Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для труб из труднодеформируемых материалов прессованием.
Известен способ прессования с подвижной или закрепленной иглой труб из труднодеформируемых металлов и сплавов [2]. По этому способу подготовленная трубная заготовка нагревается в индукционной печи до заданной температуры и загружается в контейнер пресса, где осуществляется гидропрессование трубы. Однако получаемые этим способом изделия имеют некачественную поверхность с множеством межкристаллитных трещин, обусловленных высоким уровнем остаточных напряжений.
Известен способ изготовления труб из труднодеформируемых тугоплавких металлов и сплавов [1] прессованием с иглой трубной заготовки в оболочках из вспомогательного материала. По данному способу с целью увеличения пластичности прессованных труб и снижения в них остаточных напряжений трубную заготовку прессуют при отношении радиальной вытяжки к окружной, равном по наружному диаметру 1,5-3, а по внутреннему диаметру - при отношении, превышающем первое в 1,2-2 раза. При этом суммарную вытяжку, наружный и внутренний диаметры трубной заготовки выбирают исходя из следующей зависимости:
где
A - отношение радиальной вытяжки к окружной;
μ - суммарная вытяжка;
d - диаметр иглы;
D - соответствующий диаметр трубной заготовки.
Необходимо отметить, что при данном способе изготовления труб не прогнозируется последеформационное разрушение изделия от остаточных напряжений, формирующихся в процессе пластической деформации. Данный способ предназначен для прессования трубной заготовки в оболочке из вспомогательного материала и с использованием деформируемого наполнителя, что усложняет подготовку трубной заготовки. При этом процесс прессования трубных заготовок рассматривается как процесс прессования сплошных прутков, таким образом, подменяется реальная схема процесса деформирования.
Цель изобретения - предотвращение последеформационного разрушения прессованных труб от остаточных напряжений.
Поставленная цель достигается тем, что в способе изготовления труб из труднодеформируемых металлов и сплавов прессованием средний радиус трубной заготовки определяют по заданному среднему радиусу готовой трубы, исходя из следующей зависимости
где
- средний радиус трубной заготовки, мм;
- средний радиус готовой трубы, мм;
R1заг., R2заг., R1тр., R1тр. - наружный и внутренний радиус трубной заготовки и готовой трубы соответственно, мм;
μ - коэффициент Пуассона материала трубы;
ψ* - безразмерный параметр, характеризующий механические и физические свойства материала трубы;
- относительный параметр, характеризующий толщину стенки готовой трубы;
Соотношение (1) получено при определении технологических остаточных напряжений при волочении труб на основе энергетического подхода. Для достаточно длинных труб уравнения равновесия в цилиндрических координатах для упругого состояния трубной заготовки, вышедшей из зоны деформации, имеют вид [3]:
где
σr,σθ,τrz - радиальные, окружные и сдвиговые напряжения;
r - текущий радиус.
Исходя из условия равенства нулю радиальных остаточных напряжений на внутренней и наружной поверхности трубы выражение для σr записывают в виде
σr= -a0(R1-r)(r-R2), (3)
где
R1 и R2 - соответственно наружный и внутренний радиусы трубы;
a0 - неизвестная постоянная, характеризующая распределение остаточных напряжений по толщине стенки трубы;
знак "минус" в выражении (3) указывает на то, что радиальные остаточные напряжения - сжимающие.
Решая упругую задачу для прессованной трубы, определяют тензор остаточных напряжений σij и тензор относительных упругих деформаций εij, вызванных действием остаточных напряжений. Напряжения и деформации выражают в виде функций от параметра a0. Затем определяют потенциальную энергию упругой деформации в объеме трубы от действия остаточных упругих напряжений
где
v - объем трубы, и для трубы единичного объема получают
Параметр a0, определяющий значения остаточных напряжений, находят из энергетического условия
U = ψ•Uд, (5)
где
ψ - часть энергии, остающаяся в деформированном металле в виде связанной потенциальной энергии остаточных напряжений;
Uд - энергия, пошедшая на пластическую деформацию трубы [3, с. 27]:
где
σscp. - среднее значение сопротивления пластической деформации материала протягиваемой трубы;
Dс.н., Dс.к. - средний диаметр трубы до и после деформации.
Подставив (4) и (6) в (5), получают выражение для
где
ψ* = Eψ/σscp.;
E - модуль упругости материала трубы,
а следовательно, и технологические остаточные напряжения, возникающие в трубе в процессе пластического деформирования.
Практика показала, что изделия, полученные прессованием трубной заготовки из труднодеформируемых металлов и сплавов, особенно из дисперсно-упрочненного композиционного материала (ДУКМ), часто разрушаются уже после обработки. Наибольшую опасность с точки зрения разрушения представляют растягивающие окружные остаточные напряжения в поверхностных слоях. Из условия предотвращения последеформационного разрушения трубы от остаточных напряжений находят зависимость
по которой определяют средний радиус трубной заготовки по заданному среднему радиусу готовой трубы.
