Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)»

______________________________________________________________________

Метод динамического испытания металлов

лущенков 1, a, ерников 1, b, иабашвили 1, c

1 Самарский национальный исследовательский университет имени академика , Московское шоссе, 32, г. Самара, 443086, Россия

a  https://orcid.org/0000-0002-2879-8996, *****@***ru, b  http://orcid.org/0000-0002-2268-658X, *****@***ru

c  https://orcid.org/0000-0001-5426-8123, *****@***ru

ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ

УДК 620.171.2

История статьи:

Поступила: 14. 02. 18 г.

Рецензирование:

Принята к печати:

Доступно онлайн:

Ключевые слова:

Динамическое нагружение,

Высокоскоростные испытания,

Магнитно-импульсные технологии,

Диаграмма предельных деформаций (FLD).

АННОТАЦИЯ

Благодаря внедрению в производство прогрессивных методов пластического деформирования, характеризующихся высокими скоростями протекания процесса (электрогидроимпульсная штамповка, магнитно-импульсная штамповка) стало возможным расширить номенклатуру получаемых изделий. В сравнении с традиционными методами ОМД было установлено иное поведение металла, в частности, заключающееся в увеличении технологической пластичности. На данный момент не существует адекватных способов оценки механических свойств, поведения материала в условиях динамической, высокоскоростной нагрузки, что сдерживает дальнейшее развитие предложенных методов в производстве.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

       Наиболее распространенным методом оценки предельного формоизменения листового материала является метод испытаний для построения диаграмм предельных деформаций (FLD). Однако условия испытаний ограничивают скорость нагружения статической областью. Таким образом, актуальной задачей является разработка метода испытаний материалов в условиях динамической нагрузки.

       Существующие методики, использующие в качестве источника энергии взрыв, электромагнитное поле, сжатый газ и др. имеют ряд недостатков. В статье предлагается использовать импульсное магнитное поле высокой напряженности в качестве источника нагружения. Для определения наиболее оптимальных параметров проведения испытаний были спроектированы три схемы: с разгоном пуансона, с разгоном «пакета», с непосредственным воздействием импульсного магнитного роля на заготовку. В результате апробации к дальнейшей разработке была принята схема с разгоном пуансона. На основании выбранной схемы была обоснована методика проведения испытаний в области высокоскоростного нагружения, подобраны оптимальные параметры разрядного тока. Проведены динамические испытания заготовок из алюминиевого сплава 5182, по результатам испытаний с помощью системы обработки цифровых изображений были построены FLD диаграммы.

Для цитирования: , , Метод динамического испытания металлов / // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты

1. Введение

Детали ответственного назначения, применяемые в авиационной и авиакосмической промышленности (переходники, конусы, фланцы, крутоизогнутые патрубки), детали сложных форм с изменением формы сечения (круг, прямо - или многоугольник, овал и др.), изготавливаемые из листового металла, зачастую невозможно получить благодаря традиционным методам листовой штамповки. [1]. Данная задача решается за счет внедрения прогрессивных, высокоскоростных методов обработки материалов, таких как штамповка взрывом, электрогидроимпульсная штамповка и магнитно-импульсная штамповка [2]. Процессы, происходящие при данных видах обработки, характеризуются весьма малым временем силового воздействия на заготовку (10-3 – 10-5 сек), что при прочих равных условиях требует соответствующей оценки свойств листового материала. Традиционные методы испытаний свойств листового материала (одноосное растяжение, испытание на выдавливание, двойной перегиб) не позволяют получить полную картину о предельных возможностях металлов, в частности формуемости, при высокоскоростном нагружении. Для анализа предельного формоизменения материала при листовой штамповке широко применяются диаграммы предельных деформаций (FLD-диаграммы), которые устанавливают связь между компонентами главных деформаций в момент начала потери локальной устойчивости [3-5]. Существует международный стандарт [6], который предъявляет требования к испытаниям для построения FLD-диаграмм в области квазистатического нагружения. Однако возрастающий интерес к высокоскоростным методам пластического деформирования требует соответствующей адекватной оценки свойств металлов, что позволят сделать FLD-диаграммы.

Исследования, проведенные в работе [7], показали, что предельные возможности листовых металлов зависят от скорости нагружения или скорости деформации. Авторы работы [8] установили, что влияние скорости деформации весьма существенно. Например, увеличив скорость деформации с е=1 c-1 до е=104 c-1 предел текучести уs возрастает на 40%. При таких скоростях деформации процесс носит адиабатический характер в силу локального кратковременного нагрева металла в результате деформирования, что в свою очередь сказывается на увеличении технологической пластичности заготовки и увеличении предельных деформаций. Кроме того, возникающие инерционные силы, приводят к изменению схемы напряженного состояния при плоской деформации, и появлению дополнительного сжимающего напряжения по толщине листовой заготовки, что в свою очередь является дополнительным фактором, препятствующим разрушению материала.

Чтобы объяснить данные эффекты необходимо разработать методику динамического испытания свойств металлов и соответствующее технологическое оснащение, которое обеспечивало бы требуемую скорость деформирования и динамический характер нагружения, а также исключало бы недостатки уже существующих методик и устройств.

2. Методика исследований

Существуют несколько методов высокоскоростных испытаний свойств листовых образцов с помощью устройств, деформирующее усилие в которых развивается посредством преобразования запасаемой энергии, в работу деформирующего инструмента (пуансона). Методика испытаний заключается в деформировании полусферическим пуансоном круглых листовых заготовок, зажатых по фланцу, с вырезами различного диаметра до появления на поверхности трещины, согласно международному стандарту [6] и оценке предельной пластичности с помощью построения FLD - диаграмм. Сравнительные характеристики методов представлены в следующей таблице:

Таблица

Table

Сравнение методов динамических испытаний материалов

Comparison of methods of dynamic material testing

Метод /

Method

Maксимальная cкорость деформации /

The maximum strain rate,

Особенности метода /

Features of the method

Источник /

Source

Взрыв

104

Небезопасность; сложность создания герметичной оснастки

[9,10]

Электромагнитный

104

Эффективность процесса зависит от электропроводности материала

[11-13]

Пневматический

103

Относительная простая конструкция; сложность герметизации оснастки

[14-16]

Гидравлический

103

Относительная простая конструкция; сложность герметизации оснастки

[17,18]

Более детальный обзор научных исследований по данной тематике приведен в работе [15]. Стоит отметить, что в силу высоких скоростей деформирования и большой массы подвижных частей существует проблема в остановке процесса деформации в момент начала образования локальной трещины на образцах. Таким образом, на сегодняшний день не существует оптимального метода динамического испытания материалов, который бы в полной мере удовлетворял требованиям проведения эксперимента.

Исследования, проведенные в работе [19] показали, что наиболее оптимальным с точки зрения безопасности и управляемости процессом деформирования является метод динамического испытания листовых материалов, использующий в качестве источника энергии импульсное магнитное поле высокой напряженности.

Для того чтобы определить наиболее оптимальные параметры процесса деформации и технологического оборудования были разработаны три возможные схемы испытаний, которые представлены на рисунке 1.


Схема оснастки

Внешний вид

а)

б)

в)


Рис.1. Принципиальные технологические схемы для метода динамических

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4