Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ конструктивных особенностей и технологии изготовления элементов сферических конструкций, применяемых в кораблестроении 9
1.1 Анализ конструктивных особенностей сферических оболочек и технологии их изготовления 9
1.2 Оценка применяемых технологий и оборудования для изготовления крупногабаритных конструкций . сферической формы 15
1.3 Характеристика и оценка технических возможностей применения горячей гибки заготовок сферической формы ...19
1.4 Характеристика и оценка технических возможностей применения холодной гибки заготовок сферической формы 22
Выводы и постановка задач исследований 31
2 Исследование напряженно-деформированного состояния при холодной гибке заготовок деталей сферической формы 34
2.1 Деформация пластины при вдавливании жесткой сферы 34
2.2 Деформация пластины при вдавливании жесткой сферы в кольцевую матрицу 43
2.3 Деформация пластины, нагруженной на внутреннем контуре равномерно распределенной нагрузкой 50
2.4 Анализ нагрузок и деформаций при деформировании пластины жестким сферическим штампом 52
3 Экспериментальные исследования остаточных деформаций опытно-штатных заготовок деталей при их холодной гибке 57
3.1 Влияние размеров заготовок деталей на их остаточные деформации после холодной гибки 57
3.2 Исследование деформаций толстостенных заготовок деталей сферической формы при холодной гибке .65
3.3 Разработка методики определения параметров холодной гибки заготовок деталей сферической формы 66
4 Влияние холодной гибки заготовок деталей сферической формы из высокопрочных сталей на их механические свойства 73
4.1 Влияние холодной гибки заготовок деталей сферической формы на механические свойства высокопрочных сталей 73
4.2 Исследование предельной пластичности сталей марок КП80 и КПЮО после холодной гибки заготовок деталей сферической формы 84
4.3 Влияние холодной гибки заготовок деталей сферической формы на циклическую прочность сталей марок КП80 и КПЮО 90
4.4 Влияние холодной гибки заготовок деталей сферической формы на длительную прочность сталей марок КП80 и КПЮО 96
4.5 Влияние холодной гибки заготовок деталей сферическо формы из сталей марок КП80 и КПЮО на стойкость их к образованию трещин 98
5 Разработка технологии холодной гибки деталей сферических конструкций корпуса методами локального давления 106
5.1 Разработка технических требований к технологии, оборудованию и оснастке для холодной гибки заготовок деталей сферической формы 106
5.2 Разработка нормативно-технологической документации и оценка результатов внедрения разработанных методик и типовых технологических процессов 114
5.3 Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий гибки и оборудования на принципах локального давления 119
5.4 Методика определения основных параметров ротационно- локального деформирования заготовок корпусных деталей 128
Выводы 132
Заключение 135
Литература 138
Приложения. Акты внедрения, 147
- Оценка применяемых технологий и оборудования для изготовления крупногабаритных конструкций . сферической формы
- Деформация пластины при вдавливании жесткой сферы в кольцевую матрицу
- Исследование деформаций толстостенных заготовок деталей сферической формы при холодной гибке
- Исследование предельной пластичности сталей марок КП80 и КПЮО после холодной гибки заготовок деталей сферической формы
Введение к работе
Современный этап развития судостроения характеризуется повышенным вниманием к ресурсосберегающим, надежным технологиям, к числу которых относится холодная гибка корпусных деталей сложной формы методом последовательных локальных нажатий (ПЛН).
В судостроении и смежных отраслях промышленности расширяется применение конструкций типа оболочек, сферических переборок, днищ и их элементов. Прочные конструкции проектируются из сталей и сплавов толщиной от 10 до 100 мм. Увеличение габаритов, толщины и прочностных характеристик заготовок, повышение требований к качеству и эксплуатационной надежности ответственных конструкций морской техники, прежде всего подводных лодок (ПЛ), ставят новые задачи по изготовлению их элементов, требуют развития и изыскания новых методов технологического обеспечения процессов.
