Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок
Методом конечных элементов (МКЭ) исследованы особенности распределения скорости деформации при равноканальном угловом прессовании (РКУП) заготовок с образованием застойной зоны. Получена оценка степени влияния таких факторов, как упрочнение, трение и геометрия матрицы на уровень и распределение скор...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физика и техника высоких давлений |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69337 |
| 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: | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок / В.З. Спусканюк, А.Н. Гангало, А.А. Давиденко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 134-147. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860016638529634304 |
|---|---|
| author | Спусканюк, В.З. Гангало, А.Н. Давиденко, А.А. |
| author_facet | Спусканюк, В.З. Гангало, А.Н. Давиденко, А.А. |
| citation_txt | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок / В.З. Спусканюк, А.Н. Гангало, А.А. Давиденко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 134-147. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физика и техника высоких давлений |
| description | Методом конечных элементов (МКЭ) исследованы особенности распределения скорости деформации при равноканальном угловом прессовании (РКУП) заготовок с образованием застойной зоны. Получена оценка степени влияния таких факторов, как упрочнение, трение и геометрия матрицы на уровень и распределение скорости деформации в зоне пластической деформации (ЗПД). Установлены критические значения фактора трения, при которых скорости деформации повышаются до предельного уровня. При увеличении фактора трения максимальные значения скоростей деформации повышаются и достигают предельных значений в случае деформации идеально пластичного (ИП) материала при заполнении зазора между заготовкой и инструментом у внешнего угла канала, а при деформации упрочняемого материала – накануне заполнения. Предложено выражение для оценки средней скорости деформации заготовки из ИП-материала при развитой ЗПД.
Методом кінцевих елементів (МКЕ) досліджено особливості розподілу швидкості деформації пiд час рівноканального кутового пресування (РККП) заготовок із утворенням застійної зони. Отримано оцінку ступеня впливу таких факторів, як зміцнення, тертя й геометрія матриці на рівень і розподіл швидкості деформації в зоні пластичної деформації (ЗПД). Установлено критичні значення фактора тертя, при яких швидкості деформації підвищуються до граничного рівня. При збільшенні фактора тертя максимальні значення швидкостей деформації підвищуються й досягають граничних значень у випадку деформації ідеально пластичного (ІП) матеріалу при заповненні зазору між заготовкою й інструментом у зовнішнього кута каналу, а при деформації зміцнюємого матеріалу – напередодні заповнення. Запропоновано вираз для оцінки середньої швидкості деформації заготовки з ІП-матеріалу при розвиненій ЗПД.
The features of strain rate distribution during equal-channel angular pressing (ECAP) were investigated by finite element method with respect to dead zone formation. The level of strain-hardening, friction and die geometry influence on strain rate distribution in plastic deformation zone (PDZ) is estimated. The friction factor extrema which improve the strain rate to its maximum limit were found. The strain rate maximum values increase with the friction factor increasing. They reach their limits in the case of perfectly plastic material deformation when the billet-die gap is filled near the channel exterior angle. During the strain-hardened material deformation, strain rate maximum values are reached just before channel filling. An expression for average strain rate estimation in the case of perfectly plastic material with a propagated PDZ was proposed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:45:26Z |
| format | Article |
| fulltext |
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
© В.З. Спусканюк, А.Н. Гангало, А.А. Давиденко, 2010
PACS: 81.40.Lm, 81.40.Pq
В.З. Спусканюк, А.Н. Гангало, А.А. Давиденко
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО
ПРЕССОВАНИЯ НА СКОРОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ ЗАГОТОВОК
Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины
ул. Р. Люксембург, 72, г. Донецк, 83114, Украина
Методом конечных элементов (МКЭ) исследованы особенности распределения
скорости деформации при равноканальном угловом прессовании (РКУП) заготовок
с образованием застойной зоны. Получена оценка степени влияния таких факто-
ров, как упрочнение, трение и геометрия матрицы на уровень и распределение ско-
рости деформации в зоне пластической деформации (ЗПД). Установлены крити-
ческие значения фактора трения, при которых скорости деформации повышают-
ся до предельного уровня. При увеличении фактора трения максимальные значения
скоростей деформации повышаются и достигают предельных значений в случае
деформации идеально пластичного (ИП) материала при заполнении зазора между
заготовкой и инструментом у внешнего угла канала, а при деформации упрочняе-
мого материала – накануне заполнения. Предложено выражение для оценки сред-
ней скорости деформации заготовки из ИП-материала при развитой ЗПД.
