ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Основным параметром, определяющим эффективность и качество процесса ротационной вытяжки с утонением стенки, является значение и характер распределения сопротивления деформации материала по толщине стенки заготовки. В технической литературе, посвященной изучению данного процесса, содержится недостаточно информации, позволяющей корректно назначать технологические режимы и условия обработки. Статья посвящена экспериментальному исследованию изменения сопротивления деформации низкоуглеродистой стали в процессе ротационной вытяжки с утонением стенки в зависимости от степени деформации и угла конусности деформирующего ролика. Целью работы является определение неравномерности распределения сопротивления деформации низкоуглеродистой стали по толщине стенки заготовки после ротационной вытяжки с утонением в зависимости от степени деформации и угла конусности деформирующего ролика. Методы исследования. Процесс ротационной вытяжки заготовок, имеющих исходную толщину стенки 6,5 мм и наружный диаметр 203 мм, осуществлялся  на трехроликовом горизонтально-раскатном станке  СРГ-0,6-1500 по прямому способу. Пластическое формоизменение материала заготовок выполнялось при различных степенях деформации на оправке диаметром 190 мм деформирующими роликами диаметром 260 мм с углом конусности равным 20 и 30°. Сопротивления деформации материала по толщине стенки определялось на продольных образцах, вырезанных из обработанных заготовок, методом внедрения индентора с измерением твердости наконечником Виккерса. Неравномерность распределения сопротивления деформации оценивалась коэффициентом, определяемым как отношение сопротивления деформации наружной поверхности к сопротивлению деформации внутренних объемов стенки заготовки. Результаты и обсуждения. Наибольшие значения сопротивления деформации были получены на наружной поверхности заготовок, обработанных роликом, а наименьшие значения зафиксированы во внутреннем объеме стенки заготовок. Оценка неравномерности распределения сопротивления деформации по толщине стенки заготовки выполнена с помощью коэффициента неравномерности, равного отношению сопротивлений деформации наружного слоя и внутренних объемов стенки заготовки. Выявлено, что наиболее опасными зонами, подверженными разрушению в процессе ротационной вытяжки, являются внутренние объемы материала, прилегающие к наружному поверхностному слою заготовки. Установлено, что коэффициент неравномерности распределения напряжений при обработке роликом с углом конусности α = 30° примерно на 10 % больше, чем с углом конусности α = 20°. С увеличением степени деформации коэффициент неравномерности распределения напряжений возрастает, но очень незначительно. Полученные закономерности объясняются, в частности, наплывом, который образуется перед роликом. По полученным результатам даны общие рекомендации по назначению степени деформации и угла конусности ролика при выполнении ротационной вытяжки. Кроме того, получены эмпирические зависимости деформационного упрочнения материала для различных объемов заготовки. Предлагаемая методика определения неравномерности распределения напряжений может быть использована при разработке процессов обработки давлением и в проектировочных расчетах элементов конструкций.

1. Wong C.C., Dean T.A., Lin J. A review of spinning, shear forming and flow forming processes // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2003. – Vol. 43. – P. 1419–1435. – DOI: 10.1016/S0890-6955(03)00172-X.

2. Haghshenas M., Klassen R.J. Mechanical characterization of flow formed FCC alloys // Materials Science and Engineering. – 2015. – Vol. 641. – P. 249–255. – DOI: 10.1016/j.msea.2015.06.046.

3. Bhatt R.J., Raval H.K. Investigation of effect of material properties on forces during flow forming process // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 173. – P. 1587–1594. – DOI: 10.1016/j.proeng.2016.12.265.

4. Яковлев С.С. Ковка и штамповка. В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка: справочник. – М.: Машиностроение, 2010. – 732 с.

5. Davidson M.J., Balasubramanian K., Tagorea G.R.N. An experimental study on the quality of flow-formed AA6061 tubes // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 203, iss. 1–3. – P. 321–325. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.10.021.

6. Davidson M.J., Balasubramanian K., Tagorea G.R.N. Surface roughness prediction of flow-formed AA6061 alloy by design of experiments // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 202, iss. 1–3. – P. 41–46. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.08.065.