Ответственные конструкции ПЛ, в первую очередь — прочные сферические переборки имеют габариты, как правило, превышающие возможности их изготовления целиком на существующем оборудовании. Размеры заказных листов недостаточны для изготовления сферических переборок, поэтому переборки разбиваются поясами и меридиональными сечениями на элементы - «лепестки» и «крышки».
В практике строительства ПЛ для получения деталей заданной пространственной формы (формообразования заготовок) ответственных сферических конструкций ранее широко применялась горячая штамповка, которая имеет ряд существенных недостатков. К ним, в первую очередь относятся: высокая трудоемкость, неблагоприятные условия труда и экологические проблемы; большие энергозатраты; значительный угар металла при нагревах (до 1,5-1,8%); большие производственные площади для фондоемкого нагревательного оборудования; необходимость дополнительных вспомогательных операций; невысокая точность деталей; потребность в финишной термической обработке для восстановления механических свойств металла.
Технологический процесс формообразования изделий в холодном состоянии значительно эффективнее и не имеет указанных недостатков, при этом обеспечивается точность деталей на 40-60% выше по сравнению с горячей штамповкой. Кроме того, на ряде предприятий созданы комплексы для гибки крупногабаритных толстолистовых заготовок на базе мощных и быстроходных гидравлических прессов, оснащенных манипуляторами. Однако разработанные ранее научные основы горячей и холодной штамповки и выведенные зависимости, в основном для низкопрочных сталей, не могли быть использованы без дополнительных исследований для новых материалов и конструкций. Из-за сложности исследуемых процессов и их аналитического представления делается ряд допущений, применимость которых в каждом конкретном случае требует обоснования и экспериментальных подтверждений.
Указанные обстоятельства вызвали необходимость разработки научных основ и обоснованных инженерных методов решения технологических задач применительно к формообразованию лепестков сферических конструкций: расчет размеров заготовки для сокращения припусков и объема пригоночных работ на сборке; расчет пружинения для учета в процессе холодной гибки, при выборе размеров и формы рабочей поверхностей штампов; определение предельно-допустимых параметров процесса формообразования и размеров оснастки, обеспечивающих стабильность свойств обрабатываемого материала; расчет изгибающих моментов и усилий, оценка технологических возможностей оборудования для проектирования рационального процесса, а также определение потребности в новом оборудовании; определение параметров ресурсосберегающих технологий гибки и рациональной формы технологической оснастки для обеспечения изготовления деталей с заданным качеством и при наименьших затратах.
Полученные результаты при решении указанных задач применительно к прочным корпусным конструкциям приведены в данной работе. Проведенные исследования и производственный опыт показали, что формообразование сферических деталей в холодном состоянии возможно методом последовательных локальных нажатий (ПЛН) в универсальных штампах. Изготовление таких деталей за один ход пресса потребовало бы больших усилий прессов и последующего значительного объема доводочных работ в тех же универсальных штампах при дополнительных затратах на изготовление крупногабаритной и металлоемкой специальной штамповой оснастки на каждую конфигурацию детали.
Соответственно целью диссертации явилось снижение трудоемкости, затрат энергоресурсов и улучшение условий труда при изготовлении деталей сферических конструкций корпусов морской техники из высокопрочных сталей за счет совершенствования технологии холодной гибки.
В результате выполненных исследований получены следующие новые научные положения: показано, что пластическое течение в зоне контакта сферического пуансона с листовой заготовкой при холодной гибке деталей приводит к увеличению площадки распределения контактных напряжений, закономерность которого отличается от общепринятой параболоидной закономерности Герца-Беляева и изменяется в зависимости от формы контактирующих поверхностей и категории прочности материала заготовки; доказано существенное влияние масштабного фактора, прежде всего размеров заготовки, на величину параметров процесса (усилие, напряжения, деформации). Установлен геометрический коэффициент заготовок, учитывающий масштабный фактор, который прямо пропорционален размерам заготовки и обратно пропорционален диаметру лунки матрицы. Показано, что при гибке методом ПЛН крупных сферических заготовок усилие увеличивается до 2,5 раз по сравнению с заготовками, размер которых не выходит за пределы штампа; разработана и защищена патентом методика расчетного определения граничных значений деформаций для сферических деталей из высокопрочных сталей, при которых не требуется их термическая обработка, в зависимости от геометрических размеров и основных свойств материала заготовки с учетом параметров ее деформирования; установлено влияние процесса холодной гибки заготовок методом ПЛН на механические свойства сферических деталей из сталей ЮТ до 1000 и показано, что полученные граничные условия холодного деформирования обеспечивают эксплуатационную надежность изделий без проведения термической обработки.
