Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 12
1.1. Современные технологические процессы обработки малопластичных материалов 12
1.2. Критерии, определяющие предельное формоизменение в процессах объемной штамповки 22
1.3. Учет сжимаемости при деформации пористых материалов 32
1.3.1. Анализ общих соотношений теории пластичности пористых материалов 32
1.3.2. Методики определения функций пористости 42
1.4. Методы экспериментальных исследований свойств пористых материалов 46
1.5. Теоретические методы расчета пластического течения пористых материалов 51
1.6. Цели изадачи исследований. 56
ГЛАВА 2. Экспериментальное исследование уплотне ния пористых материалов и разработка алгоритма расчета 57
2.1. Теоретическое исследование влияния схемы напряженного со стояния на функции пористости 57
2.1.1. Сжатие в условиях плоской однородной деформации 57
2.1.2. Сжатие цилиндрических образцов, нагруженных заданным боковым давлением 62
2.2. Экспериментальное исследование уплотняемости и функций пористости в условиях одноосного сжатия и плоской деформации 65
2.2.1. Методика экспериментального исследования 67
2.2.2. Анализ результатов экспериментального исследования функций пористости 70
2.3. Экспериментальное исследование уплотняемости и функций пористости в условиях всестороннего неравномерного сжатия 78
2.3.1. Методика экспериментального исследования функций пористости в условиях всестороннего неравномерного сжатия 78
2.3.2. Результаты экспериментального исследования влияния схемы напряженного состояния на функции пористости 86
ГЛАВА 3. Теоретические и экспериментальные исследования уплотнения и разрушения при деформации оболочках 93
3.1. Методика теоретического исследования 93
3.1.1. Моделирование напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов. Основные соотношения 93
3.1.2. Учет силовых и кинематических граничных условий 97
3.1.3. Алгоритм автоматической генерации сетки четырехугольных конечных элементов 101
3.1.4. Алгоритм расчета пластического течения одно- и многослойных заготовок 106
3.2. Методика расчета степени деформации для достижения регламентированной пористости в зависимости от схемы напряженного состояния и начальной пористости 109
3.3. Физическое и компьютерное моделирование пластического течения при деформации в оболочках 112
3.3.1. Осадка в оболочках цилиндрической формы 112
3.3.2. Осадка в коротких оболочках 118
3.3.3. Осадка в комбинированных оболочках 122
3.3.4. Осадка без обжатия оболочки 126
3.3.5. Деформирование в условиях интенсивного сжатия 127
3.4. Методика проектирования технологических процессов дефор мации малопластичных пористых материалов в оболочках 131
ГЛАВА 4. Промышленное использование результатов исследований 139
4 1. Особенности термомеханических условий обработки сплава ЭП741НП 139
4.2. Методика и экспериментальное определение материальных функций 141
4.3. Расчет параметров процесса деформации пористой заготовки из сплава ЭП741НП 148
4.4. Расчет теплового режима в процессе деформации заготовки диска газотурбинного двигателя 164
4.5. Рекомендации для проведения и результаты опытно-промышленной штамповки заготовки диска ГТД после жидко фазного спекания 166
Выводы 169
Список литературы 171
Приложение 1йс
- Учет сжимаемости при деформации пористых материалов
- Экспериментальное исследование уплотняемости и функций пористости в условиях одноосного сжатия и плоской деформации
- Методика расчета степени деформации для достижения регламентированной пористости в зависимости от схемы напряженного состояния и начальной пористости
- Расчет параметров процесса деформации пористой заготовки из сплава ЭП741НП
Введение к работе
В различных областях техники постоянно увеличивается потребность в деталях и узлах с повышенными эксплуатационными характеристиками по прочности, износостойкости, способности работать при высоких температурах и т.п. Это, как правило, малопластичные, труд но деформируемые стали и сплавы. Изготовление высококачественных поковок из таких материалов осложняется их пониженной пластичностью, высоким сопротивлением деформации, низкой теплопроводностью, узким температурным интервалом штамповки, чувствительностью пластичности к скорости деформации. Трудности, которые возникают при выборе термомеханических, деформационных, скоростных режимов штамповки, накладывают при разработке технологических процессов значительные ограничения на величину допустимой степени деформации, в пределах которой не происходит разрушение деформируемой заготовки. Это, в свою очередь, в значительной мере сдерживает возможности обработки давлением по устранению характерных для таких материалов дефектов макро- и микроструктуры, различных неоднородностей, ликвации, ухудшающих их эксплуатационные свойства, что приводит к сдерживанию технического прогресса во многих важных отраслях машиностроения. В этих условиях становится актуальной задача разработки методик проектирования технологий, обеспечивающих улучшение деформируемости материалов без разрушения. Режимы пластического деформирования, при которых достигается наиболее полное использование ресурса пластичности, должны сбалансировать процесс накопления и устранения повреждений. С одной стороны, для обеспечения требуемой макро- и микроструктуры слитка требуется осуществление деформации определенной величины, возрастающей с увеличением степени легирования обрабатываемого металла. С другой стороны, пла-стическая деформация при обработке давлением высоколегированных сталей и сплавов сопровождается образованием в заготовках дефектов деформационного происхождения, в результате чего уменьшается, а затем и полностью исчерпывается запас пластичности, что приводит к дефектам в виде трещин.
