Розвиток наукових основ механіки немонотонного пластичного деформування та удосконалення технологічних процесів обробки металів тиском

Abstract

На основі моделі анізотропно зміцнюваного тіла Деля-Бакхауза розроблено розрахунковий апарат, який дозволяє отримати достовірну оцінку напружено-деформованого стану при немонотонній пластичній деформації. Запропоновано фізичні рівняння для розрахунку компонент девіатора напружень при немонотонній пластичній деформації з урахуванням впливу кривизни траєкторій деформацій. Розвинена тензорна модель процесу накопичення пошкоджень при немонотонному деформуванні. Виконано теоретичні і експериментальні дослідження впливу кута злому траєкторії навантаження і величини використаного ресурсу пластичності перед зломом на залежність величини використаного ресурсу від кута злому траєкторії навантаження. За допомогою запропонованого розрахункового апарату виконані дослідження технологічних процесів обробки металів тиском, характерною ознакою яких є немонотонна пластична деформація. Виконана оцінка впливу параметрів процесу радіального видавлювання з подальшою осадкою циліндричних заготовок на величину використаного ресурсу пластичності. Виконана оцінка величини використаного ресурсу пластичності при реалізації пластичної деформації металу поверхневого шару з багатократними розвантаженнями. Підібрані раціональні режими і параметри для реалізації ротаційної витяжки. Виконані дослідження впливу параметрів процесу ротаційної витяжки на пластичність та стійкість процесу формозмінення листових заготовок при виготовленні осесиметричних деталей і підібрані раціональні режими для реалізації ротаційної витяжки на станках з ЧПК.

Диссертация направлена на решение важной научно-технической проблемы повышения эффективности процессов обработки металлов давлением на основе развития научных основ механики немонотонного пластического деформирования. На основе модели анизотропно упрочняющегося тела Деля-Бакхауза разработан расчетный аппарат, который позволяет получить достоверную оценку напряженно-деформированного состояния при немонотонной пластической деформации. При этом получены экспериментальные зависимости для параметра Баушингера и функции, которая позволяет учесть наследственное влияние истории деформирования на текущее состояние металла при немонотонном пластическом деформировании. Для определения кинематических характеристик процесса использован метод координатных сеток и смешанные эйлеровы и лагранжевы координаты. Предложены физические уравнения для расчета компонент девиатора напряжений при немонотонной пластической деформации с учетом влияния траекторий деформаций средней и большой кривизны в пределах длины следа запаздывания. Используя подход А. А. Ильюшина, феноменологическим путем найдены коэффициенты функционалов уравнения учитывающего влияние отклонения вектора напряжений от вектора деформаций на модуль вектора напряжений. Это позволило получить расчетную формулу для определения компонент девиатора напряжений в случае сложного нагружения для разных кривизн траекторий деформаций, которые охватывают практически все задачи обработки металлов давлением.Развита тензорная модель процесса накопления повреждений при немонотонном деформировании. Предложено для оценки влияния немонотонности на величину использованного ресурса пластичности использовать направляющий тензор приращений деформаций, компоненты которого определяются через параметр Надаи-Лоде, что позволило повысить точность расчета компонент тензора повреждений. Выполнены теоретические и экспериментальные исследования влияния угла излома траектории нагружения и величины использованного ресурса пластичности перед изломом на зависимость величины использованного ресурса от угла излома траектории нагружения. С помощью предложенного расчетного аппарата выполнены исследования технологических процессов обработки металлов давлением, характерным признаком которых является немонотонная пластическая деформация. Выполнена оценка влияния параметров процесса радиального выдавливания с дальнейшей осадкой цилиндрических заготовок на величину использованного ресурса пластичности. Разработана методика оценки величины использованного ресурса пластичности поверхностного слоя металла при поверхностной пластической деформации. Выполнена оценка величины использованного ресурса пластичности при реализации пластической деформации металла поверхностного слоя с многократными разгрузками. Подобраны рациональные режимы и параметры для реализации ротационной вытяжки. Выполнены исследования влияния параметров процесса ротационной вытяжки на пластичность и устойчивость процесса формоизменения листовых заготовок при изготовлении осесимметричных деталей и подобраны рациональные режимы для реализации ротационной вытяжки на станках с ЧПУ. Также используя предложенный расчетный аппарат выполнена оценка напряженно-деформированного состояния при изготовлении пустотелых изделий типа стакана, а также оценка деформируемости заготовки в процессе изготовления деталей с фланцем используя предварительное редуцирование заготовки.

The thesis is aimed at solving an important scientific and technical problem of increasing the efficiency of metal forming processes based on the development of the scientific foundations of the mechanics of non-monotonic plastic deformation. On the basis of the Backhaus-Del body's anisotropically hardening body model, a calculating device has been developed, which makes it possible to obtain a reliable estimate of the stress-strain state under non-monotonic plastic deformation. Physical equations are proposed for calculating the components of the stress deviator for non-monotonic plastic deformation, taking into account the influence of the curvature of the deformation trajectories. A tensor model of the damage accumulation process with non-monotonic deformation is developed. Theoretical and experimental studies of the influence of the fracture angle of the loading trajectory and the value of the used plasticity resource before the fracture on the dependence of the value of the used resource on the angle of the fracture. With the help of the proposed computational apparatus, studies of technological processes of metal forming were performed, a characteristic feature of which is non-monotonic plastic deformation. The influence of the parameters of the process of radial extrusion with further sedimentation of cylindrical billets on the value of the used plasticity resource was evaluated. An estimate was made of the value of the plasticity resource used in the implementation of plastic deformation of the metal of the surface layer with multiple unloadings. Selected rational modes and parameters for the implementation of the rotary hood. Studies of the influence of the parameters of the rotational drawing process on the plasticity and stability of the process of forming sheet blanks in the manufacture of axisymmetric parts were carried out and rational modes were selected for implementing the rotational drawing on CNC machines.