НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМАЦИОННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРИ ОСАДКЕ ШИРОКИХ ПОЛОС СО СДВИГОМ
Сведения об авторах
- Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан
- Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова, Караганда, Казахстан
- Карагандинский индустриальный университет, Темиртау, Казахстан
- Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова, Караганда, Казахстан
Аннотация
Процессы ковки являются традиционными методами металлообработки, их применение весьма обширно и позволяет изготовлять металлоизделия для различных областей промышленности в широком диапазоне температур. Перераспределение главных действующих сил при формоизменении является необходимым условием для перевода традиционных методов ковки в высокотехнологичные способы производства металлов. Основной продукцией кузнечно-прессового производства являются поковки типа плит и пластин. В настоящей работе исследовано влияние сдвигающих сил на напряженно-деформированное состояние при перераспределении сил трения на контактной поверхности и/или изменении характера течения металла при осадке широких полос. Анализ напряженного состояния осуществлялся методом линий скольжения с сопоставлением с существующим способом осадки без сдвига. Составлены поле линий скольжения и годограф скоростей для осадки полосы со сдвигом. Аналитическим методом оценены напряжения и интенсивности деформации сдвига. Выявлено, что осадка полосы между плоскопараллельными плитами сопровождается крайне неравномерной деформацией по сечению заготовки. Выполнено сравнение напряженного состояния при традиционном деформировании и с наложением сдвиговой деформации. Применение сдвигов позволило реализовать преимущественно сжимающие напряжения, которые позволяют устранять внутренних дефекты заготовки литейного происхождения. Введение сдвиговых деформаций способствует интенсификации процесса пластической деформации по всему сечению полосы, величины напряжения при осадке с дополнительным сдвигом увеличиваются в среднем в 4–6 раз при сравнении с обычной осадкой. Увеличение напряжения происходит за счет развития интенсивности деформации сдвига, достигающее величины 0,4 за одно обжатие.
Ключевые слова
деформациянапряженное состояниелинии скольженияусилие деформацииинтенсивная пластическая деформация.
Stress-strain state during draft of wide bands with shear
Forging processes are traditional methods of metalworking, their application is very extensive and allows the manufacture of metal products for various industries in a wide temperature range. The redistribution of the main acting forces during forming is a necessary condition for the transfer of traditional forging methods to high-tech methods of metal production. The main products of press-forging production are forgings such as pallets and plates. In the present work, the effect of shear forces on the stress-strain state is studied when the friction forces are redistributed on the contact surface and/or the nature of the metal flow changes during upsetting of wide strips. The analysis of the stress state was carried out by the method of slip lines compared with the existing method of settlement without shear. The field of slip lines and the hodograph of velocities for the draft of the strip with a shift are compiled. The stresses and intensity of the shear deformation were estimated by the analytical method. It was revealed that the upsetting of the strip between plane-parallel plates is accompanied by extremely uneven deformation over the section of the workpiece. The stress state is compared with traditional deformation and with superimposed shear deformation. The use of shears made it possible to realize predominantly compressive stresses, which make it possible to eliminate internal defects of the workpiece of foundry origin. The introduction of shear deformations contributes to the intensification of the plastic deformation process over the entire cross section of the strip, the stress values during draft with additional shear increase on average 4-6 times compared to normal draft. The increase in stress occurs due to the development of the intensity of shear deformation, reaching a value of 0.4 per compression.
Keywords
deformationstress stateslip linesstrain forcesevere plastic deformation.