Ключевые слова: равноканальное угловое прессование, зона пластической дефор-
мации, скорость деформации
Равноканальное угловое прессование является одним из наиболее пер-
спективных методов интенсивной пластической деформации и может ис-
пользоваться для производства массивных заготовок с субмикрокристалли-
ческой структурой [1]. При РКУП заготовка продавливается через матрицу,
которая содержит два канала, имеющие одинаковую площадь поперечного
сечения и пересекающиеся под углом φ (рис. 1). Поскольку поперечное се-
чение заготовки после прессования остается неизменным, процесс может
повторяться.
Для повышения эффективности преобразования структуры обрабатываемых
заготовок необходимо обеспечить наиболее рациональные условия и режимы
деформирования. В связи с этим до настоящего времени остается актуальным
исследование механики процесса РКУП. В большинстве случаев в известных
публикациях основное внимание уделено изучению влияния свойств материала
и факторов процесса на достигаемые деформации, напряженное состояние за-
готовки, температуру [2–7]. И только в некоторых работах исследовалось влия-
ние параметров процесса на скорость деформации. Так, в [4] получена оценка
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
135
скорости деформации для частного случая, когда зона деформации пред-
ставляет собой узкую полосу. В [8,9] исследовался процесс РКУП в матрице
с внешним углом закругления. До настоящего времени недостаточное вни-
мание было уделено распределению скорости деформации при наиболее
распространенном случае – РКУП с образованием застойной зоны.
Цель данной работы – определение влияния параметров процесса на ско-
рость деформации заготовки при РКУП с образованием застойной зоны. Ак-
туальность вопроса обусловлена тем, что скорость деформации влияет на
технологическую пластичность заготовок и должна контролироваться при
обработке многих материалов.
Теоретическая оценка средней скорости деформации заготовки
Для расчета средней скорости деформации заготовки используем про-
стую деформационную модель (рис. 1) [10], в которой матрица разделена на
четыре участка:
I – материал в жестком состоянии движется со скоростью V0;
II – ЗПД (характеризуется углом ψ), материал подвергается непрерывной
пластической деформации и предполагается, что он движется по концентри-
ческим линиям с постоянным радиусом с центром в точке O;
III – застойная зона, материал неподвижен;
IV – материал движется без какой-либо дополнительной деформации.
Участок II отделен от участка I входной поверхностью деформационной
зоны Г0, от участка III – поверхностью деформационной зоны Гm, а от уча-
Рис. 1. Деформационная
модель
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
136
стка IV – выходной поверхностью деформационной зоны Гf. Напряжение
трения материала заготовки по поверхности инструмента выражается в виде
τf = mτ, где m – фактор трения, τ – напряжение сдвига. Поскольку зона де-
формации имеет веерообразную форму, то среднюю скорость деформации ε
определим для представительного объема материала, протекающего на уда-
лении от внутренней стенки канала на некотором расстоянии r :
εε
t
= , (1)
где ε – деформация, которой подвергается материал при прохождении зоны
деформации; t – время, за которое материал проходит зону деформации:
V
St = , (2)
где ψ
cosφ
LS = – путь, который проходит материал в ЗПД; V – скорость дви-
жения материала в ЗПД, V = V0cosϕ, а ϕ = 0.5(π – φ – ψ) [10].
Подставляя (2) в (1), получаем значение средней скорости деформации на
расстоянии r от внутренней стенки канала:
2
0ε cos φε
ψa
V
r
= . (3)
Интенсивность деформации рассчитывается по формуле [2]:
1 ctg
23
⎡ φ+ψ ⎤⎛ ⎞ε = +ψ⎜ ⎟⎢ ⎥⎝ ⎠⎣ ⎦
. (4)
В работе [2] условие образования застойной зоны определено как
m > –cos φ. (5)
При этом условии угол деформацион-
ной зоны
ψ = π – φ – arccos m. (6)
Используя выражения (3)–(6), по-
строим графики зависимости средней
скорости деформации от фактора тре-
ния при V0 = 1 mm/s, r = 10 mm и a =
= 2r (рис. 2). Полученные кривые не
отображают детальной картины рас-
пределения скорости в очаге дефор-
мации. Для решения этой задачи ис-
пользуем МКЭ.