9 Проблема формирования гомогенной структуры в заготовках из слож-нолегированных сплавов обостряется с увеличением размеров слитков в связи с уменьшением скорости кристаллизации, что приводит к интенсивному развитию ликвационных процессов, вызывает значительную структурную неоднородность, неустранимую в рамках допустимых степеней деформации и которая является одной из причин низких эксплуатационных свойств изделий. Поэтому слиток, как заготовка для изготовления изделий из малопластичных материалов, не всегда оказывается приемлемым.
Решение проблемы исключения структурных неоднородностей достигается путем применения порошковых материалов (ПМ). Однако, заготовки из ПМ имеют низкие механические характеристики и технологическую пластичность. Кроме этого, заготовки из ПМ обладают значительной пористостью. Известные результаты исследований дают основание полагать, что решение проблем, связанных с устранением пористости, залечиваемо стью дефектного строения заготовок из ПМ и предотвращению появления дефектов деформационного происхождения, достигается путем деформации при определенном сочетании основных влияющих факторов, определяющих термомеханические условия деформации; температуры, напряжений всестороннего сжатия, степени и скорости деформации [1]. В связи с тем, что температура и скорость деформации имеют узкий диапазон допустимых значений, в качестве управляющих параметров процесса уплотнения заготовок из ПМ, следует рассматривать степень деформации и схему напряженного состояния. Схема напряженного состояния численно характеризуется коэффициентом жесткости г\ = 3а/сги (где а и <зя - соответственно среднее напряжение и интенсивность напряжений). На практике имеются широкие возможности регулирования схемы напряженного состояния. При этом наименьшие энергосиловые затраты на выполнение технологических операций достигаются при схемах напряженного состояния, характеризуемых значениями параметра г| близкими к нулю. Однако, такие схемы для мало пластичных материалов в большинстве случаев непригодны из-за низкой технологической пластичности, в результате чего не достигаются степени деформации, необходимые для уплотнения заготовок из ПМ. Увеличение технологической пластичности может быть достигнуто при мягких (Т|«0) схемах напряженного состояния. Допустимые степени деформации возрастают с уменьшением параметра т\, но при этом возникают ограничения процесса деформации по необходимой технологической силе, энергетическим затратам, а также стойкости штампов. Таким образом, рациональная схема напряженного состояния определяется возможностью достижения необходимой технологической пластичности с одной стороны, и наименьшими энергосиловыми затратами, с другой стороны. В указанной постановке выбор рациональной схемы напряженного состояния возможен только на основе современных теорий пластического течения сжимаемых материалов и деформируемости металлов без разрушения.
Анализ современных способов обработки малопластичных материалов позволяет выделить класс эффективных технологических процессов их деформации в оболочках. В рамках этого класса процессов имеются широкие возможности управления термомеханическими условиями деформации, в том числе степенью деформации и схемой напряженного состояния. Однако, расчет процессов деформации малопластичных материалов в оболочках связан анализом течения многослойных составных заготовок. Это создает дополнительные сложности при выборе рациональных схем напряже иного состояния.