Литература
- 1.Characterising Correlations between Electric Conductivity and Structural Features in Rotary Swaged Al/Cu Laminated Conductors / L. Kunčická [et al.] // Materials. – 2022. – Vol. 15. – P. 1003. DOI: 10.3390/ma15031003 Scholar
- 2.Corrosion Behavior of Ultrafine-Grained CoCrFeMnNi High-Entropy Alloys Fabricated by High-Pressure Torsion / H. Shimizu Materials. – 2022 – No 15. – P. 1007. DOI: 10.3390/ma15031007 Scholar
- 3.ECAP-treated aluminium alloy AA2030: Microstructure and mechanical properties / V. Andreyachshenko [et al.] // Materiali in Tehnologije. – 2019. – Vol. 53(6). – P. 805–810. Scholar
- 4.Mechanical behaviour of Aluminium Alloy AA6063 processed through ECAP with optimum die design parameters / K.M. Agarwal [et al.] // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2021. – P. 1–15. DOI: 10.1080/2374068X.2021.1878705 Scholar
- 5.Effect of ECAP processing on distribution of second phase particles, hardness and electrical conductivity of Cu− 0.81 Cr− 0.07 Zr alloy / F.C. Dalan [et al.] // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2022. – Vol. 32 (1). – P. 217–232. DOI: 10.1016/S1003-6326(21)65789-8 Scholar
- 6.Enhancement of strength-ductility synergy in ultrafine-grained Cu-Zn alloy prepared by ECAP and subsequent annealing / J. Chen [et al.] // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – No. 17. – P. 433–440. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.01.026 Scholar
- 7.Andreyachshenko V.A., Naizabekov A.B. Microstructural and mechanical characteristics of AlSiMnFe alloy processed by equal channel angular pressing // Metalurgija. – 2016. – Vol. 55, no. 3. – P. 353–356. Scholar
- 8.Derakhshan J.F., Parsa M.H., Jafarian H.R. Microstructure and mechanical properties variations of pure aluminum subjected to one pass of ECAP-Conform process // Materials Science and Engineering: A. – 2019. – Vol. 747. – P. 120–129. DOI: 10.1016/j.msea.2019.01.058 Scholar
- 9.Study of structure of naturally aged aluminium after twist channel angular pressing / L. Kunčická [et al.] // Materials Characterization. – 2019. – Vol. 152. – P. 94–100. DOI: 10.1016/j.matchar.2019.03.045 Scholar
- 10.Kocich R., Kunčická L., Macháčková A. Twist Channel Multi-Angular Pressing (TCMAP) as a method for increasing the efficiency of SPD // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2014. – No. 63. – P. 012006. DOI: 10.1088/1757-899X/63/1/012006 Scholar
- 11.Andreyachshenko V. Evolution of Al – Si – Mn – Fe aluminum alloy microstructure in the equal-channel angular pressing with back pressure // Materials Letters. – 2019. – Vol. 254. – P. 433–435. DOI: 10.1016/j.matlet.2019.07.127 Scholar
- 12.Naizabekov A., Andreyachshenko V., Kliber J. Forming of microstructure of the Al – Si – Fe – Mn system alloy by equal channel angular pressing with backpressure // Conf. Proc. 21st International Conference on Metallurgy and Materials (Metal-2012), edited by Tanger (Brno Czech Republic, 2012). – 2012. – P. 391–395. Scholar
- 13.Andreyachshenko V.A. Finite element simulation (FES) of the fullering in device with movable elements // Metalurgija. – 2016. – Vol. 55, no 4. – P. 829–831. Scholar
- 14.Мухтаров Ш. Х., Валитов В. А., Дудова Н. Р. Влияние нанокристаллической структуры на сверхпластическое поведение сплава Inconel 718 // Физическая мезомеханика. – 2004. – Т. 7. – Спец. вып. – Ч. 2. – С. 38–41. Scholar
- 15.Жбанков Я.Г., Швец А.А., Гунько М.И. Дифференцированная ковка протяжкой плоскими бойками // Обработка материалов давлением: сб. научн. трудов. – Краматорск: ДГМА. – 2013. – No 2 (35). – С. 60–65. Scholar
- 16.Марков О.Е. Эффективная схема ковки крупных слитков с использованием кузнечной протяжки // Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. – 2012. – No 8. – С. 44–48. Scholar
