank under Conditions of Broaching Deformation Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании |
| spellingShingle |
Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании Цеханов, Ю.А. Балаганская, Е.А. Шейкин, С.Е. Научно-технический раздел |
| title_short |
Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании |
| title_full |
Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании |
| title_fullStr |
Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании |
| title_full_unstemmed |
Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании |
| title_sort |
напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании |
| author |
Цеханов, Ю.А. Балаганская, Е.А. Шейкин, С.Е. |
| author_facet |
Цеханов, Ю.А. Балаганская, Е.А. Шейкин, С.Е. |
| topic |
Научно-технический раздел |
| topic_facet |
Научно-технический раздел |
| publishDate |
2000 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы прочности |
| publisher |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Stress-Strain State of Thick-Walled Blank under Conditions of Broaching Deformation |
| description |
Изложены результаты исследований особенностей упрочнения обрабатываемой детали при
деформирующем протягивании. Полученные результаты позволяют прогнозировать качество
обрабатываемой поверхности при проектировании технологических процессов, содержащих
операции холодного осесимметричного пластического деформирования.
Викладено результати досліджень особливостей зміцнення оброблюваної
деталі при деформівному протягуванні. Отримані результати дозволяють
прогнозувати якість оброблюваної поверхні при проектуванні технологічних
процесів, які включають операції холодного вісесиметричного пластичного
деформування.
We discuss the investigated peculiarities of
strengthening a machined workpiece by
broaching deformation. The results obtained
allow one to predict the treated surface quality
at the design stage of technological processes
involving operations of axisymmetric cold
plastic deformation.
|
| issn |
0556-171X |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46303 |
| citation_txt |
Напряженно-деформированное состояние толстостенной заготовки при деформирующем протягивании / Ю.А. Цеханов, Е.А. Балаганская, С.Е. Шейкин // Проблемы прочности. — 2000. — № 4. — С. 54-61. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT cehanovûa naprâžennodeformirovannoesostoânietolstostennoizagotovkiprideformiruûŝemprotâgivanii AT balaganskaâea naprâžennodeformirovannoesostoânietolstostennoizagotovkiprideformiruûŝemprotâgivanii AT šeikinse naprâžennodeformirovannoesostoânietolstostennoizagotovkiprideformiruûŝemprotâgivanii AT cehanovûa stressstrainstateofthickwalledblankunderconditionsofbroachingdeformation AT balaganskaâea stressstrainstateofthickwalledblankunderconditionsofbroachingdeformation AT šeikinse stressstrainstateofthickwalledblankunderconditionsofbroachingdeformation |
| first_indexed |
2025-11-26T02:44:54Z |
| last_indexed |
2025-11-26T02:44:54Z |
| _version_ |
1850608806587793408 |
| fulltext |
УДК 621.735.34.001.24
Н апряж енно-деф ормированное состояние толстостенной
заготовки при деформирующем протягивании
Ю . А. Ц еханов3, Е. А. Б а л а г а н с к а я 6, С. Е. Ш ей ки н в
а Воронежская государственная технологическая академия, Воронеж, Россия
6 Воронежский государственный технический университет, Воронеж, Россия
в Институт сверхтвердых материалов НАН Украины, Киев, Украина
Изложены результаты исследований особенностей упрочнения обрабатываемой детали при
деформирующем протягивании. Полученные результаты позволяют прогнозировать ка
чество обрабатываемой поверхности при проектировании технологических процессов, со
держащих операции холодного осесимметричного пластического деформирования.
Деформирующее протягивание толстостенных труб является много
ступенчатым и осуществляется с малыми натягами [1]. Инструмент, приме
няемый для выполнения данной операции, работает в чрезвычайно жестких
условиях (высокое контактное давление). При использовании деформи
рующего инструмента с износостойким покрытием его стойкость опреде
ляется не только радиальной силой, но и характером распределения кон
тактных давлений [2]. Вследствие того что толстостенные детали обра
батываются, как правило, с малыми натягами, исследовать эксперимен
тально характер распределения контактных давлений не представляется
возможным. Поэтому разработка теоретических методов исследования на
пряжений в контактной зоне является чрезвычайно актуальной.
Кроме того, для оценки и прогнозирования долговечности деталей,
работающих при переменных нагрузках [3], важно знать такой параметр
качества поверхностного слоя, как ресурс использованной пластичности.
Деформированное состояние в контактной зоне можно считать плоским
[4]. К такой же схеме сводятся и многие другие виды пластического про
тягивающего деформирования (ППД): редуцирование, обкатка, выглажи
вание и др.