Научная новизна; - научно обоснована возможность распространения известного способа испытаний компактных материалов в условиях всестороннего неравномерно го сжатия на пористые материалы; - теоретически установлено и экспериментально подтверждено, что функции пористости, входящие в условие пластичности сжимаемых мате риалов, имеют два независимых параметра влияния - плотность (пористость) и схема напряженного состояния; получены данные о количественном влия- ний схемы напряженного состояния на функции пористости для железного и медного порошков; получены новые решения задач пластического течения многослойных заготовок, применяемых для деформации малопластичных материалов осадкой в цилиндрических, коротких и комбинированных оболочках; разработана методика расчета параметров процесса деформации пористых заготовок в оболочках.
На защиту выносятся: - результаты теоретических и экспериментальных исследований дефор мированного и напряженного состояний при различных схемах нагружения многослойных заготовок; результаты теоретических и экспериментальных исследований влияния схемы напряженного состояния на функции пористости, входящие в условие пластичности сжимаемых материалов; методика выбора рациональных параметров нагружения и конструкции оболочек для уплотнения спеченных заготовок на основе учета предельно допустимых деформаций.
Практическая ценность: на основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований определены области применения различных схем нагружения пористых заготовок в оболочках; разработаны рекомендации по выбору технологических параметров деформации заготовок, полученных из жаропрочных никелевых порошковых сплавов жидкофазным спеканием, которые использованы в ММПП "Салют" при разработке нового технологического процесса получения опытного образца заготовки диска газотурбинного двигателя из порошкового сплава ЭП741НП; результаты исследований применены в преподавании учебного курса «Математическое моделирование и САПР процессов и машин ОМД».
Учет сжимаемости при деформации пористых материалов
Известны два основных подхода к изучению задач уплотнения ПМ. Первый подход базируется на дискретном представлении о контактном взаимодействии отдельных частиц, составляющих ПМ. Процесс прессования ПМ рассматривается как последовательное сжатие пар или групп частиц, сопротивление сближению которых и определяет закономерности изменения давлений прессования с ростом плотности материала. При этом зависимости, описывающие уменьшение пористости, рост площади межчастичных контактов, доля давления прессования, передаваемая через уплотняемый материал на поверхности прессового инструмента и т.д., выводятся из анализа условий сжатия отдельных частиц. Исследования в рамках такого подхода представлены и проанализированы в работах [27-31]. Соотношения, полученные на основе дискретного подхода, на первоначальном этапе развития метода порошковой металлургии сыграли большую положительную роль для понимания механизмов уплотнения; получены достаточно хорошо согласующиеся с опытом зависимости между давлением формования в жесткой матрице и плотностью. Вместе с тем, использование дискретного подхода требует предположения об однородности распределения свойств изделия, полученные соотношения не учитывают влияния многих факторов пластического течения и пригодны в условиях неравномерного и сложного напряженно-деформированного состояния лишь для оценочных расчетов.
Второй подход при изучении задач течения и уплотнения пористых тел, являющийся общепризнанным в настоящее время, базируется на континуальном представлении процессов течения. Установлено, что многие кинематические аспекты поведения ПМ не отличаются от обычных сплошных тел [27, 32]. Это позволяет рассматривать ПМ в рамках континуальных представлений, вводя так называемые "представительные элементы" [33-35], то есть минимальные области, идентичные по свойствам самим ПМ. Размерэтих элементов существенно меньше габаритных размеров насыпки или пористого образца и значительно превышает размеры отдельных частиц или нор.
Использование предельных переходов и дифференциальных операторов основывается на предположении, что все элементы пространства стягиваются к соответствующим размерам представительных элементов (площади поверхности S3jl и объему Уэл). Хотя сами характеристики пористой среды рассматриваются как непрерывные функции координат, их определение имеет смысл в объемах, не меньших объема представительного элемента, и их рассмотрение внутри указанного объема лишено смысла [36].