- 17.Пат. РФ 2252834. Способ ковки заготовок плоскими бойками / В.В. Овечкин, Р. Копп, О. Зигльмайер, В.А. Тюрин. Scholar
- 18.Алиев И.С., Жбанков Я.Г., Периг А.В. Факторы, влияющие на параметры ковки крупных поковок // Вестник ПНИПУ «Машиностроение, материаловедение». – 2013. – Т. 15, No 1. – С. 27–44. Scholar
- 19.Lee J.-J., Jung U-J., Park G.-J. Shape optimization of the workpiece in the forging process using equivalent static loads // Finite Elements in Analysis and Design. – 2013. – No. 69. – P. 1–18. Scholar
- 20.Optimum back-pressure forging using servo die cushion / K. Kawamoto, Т. Yoneyama, М. Okada, S. Kitayama, J. Chikahisa // 11th International Conference on Technology of Plasticity (ICTP-2014), Nagoya Congress Center, Nagoya, Japan Procedia Engineering. – 2014. – No. 81. – P. 346–351. Scholar
- 21.A study of direct forging process for powder superalloys / Q. Bai [et al.] // Materials Science & Engineering A. – 2015. – No. 621. – P. 68–75. Scholar
- 22.Enhanced microstructure homogeneity and mechanical properties of AZ31–Si composite by cyclic closed-die forging / W. Guo [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2013. – No. 552. – P. 409–417. Scholar
- 23.Microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy processed by cyclic closed-die forging / W. Guo [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2013. – No. 558. – P. 164–171. Scholar
- 24.Microstructure, texture and mechanical properties of coarse-grained Mg–Gd–Y–Nd–Zr alloy processed by multidirectional forging / X. Xia [et al.] // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – No. 623. – P. 62–68. Scholar
- 25.Паршиков Р.А., Золотов А.М., Рудской А.И. Анализ неоднородности напряженно-деформированного состояния металла в процессах интенсивной пластической деформации // Обработка сплошных и слоистых материалов. – 2016. – No 1 (44). – С. 5–13. Scholar
- 26.Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: учебник для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977. – 423 с. Scholar
- 27.Ashkeyev Z.A., Andreyachshenko V.A., Bukanov Z.U. Research of the asymmetric rolling of workpieces // PNRPU Mechanics Bulletin. – 2020. – No. 4. – P. 27–35. Scholar
- 28.Determination of the stress state and the force of deformation of ball-shaped billets in a closed matrix / Z.A. Ashkeyev [et al.] // PNRPU Mechanics Bulletin. – 2021. – No. 4.– P. 5–12. Scholar
- 29.Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением: учебник для вузов. – М.: Металлургия, 1986. – 688 с. Scholar
- 30.Томленов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. – М.: Металлургия, 1972. – 408 с. Scholar
- 1.Kunčická L.; Kocich R.; Kačor P.; Jambor M.; Marek M. Characterising Correlations between Electric Conductivity and Structural Features in Rotary Swaged Al/Cu Laminated Conductors, Materials, 2022, 15, pp. 1003. https://doi.org/10.3390/ma15031003 Scholar
- 2.Shimizu H., Yuasa M., Miyamoto H., Edalati K. Corrosion Behavior of Ultrafine-Grained CoCrFeMnNi High-Entropy Alloys Fabricated by High-Pressure Torsion, Materials, 15 (3), 2022, pp. 1007. https://doi.org/10.3390/ma15031007 Scholar
- 3.Andreyachshenko V., Isheva Y., Mazhit A., Imangazinova D. ECAP-treated aluminium alloy AA2030: Microstructure and mechanical properties, Materiali in Tehnologije, 2019, 53 (6), pp. 805–810. Scholar
- 4.Agarwal K. M., Tyagi R. K., Choubey V., Saxena K. K. Mechanical behaviour of Aluminium Alloy AA6063 processed through ECAP with optimum die design parameters, Advances in Materials and Processing Technologies, 2021, pp. 1-15. DOI: 10.1080/2374068X.2021.1878705 Scholar
- 5.Dalan F. C., de Lima Andreani G. F., Travessa D. N., Faizov I. A., Faizova S., Cardoso K. R. Effect of ECAP processing on distribution of second phase particles, hardness and electrical conductivity of Cu− 0.81 Cr− 0.07 Zr alloy, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2022, 32 (1), pp. 217-232. https://doi.org/10.3390/ma15031003 Scholar