Практическая значимость работы заключается в следующем: разработана методика расчета основных технологических параметров и граничных условий холодной гибки крупногабаритных сферических деталей толщиной от 10 до 100мм методом ПЛН. Выпущены типовые технологические процессы (РД и НТД), апробированные на производстве; разработана и внедрена, на строящихся заказах, рабочая технология холодной гибки элементов сферических переборок, наиболее полно в производственных условиях ФГУП «Адмиралтейские верфи»; установлена взаимосвязь между величиной максимальной радиальной деформации и утонением заготовки, что позволяет надежно контролировать процесс холодной гибки деталей в производственных условиях, с минимальным количеством замеров утонений по разработанной и апробированной методике; сформулированы технические требования к проектированию и созданию ресурсосберегающего гибочно-правильного оборудования типа МГПМ и АГПМ для деформирования ротационно-локальным методом (РЛД), являющимся развитием исследованного метода ПЛН; технология холодной гибки сферических деталей, при внедрении в производство, позволила снизить трудоемкость, энергопотребление и цикл изготовления, улучшить условия труда, повысить точность формообразования деталей в 1,5-2,0 раза.
Наиболее полно научные и практические результаты работы реализованы в строительстве заказов: «Лада», «Амур», 06360,4097 и других.
Оценка применяемых технологий и оборудования для изготовления крупногабаритных конструкций . сферической формы
На судостроительных предприятиях раскрой заготовок и гибка деталей производятся в корпусообрабатывающих цехах, оснащенных технологическим оборудованием, обеспечивающим, как правило, производственную программу предприятий по их специализации. Наиболее мощное прессовое оборудование на заводах судпрома: - ФГУП ПО «Севмаш» - листогибочная машина фирмы «Хойслер», усилием ЗООООкН, пресс фирмы «Иноченти» ,усилием ЗООООкН, пресс фирмы «Ширмель Платте», усилием ЗООООкН; - ФГУП «Адмиралтейские верфи» - портальный пресс фирмы «Кар-бокс» усилием ЗООООкН; - ОАО «Амурский судостроительный завод» - портальный пресс фирмы «Карбокс» усилием ЗООООкН.
На данном оборудовании, в соответствии с его возможностями и типовыми техпроцессами ЦНИИТС [79-82,84,85], изготавливаются методами горячей и холодной гибки-штамповки отдельные детали сферических конструкций. Однако детали крупногабаритных конструкций, учитывая сложность их изготовления, проектант предусматривал в заказных ведомостях покупных изделий с длительным циклом изготовления на предприятии «Ижорский завод» способом горячей гибки-штамповки. При этом на предприятии строителе заказывалась специальная дорогостоящая штамповая и проверочная оснастка.
Оснащение участка производства ОАО «Ижорский завод», который используется для изготовления сферических деталей методом горячей штамповки, включает пресс усилием ЗОМН. Размеры стола пресса и ограничения по открытой высоте обеспечивают обработку «лепестков» габаритами 1,5 на 3.0м. Наиболее мощным листоштамповочным прессом двойного действия для вытяжки днищ является пресс, закупленный у японской фирмы «Исика-вадзима - Харима», усилием вытяжной траверсы 100МН и прижимной траверсы — 50МН. Таким образом, наибольшее усилие при простом действии составляет 150МН. Усилие пресса, расстояние между колоннами и открытая высота позволяют изготавливать на нем цельноштампованные днища диаметром до 8000мм с толщиной стенок до 500мм.
