Способ определения параметров напряженно-деформированного состояния материала при его осесимметричной пластической деформации Советский патент 1993 года по МПК G01L1/00 

Изобретение относится к области обработки металлов давлением (ОМД) может применяться при исследовании и оптимизации процессов ОМД.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков - сокращение объёма и трудоемкости экспериментальных исследований, расширение возможностей, использования способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения параметров НДС материала при его осесимметричной пластической деформации, включающем изготовление образца с рисками, его пластическую деформацию, замеры координат искаженных при леФормяции рисок и

восстановление расчетным путем параметров НДС по полученным данным, образец выполняют сплошным, на его боковую поверхность наносят кольцевые риски с постоянным шагом, после деформации определяют скорость течения металла на поверхности образца по формуле

,(1),

где vx - скорость течения металла на поверхности образца в сечении с координатой X: v0 - скорость течения металла до входа в матрицу; Д,- расстояние между рисками до деформации; Д - расстояние между рисками после деформации в сечении г, координатой X; решают краевую зрилч/ о течении

00

о к ы о

вязкой жидкости с граничными условиями в скоростях, определяемых формулой (1) и коэффициентом вязкости ц , определяемым по формуле

1Ј(2) t-1 3 Ј Л где (7- предел текучести металла образца, к- средняя скорость деформации по объему

V (1 +T, So с образца, равная Ј --- -i--ln -,S0площадь сечения образца по деформации; S - площадь сечения образца после деформации, I - высота очага деформации; на основе полученного решения определяют линии тока вязкой жидкости, по которым восстанавливают параметры НДС металла (как ив известном методе визиопластично- сти).

Пример. Исследовали НДС материала при холодном гидропрессовании. Исследуемым материалом служила сталь 45. Деформацию осуществляли в контейнере с диаметром канала 55 мм, через матрицу с диаметром калибрующего пояска 42 мм, вы- сотой 8 мм, углом -конической воронки 20°. Степень деформации материала составляла 40%, В качестве рабочей жидкости использовались масло индустриальное 20.

Образцы для исследований изготавливали двумя способами. .....

По первому способу из прутка проката (J65 мм отрезали заготовку длиной 130...135 мм, разрезали ее по диаметру вдоль образу- ющей на 2 половины, плоскости среза шли- фовали и полировали, обеспечивая правильное прилегание соответствующих половин. На подготовленные поверхности с использованием соответствующих клише и приспособлений типографской краской наносили координатную сетку с шагом 5 мм (следует отметить, что нанесение рисок может осуществляться путем царапания,резания и другими способами). В сушильном шкафу при температуре порядка 100° про- водили сушку краски, после чего на плоскости наносили защитный слой лака. Далее половины собирали,скрепляли их струбцинами, центровали с обеих торцов, на одном конце протачивали заходный конус с углом 20° и шип с цилиндрической поверхностью /б ЗО мм для зажимного кольца, на противоположном конце перпендикулярно оси сверлили отверстиеЈ5 мм под скрепляющий штифт. На подготовленные таким образом места устанавливали с натягом зажимное кольцо и штифт, после чего струбцины снимали, цилиндрическую поверхность заготовки протачивали до

5

0

5

5

5 45

0

0

50

55

окончательного размера 54 мм. Принятые меры по подготовке и скреплению половинок .позволили осуществить эксперимент, однако все же наблюдалось частичное проникновение жидкости в разъем образца.

По второму способу из прутка проката 55 мм протачивали цилиндр 54 мм длиной 130...135 мм, на одном его конце выполняли заходный конус с углом 20°, а на цилиндрической поверхности точили кольцевые риски глубиной 0,1...0,15 мм с шагом 5 мм.

Подготовленные двумя способами образцы гидропрессовали с пресс-остатком, извлекали из контейнера и составные образцы разбирали на 2 половины.

В дальнейшем с помощью инструментального микроскопа замеряли координаты искаженных при деформации линий. По за- мерянным координатам восстанавливали линии тока, причем для цельных образцов восстановление линий тока осуществляли путем определения по формуле (1) скорости течения металла на поверхности и решения краевой задачи о течении вязкой жидкости с использованием формулы (2), а для составных образцов - аппроксимацией линий тока с помощью дробно-рациональной функции по полученным координатам.

На чертежах приведены линии тока деформированных образцов, восстановленные по предлагаемому способу (фиг. 1) и способу-прототипу (фиг. 2). Статистические расчеты показывают, что с вероятностью 95% линии тока совпадают. Численная реализация метода визиопластичности, выполненная в дальнейшем по полученным линиям тока для обеих образцов, подтвердила идентичность их напряженно-деформированного состояния.

Формула изобретения . Способ определения параметров напряженно-деформированного состояния материала при его осесимметричной пластической деформации, включающий изготовление образца с рисками, его пластическую деформацию, замер координат искаженных при деформации рисок, восстановление расчетным путем напряженно-деформированного состояния (НДС) материала по полученным данным, о т л и - чающийся тем, что, с целью сокращения объема и трудоемкости экспериментальных исследований, расширения возможностей использования способа, образец выполняют сплошным, на его боковую поверхность наносят кольцевые риски с постоянным шагом, после деформации определяют скорость течения металла на поверхности образца по формуле

Ac

Vx V0.

где УХ - скорость течения металла на поверхности образца в сечении с координатой X;

v0 - скорость течения металла до входа в матрицу;

До - расстояние между рисками до деформации, Д« - расстояние между рисками пос|ле деформации в сечении с координатой X,

решают краевую задачу о течении вязкой жидкости с гранчными условиями в скоро- CTflk, определяемых указанной формулой и коэ)ффициентом вязкости i , определяемым по формуле

-. (7- предел текучести металла образца; Ј - средняя скорость деформации по объему образца, равная

So

л

illf 21 П S

So - площадь сечения образца по деформации;

S - площадь сечения образца после деформации;

I - высота очага деформации; на основе полученного решения определяют линии тока вязкой жидкости, по которым восстанавливают параметры НДС металла методом визиопластичности.

Использование: в области обработки металлов давлением, при исследовании и оптимизации процессов ОМД. Сущность изобретения: способ включает изготовление образца с рисками, его пластическую деформацию, замер координат искаженных при деформации рисок, восстановление по полученным данным расчетным путям напряженно-деформированного состояния материала после деформации. При этом образец выполняют сплошным, а кольцевые риски на- носят на его боковую поверхность с постоянным шагом. После измерения координат деформированных рисок расчетным путем определяют скорости течения материала на поверхности образца с использованием полученных скоростей, решают краевую задачу о течении вязкой жидкости и определяют линии тока во всем объеме деформации. 2 ил. ел

Предлагаемый способ

Фиг.1