- 6.Chen J., Su Y., Zhang Q., Sun J., Yang D., Jiang J., Dan Song, Ma A. Enhancement of strength-ductility synergy in ultrafine-grained Cu-Zn alloy prepared by ECAP and subsequent annealing, Journal of Materials Research and Technology, 2022, 17, pp. 433-440. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.01.026 Scholar
- 7.Andreyachshenko V.A., Naizabekov A.B. Microstructural and mechanical characteristics of AlSiMnFe alloy processed by equal channel angular pressing, Metalurgija, 2016, 55 (3), pp. 353–356. Scholar
- 8.Derakhshan J.F., Parsa M.H., Jafarian H.R. Microstructure and mechanical properties variations of pure aluminum subjected to one pass of ECAP-Conform process, Materials Science and Engineering: A, 2019, 747, pp. 120–129. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.01.058 Scholar
- 9.Kunčická L., Kocich R., Ryukhtin V., Cullen J.C.T., Lavery N.P. Study of structure of naturally aged aluminium after twist channel angular pressing, Materials Characterization, 2019, 152, pp. 94–100. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2019.03.045 Scholar
- 10.Kocich R., Kunčická L., Macháčková A. Twist Channel Multi-Angular Pressing (TCMAP) as a method for increasing the efficiency of SPD, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2014, 63, P. 012006. doi:10.1088/1757-899X/63/1/012006 Scholar
- 11.Andreyachshenko V. Evolution of Al – Si – Mn – Fe aluminum alloy microstructure in the equal-channel angular pressing with back pressure, Materials Letters, 2019, 254, pp. 433–435. DOI 10.1016/j.matlet.2019.07.127 Scholar
- 12.Naizabekov A., Andreyachshenko V., Kliber J. Forming of microstructure of the Al – Si – Fe – Mn system alloy by equal channel angular pressing with backpressure, In Conf. Proc. 21st International Conference on Metallurgy and Materials (Metal-2012), edited by Tanger (Brno Czech Republic, 2012), 2012, pp. 391–395. Scholar
- 13.Andreyachshenko V.A. Finite element simulation (FES) of the fullering in device with movable elements, Metalurgija, 2016, 55 (4), pp. 829–831. Scholar
- 14.Muhtarov SH. H., Valitov V. A., Dudova N. R. Vliyanie nanokristallicheskoj struktury na sverhplasticheskoe povedenie сплава Inconel 718 (Influence of nanocrystalline structure on superplastic behavior of Inconel 718 alloy), Fizicheskaya mezomekhanika, 2004, 7 (2), pp. 38-41. Scholar
- 15.Zhbankov YA. G., SHvec A. A., Gun'ko M. I. Differencirovannaya kovka protyazhkoj ploskimi bojkami (Differentiated forging by broach with flat dies), Obrabotka materialov davleniem: sb. nauchn. trudov, 2013, 2 (35), pp. 60-65. Scholar
- 16.Markov O.E. Effektivnaya skhema kovki krupnyh slitkov s ispol'zovaniem kuznechnoj protyazhki (An effective scheme for forging large ingots using a forging broach), Kuznechno-shtampovochnoe proizvodstvo. Obrabotka metallov davleniem, 2012, 8, pp. 44-48. Scholar
- 17.Ovechkin V.V., Kopp R., Zigl'majer O., Tyurin V.A. Sposob kovki zagotovok ploskimi bojkami (Method for forging blanks with flat dies), Patent (RU 2252834). Scholar
- 18.Aliev I.S., Zhbankov YA.G., Perig A.V. Faktory, vliyayushchie na parametry kovki krupnyh pokovok (Factors influencing the parameters of forging large forgings), Vestnik PNIPU «Mashinostroenie, materialovedenie», 2013, 15 (1), pp. 27-44. Scholar
- 19.Lee J.-J., Jung U-J., Park G.-J. Shape optimization of the workpiece in the forging process using equivalent static loads, Finite Elements in Analysis and Design, 2013, 69, pp. 1–18. Scholar
- 20.Kawamoto К., Yoneyama Т., Okada М., Kitayama S., Chikahisa J. Optimum back-pressure forging using servo die cushion, In Proc. 11th International Conference on Technology of Plasticity (ICTP 2014), 2014, 81, P. 346 – 351. Scholar