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
St
ra
in
-r
at
e
av
er
ag
e,
s–1
Friction factor m
Рис. 2. Зависимости средней скорости
деформации εa от фактора трения m и
угла матрицы φ, deg: ⎯ – 90, – – – –
105, --- – 120; L = 0.5a
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
137
Условия компьютерного моделирования процесса
С использованием программного обеспечения DEFORM-2D моделировали
процесс РКУП при допущении плоского деформированного состояния. Варьиро-
вали три фактора: отсутствие либо наличие упрочнения
материала, угол пересечения каналов φ и фактор трения m.
Первый материал принят идеально пластичным с напря-
жением течения σ = 78 MPa, второй – упрочняемый мате-
риал, кривая упрочнения которого описывается выраже-
нием σ = 32 + 218ε0.25. Упругие свойства обоих материа-
лов следующие: модуль упругости Е = 69 GPa, коэффи-
циент Пуассона μ = 0.33. Заготовки имели длину 120 mm
и ширину 20 mm. Углы пересечения каналов приняты
равными φ = 90, 105 и 120°. Фактор трения изменялся от
m = 0 до m = 0.7 с шагом 0.1. Оснастка принята жесткой с
шириной канала такой же, как у заготовок. Пуансон имел
такую же ширину, как у заготовки, и двигался со скоро-
стью 1 mm/s. Процесс считали изотермическим.
Для исследования истории скорости деформации в
ЗПД использовали метод слежения за точкой. На рис. 3
приведено начальное положение точки. Результаты ре-
гистрировали после того, как точка пересекала линию
АА, и до тех пор, пока величина скорости деформации не
уменьшалась до ε = 0.005 s–1.
Анализ результатов компьютерного моделирования процесса.
Идеально пластичный материал
На рис. 4 показано изменение характера распределения скорости дефор-
мации в зависимости от фактора трения для матрицы с различными углами
пересечения каналов. Это распределение характеризует зону пластической
деформации. В случае φ = 90° при m = 0 (рис. 4,I,а) ЗПД имеет форму узкой
полосы, причем ее ширина составляет примерно 0.2 от ширины канала. При
увеличении фактора трения площадь ЗПД постепенно растет. При этом все
более отчетливыми становятся участок входной поверхности Γ0 в виде лен-
ты, сама ЗПД, характеризуемая поверхностью Γm, и лента на выходной по-
верхности Γf.
Для матрицы с углами пересечения каналов φ = 105° (рис. 4,II,а) и φ =
= 120° (рис. 4,III,а) при m = 0 образуется зазор между материалом и внеш-
ним углом φ, ЗПД имеет форму ленты. По мере роста фактора трения зазор
постепенно уменьшается и полностью исчезает при m = 0.3 (рис. 4,II,г) и m =
= 0.6 (рис. 4,III,ж). При дальнейшем увеличении фактора трения ЗПД начи-
нает разделяться аналогично случаю при φ = 90°.
Рис. 3. Начальное по-
ложение точки для
записи истории ско-
рости деформации
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
138
I II III
а
б
в
г
0 0.022 0.044 0.067 0.089 0.111 0.0133 0.156 0.187 0.200
Strain rate – effective, (mm/mm)/s
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
139
I II III
д
е
ж
з
Рис. 4. Распределение ε в зоне пластической деформации ИП-материала при φ =
= 90° (I), 105° (II), 120° (III) и различных условиях трения m: а – 0, б – 0.1, в – 0.2, г –
0.3, д – 0.4, е – 0.5, ж – 0.6, з – 0.7
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
140
На рис. 5 приведены истории скорости деформации ИП-материала при раз-
личных значениях m для углов пересечения каналов φ = 90° (а), 105° (б) и 120°
(в). В случае φ = 90° (рис. 5,а) при m = 0, когда точка проходит через узкую
ЗПД, в ее центре скорость деформации наивысшая ε = 0.27 s–1. При m = 0.4
вначале скорость деформации увеличивается до ε = 0.12 s–1, что связано с про-
хождением входной поверхности ЗПД, затем уменьшается до ε = 0.07 s–1, что
связано с прохождением самой ЗПД, и снова повышается до ε = 0.12 s–1 при
прохождении выходной поверхности. Увеличение фактора трения приводит к
снижению скорости деформации при прохождении материала через ЗПД.
