Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением

Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением

Методом жестких блоков исследовано равноканальное угловое прессование (РКУП) идеально пластичного материала и материала с деформационным упрочнением. Для идеально пластичного материала зависимости относительного давления РКУП и суммарного сдвига от фактора трения хорошо согласуются с результатами ан...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:
Bibliographische Detailangaben
Datum:2009
Hauptverfasser: Лаптев, А.М., Периг, А.В., Подлесный, С.В.
Format: Artikel
Sprache:Russian
Veröffentlicht: Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2009
Online Zugang:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5974
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:Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением / А.М. Лаптев, А.В. Периг, С.В. Подлесный // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 2. — С. 118-123. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-5974
record_format dspace
spelling Лаптев, А.М.
Периг, А.В.
Подлесный, С.В.
2010-02-12T17:52:54Z
2010-02-12T17:52:54Z
2009
Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением / А.М. Лаптев, А.В. Периг, С.В. Подлесный // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 2. — С. 118-123. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
0868-5924
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5974
Методом жестких блоков исследовано равноканальное угловое прессование (РКУП) идеально пластичного материала и материала с деформационным упрочнением. Для идеально пластичного материала зависимости относительного давления РКУП и суммарного сдвига от фактора трения хорошо согласуются с результатами анализа по методу линий скольжения. Приведен пример определения параметров прессования меди как упрочняющегося материала. Установлено, что упрочнение способствует появлению относительно большой застойной зоны и некоторому снижению суммарного сдвига при малых и средних значениях фактора трения. С дальнейшим ростом трения влияние упрочнения на размер застойной зоны и сдвиг заметно уменьшается.
Методом жорстких блоків досліджено рівноканальне кутове пресування (РККП) ідеально пластичного матеріалу і матеріалу з деформаційним зміцненням. Для ідеально пластичного матеріалу залежності відносного тиску РККП і сумарного зсуву від фактору тертя добре узгоджуються з результатами аналізу за методом ліній ковзання. Наведено приклад визначення параметрів пресування міді як матеріалу, що зміцнюється. Встановлено, що зміцнення сприяє появі відносно великої застійної зони і деякому зниженню сумарного зсуву при малих і середніх значеннях фактору тертя. З подальшим зростанням тертя вплив зміцнення на розмір застійної зони і зсув помітно зменшується.
The equal-channel angular pressing (ECAP) of both ideally plastic and strain-hardening materials was investigated by rigid blocks method. The dependences of relative ECAP pressure and summary shear on friction factor for ideally plastic material are in good agreement with results of slip line analysis. An example of pressing parameters determination for copper as strain-hardening material is presented. It was found that strain hardening promotes appearance of relatively large dead zone and some decrease of summary shear at small and mean values of friction factor. With further increase of friction the influence of strain hardening on dead zone dimension and shear substantially decreases.
ru
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
Механіка рівноканального кутового пресування матеріалу з деформаційним зміцненням
Mechanics of equal-channel angular pressing of strain-hardening material
Article
published earlier
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
title Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
spellingShingle Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
Лаптев, А.М.
Периг, А.В.
Подлесный, С.В.
title_short Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
title_full Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
title_fullStr Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
title_full_unstemmed Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
title_sort механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением
author Лаптев, А.М.
Периг, А.В.
Подлесный, С.В.
author_facet Лаптев, А.М.
Периг, А.В.
Подлесный, С.В.
publishDate 2009
language Russian
publisher Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
format Article
title_alt Механіка рівноканального кутового пресування матеріалу з деформаційним зміцненням
Mechanics of equal-channel angular pressing of strain-hardening material
description Методом жестких блоков исследовано равноканальное угловое прессование (РКУП) идеально пластичного материала и материала с деформационным упрочнением. Для идеально пластичного материала зависимости относительного давления РКУП и суммарного сдвига от фактора трения хорошо согласуются с результатами анализа по методу линий скольжения. Приведен пример определения параметров прессования меди как упрочняющегося материала. Установлено, что упрочнение способствует появлению относительно большой застойной зоны и некоторому снижению суммарного сдвига при малых и средних значениях фактора трения. С дальнейшим ростом трения влияние упрочнения на размер застойной зоны и сдвиг заметно уменьшается. Методом жорстких блоків досліджено рівноканальне кутове пресування (РККП) ідеально пластичного матеріалу і матеріалу з деформаційним зміцненням. Для ідеально пластичного матеріалу залежності відносного тиску РККП і сумарного зсуву від фактору тертя добре узгоджуються з результатами аналізу за методом ліній ковзання. Наведено приклад визначення параметрів пресування міді як матеріалу, що зміцнюється. Встановлено, що зміцнення сприяє появі відносно великої застійної зони і деякому зниженню сумарного зсуву при малих і середніх значеннях фактору тертя. З подальшим зростанням тертя вплив зміцнення на розмір застійної зони і зсув помітно зменшується. The equal-channel angular pressing (ECAP) of both ideally plastic and strain-hardening materials was investigated by rigid blocks method. The dependences of relative ECAP pressure and summary shear on friction factor for ideally plastic material are in good agreement with results of slip line analysis. An example of pressing parameters determination for copper as strain-hardening material is presented. It was found that strain hardening promotes appearance of relatively large dead zone and some decrease of summary shear at small and mean values of friction factor. With further increase of friction the influence of strain hardening on dead zone dimension and shear substantially decreases.
