Оцінка деформовності матеріалу заготовок при вальцюванні

Abstract

В статті наведено результати розроблення і дослідження технологічного процесу холодного формувального вальцювання алюмінієвих заготовок. Основною перешкодою для впровадження таких процесів є небезпека руйнування матеріалів, що обумовило необхідність дослідження напружено- деформованого стану, пластичності і оцінки деформовності матеріалу заготовок. Для експериментального визначення пластичності металів був розроблений спосіб вальцювання, згідно з яким деформування вільної бічної поверхні циліндричного зразка відбувається в умовах одновісного розтягу. Збільшення ступеня деформації та доведення матеріалу до руйнування забезпечується внаслідок зростання радіусів валків по ходу вальцювання та деформуванням зразка на клин. Аналіз напружено-деформованого стану вільної бічної поверхні циліндричної заготовки проводили методом скінченних елементів, для чого використовувався спеціалізований інженерний програмний комплекс DEFORM 3D. У результаті встановлено суттєву неоднорідність напруженно-деформовного стану в зоні деформування. Найбільш жорсткий напружений стан спостерігається на вільних бічних поверхнях заготовки, що обумовлює небезпеку її руйнування саме в цій зоні. Отримано залежність між відносним стисненням заготовки при вальцюванні та інтенсивністю деформацій на її бічній поверхні, що дозволяє попередньо визначати граничну до руйнування товщину заготовки. У результаті проведеної оцінки деформовності алюмінієвих сплавів при холодному вальцюванні, з використанням кривих граничних деформацій і скалярного критерію деформовності, визначено граничні до руйнування значення інтенсивності деформацій та граничну величину відносного стиснення заготовки. Використання побудованих моделей надає можливість визначати величину використаного ресурсу пластичності на проміжних стадіях вальцювання.

The article presents the results of development and research of the technological process of cold forming rolling of aluminum billets. The main obstacle to the implementation of such processes is the danger of destruction of materials, which necessitated the study of the stress-strain state, plasticity and assessment of the deformability of the workpiece material. To experimentally determine the ductility of metals, a rolling method was developed, according to which the deformation of the free side surface of the cylindrical sample occurs under uniaxial tension. Increasing the degree of deformation and bringing the material to fracture is provided due to the increase in the radii of the rolls during rolling and deformation of the sample on the wedge. Analysis of the stress-strain state of the free side surface of the cylindrical workpiece was performed by the finite element method, which used a specialized engineering software package DEFORM 3D. As a result, a significant inhomogeneity of the stress-strain state in the deformation zone is established. The most severe stress state is observed on the free side surfaces of the workpiece, which causes the danger of its destruction in this area. The dependence between the relative compression of the workpiece during rolling and the intensity of deformation on its side surface is obtained, which allows to determine the limiting thickness of the workpiece before destruction. As a result of the assessment of the deformability of aluminum alloys during cold rolling, using the curves of limit deformations and the scalar criterion of deformation, the limits to the destruction of the intensity of deformation and the limit value of the relative compression of the workpiece. The use of constructed models makes it possible to determine the value of the used plasticity resource at intermediate stages of rolling