0 5 10 15 20 25
0.0
0.1
0.2
0.3
St
ra
in
-r
at
e
ef
fe
ct
iv
e,
s–1
Punch travel, mm
0 5 10 15 20 25
0.0
0.1
0.2
0.3
St
ra
in
-r
at
e
ef
fe
ct
iv
e,
s–1
Punch travel, mm
а б
0 5 10 15 20
0.0
0.1
0.2
0.3
St
ra
in
-r
at
e
ef
fe
ct
iv
e,
s–1
Punch travel, mm
в
Для случая, когда φ = 105° (рис. 5,б) при m = 0 ε = 0.25 s–1, при m = 0.7
ε = 0.1 s–1. В целом характер кривых такой же, как на рис. 5,а (φ = 90°). Для
случая φ = 120° (рис. 5,в) при m = 0 ε = 0.22 s–1, при m = 0.4 эта величина
возрастает до ε = 0.27 s–1, что связано с влиянием противодавления вслед-
ствие наличия сил трения. Для случая m = 0.7 при прохождении входной и
выходной поверхностей ЗПД максимальные значения скорости деформации
составляют ε = 0.13 s–1.
С целью проверки результатов компьютерного моделирования измеряли
полученные углы ЗПД и их значения откладывали на графике (рис. 6,а), по-
строенном по формуле (6) с учетом (5). Видно, что результаты, полученные
с помощью МКЭ, хорошо согласуются с аналитическим решением [2].
Рис. 5. Истории скорости деформа-
ции ИП-материала при φ = 90° (а),
105° (б), 120° (в) и различных условиях
трения m: ⎯ – 0, – – – – 0.4, --- – 0.7
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
141
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0
20
40
60
80
D
ef
or
m
at
io
n
zo
ne
a
ng
le
ψ
Friction factor m
0.0 0.2 0.4 0.6
0.1
0.2
0.3
M
ax
st
ra
in
-r
at
e
ef
fe
ct
iv
e,
s–1
Friction factor m
а б
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
St
ra
in
ra
te
a
ve
ra
ge
, s
–1
Friction factor m
в
На рис. 6,б приведена зависимость максимальной в ЗПД скорости деформации
ε̇max от фактора трения и угла пересечения каналов, полученная из данных исто-
рий скорости деформации. При φ = 90° наибольшие значения ε̇max наблюдаются в
условиях отсутствия трения, с ростом фактора трения они уменьшаются. Для уг-
лов φ = 105 и 120° величина ε̇max сначала повышается с ростом фактора трения,
достигая предельных значений при наступлении условий, соответствующих за-
полнению зазора между заготовкой и инструментом, а потом резко снижается.
На основании результатов компьютерного моделирования (см. рис. 4)
путь, который проходит материал в ЗПД, оценивается с учетом наличия по-
граничных участков. Поэтому его величина больше, чем найденная по фор-
муле (2). Как отмечено выше, ЗПД при m = 0 имеет толщину порядка 0.2
ширины канала. С учетом этого условия средняя скорость деформации
2
0ε cos φε
ψ 0.2
V
r a
=
+
, (7)
где a – ширина канала. Полученная зависимость (7) средней скорости де-
формации от фактора трения и угла матрицы (рис. 6,в) дает результаты, ко-
торые в большей мере совпадают с оценками при использовании МКЭ.