issn 0868-5924
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/5974
citation_txt Механика равноканального углового прессования материала с деформационным упрочнением / А.М. Лаптев, А.В. Периг, С.В. Подлесный // Физика и техника высоких давлений. — 2009. — Т. 19, № 2. — С. 118-123. — Бібліогр.: 7 назв. — рос.
work_keys_str_mv AT laptevam mehanikaravnokanalʹnogouglovogopressovaniâmaterialasdeformacionnymupročneniem
AT perigav mehanikaravnokanalʹnogouglovogopressovaniâmaterialasdeformacionnymupročneniem
AT podlesnyisv mehanikaravnokanalʹnogouglovogopressovaniâmaterialasdeformacionnymupročneniem
AT laptevam mehaníkarívnokanalʹnogokutovogopresuvannâmateríaluzdeformacíinimzmícnennâm
AT perigav mehaníkarívnokanalʹnogokutovogopresuvannâmateríaluzdeformacíinimzmícnennâm
AT podlesnyisv mehaníkarívnokanalʹnogokutovogopresuvannâmateríaluzdeformacíinimzmícnennâm
AT laptevam mechanicsofequalchannelangularpressingofstrainhardeningmaterial
AT perigav mechanicsofequalchannelangularpressingofstrainhardeningmaterial
AT podlesnyisv mechanicsofequalchannelangularpressingofstrainhardeningmaterial
first_indexed 2025-11-25T21:05:35Z
last_indexed 2025-11-25T21:05:35Z
_version_ 1850548495052701696
fulltext Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2 118 PACS: 81.40.Ef А.М. Лаптев, А.В. Периг, С.В. Подлесный МЕХАНИКА РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ МАТЕРИАЛА С ДЕФОРМАЦИОННЫМ УПРОЧНЕНИЕМ Донбасская государственная машиностроительная академия ул. Шкадинова, 72, г. Краматорск, 84313, Украина E-mail: laptev@dgma.donetsk.ua Методом жестких блоков исследовано равноканальное угловое прессование (РКУП) идеально пластичного материала и материала с деформационным упроч- нением. Для идеально пластичного материала зависимости относительного дав- ления РКУП и суммарного сдвига от фактора трения хорошо согласуются с ре- зультатами анализа по методу линий скольжения. Приведен пример определения параметров прессования меди как упрочняющегося материала. Установлено, что упрочнение способствует появлению относительно большой застойной зоны и не- которому снижению суммарного сдвига при малых и средних значениях фактора трения. С дальнейшим ростом трения влияние упрочнения на размер застойной зоны и сдвиг заметно уменьшается. Введение Равноканальное угловое прессование является одним из современных ме- тодов получения материалов с ультрадисперсной кристаллической структу- рой и уникальными свойствами [1]. Метод РКУП основан на одно- или мно- гократном деформировании заготовки в штампе с двумя пересекающимися каналами одинакового поперечного сечения (рис. 1,а), что позволяет накопить значительную деформацию сдвига и существенно уменьшить размер зерен. Для изучения механики деформирования при РКУП использовали методы линий скольжения, верхней оценки и конечных элементов [2–4]. На примере исследования РКУП идеально пластичного материала нами была показана возможность применения для таких целей метода жестких блоков [5]. В на- стоящей работе анализ РКУП этим методом распространен на случай прес- сования материалов с деформационным упрочнением. Изучено влияние упрочнения на образование и характер развития застойной зоны, примы- кающей к внешнему углу штампа, и на величину суммарного сдвига. Приве- ден пример расчета давления прессования при разных уровнях контактного трения. Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2 119 Общий теоретический анализ В соответствии с методом жестких блоков [6] разобьем плоскую модель за- готовки на четыре жестких блока, как показано на рис. 1,б. Будем рассматри- вать процесс РКУП как результат взаимного перемещения блоков 1–3 относи- тельно друг друга. Предположим также возможность образования симметрич- ной застойной зоны в виде жесткого треугольного блока 4, примыкающего к внешнему углу штампа. Отметим, что допущение о формировании асиммет- ричной застойной зоны приводит к нарушению положения о несжимаемости прессуемого материала. Годограф скоростей, соответствующий принятому раз- биению на блоки, приведен на рис. 1,в. Высоту застойной зоны определим как h = ax, где а – ширина каналов, x ∈ [0; 1] – относительная высота застойной зо- ны. Напряжение трения τf на участках