Непрерывность материала в некоторой области тела характеризуется плотностью, определяемой следующим образом. Рассмотрим какую-либо точку в данной области, обозначим через дМ массу в окрестности дУ данной точки, тогда пределопределяет плотность в точке тела [37]. Плотность является размерной характеристикой и может сильно отличаться для различных ПМ. Для использования в уравнениях более удобной является относительная плотность р, представляющая отношение текущей плотности пористого тела рп в некоторой точке к плотности р базового материала частиц порошка:
Для сплошного тела р -1.Тензор напряжений для точки пористого тела определяют как среднее значение соответствующих тензоров внутри представительного объема [38]:поверхности представительного объема, qs- вектор напряжений на этой поверхности.
Условие пластичности fT( Tjj) 0 для изотропной упрочняющейся среды не должно меняться при повороте осей системы координат, то есть условие пластичности может быть записано в виде функции инвариантов тензора напряжений- соответственно первый, второй и третий инварианты тензора напряжений
В связи с тем, что возникновение пластических деформаций пористых тел может определяться средним напряжением, т.е. шаровым тензором, и вторым инвариантом девиатора напряжений, который полностью определяет влияние напряжений сдвига, а также если учесть некоторое влияние параметра Надай-Лоде, т.е. вида напряженного состояния, то выражение (1.24) можно представить в виде:где- соответственно второй и третий инварианты девиатора напряжений 5;=:где о = аи/3 - среднее напряжение (гидростатическое давление), 8 =1 приі=j, 5;J=0 при i j - символ Кронекера.
Второй инвариант девиатора связан с интенсивностью напряжений аиЕсли предельное состояние материала не зависит от третьего инварианта J3, то поверхность нагружения представляет собой поверхность вращения, ось которой совпадает с гидростатической осью,
При обычных давлениях компактные (100% плотности) материалы не приобретают необратимых деформаций объема, поэтому их условие текучести не зависит от среднего напряжения (первого инварианта). Поверхность текучести таких материалов не замкнута, она представляет собой цилиндрическую поверхность с образующими, параллельными гидростатической оси. Признанным условием текучести таких материалов служит условие Губер а-Мизеса.
Под действием гидростатического давления пористые среды приобретают необратимые деформации объема, что можно объяснить течением материала основы в поры. Условие пластичности таких тел зависит от среднего напряжения, а поверхности текучести замкнуты. Обзор различных поверхностей нагружения, используемых применительно к пористым средам можно найти в работе [40]. Некоторые поверхности пластичности для изотропных
Экспериментальное исследование уплотняемости и функций пористости в условиях одноосного сжатия и плоской деформации
Экспериментальное исследование влияния степени деформации и схемы напряженного состояния на закономерности уплотнения проводилось с использованием порошковых материалов двух марок: железный порошок ПЖР 3.200.28 и медный порошок марки ПМС-Н. Из порошков получали брикеты различной плотности в щелевом штампе (рис. 2.5) путем прессования с двухсторонним приложением нагрузки.
Перед брикетированием железный порошок пластифицировали стеара-том цинка в пропорции 0,5...0,7% по массе и перемешивали в двухконусном смесителе в течение 1,5 часа со скоростью вращения барабана 35 об/мин. Медный порошок брикетировали в состоянии поставки. Размеры полученных брикетов: высота - 30 мм, ширина - 30 мм, длина - 150 мм (рис. 2.6). Дозировали порошок по массе путем взвешивания на электронных весах. Всего было подготовлено по 50 брикетов из исследуемых материалов с различной относительной плотностью. Железные брикеты с относительной плотностью
Далее производилось спекание брикетов. Брикеты из железного порошка спекались в атмосфере водорода в течение 12 часов при температуре в рабочих камерах 1150 С и с температурой разгона 650 С. Брикеты из медного порошка спекались также в среде водорода в течение 12 часов при температуре в рабочих камерах 960 С и с температурой разгона 620 С. После спе Из полученных брикетов вырезались образцы в виде кубиков с размерами: 18x18x18 мм. Все грани кубиков подвергались шлифованию в размер.
Для испытания на одноосное сжатие было изготовлено по 27 образцов из железного и медного порошков с различной относительной плотностью, которые были разделены на партии по девять штук для каждого из трех значений относительной плотности и двух видов исследуемых материалов (всего шесть партий). В каждой партии три образца подвергались испытанию на одноосное сжатие в направлении брикетирования и по три образца соответственно в направлении ширины и длины брикетов, из которых изготавливались образцы. Сопоставление результатов испытаний образцов в различных направлениях по отношению к направлению действия активной силы прессования брикетов показало, что исходное состояние образцов, изготовленных из спеченных брикетов, с достаточной точностью можно принять изотропным.