Упрочняемый материал
На рис. 7 показано изменение характера распределения скорости деформа-
ции упрочняемого материала от фактора трения для матрицы с различными
Рис. 6. Влияние фактора трения при раз-
личных углах матрицы для ИП-ма-
териала (⎯ – φ = 90°, – – – – φ = 105°, --- –
φ = 120°): а – на угол ЗПД по [2] с нане-
сенными значениями, полученными
МКЭ; б – максимальную в ЗПД скорость
деформации; в – среднюю скорость
деформации с учетом пограничных
участков ЗПД (а = 20 mm, L = 10 mm,
V0 = 1 mm/s)
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
142
I II III
а
б
в
г
0 0.022 0.044 0.067 0.089 0.111 0.0133 0.156 0.187 0.200
Strain rate – effective, (mm/mm)/s
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
143
I II III
д
е
ж
з
Рис. 7. Распределение ε в ЗПД упрочняемого материала при φ = 90° (I), 105° (II),
120° (III) и различных условиях трения m: а – 0, б – 0.1, в – 0.2, г – 0.3, д – 0.4, е –
0.5, ж – 0.6, з – 0.7
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
144
углами пересечения каналов φ. При РКУП ЗПД упрочняемого материала
иная, чем у ИП-материала. В условиях отсутствия трения для всех углов φ
видно образование зазора между внешним углом и заготовкой, который с
увеличением фактора трения уменьшается и полностью исчезает при m = 0.3
для φ = 90° (рис. 7,I,г), при m = 0.5 для φ = 105° (рис. 7,II,е), при m = 0.7 для φ =
= 120° (рис. 7,III,з). ЗПД упрочняемого материала изначально шире, чем в
случае ИП-материала. При увеличении фактора трения форма ЗПД вначале
слабо меняется, а при m > 0.2 (для φ = 90°), m > 0.5 (φ = 105°) и m > 0.7 (φ =
= 120°) ее размеры стремительно растут.
На рис. 8 приведены истории скорости деформации упрочняемого мате-
риала при различных значениях m для углов пересечения каналов φ = 90° (а),
105° (б) и 120° (в). История скорости деформации упрочняемого материала
имеет другой вид, чем у ИП-материала. Для φ = 90° (рис. 8,а) при m = 0 вна-
чале наблюдается увеличение скорости деформации до ε = 0.05 s–1, потом ее
падение и вновь повышение до максимального значения ε = 0.16 s–1. Даже
при отсутствии трения сказывается наличие различных участков ЗПД, причем
сдвиг, который происходит на выходной границе, значительно больше, чем на
входной. При m = 0.4 вначале скорость деформации увеличивается до ε =
= 0.045 s–1 и практически остается на таком же уровне, т.е. влияние входной
поверхности Γ0 проявляется слабо. При прохождении выходной поверхности
Γf скорость деформации растет до ε = 0.09 s–1. Дальнейшее увеличение фак-
тора трения приводит к уменьшению интенсивности деформации.
0 5 10 15 20 250.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
St
ra
in
-r
at
e
ef
fe
ct
iv
e,
s–1
Punch travel, mm
0 5 10 15 20 25
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
St
ra
in
-r
at
e
ef
fe
ct
iv
e,
s–1
Punch travel, mm
а б
0 5 10 15 20
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
St
ra
in
-r
at
e
ef
fe
ct
iv
e,
s–1
Punch travel, mm
в
Рис. 8. Истории скорости деформа-
ции упрочняемого материала при φ =
= 90° (а), 105° (б), 120° (в) и различ-
ных условиях трения m: ⎯ – 0, – – – –
0.4, --- – 0.7
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
145
0.0 0.2 0.4 0.6
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
M
ax
st
ra
in
-r
at
e,
s–1
Friction factor m
Для φ = 105° при m = 0 максимальное значение скорости деформации уп-
рочняемого материала составляет ε = 0.13 s–1 (рис. 8,б), при m = 0.4 ε =
= 0.155 s–1, и, как видно из графика, ЗПД немного уже, чем в случае m = 0.
Это связано с тем, что при m = 0.4 внешний угол еще не заполняется, а силы
трения в выходном канале обеспечивают противодавление, что приводит к
несколько меньшим размерам ЗПД, чем при m = 0, и к повышению скорости
деформации. При m = 0.7 история скорости деформации аналогична случаю
φ = 90°. Для φ = 120° максимальное значение скорости деформации ε =
= 0.115 s–1 достигается при m = 0.4 (рис. 8,в).