- 21.Bai Q., Lin J., Jiang J., Dean T.A., Zou J., Tian G. A study of direct forging process for powder superalloys, Materials Science & Engineering A, 2015, 621, pp. 68–75. Scholar
- 22.Guo W., Wang Q., Ye B., Zhou H. Enhanced microstructure homogeneity and mechanical properties of AZ31–Si composite by cyclic closed-die forging, Journal of Alloys and Compounds, 2013, 552, pp. 409–417. Scholar
- 23.Guo W., Wang Q., Ye B., Zhou H. Microstructure and mechanical properties of AZ31 magnesium alloy processed by cyclic closed-die forging, Journal of Alloys and Compounds, 2013, 558, pp. 164–171. Scholar
- 24.Xia X., Chen Q., Zhao Z., Ma M., Li X., Zhang K. Microstructure, texture and mechanical properties of coarse-grained Mg–Gd–Y–Nd–Zr alloy processed by multidirectional forging, Journal of Alloys and Compounds, 2015, 623, pp. 62–68. Scholar
- 25.Parshikov R. A., Zolotov A. M., Rudskoj A. I. Analiz neodnorodnosti napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya metalla v processah intensivnoj plasticheskoj deformacii (Analysis of the heterogeneity of the stress-strain state of the metal in the processes of severe plastic deformation), Obrabotka sploshnyh i sloistyh materialov, 2016, 1 (44), pp. 5-13. Scholar
- 26.Storozhev M.V., Popov E.A. Teorija obrabotki metallov davleniem [Theory of metal forming]. Moscow, Mashinostroenie, 1977, 423 p. Scholar
- 27.Ashkeyev Z.A., Andreyachshenko V.A., Bukanov Z.U. Research of the asymmetric rolling of workpieces, PNRPU Mechanics Bulletin, 2020, 4, pp. 27–35. Scholar
- 28.Ashkeyev Z.A., Andreyachshenko V.A., Abishkenov M.Z., Bukanov Z.U. Determination of the stress state and the force of deformation of ball-shaped billets in a closed matrix, PNRPU Mechanics Bulletin, 2021, 4, pp. 5–12. Scholar
- 29.Kolmogorov V.L. Mehanika obrabotki metallov davleniem [Mechanics of metal forming]. Moscow, Metallurgija, 1986, 688 p. Scholar
- 30.Tomlenov A.D. Teorija plasticheskogo deformirovanija metallov [The theory of plastic deformation of metals]. Moscow, Metallurgija, 1972, 408 p. Scholar
Другие статьи выпуска
Весь выпуск (№ 2, 2023)- DYNAMIC STABILITY OF A STRAIGHT PIPE CONVEYING PULSATILE FLOW UNDER THERMAL LOADSс. 5–10
- МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ПОРИСТОСТИ ОБРАЗЦОВ С ЖИДКОСТЬЮ РЕНТГЕНОВСКИМ КОМПЬЮТЕРНЫМ ТОМОГРАФОМ ПРИ ОДНООСНОМ СЖАТИИс. 11–21
- О сходимости решений по обобщенному условию текучести к решениям по условию Треска при осевой симметриис. 29–37
- МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТАНОВИВШЕЙСЯ ФИЛЬТРАЦИИ ЖИДКОСТИ В КУСОЧНО-НЕОДНОРОДНОЙ УПРУГОПОРИСТОЙ ОБЛАСТИ В КЛАССЕ ПОЧТИ-ПЕРИОДИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ (ПЛОСКАЯ ЗАДАЧА)с. 38–46
- ИДЕНТИФИКАЦИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ИНТЕНСИВНОСТИ НАПРЯЖЕНИЙ, T-НАПРЯЖЕНИЙ И КОЭФФИЦИЕНТОВ РЕГУЛЯРНЫХ СЛАГАЕМЫХ ВЫСОКОГО ПОРЯДКА В РАЗЛОЖЕНИИ УИЛЬЯМСА С ПОМОЩЬЮ МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯс. 47–77
- ДИНАМИКА И УСТОЙЧИВОСТЬ ДВУХЗВЕННОГО МАЯТНИКА КАПИЦЫс. 78–87
- ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАРЯДА НА ФОРМИРОВАНИЕ РЕЛЬЕФА КАРБОНИЗИРОВАННОГО СЛОЯ НА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИМЕРА ПРИ ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКЕс. 88–97
- Особенности распространения SH-волн в двухслойной структуре из неоднородных пьезоэлектрического и диэлектрического слоевс. 98–109
- РАСЧЕТ ФОРМЫ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ РАЗДАЧИ СРЕДНЕЙ ЧАСТИ ТРУБЫ ПО ЖЕСТКОЙ МАТРИЦЕс. 110–117
- Дисперсионные зависимости и особенности переноса энергии изгибными волнами в балке, лежащей на обобщенном упругом основаниис. 118–125
- Описание эффекта размягчения эластомерных композитов, наблюдаемого в экспериментах с возрастающей амплитудой деформированияс. 126–132
- МЕХАНИЧЕСКОЕ ПОВЕДЕНИЕ ПОЛИУРЕТАНОВЫХ КОМПОЗИТОВ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ НАПОЛНИТЕЛЯМИс. 133–141