Если в пластической области деформируемой заготовки известно рас
пределение интенсивности напряжений о по глубине, то задача становится
статически определимой [5]. М етодом измерения твердости [4] исследо
валось упрочнение поверхностного слоя. Для этого процесс деформиро
вания прекращался в установившейся стадии, образец разрезался по мери
диональной плоскости и под нагрузкой 200 Г в узлах сетки с шагом 0,5 мм
измерялась микротвердость. По тарировочному графику микротвердость -
интенсивность напряжений определялось о {. Установлено, что уже после
третьего цикла деформирующего протягивания параметры упрочнения за
готовки практически изменяются лишь по глубине поверхностного слоя, не
изменяясь вдоль оси заготовки (рис. 1).
Рассмотрим решение задачи о расчете напряжений в контактной зоне,
когда о { изменяется по глубине в соответствии с некоторым законом
о I = о { (у ). Анализ экспериментально полученных закономерностей упроч-
© Ю. А. ЦЕХАНОВ, Е. А. БАЛАГАНСКАЯ, С. Е. ШЕЙКИН, 2000
54 Й'ОТ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, N 4
Напряж енно-деформированное состояние толстостенной заготовки
нения [1, 4] показал, что точнее всего они аппроксимируются степенным
полиномом
к = а (—у )3 + Ь( —у )2 + с(—у ) + й , (1)
где а , Ь , с , й - коэффициенты аппроксимации; к = о * / д/3 - постоянная
пластичности.
Рис. 1. Изолинии интенсивности напряжений упрочненного поверхностного слоя заготовки
из стали 45 твердостью НВ 190 при многоцикловом деформирующем протягивании.
В соответствии с экспериментальными данными [1, 4] примем сле
дующую расчетную схему. Из-за малости применяемых на практике углов
конусности деформирующего элемента (у и = 4...10 град) и использования
высокоэффективных технологических смазок, значительно уменьшающих
трение, можно рассмотреть давление инструмента на полуплоскость (без
трения, рис. 2 ,а) с известным распределением интенсивности по глубине:
д а 7
а 7 = а 7( у ) ; — =
дх
Соотношения для гидростатического давления а на линиях скольжения
а и в имеют вид [5]
й о — 2 кй ® = - — й х , й о + 2 кй ® = — й х ,
ду ду (2)
где 0 - угол наклона линии скольжения а к оси х ; tg 0 = — .
йх
Пластическая область делится на три зоны: зона I - ОБА; зона I I - ОВС;
зона III - О С В .
Для определения гидростатического давления в любой /-й точке не
обходимо интегрировать выражение (2) вдоль положительного направления
оси а :
дк
о = о і — 2 Г кй 0 + Г — й х .
* 1 •' •' ду (3)
1
0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 4 55
Ю. А. Цеханое, Е. А. Балаганская, С. Е. Шейкин
Рис. 2. Расчетная схема (а); распределение о (б) и ох (е) при неравномерном упрочнении;
о (г) для идеально пластического тела.
Как показано в [6, 7], точное решение задачи отличается от прибли
женного [5], основанного на использовании сетки линий скольжения А В С Б
(рис. 2 ,а), полученной при давлении ш тампа на пластически однородное
полупространство. Как и в работе [5], используем именно такой инже
нерный подход. В [6] отмечена его достаточная точность. Отметим также,
что в соответствии с теоретическим анализом данной задачи [6 , 7] и экспе
риментальными результатами [4] пластическая область при деформиру
ющем протягивании не симметрична, а отвечает случаю “бокового выдав
ливания“ материала заготовки (перед инструментом).
Интегрированием выражения (3) с учетом аппроксимации (1) для каж
дой зоны пластической области (рис. 2 ,а) получены соотношения для гидро
статического давления. Вывод этих соотношений для краткости опускается.
56 /б'Ж 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 4
Напряж енно-деформированное состояние толстостенной заготовки
Для всех точек одной a -линии гидростатическое давление удобно вы
разить через параметр x k (рис. 2 ,а), соответствующий расстоянию от на
чала контакта до точки пересечения этой линии с поверхностью контакта.
Зон а I.
0 = 0 1 — a ( x k — x )3 - b ( x k — x )2 - с (x k — x ) . (4)
Зон а II.
0 = 0 5 — 1,76 a x \ C — 2 b x 1B — 2,12 c x kA — 2Dkmax, (5)
где
A = 0,71 — sin 0 ;
B = 0,64 — 0 ,5 0 — 0,25sin 0 ;
C = 0,47 — sin 0 + 0,33sin 0 3 ; (6)
D = 0,78 — 0 .
Зон а III.
0 = 0 3 — k 3 + k n ,
где 0 3 - гидростатическое давление на границе зон I I и III; k 3 - постоянная
пластичности на границе зон I I и III; k n - постоянная пластичности в
рассматриваемой точке, определяется из соотношения (1).