На рис. 9 приведены зависимости максимальных скоростей деформации
упрочняемого материала от фактора трения. Для случая φ = 90° наивысшие
значения максимальной скорости деформации достигаются при m = 0.2, для
φ = 105° – при m = 0.4, для φ = 120° – при m = 0.5. Уровень максимальных
скоростей деформаций упрочняемого материала значительно ниже, чем в
случае обработки ИП-материала. Максимальный уровень ε соответствует
условиям РКУП накануне заполнения зазора между заготовкой и инстру-
ментом.
Выводы
1. При РКУП ИП-материала увеличение фактора трения и уменьшение
угла пересечения каналов до φ = 90° приводит к увеличению ЗПД. В разви-
той ЗПД можно выделить следующие участки: входную поверхность, ос-
новную часть и выходную поверхность, причем на входной и выходной по-
верхностях интенсивность скорости деформации одинакова. Ширина вход-
ной и выходной поверхностей ЗПД составляет 0.2 ширины канала.
2. При РКУП упрочняемого материала увеличение фактора трения и
уменьшение угла пересечения каналов до φ = 90° приводит к увеличению
ЗПД, как и в случае ИП-материала. Размер ЗПД упрочняемого материала
больше, чем у идеально пластичного. Интенсивность скорости деформации
на входной поверхности ЗПД значительно меньше, чем на выходной.
3. При увеличении фактора трения максимальные значения скоростей де-
формации повышаются и достигают предельных значений в случае дефор-
мации ИП-материала при заполнении зазора между заготовкой и инструмен-
Рис. 9. Влияние фактора трения при
различных углах матрицы для упроч-
няемого материала (⎯△⎯ – φ = 90°,
--○-- – 105°, --□-- – 120°) на макси-
мальную в ЗПД скорость деформации
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
146
том у внешнего угла канала, а при деформации упрочняемого материала –
накануне заполнения. Превышение этого критического значения фактора
трения вызывает резкое уменьшение максимальной скорости деформации.
Максимальные значения скорости деформации ИП-материала выше, чем уп-
рочняемого материала (для исследованного случая примерно в 1.6–2.4 раза).
4. Показана хорошая сходимость величин углов ЗПД при компьютерном
моделировании с результатами аналитического решения [2]. Предложено
выражение для оценки средней скорости деформации заготовки из ИП-
материала при развитой ЗПД.
Авторы выражают благодарность компании ООО «Артех» за предостав-
ленную возможность проведения расчетов.
1. В.М. Сегал, В.И. Резников, В.И. Копылов, Д.А. Павлик, В.Ф. Малышев, Процессы
пластического структурообразования, Навука и тэхника, Минск (1994).
2. V.M. Segal, Mater. Sci. Eng. A271, 322 (1999).
3. V.M. Segal, Mater. Sci. Eng. A345, 36 (2003).
4. V.M. Segal, Mater. Sci. Eng. A386, 269 (2004).
5. V. Patil Basavaraj, U. Chakkingal, T.S. Prasanna Kumar, J. Mater. Proc. Tech. 209,
89 (2009).