Однако изготовление цельноштампованных эллиптических днищ диаметром более 6,0 - 6,5м, а полушаровых - более Зм не является целесообразным, так как вызывает большую трудность изготовления крупногабаритной, металлоемкой штамповой оснастки (масса штампа для изготовления днища диаметром 6,5м составляет около 600т).
Изготовление толстостенных днищ, не требующих применения прижима, может быть выполнено на ковочных гидравлических прессах. Так, на «Ижорском заводе», на прессе усилием 120МН, впервые в отечественной практике, из высокопрочной стали было изготовлено днище диаметром 4,8м, толщиной стенки 230мм и массой 42т.
Участки, обладающие возможностями производства крупногабаритных толстостенных днищ и «лепестков», имеются на ряде отечественных заводов. Практически на наиболее мощном листоштамповочном прессе завода «Урал-химмаш», г. Екатеринбург при максимальном усилии вытяжки 42МН изготавливают эллиптические днища диаметром 4000мм толщиной 60мм из жаропрочных сталей, а при штамповке нержавеющих сталей марок ІХ2МІ, 22ХЗМ предельная толщина заготовки составила 260мм при штамповке по лусферы диаметром 2800мм. Это предельные габариты деталей, которые можно получить на этом прессе в связи с ограничениями по размеру стола и открытой высоте. Точность штампуемых днищ по диаметру составляет ±0,5% от диаметра. ЦНИИТМАШ, один из основных отечественных разработчиков штамповочных производств, ориентировался на создание участков с мощными гидравлическими прессами двойного действия с максимальным усилием 100-150МН [37]. На таком прессе можно изготавливать "в горячую" до 250 шт. крупногабаритных днищ диаметром от 2990 до 4115мм и толщиной от 84 до 330мм из стали марки 35ХМА. Следует отметить, что «узким» местом производства листовых штамповок на гидравлическом прессе двойного действия является его обеспечение штамповой оснасткой. Масса отдельных элементов доходит до 116т при габаритах, превышающих допустимые габариты для провоза по железной дороге.
Изготовление днищ на базе давильно - обкатной машины осуществляется на волгоградском заводе имени Петровского [5,37]. Оборудование типового прессового цеха включает в себя пресс двойного действия усилием 41МН модели П238А и давильно - обкатную машину. И то, и другое оборудование способно изготавливать днища, как правило, в горячем состоянии, диаметром до 4000 мм.
В Европейских странах существуют ряд мощных производств по изготовлению толстостенных оболочек. Например, в Испании на фирме «Фока-за», основанной в 1966г., производится изготовление днищ для больших котлов диаметром 4600мм и толщиной 80 и 90мм, единственные в Европе по своим размерам [37]. Давильно-обкатные машины используются в США, Японии, Англии, Франции. Оборудование фирмы «Болдрини» (Италия) позволяет обрабатывать листы толщиной до 150 мм и заготовки диаметром более 7000 мм. Собственное время обкатки на машине занимает в среднем 6 мин на каждый переход. Минимально допустимая температура обкатки находилась в интервале 820 - 920С в зависимости от марки стали. Давильно - обкатная машина обо рудована прибором для контроля фактического диаметра днищ и оснащается установкой для удаления окалины во время формообразования днища. Погрешности в овальности и отклонении диаметра соответствуют стандартам: BS 5500 (±0,25 %) и Din 28 013 -28 014 (+0,5 % и -0,25 %).