Поэтому для испытания на сжатие в условиях плоской деформации было изготовлено шесть партий образцов по три штуки для каждого из трех значений относительной плотности и двух видов исследуемых материалов. Для испытания на сжатие в условиях плоской деформации использовался штамп, эскиз которого показан на рис. 2.7, а внешний вид на рис. 2.8, Все испытания производились на прессе Instron 1255 в НПО "Темп". Пресс сертифицирован Ростест и обеспечивает точность измерения хода ползуна ±0,01 мм и точность измерения силы деформации ±2% (рис. 2.9). На рис. 2.10 отдельно показано записывающее устройство с типовой осциллограммой сила-ход.
Плотность до и в процессе деформации (при разгрузке) определялась гидростатическим взвешиванием. Деформация всех партий образцов производилась ступенчато с промежуточными разгрузками для измерения текущих размеров и плотности, а также уменьшения сил трения. Для уменьшения влияния сил трения применялись также полиэтиленовые прокладки и смазка литол. составлял 0,02...0,04. Испытанияпрекращали после образования магистральных трещин, приводящих к нарушению целостности образцов. В процессе испытаний, при сравнительно небольших значениях степени деформации (є0 =0,3...0,5), на свободных и контактных поверхностях наблюдалось появление сетки мелких (глубиной 0,1...0,2 мм) поверхностных трещин (рис. 2.11), связанных со структурной неоднородностью испытываемых материалов и краевыми эффектами. Как показали эксперименты, образование поверхностных дефектов характерно для образцов из железного порошка. В этом случае для продолжения деформации образцы подвергались промежуточному шлифованию по всем граням на глубину образовавшихся поверхностных дефектов.
Результаты испытаний на одноосное сжатие и сжатие в условиях плоской деформации образцов с различной начальной плотностью из железного и медного порошка приведены на рис. 2.12 - 2.16. На рис. 2.12 и 2.13 приведены экспериментальные зависимости напряжения текучести asn и а п от степени деформации 0, полученные при испытании спеченных образцов из железного и медного порошков с различной начальной плотностью на одноосное сжатие и сжатие в условиях плоской деформации [129]. На рис. 2.14 и 2.15 приведены
Методика расчета степени деформации для достижения регламентированной пористости в зависимости от схемы напряженного состояния и начальной пористости
Для выбора рациональных параметров нагружения в процессах деформации малопластичных пористых материалов и прогнозированию уплотняе-мости предполагается использование в качестве исходных данных новой экспериментально определяемой механической характеристики пористого материала, которая отражается зависимостью: и названа диаграммой граничных деформаций. Диаграмма граничных деформаций дает зависимость степени деформации, необходимой для достижения относительной плотности р=1, при заданных температурно-скоростных условиях деформации и начальной пористости от параметров, определяющих схему наряженного состояния. Если в эксперименте достижение относительной плотности р-1 затруднено, то могут быть построены диаграммы уровня пористости:которая в частном случае (при р=1) совпадает с диаграммой граничных деформаций.
В предположении о том, что свойства пористого материала определяются в основном его пористостью и свойствами материала основы [128], зависимости (3.40) можно приближенно определить расчетным путем.
Для решения задачи используем условие пластичности (1.31) и ассоциированный с ним закон течения (1.36). Функции относительной плотности (пористости) а и 5 примем согласно [66]:
В работе [51] функция р используется в виде: (3 = 3[1-р2]. Однако, следуя работам [50, 53], для удобства вычислений в дальнейшем, примем зависимость (3 = Р(р) в виде:Из дилатансионного соотношения [40, 50]:при с=0 и (2.41) следует:Формула (3.45) позволяет рассчитать степень деформации, необходимую для
Формула (3.46) позволяет построить расчетную диаграмму уровня пористости Б = є(ин, Г[), определяющую степень деформации, необходимую для достижения заданной пористости v образцов с начальной пористостью vH при различных значениях r=const. На рис. 3.10 показаны диаграммы различных уровней пористости, рассчитанные по формуле (3.46), а также диаграмма граничных деформаций, определяющая степень деформации єгр(ї;н ті) - о( н м) j необходимую для полного закрытия пор на рассматриваемом макроскопическом уровне.