контакта прессуемого материала и сте- нок штампа AG и BF будем учитывать согласно закону Зибеля: а б в Рис. 1. Принципиальная схема РКУП (а), разбивка на блоки (б) и годограф скоростей (в) Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2 120 τf = 2mk, (1) где m ∈ [0; 0.5] – фактор трения, 3sk = σ – постоянная пластичности. Для упрочняемого материала при заданной разбивке на жесткие блоки уравнение баланса мощностей внешних и внутренних сил имеет вид [ ] [ ] [ ]1 4 1 2 1 2 1 2 2 3 2 3 2 3 2 4 2 4 2 4paV k l V k l V k l V− − − − − − − − − −= + + + ( ) 1 42 AG AG BF BFm k l k l V −+ + , (2) где p – давление прессования; V1–4 – скорость металла во входном и в вы- ходном каналах штампа; li–j – длины общих границ блоков i и j; [Vi–j] – ско- рости их относительного перемещения; ki–j, kAG и kBF – постоянные пластич- ности на границах блоков соответственно i–j, AG и BF. Деформация сдвига на линии разрыва скоростей i–j определяется по формуле [ ] n i j i j i jV V− − −γ = , (3) где n i jV − – составляющая вектора скорости перемещения на линии разрыва скоростей li–j, перпендикулярная к этой линии [6]. Из годографа на рис. 1,в и соотношения (3) находим 2 1 2 2 3 1 (1 ) 2 x x− − + − γ = γ = γ = − . (4) Суммарная деформация сдвига γs состоит из деформаций сдвига на линиях разрыва скоростей l1–2 и l2–3, т.е. 1 2 2 3 2s − −γ = γ + γ = γ . (5) Для учета упрочнения определим значения постоянных пластичности на поверхностях разрыва скоростей li–j в зависимости от усредненной величины эквивалентной деформации εi–j, которая связана с деформацией сдвига соот- ношением 2 3 i j i j− γ + γ ε = , (6) где γi и γj – деформации сдвига, накопленные блоками i и j [6]. Так, 1 2 (2 3)−ε = γ , 2 3 3 (2 3)−ε = γ и 2 4 (2 3)−ε = γ ; εAC = 0 и 2 3DBε = γ . Найденные значения необходимо подставить в формулу, описывающую де- формационное упрочнение, например 0 ( )n i j i jk k A− −= + ε , (7) где k0, A и n – постоянные коэффициенты, характеризующие вид кривой упроч- нения. В частности, для меди М4 k0 = 46.2 MPa, A = 213.6 MPa и n = 0.41 [7]. Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2 121 Согласно методу верхней оценки наилучшее приближение действитель- ных значений давления РКУП и сдвига соответствует минимальной величи- не p в формуле (2). В случае идеально пластичного материала постоянная пластичности k на границах всех блоков одинакова, что позволяет преобразовать уравнение (2) к виду [ ] [ ] [ ]( ) ( )1 4 1 2 1 2 2 3 2 3 2 4 2 4 1 42 AG BFpaV k l V l V l V mk l l V− − − − − − − −= + + + + . (8) Анализ выражения (8) с учетом соотношений между отрезками li–j и ско- ростями [Vi–j], найденными из рис. 1,б и в, показывает, что минимум давле- ния p в этом случае достигается при 22 1 2 x m = − + . (9) Обсуждение результатов и пример расчета Рассмотрим вначале результаты для идеально пластичного материала. На рис. 2 показаны полученные по формулам (4), (5), (8) и (9) зависимости от- носительного давления прессования p/2k и суммарного сдвига 2γ от фактора трения. Также приведены соответствующие зависимости, найденные мето- дом линий скольжения [2]. Отметим хорошее соответствие результатов, по- лученных методами жестких блоков и линий скольжения. Далее приведем пример расчета параметров РКУП для упрочняющегося материала – меди М4. Сначала при различных значениях параметра x, изме- няющихся от 0 до 1, по формулам (4) и (6) определим усредненные эквива- лентные деформации на границах блоков. Затем по формуле (7) рассчитаем соответствующие значения постоянной пластичности. После этого для за- данного значения фактора трения m из формулы (2) найдем значения давле- ния прессования p в функции параметра x. В качестве наилучшего прибли- жения реальных величин выберем минимальное значение p и соответст- вующее ему значение x. Таким образом, найдем относительную высоту за- стойной зоны x и затем по формулам (4) и (5) – суммарную деформацию сдвига. а б Рис. 2. Зависимости относительного давления (а) и суммарного сдвига (б) от фак- тора трения, рассчитанные методами линий скольжения (–○–) и жестких блоков (–●–) для идеально пластичного материала Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2 122 а б Рис. 3. Зависимости относительной высоты