В Германии осуществляется механизированная штамповка на гидравлических прессах, так как они рентабельны и универсальны. В настоящее время разработаны технически совершенные проекты этих машин. Прежде всего это касается гидро- и электроуправления, а также ряда мер по повышению эксплуатационной безопасности прессов, снижению уровня шума и упрощению технического обслуживания [37]. При обработке давлением крупногабаритных деталей из толстолистовой стали требуются довольно большие трудовые затраты, а также продолжительное подготовительно-заключительное или вспомогательное время. Поэтому здесь особенно важна разработка наилучших способов рационализации производства. Большинство современных прессов рассчитано на большую приводную мощность. Наладка на этих прессах положения и величины хода занимает всего лишь несколько секунд, поэтому работа по дальнейшему сокращению времени, требуемого на прессование и наладку прессов, не принесет существенных результатов. Манипулирование обрабатываемыми деталями и, прежде всего, смена штампов занимают на многооперационных прессах известное время, и при длительной работе всей установки сокращение простоев пресса и непроизводительного времени во время его работы позволяет добиться весьма значительной экономии средств и создает благоприятные условия для окупаемости капиталовложений при освоении нового оборудования.
Разработанные в последние годы гидравлические специальные прессы, оборудованные вспомогательными механизмами для манипулирования обрабатываемыми деталями и штампами, в значительной степени способствовали повышению рентабельности производства [1,74,78,81,84]. Кроме того, прессы подобного типа позволили сократить количество обслуживающего персо нала и общее время рабочего цикла, в результате чего значительно повысилась производительность труда. В первую очередь следует отметить, что здесь идет речь не о стандартных прессах, а о специальных, модифицированной конструкции. Необходимо указать, что прессы этих моделей проектируются и конструируются в тесном сотрудничестве с предприятиями-изготовителями, поставщиками материалов, станков и штампов.
Деформация пластины при вдавливании жесткой сферы в кольцевую матрицу
Для анализа параметров процесса гибки сферических элементов методом последовательных локальных нажатий в универсальных кольцевых матрицах, принята схема деформирования равномерно нагруженной круглой пластины. Рассмотрим возможные случаи нагружения. Пусть круглая пластина радиуса / и толщиной s несет нагрузку интенсивностью д, равномерно распределенную по всей поверхности пластины. Схему гибки сферических «донышек» и лепестков в средней их части, когда диаметр сферического пуансона больше диаметра матрицы, можно представить в виде круглой пластины, защемленной по контуру (рис. 2.8). 0 Эта схема характерна для гибки в универсальной кольцевой матрице сферическим пуансоном меньшего диаметра без облегания заготовки по всей поверхности матрицы. Для защемленной по контуру пластины (рис. 2.10) распределение прогибов и напряжений будет следующим [2, 6] Оценим величины максимальных прогибов и усилий свободно опертой и защемленной круглой пластины, рассмотрев их отношения: 2.4 Анализ нагрузок и деформаций при деформировании пластины жестким сферическим штампом Процесс деформирования пластины жестким сферическим штампом проходит три стадии: упругое внедрение, начало пластического течения, полная пластичность. При упругом внедрении распределение контактных напряжений, радиус области контакта, величина внедрения сферического пуансона определяются выражениями (2.10), (2.11), (2.12). Начало пластического течения: - интенсивность напряжений достигает предела текучести о под поверхностью контакта на глубине 0,48аг, где ат - радиус области контакта, при котором начинается пластическое течение; - максимальное контактное давление, нагрузка, инициирующая пласти ческое течение определяются (2.17), (2.18). - радиус области контакта Для круговой пластины без свисающей со штампа части, то есть когда площадь пластины близка к площади матрицы, при начале пластического течения: - максимальное значение прогибов (2.48). Сравнение максимальных прогибов и усилий гибки для круговой пластины со свисающей со штампа частью и без свисающей части: - отношение максимальных прогибов (2.58), данное отношение изменяется в пределах 2,54 к 4,08, при 6 = 