7. Microstructure and texture evolutions in AISI 1050 steel by flow forming / V. Bedekar, P. Pauskar, R. Shivpuri, J. Howe // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 81. – P. 2355–2360. – DOI: 10.1016/j.proeng.2014.10.333.

8. Marini D., Corney J. A methodology for assessing the feasibility of producing components by flow forming // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 5, iss. 1. – P. 210–234. – DOI: 10.1080/21693277.2017.1374888.

9. Assessment of the surface topography of al 99.5% tubular products formed by cold flow forming technology / S. Ekinovic, H. Dukic, I. Plancic, E. Begovica // Procedia Engineering. – 2005. – Vol. 132. – P. 389–396. – DOI: 10.1016/j.proeng.2015.12.510.

10. Wang X., Xia Q., Cheng X. Deformation behavior of haynes230 superalloy during backward flow forming // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2017. – Vol. 18, iss. 1. – P. 77–83. – DOI: 10.1007/s12541-017-0009-4.

11. Udalov A.A., Parshin S.V., Udalov A.V. Theoretical investigation of the effect of the taper angle of the deforming roller on the limiting degrees of deformation in the process of flow forming // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 224. – P. 01040. – DOI: 10.1051/matecconf/201822401040.

12. Udalov A.A., Parshin S.V., Udalov A.V. Influence of the profile radius of the deforming roller on the limit degree of deformation in the process of flow forming // Materials Science Forum. – 2019. – Vol. 946. – P. 800–806. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/msf.946.800.

13. Udalov A.A., Parshin S.V., Udalov A.V. Mechanism for flow forming of cylindrical workpiece // Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering ICIE 2018. – S. l.: Springer Nature Switzerland AG, 2019. – P. 1811–1818. – (Lecture Notes in Mechanical Engineering). – DOI: 10.1007/978-3-319-95630-5_194.

14. Roy M.J., Klassen R.J., Wood J.T. Evolution of plastic strain during a flow forming process // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 209, iss. 2. – P. 1018–1025. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2008.03.030.

15. Mohebbi M.S., Akbarzadeh A. Experimental study and FEM analysis of redundant strains in flow forming of tubes // Journal of Materials Processing Technology. – 2010. – Vol. 210, iss. 2. – P. 389–395. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2009.09.028.

16. Тарновский И.Я., Поздеев А.А., Ляшков В.Б. Деформация металла при прокатке. – Свердловск: Металлургиздат, 1956. – 286 с.

17. Чекмарев А.П. Теория прокатки крупных слитков. – М.: Металлургия, 1968. – 252 с.

18. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. – Л.: Машиностроение, 1972. – 360 с.

19. Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. Теория прокатки. – М.: Металлургия, 1982. – 335 с.

20. Parsa M.H., Pazooki A.M.A., Ahmadabadi M.N. Flow-forming and flow formability simulation // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2009. – Vol. 42, iss. 5–6. – P. 463–473. – DOI: 10.1007/s00170-008-1624-0.

21. Singh A.K., Narasimhan K., Singh R. Finite element modeling of backward flow forming of Ti6Al4V alloy // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, iss. 11. – P. 24963–24970. – DOI: 10.1016/j.matpr.2018.10.297.

22. Bhatt R.J., Raval H.K. Experimental study on flow forming process and its numerical validation // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, iss. 2. – P. 7230–7239. – DOI: 10.1016/j.matpr.2017.11.390.

23. Bhatt R.J., Raval H.K. Influence of operating variables during flow forming process // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 55. – P. 146–151. – DOI: 10.1016/j.procir.2016.08.025.

24. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. – 329 с. – ISBN 5-321-00276-2.

25. Удалов А.В., Паршин С.В., Удалов А.А. Определение сопротивления деформации металлов и сплавов методом внедрения индентора // Деформация и разрушение материалов. – 2019. – № 4. – С. 40–44. – DOI: 10.31044/1814-4632-2019-4-40-44.