застойной зоны (а) и суммарного сдви- га (б) от фактора трения для идеально пластичного (–●–) и упрочняющегося (–○–) материалов На рис. 3 представлены получен- ные зависимости относительной вы- соты застойной зоны и суммарного сдвига от фактора трения. Приведе- ны также данные для гипотетиче- ского идеально пластичного мате- риала. Из рисунка следует, что уп- рочнение способствует появлению относительно большой застойной зоны и некоторому снижению суммарного сдвига при малых и средних значениях фактора трения. С дальнейшим рос- том трения влияние упрочнения на размеры застойной зоны и сдвиг заметно уменьшается. На рис. 4 приведены результаты расчета давления прессования заготовок из М4 при разных уровнях контактного трения, которые могут быть исполь- зованы при выборе оборудования для РКУП этого материала. Выводы Разработана методика определения параметров РКУП заготовок из уп- рочняющегося материала. Показано, что упрочнение способствует появле- нию относительно большой застойной зоны и некоторому снижению сум- марного сдвига при малых и средних значениях фактора трения. С дальней- шим ростом трения влияние упрочнения на размеры застойной зоны и сдвиг заметно уменьшается. 1. R.Z. Valiev, T.G. Langdon, Prog. Mater. Sci. 51, 881 (2006). 2. В.М. Сегал, В.И. Резников, А.Е. Дробышевский, В.И. Копылов, Изв. АН СССР. Металлы № 1, 115 (1981). 3. B.S. Altan, G. Purcek, I. Miskioglu, J. Mater. Proc. Techn. 168, 137 (2005). 4. I.Y. Suh, H.S. Kim, I.W. Park, J.Y. Chang, Scr. Mater. 44, 677 (2001). Рис. 4. Расчетная зависимость давления РКУП от фактора трения для меди М4 Физика и техника высоких давлений 2009, том 19, № 2 123 5. А.М. Лаптев, Е.Ю. Вяль, А.В. Периг, в сб.: Удосконалення процесів і обладнан- ня обробки тиском в металургії і машинобудуванні, ДГМА, Краматорськ (2006), с. 316. 6. Л.Г. Степанский, Расчеты процессов обработки металлов давлением, Машино- строение, Москва (1979). 7. А.Ф. Третьяков, Г.К. Трофимов, М.К. Гурьянова, Механические свойства сталей и сплавов при пластическом деформировании. Справочник, Машиностроение, Москва (1971). О.М. Лаптєв, О.В. Периг, С.В. Підлісний МЕХАНІКА РІВНОКАНАЛЬНОГО КУТОВОГО ПРЕСУВАННЯ МАТЕРІАЛУ З ДЕФОРМАЦІЙНИМ ЗМІЦНЕННЯМ Методом жорстких блоків досліджено рівноканальне кутове пресування (РККП) ідеально пластичного матеріалу і матеріалу з деформаційним зміцненням. Для ідеально пластичного матеріалу залежності відносного тиску РККП і сумарного зсуву від фактору тертя добре узгоджуються з результатами аналізу за методом ліній ковзання. Наведено приклад визначення параметрів пресування міді як ма- теріалу, що зміцнюється. Встановлено, що зміцнення сприяє появі відносно великої застійної зони і деякому зниженню сумарного зсуву при малих і середніх значеннях фактору тертя. З подальшим зростанням тертя вплив зміцнення на розмір застійної зони і зсув помітно зменшується. A.M. Laptev, A.V. Perig, S.V. Podlesny MECHANICS OF EQUAL-CHANNEL ANGULAR PRESSING OF STRAIN-HARDENING MATERIAL The equal-channel angular pressing (ECAP) of both ideally plastic and strain-hardening materials was investigated by rigid blocks method. The dependences of relative ECAP pressure and summary shear on friction factor for ideally plastic material are in good agreement with results of slip line analysis. An example of pressing parameters determi- nation for copper as strain-hardening material is presented. It was found that strain hard- ening promotes appearance of relatively large dead zone and some decrease of summary shear at small and mean values of friction factor. With further increase of friction the in- fluence of strain hardening on dead zone dimension and shear substantially decreases. Fig. 1. Basic scheme of ECAP (a), division in blocks (б) and velocity hodograph (в) Fig. 2. Dependence of relative pressure (a) and summary shear (б) on friction factor cal- culated by slip lines (–○–) and rigid blocks (–●–) methods for ideally plastic material Fig. 3. Dependence of relative height of a dead zone (a) and summary shear (б) on fric- tion factor for ideally plastic (–●–) and hardening (–○–) material Fig. 4. Dependence of ECAP pressure on friction factor calculated for copper M4

Ähnliche Einträge