0 (сосредоточенная нагрузка) kw = 2,54, для равномерно распределенной нагрузки по всей пластине (Ь = /) отношение kw =4,08; - отношение усилий гибки, при которых начинается пластическое течение (2,59). Отношение усилий изменяется в пределах от кР =1 (при 6 = 0) до kF =0,394 (при Ь = 1). График распределения отношений kw и кр показан на рис. 2.11. Таким образом, установлено, что в общем случае упругопластического изгиба заготовки со свисающей со штампа частью, т. е. когда ее площадь больше площади матрицы, усилие гибки, из-за влияния свисающей части заготовки, увеличивается более чем в 2,5 раза, в то время как при упругом изгибе увеличение усилий составляет 1,6 раза. Отмеченное обстоятельство, показывающее влияние формы и размеров заготовки на силовые факторы процесса, было подтверждено экспериментальными исследованиями. .Показано, что пластическое течение в зоне контакта пуансона с заготовкой приводит к увеличению площадки распределения контактных напряжений, закономерность которого отличается от общепринятой параболоид-нои закономерности Герца-Беляева и изменяется в зависимости от формы контактирующих поверхностей и категории прочности материала заготовки. 2.У становлена возможность определения параметров упруго-пластического формообразования сферических заготовок в кольцевых матрицах: -формообразование сферических заготовок в средней их части, когда площадь заготовки больше площади матрицы схематизируется изгибом пластины, заделанной по контуру и нагруженной равномерно распределенной нагрузкой по всей заготовке (при обжатии заготовки по матрице) или на пятне контакта пуансона и заготовки; -формообразование сферических заготовок, сопоставимых с размером матрицы, схематизируется изгибом свободно опертой пластины. 3.Получены зависимости распределения остаточных напряжений по поверхности и толщине пластины от величины нагрузки и пятна контакта. Показано, что общий уровень остаточных напряжений не превышает уровень напряжений при гибке цилиндрических деталей, однако эпюры их существенно отличаются как по толщине, так и особенно по площади. На поверхности контакта возникают растягивающие окружные и сжимающие остаточные напряжения. В чисто упругом состоянии, наоборот, радиальные напряжения являются растягивающими. Однако, в любом случае, растягивающие напряжения на поверхности заготовки не превышают 0,5 ат. 4.Показано распределение отношений максимальных прогибов и усилий холодной гибки для заготовок со свисающей и без свисающей со штампа частью в зависимости от пятна контакта пуансона с деталью. 5.У становлено, что в общем случае упругопластического изгиба заготовки со свисающей со штампа частью, то есть когда ее площадь больше площади матрицы, усилие гибки увеличивается более чем в 2,5 раза, в то время как при упругом изгибе увеличение усилий составляет 1,6 раза. 6.Доказано существенное влияние масштабного фактора, прежде всего размеров заготовки, на величину параметров процесса (усилие, напряжения, деформации), что потребовало проведения экспериментальных работ на реальных заготовках из высокопрочных сталей с замером усилий и деформаций.
Исследование деформаций толстостенных заготовок деталей сферической формы при холодной гибке
Для определения фактических значений деформаций, при формообразовании сферических и торосферических лепестков, впервые были проведены замеры по нанесенным до гибки сеткам с измеряемой стороной 100 и 200мм (рис. 3.3). Замеры проводились штангенциркулем с ценой деления до 0,1мм и выполнялись вдоль и поперек заготовки. В общем случае (деталь 1 серийного лепестка) измерялись деформации после 1-го этапа (формообразование сферы) и окончательно после 3-го этапа (формообразование тора). Замеры деформаций показали широкий разброс значений как в торовой, так и в сферической части лепестка. Отмечен существенный разброс деформаций как по меридиональному и широтному направлениям - вдоль заготовки, так и между этими направлениями (рис. 3.4, 3.5). Однако общие закономерности разработанного процесса и его параметров прослеживаются: - наибольшие радиальные деформации по сфере єг=1,6 - 2,0 % и по тору =3,2 - 4,3% соответствуют расчету; - в сферической части лепестка (сечения А и В, см. рис. 3.3) утонение в целом не меньше, чем в торовой части (сечения С, Д, Е), однако существенное их увеличение происходит на II и III этапе формообразования тора.