6. J.K. Kim, W.J. Kim, J. Mater. Proc. Tech. 176, 260 (2006).
7. Q.X. Pei, B.H. Hu, C. Lu, Y.Y. Wang, Scr. Mater. 49, 303 (2003).
8. H.S. Kim, M.H. Seo, S.I. Hong, J. Mater. Proc. Tech. 130–131, 497 (2002).
9. S. Li, M.A.M. Bourke, I.J. Beyerlein et al., Mater. Sci. Eng. A382, 217 (2004).
10. J. Alkorta, J.G. Sevillano, J. Mater. Proc. Tech. 141, 313 (2003).
В.З. Спусканюк, О.М. Гангало, О.А. Давиденко
ВПЛИВ УМОВ РІВНОКАНАЛЬНОГО КУТОВОГО ПРЕСУВАННЯ НА
ШВИДКІСТЬ ДЕФОРМАЦІЇ ЗАГОТОВОК
Методом кінцевих елементів (МКЕ) досліджено особливості розподілу швидкості де-
формації пiд час рівноканального кутового пресування (РККП) заготовок із утворен-
ням застійної зони. Отримано оцінку ступеня впливу таких факторів, як зміцнення,
тертя й геометрія матриці на рівень і розподіл швидкості деформації в зоні пластичної
деформації (ЗПД). Установлено критичні значення фактора тертя, при яких швидкості
деформації підвищуються до граничного рівня. При збільшенні фактора тертя макси-
мальні значення швидкостей деформації підвищуються й досягають граничних значень
у випадку деформації ідеально пластичного (ІП) матеріалу при заповненні зазору між
заготовкою й інструментом у зовнішнього кута каналу, а при деформації зміцнюємого
матеріалу – напередодні заповнення. Запропоновано вираз для оцінки середньої швид-
кості деформації заготовки з ІП-матеріалу при розвиненій ЗПД.
Ключові слова: рівноканальне кутове пресування, зона пластичної деформації,
швидкість деформації
Физика и техника высоких давлений 2010, том 20, № 4
147
V.Z. Spuskanyuk, A.N. Gangalo, A.A. Davydenko
INFLUENCE OF THE EQUAL-CHANNEL ANGULAR PRESSING
CONDITIONS ON BILLET STRAIN RATE
The features of strain rate distribution during equal-channel angular pressing (ECAP)
were investigated by finite element method with respect to dead zone formation. The
level of strain-hardening, friction and die geometry influence on strain rate distribution in
plastic deformation zone (PDZ) is estimated. The friction factor extrema which improve
the strain rate to its maximum limit were found. The strain rate maximum values increase
with the friction factor increasing. They reach their limits in the case of perfectly plastic
material deformation when the billet-die gap is filled near the channel exterior angle.
During the strain-hardened material deformation, strain rate maximum values are reached
just before channel filling. An expression for average strain rate estimation in the case of
perfectly plastic material with a propagated PDZ was proposed.
Keywords: equal-channel angular pressing, plastic deformation zone, strain rate
Fig. 1. The deformation model
Fig. 2. Average strain rate ε dependence on friction factor m and die angle φ, deg: ⎯ –
90, – – – – 105, --- – 120; L = 0.5a
Fig. 3. The point origin for strain rate history record
Fig. 4. The distribution of ε in plastic deformation zone for perfectly plastic material
with φ = 90° (I), 105° (II), 120° (III) and different fixed friction conditions m: а – 0, б –
0.1, в – 0.2, г – 0.3, д – 0.4, е – 0.5, ж – 0.6, з – 0.7
Fig. 5. Strain rate history of perfectly plastic material with φ = 90° (а), 105° (б), 120° (в)
and different fixed friction conditions m: ⎯ – 0, – – – – 0.4, --- – 0.7
Fig. 6. Friction factor influence with different die angles for perfectly plastic material (⎯ –
φ = 90°, – – – – φ = 105°, --- – φ = 120°) on: а – plastic deformation zone angle [2] with
FEM results illustrated; б – the maximum strain rate in plastic deformation zone; в – aver-
age strain rate with respect to boundary areas of deformation zone (а = 20 mm, L = 10 mm,
V0 = 1 mm/s)
Fig. 7. The distribution of ε in plastic deformation zone for strain hardened material with
φ = 90° (I), 105° (II), 120° (III) and different fixed friction conditions m: а – 0, б – 0.1, в
– 0.2, г – 0.3, д – 0.4, е – 0.5, ж – 0.6, з – 0.7
Fig. 8. Strain rate history of strain hardened material with φ = 90° (а), 105° (б), 120° (в)
and for different fixed friction conditions m: ⎯ – 0, – – – – 0.4, --- – 0.7
Fig. 9. Friction factor influence with different die angles for strain hardened material
(⎯△⎯ – φ = 90°, --○-- – 105°, --□-- – 120°) on the maximum in plastic deformation
zone strain rate