На основании диаграмм граничных деформаций и диаграмм уровня плотности появляется научно обоснованный способ определения размеров заготовки для получения поковки требуемых размеров и плотности.
Целью настоящего моделирования является сопоставление экспериментальных данных по деформации малопластичных материалов в оболочках с результатами, полученными расчетным путем с использованием программного комплекса, описанного в п. 3.1. В задачу моделирования входит также определение геометрических параметров процесса для различных схем деформирования, обеспечивающих необходимую величину гидростатического давления для реализации процесса деформации рассматриваемых материалов без разрушения при наименьших энергосиловых затратах.
Эксперименты, описанные в работе [2], проводили согласно схеме, представленной на рис. 3.11, путем осадки дуралюминовых (Діб) образцов. Диаметр внутренней части 50 мм, высота 125 мм. Толщина стенки оболочки составляла 6 мм, материал оболочки аналогичен материалу заготовки. Осадку осуществляли на гидравлическом прессе усилием 100 тс, между плоскопараллельными плитами без смазки. Образцы и инструмент перед обжатием нагревали до 400 С.
На рис. 3.12 представлен внешний вид образца после осадки на 30%, а также результаты моделирования описанного процесса. Для моделирования в качестве исходных данных были приняты: теплопроводность 130 Вт/(м-град), теплоемкость 922 Дж/(кг-град); коэффициент трения 0,4. Кривая упрочнения сплава согласно экспериментальным данным [138] Діб аппроксимирована выражением:
Приведенные на рис. 3.12 экспериментальные и расчетные данные показывают, что в процессе деформации пакета с принятыми соотношениями размеров заготовки и оболочки происходит образование кольцевых полостей между ними, что приводит к отсутствию бокового давления в этих зонах и перемещению опасной зоны очага деформации с экватора боковой поверхности осаживаемой заготовки в области кольцевых полостей. Образование кольцевых полостей происходит вследствие продольной потери устойчивости оболочки. Оболочки, для которых характерна потеря устойчивости, в дальнейшем будем называть тонкостенными. Сопоставление результатов
Расчет параметров процесса деформации пористой заготовки из сплава ЭП741НП
Согласно разработанной методике (п. 3.4), необходимую степень деформации определим с помощью диаграммы пластичности и диаграммы граничных деформаций (рис. 4.12), полученных в п.4.2.
Как видно из рис. 4.12, параметр г\кр -2, а величина необходимой степени деформации fi oV? -0,3)=1,1. Согласно техническому заданию, необходимые размеры заготовок под последующую изотермическую раскатку: диаметр 345...350 мм, высота 45...50 мм. Исходя из требуемых размеров поковки и необходимой степени деформации, размеры исходной заготовки составят: диаметр 210 мм, высота 135 мм. За основу для моделирования была принята схема, представленная на рис. 3.11, поскольку является наиболее простой и технологичной из рассмотренных в п. 3.3. В качестве материала оболочки использован сплав ЭП742, который по прочностным характеристикам аналогичен сплаву ЭП74ШП (4.2), однако его пластические показатели значительно выше. Диаграмма пластичности сплава ЭП742 получена согласно [145] в виде (4.1) по результатам испытаний на одноосное растяжение при температуре 900С (рис.4.13):
Определение параметров оболочки и схемы процесса, обеспечивающих необходимую величину гидростатического давления, производилось в первом приближении без учета тепловых процессов. Соглас но проведенному расчету остаточная пористость в конце процесса деформации практически полностью ликвидируется и не превышает 0,5 %.
На рис. 4.14-4.16 приведены в виде изолиний степени деформации Є0 и параметра ц результаты моделирования процесса осадки сплава ЭП741НП в цилиндрических оболочках различной толщины по схеме, представленной на рис. 3.11. Анализ результатов моделирования показывает, что области заготовки, расположенные около экватора боковой поверхности деформируемой заготовки, характеризуются наиболее неблагоприятными условиями деформации. В этой зоне достигается наибольшее значение степени деформации при наименьшей величине среднего напряжения. Поэтому для дальнейшего указанная зона была принята в качестве опасной зоны.