На фиг. 1 изображен продольный разрез прессуемой заготовки; на фиг. 2 приведены графические зависимости Rсзаг./Rстр., полученные из расчета по формуле (8), для труб из материалов, параметр ψ* которых имеет следующие значения: 1-ψ*= 0,25 ; 2- 0,30; 3- 0,3389; 4- 0,35; 5- 0,40; 6- 0,45. Расчет выполнен для μ = 0,31.
Пример конкретной реализации.
Необходимо получить трубу из ДУКМ на основе порошковой меди с ψ* = 0,3389 размером 16 х 1 мм (R1тр. = 8,5 мм; R2тр. = 7,5 мм, тогда R = 0,88). По известным значениям по фиг. 2 (кривая 3) определили Rс.заг./Rс.тр. = 1,41, либо рассчитали по формуле (8). Из условия сохранения сплошности трубы и ее прочности следует Rс.заг./Rс.тр.≤1,41, т.е. выбрали Rс.заг. = 1,4 • Rс.тр., т.к. Rс.тр. = 8 мм, то Rс.заг. = 11,2 мм. Осуществили прессование рассчитанной заготовки и получили сплошную трубу с качественной поверхностью.
При изготовлении труб из труднодеформируемых металлов и сплавов, особенно из ДУКМ, по предлагаемому способу обеспечивается прочность готовых труб, улучшается качество поверхности и эксплуатационные свойства изделий за счет снижения вероятности их растрескивания и последеформационного разрушения, повышаются пластические свойства материала трубы за счет снижения уровня остаточных напряжений, возникающего при пластическом деформировании прессованием, снижаются отходы металла в брак.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ЗАГОТОВОК | 1996 |
|
RU2113301C1 |
СПОСОБ ВОЛОЧЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ (ВАРИАНТЫ) | 1995 |
|
RU2101108C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ ДЕФОРМАТИВНОСТИ МАТЕРИАЛА | 1996 |
|
RU2128329C1 |
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ТРУБНЫХ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИЕЙ | 2016 |
|
RU2622552C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННОГО КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ МЕДИ | 1997 |
|
RU2117062C1 |
ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 1997 |
|
RU2117064C1 |
ДИСПЕРСНО-УПРОЧНЕННЫЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 1996 |
|
RU2109834C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ | 1997 |
|
RU2125252C1 |
АБРАЗИВНЫЙ ОТРЕЗНОЙ КРУГ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 1992 |
|
RU2008189C1 |
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ПРУТКОВЫХ И ПРОВОЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОИЗДЕЛИЙ ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТИ | 2017 |
|
RU2661161C1 |
Изобретение может быть использовано при изготовлении труб из труднодеформируемых металлов прессованием. При изготовлении труб из труднодеформируемых металлов и сплавов средний радиус трубной заготовки выбирают по заданному среднему радиусу готовой трубы исходя из следующей зависимости , где Rсзаг = (R1заг + R2заг)/2 - средний радиус трубной заготовки, мм; Rстр = (R1тр + R2тр)/2 - средний радиус готовой трубы, мм; R1заг, R2заг, R1тр, R2тр - наружный и внутренний радиус трубной заготовки и готовой трубы соответственно, мм; μ - коэффициент Пуассона материала трубы; ψ* - безразмерный параметр, характеризующий механические и физические свойства материала трубы; - относительный параметр, характеризующий толщину стенки готовой трубы; Изобретение позволяет предотвратить последеформационное разрушение прессованных труб от остаточных напряжений. 2 ил.
Способ изготовления труб из труднодеформируемых металлов и сплавов прессованием, отличающийся тем, что средний радиус трубной заготовки определяют по заданному среднему радиусу готовой трубы, исходя из зависимости
где Rс.заг. = (R1заг + R2заг)/2 - средний радиус трубной заготовки, мм;
Rс.гр = (R1тр + R2тр)/2 - средний радиус готовой трубы, мм;
R1заг, R2заг, R1тр, R2тр - наружный и внутренний радиус трубной заготовки и готовой трубы соответственно, мм; μ - коэффициент Пуассона материала трубы; ψ* - безразмерный параметр, характеризующий механические и физические свойства материала трубы;
относительный параметр, характеризующий толщину стенки готовой трубы;
а
Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
Способ изготовления труб из труднодеформируемых тугоплавких металлов и сплавов | 1976 |
|
SU647025A1 |
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
Береснев Б.И | |||
и др | |||
Высокие давления в современных технологиях обработки материалов | |||
- М.: Наука, 1988, с | |||
Машина для разделения сыпучих материалов и размещения их в приемники | 0 |
|
SU82A1 |
Переносная печь для варки пищи и отопления в окопах, походных помещениях и т.п. | 1921 |
|
SU3A1 |
Колмогоров Г.Л | |||
и др | |||
Остаточные напряжения при волочении труб | |||
Известия ВУЗов, Черная металлургия, 1955, N 2, с | |||
Прибор для получения стереоскопических впечатлений от двух изображений различного масштаба | 1917 |
|
SU26A1 |
Авторы
Даты
1998-08-20—Публикация
1996-10-08—Подача