Как показали проведенные исследования и опыт изготовления деталей цилиндрической формы, критериями и граничными условиями холодной гибки методом последовательных локальных нажатий, являются относительные радиусы гибки (Rfs) или соответствующие им деформации [1,22,37,42,64 и др.].
В судостроении в отраслевой нормативной технологической документации устанавливаются для деталей одинарной кривизны следующие параметры [36,37,84]: - минимально допустимый (не требующий термической обработки) относительный радиус, который регламентируется в диапазоне (2 - 18); - предельно допустимый относительный радиус в диапазоне (1 - 12) в зависимости от марок стали и толщины заготовки.
Там же даются зависимости для определения по соответствующим относительным радиусам остаточных пластических деформаций.
Для сферических и торосферических деталей однозначно установить минимально и предельно допустимые относительные радиусы не представляется возможным, так как действующие и остаточные деформации очень существенно зависят помимо радиуса и толщины также от масштабного фактора. Коэффициент заготовки в зависимости от ее размеров изменяется в очень широких пределах (см. выше эмпирическую формулу 3.10 в разделе 3.1). Поэтому, более точно граничные условия можно определить по получаемому относительному утонению деталей As, которое равно алгебраической сумме деформаций в широтном и меридиональном направлениях АЯ = Є;+ЕУ. Ниже, на конкретных примерах, приведена методика определения граничных условий деформирования с учетом новой последовательности изготовления торосферических деталей. Методика, при которой обеспечивается минимизированный уровень деформаций, защищена, с участием автора, в патенте России [101].
Выполнен расчет ожидаемых радиальных деформаций и утонений на основе обобщения результатов замера деформаций и утонений на опытно -штатных конструкциях заказов (см. выше разделы 3.1, 3.2). Подобный типовой расчет включен в откорректированную нормативно-технологическую документацию [86,87,88] для условий выполнения формообразования на прессе "Карбокс", (ФГУП "Адмиралтейские верфи") по согласованным технологически указаниям. Этап I. Гибка сферической поверхности R = 4186лш. 1) Определяем геометрический коэффициент заготовки лепестка по формуле (3.10) 2) Определяем значение максимальной радиальной деформации 3) Значение утонения определяем по формуле т.е. для указанного лепестка расчетное утонение составляет As = 0,01 что в целом, за исключением отдельных выпадов в местах укладки прокладок, соответствует замерам по сферическим лепесткам и сферической части торосферических лепестков. Этап II. Формирование торовой поверхности по широте в сферическом штампе. Определяем значение радиальной деформации аналогично п. 2 этапа I, но при радиусе, равном R=3550 мм, т.е. половине диаметра торцевой части лепестка ДУ = 0,01-А5-5 = 0,01-3,7-42 = 1,55ЛШ, т.е. на 15% больше, чем на первом переходе. Этап III. Окончательное формирование тора в меридиональном направлении по Rr = 886ЖЛІ . В этом переходе практически происходит процесс гибки по кривизне в одном направлении, так как при обычной гибке цилиндров. При этом возможны утонения заготовки в местах укладки прокладок, что и показывают измерения. В этом переходе радиальная деформация определяется по общеизвестной формуле вычетом уже полученной при первом переходе деформации без утонения 2гГ 2Гсф где гт - относительный радиус изгиба тора, который определяется по отраслевому стандарту [82] в зависимости от относительного радиуса тора Применительно к гибке торосферических лепестков носовой переборки заказа относительный радиус тора гю=1090/50=22, что соответствует, до пружинения, гг=19,5, тогда Указанная методика определения граничных условий апробирована при изготовлении сферических и торосферических конструкций ГОІ: «Лада», «Амур», 06360 и лицензионного заказа 4097, а применяемые способы гибки защищены патентом России [101]. Методика расчета основных параметров и граничных условий деформирования приведена далее, в подразделе 5.2.
Исследование предельной пластичности сталей марок КП80 и КПЮО после холодной гибки заготовок деталей сферической формы
Под предельной пластичностью будем понимать деформацию материа-ла в момент появления видимой невооруженным глазом трещины на поверхности материала.