Пути деформирования металла в опасной зоне є0 - e0(rf), а также зависимость использованного ресурса пластичности в соответствии с (1.3) от степени деформации для различных толщин оболочек получены согласно методике, описанной в работах [146, 147], и приведены на рис. 4.17.
Приведенные в виде графиков на рис. 4.17, б результаты расчета использованного ресурса пластичности Щ показывают, что выбранная схема деформирования может быть применена для получения бездефектных поковок при осадке в оболочках толщиной не менее 55 мм. Это приводит к необходимости применения прессового оборудования с номинальной силой не менее 60 МН. Расчетное значение технологической силы по ходу процесса приведено на рис. 4.18. Максимальное значение составляет 52,9 МН.Анализ зависимостей 0 = oW Д1 различных толщин оболочек (рис.4.17, а) и характер изменения У w[o) (рис 4.17, б) позволил определить направление совершенствования схемы процесса с целью снижения максимальной технологической силы осадки. Рис. 4.14. Изолинии степени деформации є0 (б) и параметра т] (в) при осадкезаготовок из сплава ЭП741НП в цилиндрической оболочке толщинойS=35 мм: а) - начальное положение; б, в) - конечное положение
Новая схема деформирования представлена на рис. 4.19. Ее отличительной особенностью является то, что процесс деформации начинается по схеме, приведенной на рис. 3.11, а заключительная стадия протекает при час Рис. 4.15. Изолинии степени деформации 0 (б) и параметра rj (в) при осадкезаготовок из сплава ЭП741НП в цилиндрической оболочке толщиной S=55 мм: а) - начальное положение; б, в) - конечное положениетичном обжатии оболочки. Это достигается соответствующим выбором диаметра осадочной плиты. Диаметр плиты может лежать в пределах Рис. 4.16. Изолинии степени деформации є0 (б) и параметра rj (в) при осадкезаготовок из сплава ЭП741НП в цилиндрической оболочке толщинойS=80 мм: а) - начальное положение; б, в) - конечное положениеdn dE Dn (здесь dn - диаметр заготовки после осадки, dE - диаметр осадочной плиты (бойка), Dn - диаметр пакета после осадки).
Рис. 4.18. Зависимость технологической силы осадки сплава ЭП741НП в цилиндрической оболочке толщиной S=55 мм от перемещения ползуна
Выбор диаметра осадочных плит в указанном интервале позволяет управлять параметром г} в процессе деформации и создавать схемы напряженного состояния, обеспечивающие необходимые и достаточные условия процесса при заданной степени деформации и наименьшей технологической силе. Предложенная схема деформирования с частичным обжатием оболочки сочетает преимущества схем деформирования, приведенных на рис. 3.11 и 3.24. По сравнению со схемой на рис 3.11 может быть достигнуто значительное снижение технологической силы, а по сравнению со схемой на рис. 3.24 -исключается необходимость промежуточной замены осадочных плит на плиты большего диаметра.
Дальнейшие расчеты показали, что наименьшая технологическая сила при заданной степени деформации достигается при выполнении условия dn - ds Результаты расчета процесса деформации заготовок из сплава ЭП741НП для этого случая с применением оболочек различной толщины приведены на рис. 4.20-4.23. По результатам моделирования построены пути деформирования 0 =sD[rj) точек заготовки в опасной зоне и изменениеиспользованного ресурса пластичности от степени деформации W =Ч/\Ей) (рис. 4.24). Рис. 4.20. Изолинии степени деформации є0 (б) и параметра г/ (в) при осадке заготовок из сплава ЭП741НП с частичным обжатием цилиндрической оболочки толщиной S=35 мм: а) - начальное положение; б, в) - конечное Рис. 4.22. Изолинии степени деформации є0 (б) и параметра г/ (в) при осадкезаготовок из сплава ЭП741НП с частичным обжатием цилиндрической оболочки толщиной S=80 мм: а) - начальное положение; б, в) - конечное положение
