Invariant stress state parameters for forging upsetting of magnesium in the shell

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 1 2021 82 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис . 2. Распределение интенсивности напряжений Fig. 2. The distribution of stress intensity как медь . Распределение средних напряжений в магниевой заготовке напоминает картину « ко - вочного креста », известного из теории ковки . Здесь зона повышенных ( по модулю ) значений вытянута вдоль диагоналей по продольному се - чению заготовки с достижением напряжения – 280 МПа . При обычной ковке как раз вдоль линий « ковочного креста » возможен раскол за - готовки . В данном случае наличие высоких ( по модулю ) значений среднего нормального напря - жения позволяет надеяться на увеличение уров - ня пластичности , что должно предотвратить раз - рушение . Иная картина наблюдается для распределе - ния интенсивности напряжений ( рис . 2): они уменьшаются от центра к периферии , т . е . по на - правлению к свободной поверхности . Градиент напряжений особенно велик на границе раздела заготовки и оболочки , что объясняется различи - ем в механических свойствах материалов . В зо - нах затрудненной деформации , примыкающих к центрам торцов пуансонов , интенсивность на - пряжений падает , что обусловлено отсутствием упрочнения металла в этой области . Расчетные данные по показателю напряжен - ного состояния в контрольных точках Р 1- Р 9 представлены в табл . 1. Поскольку пластичность металлов умень - шается с увеличением показателя σ /T, то из та - блицы следует , что опасные зоны прилегают к точкам с координатами z/h = 0 и r/R = 1. Вместе с тем значения σ /T везде имеют отрицательные значения , т . е . превалируют напряжения сжатия . Из таблицы видно , что показатель σ /T может варьироваться на этой стадииобработ - ки в пределах –1,21…–3,02. Наиболь - шие по модулю значения на уровне –3,02 характерны для периферийных точек , прилегающих к контактной поверхности . При этом неблагопри - ятные ( наименьшие по модулю ) зна - чения находятся в районе выпукло - сти боковой поверхности . Возможно сравнение полученных результатов с результатами осадки цилиндрической заготовки на гладких бойках без тре - ния . Как известно , в этом случае по - казатель напряженного состояния по всему объему заготовки одинаков и равен величине –0,58. При сравнении этого значения с результатами , отраженными в таблице , мы видим , что произошло увеличение показателя по модулю в 2…5 раз . Именно поэто - му пластичность металла в опытах возросла и ее оказалось достаточно для осуществления опера - ции осадки без разрушения . Возможно также сравнение полученных ре - зультатов с вариантом осадки с трением цилин - дрической заготовки в обойме с расположением всей сборки на контактной поверхности бойков . Такой вариант приводит к большей величине перемещения металла в зоне возникновения вы - пуклости боковой поверхности [20] и отходу оболочки от заготовки . При отсутствии подпо - ра и образовании выпуклой поверхности сред - ние нормальные напряжения в этой зоне могут перейти из области сжимающих в область рас - тягивающих . Боковая поверхность заготовки при недостаточно высокой пластичности может разрушаться . Поэтому желательно , чтобы обой - ма не подвергалась действию осевых напря - жений . Распределение максимальных и минималь - ных главных напряжений отображено на рис . 3. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Показатель σ /T в контрольных точках Р 1– Р 9 Value of σ /T at P1–P9 control points z/h r/R 0 0,5 1 1 –1,99 –1,75 –3,02 0,5 –1,86 –2,01 –1,24 0 –2,15 –1,83 –1,21