Для определения предельной пластичности сталей в исходном состоянии с необработанной после проката листов поверхностью испытывал ись образцы-пластины длиной 650 мм, шириной в = 120 мм и толщиной S = 48 мм — равной толщине листа. Образцы вырезались газовой резкой в направлении, перпендикулярном направлению проката. Испытания производились на прессе ПГ-125, оснащенном дополнительными приспособлениями для испытания на изгиб, по схемам нагружения, показанным на рис. 4.7.
Проведение испытаний по предложенным схемам дает более полную и достоверную информацию о предельной пластичности материала по сравнению с известными способами. При таком способе испытания в наиболее деформированной части образца, а именно, в сечении, где действует максимальный изгибающий момент, материал образца может свободно деформироваться не только на растянутой, но и на сжатой поверхности. Вследствие этого при испытании одного образца возможно определение предельной пластичности материала как в растянутом, так и в сжатом состоянии. Если на растянутой стороне появление трещин вызывается действием растягивающих напряжений в процессе нагружения, то на сжатой стороне трещина появляется после разгрузки в результате действия остаточных растягивающих напряжений. Для определения деформации на обеих сторонах вблизи продольной оси образца шлифовались узкие продольные полосы, на которые в средней части образца с помощью прибора твердости ПТ наносились сферические отпечатки. Расстояние между отпечатками, равное примерно 10мм, более точно измерялось на катетометре В-630. Испытание по определению предельной пластичности производилось в следующей последовательности: образец-пластину изгибали на приспособлении по схеме четырехточечного изгиба (рис. 4.7а), разгружали и исследовали с помощью микроскопа МБС-9 растянутую и сжатую поверхности; затем образец закрепляли в универсальных поворотных тисках и, используя катетометр, измеряли расстояние между метками на растянутой и сжатой сторонах; по результатам замеров определяли деформации и сопоставляли их с характером разрушения на поверхности. После достижения больших прогибов испытание проводили по схеме продольного изгиба (рис. 4.76).
Было испытано два образца: 1а-11 из стали КП80 (табл. 4.6) и 5а-16 из стали КП100 (табл. 4.7). В таблицах указаны уровни остаточной деформации после разгрузки, при которых рассматривали поверхности пластин: єр, se — относительная деформация на растянутой и сжатой поверхностях, соответственно; 1р 1с - истинная деформация на растянутой и сжатой поверхностях соответственно.
Для определения влияния холодной гибки на предельную пластичность сталей, испытывались образцы в виде изогнутых пластин шириной 120мм, длиной 650мм и толщиной 48мм - равной толщине листа.
Образцы вырезались газовой резкой в направлении, перпендикулярном направлению проката из заготовок, прошедших холодную гибку по сферической поверхности. Поверхности образцов не обрабатывались, было сохранено их состояние после гибки.
Для исследования влияния состояния поверхностей, вогнутой или выпуклой, были испытаны четыре образца. Образцы 16-16 и 56-20 изгибали таким образом, чтобы растягивались выпуклая сторона, а у образцов 16-28 и 56-22 вогнутая.
В табл. 4.8 представлены результаты испытаний, а именно уровни остаточной деформации после разгрузки на растягиваемой при изгибе стороне для пяти видов разрушения материала на поверхностях образцов: 1. Разрыхление материала на растянутой поверхности вблизи царапин, видимое только в микроскопе. 2. Большое количество микротрещин вблизи царапин, видимых только в микроскопе. Отдельные надрывы в металле видны невооруженным глазом. 3. Большое количество трещин-надрывов длиной до 4 мм, видимых невооруженным глазом на растянутой поверхности. 4. Большое количество тонких трещин и надрывов длиной 0,6-0,8 мм на растянутой поверхности на сжатой поверхности сильное выпучивание материала около царапин. 5. Глубокие трещины длиной 10-15 мм на растянутой поверхности.