Приведем соотношения для вычисления 0 на границах пластических
зон:
0 1 = k max; (7)
0 5 = 01 — 0,12 a x l — 0,25 b x f — 0,5 c x k ; (8)
о з = о ! — 3,14 ктах — 2,21о*£ — 2,82 Ь хк — 3,5 с х к . (9)
Гидростатическое давление на поверхности имеет вид
о 4 = о 1 — 3,14 к тах — 2,33 ахкЗ — 3,07 — 4сх^. (10)
Компоненты тензора напряжений вычисляются по известным формулам:
о х = о — к 8ш 2 0 ;
•0 y = 0 + k s in2 0 ; ( 11)
,т xy = k cos2 0 .
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 4 57
Ю. А. Цеханов, Е. А. Балаганская, С. Е. Ш ейкин
В качестве примера приведены изолинии относительного гидростатиче
ского давления о / kmax (рис. 2,6 и осевого напряжения о x / kmax (рис. 2 ,в),
рассчитанные по предложенному решению для случая k max / к min = 2 со
следующими коэффициентами аппроксимации: a = — 0,04167, b = 0,23472,
c = — 0,69305, d = 1 что примерно соответствует пятому циклу деформиро
вания (последовательному прохождению пятого деформирующего элемен
та). На рис. 2,г для сравнения показано распределение гидростатического
давления для случая к = к max = const (т.е. для идеально пластичного мате
риала заготовки). Как видно, характер изменения к вносит значительные
изменения в характер напряженного состояния поверхностного слоя заго
товки.
Из выражений (10) и (11) видно, что контактное о п = о у и осевое о x
напряжения на поверхности инструмента составляют:
о n = -5 ,1 4 kmax — 2,33 a x 3 — 3,07 b x f — 4cxk; (12)
о x = —3,14 kmax — 2,33 a x '3 — 3,07 b x к — 4 c x k . (13)
Эпюры напряжений, рассчитанных по этим формулам, показаны на
рис. 3 сплошными линиями. Ш триховой линией показано а п (рис. 3 ,6 ), рас
считанное по точному решению [6]. Как видно, различие не превышает 6%.
Точная сетка линий скольжения согласно [6] для рассмотренного случая
упрочнения изображена штриховой линией А ^ Б ^ С на рис. 2,а . Следо
вательно, полученное инженерное решение вполне приемлемо.
Рис. 3. Напряженно-деформированное состояние заготовки на контактной поверхности.
Эпюры: о (а), оп (6), Ox (в), п (г), Л<% (Ф, ^ (е).
58 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 4
Напряж енно-деформированное состояние толстостенной заготовки
Из полученного решения видим, что переменное по глубине упроч
нение поверхностного слоя приводит к тому, что максимум контактных
давлений на инструмент находится в начальной точке контакта, а затем по
ширине контакта уменьшается. Следует подчеркнуть, что данная законо
мерность проявляется лиш ь при обработке с малыми натягами заготовок с
бесконечной толщиной стенки, когда деформацию в приконтактной области
можно считать плоской. Такие же закономерности изменения нормальных
контактных давлений отмечены в работах [6 , 7]. Для более тонкостенных
заготовок, наоборот, нормальные контактные давления увеличиваются от
начала к концу зоны контакта [8].
Деформированное состояние в контактной зоне исследовали экспери
ментально методом делительных сеток [4]. Установлено, что деформиро
ванное состояние в контактной зоне не зависит от обрабатываемого мате
риала и числа циклов деформирования, а также от величины натяга и
определяется лишь геометрией рабочей части деформирующего инстру
мента. Наиболее интенсивно накопление интенсивности деформаций е 0
происходит в самом начале контакта (рис. 3,д). Для угла конусности инстру
мента у и = 5 град приращение e о на обрабатываемой поверхности за один
цикл деформирования равно Д еm x = 0,24, а для у и = 10 град Д е0aax = 0,39.
На участке перед инструментом накопленная за один цикл деформи
рования интенсивность деформаций е0 оказалась примерно равной
Д еmax /2,5.
Как видно из формулы (10), коэффициент жесткости напряженного
состояния (п = 3<7 / о 0 ) на контактной поверхности можно вычислить по
формуле
3о л/3 о д/з з 2
П = ----= ^ Г - = k ------1—4,14k max - 2,33 a x k — 3,07 b x k — 4 c x k ) . (14)
0 i k k max
Эпюра изменения значения п вдоль обрабатываемой поверхности по
казана на рис. 3,г. Перед инструментом оно составляет п = —1,73. Из ри
сунка видно, что под контактной поверхностью материал находится в усло
виях сильного объемного сжатия, что увеличивает пластичность дефор
мируемого материала. М аксимальное объемное сжатие наблюдается в са
мом начале контакта, где п = — 7,16.