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69337 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0868-5924 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:45:26Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Спусканюк, В.З. Гангало, А.Н. Давиденко, А.А. 2014-10-11T07:41:45Z 2014-10-11T07:41:45Z 2010 Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок / В.З. Спусканюк, А.Н. Гангало, А.А. Давиденко // Физика и техника высоких давлений. — 2010. — Т. 20, № 4. — С. 134-147. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Lm, 81.40.Pq https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69337 Методом конечных элементов (МКЭ) исследованы особенности распределения скорости деформации при равноканальном угловом прессовании (РКУП) заготовок с образованием застойной зоны. Получена оценка степени влияния таких факторов, как упрочнение, трение и геометрия матрицы на уровень и распределение скорости деформации в зоне пластической деформации (ЗПД). Установлены критические значения фактора трения, при которых скорости деформации повышаются до предельного уровня. При увеличении фактора трения максимальные значения скоростей деформации повышаются и достигают предельных значений в случае деформации идеально пластичного (ИП) материала при заполнении зазора между заготовкой и инструментом у внешнего угла канала, а при деформации упрочняемого материала – накануне заполнения. Предложено выражение для оценки средней скорости деформации заготовки из ИП-материала при развитой ЗПД. Методом кінцевих елементів (МКЕ) досліджено особливості розподілу швидкості деформації пiд час рівноканального кутового пресування (РККП) заготовок із утворенням застійної зони. Отримано оцінку ступеня впливу таких факторів, як зміцнення, тертя й геометрія матриці на рівень і розподіл швидкості деформації в зоні пластичної деформації (ЗПД). Установлено критичні значення фактора тертя, при яких швидкості деформації підвищуються до граничного рівня. При збільшенні фактора тертя максимальні значення швидкостей деформації підвищуються й досягають граничних значень у випадку деформації ідеально пластичного (ІП) матеріалу при заповненні зазору між заготовкою й інструментом у зовнішнього кута каналу, а при деформації зміцнюємого матеріалу – напередодні заповнення. Запропоновано вираз для оцінки середньої швидкості деформації заготовки з ІП-матеріалу при розвиненій ЗПД. The features of strain rate distribution during equal-channel angular pressing (ECAP) were investigated by finite element method with respect to dead zone formation. The level of strain-hardening, friction and die geometry influence on strain rate distribution in plastic deformation zone (PDZ) is estimated. The friction factor extrema which improve the strain rate to its maximum limit were found. The strain rate maximum values increase with the friction factor increasing. They reach their limits in the case of perfectly plastic material deformation when the billet-die gap is filled near the channel exterior angle. During the strain-hardened material deformation, strain rate maximum values are reached just before channel filling. An expression for average strain rate estimation in the case of perfectly plastic material with a propagated PDZ was proposed. Авторы выражают благодарность компании ООО «Артех» за предоставленную возможность проведения расчетов. ru Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України Физика и техника высоких давлений Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок Вплив умов рівноканального кутового пресування на швидкість деформації заготовок Influence of the equal-channel angular pressing conditions on billet strain rate Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок Спусканюк, В.З. Гангало, А.Н. Давиденко, А.А. |
| title | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок |
| title_alt | Вплив умов рівноканального кутового пресування на швидкість деформації заготовок Influence of the equal-channel angular pressing conditions on billet strain rate |
| title_full | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок |
| title_fullStr | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок |
| title_full_unstemmed | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок |
| title_short | Влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок |
| title_sort | влияние условий равноканального углового прессования на скорость деформации заготовок |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69337 |
| work_keys_str_mv | AT spuskanûkvz vliânieusloviiravnokanalʹnogouglovogopressovaniânaskorostʹdeformaciizagotovok AT gangaloan vliânieusloviiravnokanalʹnogouglovogopressovaniânaskorostʹdeformaciizagotovok AT davidenkoaa vliânieusloviiravnokanalʹnogouglovogopressovaniânaskorostʹdeformaciizagotovok AT spuskanûkvz vplivumovrívnokanalʹnogokutovogopresuvannânašvidkístʹdeformacíízagotovok AT gangaloan vplivumovrívnokanalʹnogokutovogopresuvannânašvidkístʹdeformacíízagotovok AT davidenkoaa vplivumovrívnokanalʹnogokutovogopresuvannânašvidkístʹdeformacíízagotovok AT spuskanûkvz influenceoftheequalchannelangularpressingconditionsonbilletstrainrate AT gangaloan influenceoftheequalchannelangularpressingconditionsonbilletstrainrate AT davidenkoaa influenceoftheequalchannelangularpressingconditionsonbilletstrainrate |