В качестве параметра пластичности был выбран известный критерий
Колмогорова - ресурс использованной пластичности W. Расчеты показали,
что на втором участке под контактной поверхностью из-за высокой степени
сжатия в начале контактной зоны и малой интенсивности деформаций в ее
конце возрастания W практически не происходит. Практически весь ресурс
W накоплен перед инструментом (рис. 3 ,е) при постоянном значении
П = —1,73. Следовательно, для его расчета можно использовать простую
зависимость, вытекающую из критерия пластичности Колмогорова:
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 4 59
Ю. А. Цеханов, Е. А. Балаганская, С. Е. Шейкин
т Д ё Г х N
^ = --------0-----------, (15)
2,5 ё Пр ( 1,73) ( 5)
где е Пр (—1,73) - пластичность материала при сжатии в условиях плоской
деформации; N - число циклов деформирования.
Экспериментальное исследование поверхностного слоя при деформи
рующем протягивании [1] подтверждает, что разрушение начинается с обра
зования поверхностных микротрещин с последующим разрушением поверх
ности - “шелуш ением”.
Предложенный метод применим лиш ь для случаев деформирующего
протягивания существенно толстостенных заготовок. Он позволяет оценить
пластичность слоев, которые лежат глубже первичного слоя текстуры, воз
никающей вследствие сжатия микронеровностей, и практически может
представлять интерес при определении толщины слоя, удаляемого при
черновых операциях и имеющего недопустимо малый ресурс остаточной
пластичности. На основании выполненных исследований механики дефор
мированного поверхностного слоя изучены основные законы его напря
женного состояния и предложен способ оценки пластичности поверхности,
обработанной многоцикловым деформирующим протягиванием.
При многоцикловом деформирующем протягивании толстостенных за
готовок получена инженерная теоретическая модель напряженного состо
яния в зоне контакта инструмента с обрабатываемой деталью. Установлено,
что неравномерное по глубине упрочнение поверхностного слоя приводит к
неравномерному распределению контактных давлений, т.е. контактное дав
ление уменьшается от начала к концу зоны контакта, а основной рост
ресурса использованной пластичности происходит перед инструментом при
постоянном коэффициенте жесткости п = —1,73. На основании анализа на
пряженного состояния в контактной зоне получена простая инженерная
формула для определения одного из параметров качества - ресурса ис
пользованной пластичности ^ по критерию Колмогорова.
Р е з ю м е
Викладено результати досліджень особливостей зміцнення оброблюваної
деталі при деформівному протягуванні. Отримані результати дозволяють
прогнозувати якість оброблюваної поверхні при проектуванні технологіч
них процесів, які включають операції холодного вісесиметричного пластич
ного деформування.
1. Р о зе н б е р г О. А . М еханика взаимодействия инструмента с изделием при
деформирующем протягивании. - Киев: Наук. думка, 1981. - 288 с.
2. Р о зе н б е р г О. А ., Ц ехан ов Ю . А., Ш ейкин С. Е., П олот няк С. Б.
Повышение работоспособности деформирующих протяжек с износо
стойкими покрытиями // Сверхтвердые материалы. - 1990. - Вып. 2. -
С. 32 - 39.
60 ІББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 4
Напряж енно-деформированное состояние толстостенной заготовки
3. С ол овьев О. В. Предельные технологические параметры при дефор
мирующем протягивании: Дис. ... канд. техн. наук. - Воронеж, 1985. -
203 с.
4. Р ост оцки й Ю . С. Работоспособность рабочих элементов протяжек,
упрочненных электроискровым легированием: Дис. ... канд. техн.
наук. - Киев, 1992. - 194 с.
5. К узн ец ов А. И . Плоская деформация неоднородных пластических тел //
Вестн. Ленинград. гос. ун-та. - 1958. - № 3. - С. 103 - 108.
6 . Д р уя н о в Б. А . Вдавливание жесткого штампа в толстую неоднородную
полосу // Изв. АН СССР. М еханика и машиностроение. - 1959. - № 3. -
С. 161 - 166.
7. О льш ак В., Р ы хлевски й Я ., У рбановский В. Теория пластичности не
однородных тел. - М.: Мир, 1964. - 82 с.
8 . Ц ехан ов Ю . А . М еханика процесса деформирующего протягивания:
Дис. ... канд. техн. наук. Воронеж, 1974. - 164 с.
Поступила 22. 12. 98
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 4 61
|