Оценка ресурса пластичности алюминиевых сплавов при радиальном выдавливании


Терменжи А. А.
Донецкий национальный технический университет

Научный руководитель: профессор, д. т. н. Бейгельзимер Ян Ефимович.
Источник: сборник научних трудов студентов физико-металлургического факультета ДонНТУ за 2010 год.


В настоящее время повышенное внимание уделяется материалам с суб-микрокристаллической (СМК) структурой (размер зерна от 100 до 1000 нм). Они обладают высокой прочностью, пластичностью, хорошей текучестью. Получают их методами интенсивной пластической деформации (ИПД). В настоящее время эти материалы активно изучают в лабораториях всего мира. Однако до сих пор они не нашли широкого промышленного применения.

Для привлечения интереса производителей конечной продукции к СМК-материалам следует, в частности, обеспечить разнообразие форм-факторов заготовок из таких материалов под дальнейшую обработку. Так, существующие методы ИПД на сегодняшний день не способны удовлетворить потребность в заготовках типа «диск», получая преимущественно заготовки типа «стержень». В данном контексте представляется целесообразным применение процесса радиального выдавливания (РВ). Существенным недостатком РВ являются относительно небольшие степени деформации, которые можно получать без разрушения заготовки вследствие исчерпания её ресурса пластичности.

Целью данной работы является исследование характера изменения ресурса пластичности при РВ.

Проводился численный эксперимент с привлечением метода конечных элементов в программном комплексе DEFORM 3D. В качестве модели мате-риала заготовки был выбран алюминиевый сплав 5083 (σТ = 190 МПа). В качестве модели заготовки был выбран цилиндр высотой Н = 45 мм и диаметром D = 15 мм; РВ (см. рисунок 1) проводилось в полость высотой h = 5,5 мм; радиус закругления углов матрицы r = 1 мм; параметр шайбы l = 10 мм. Исследовалось несколько схем РВ: 1 – без протитиску; 2 – з протитиском, моделюємий матеріал шайби DIN-AL-99,8 (σТ = 18 МПа); 3 – з протитиском, моделюємий матеріал шайби 5052 (σТ = 80 МПа); 4 – з протитиском, моделюємий матеріал шайби 5056 (σТ = 130 МПа). У цьому експерименті ресурс пластичності оцінювався за критериєм Cockcroft-Latham. Результаты расчётов приведены в виде зависимости ресурса пластичности от диаметра выдавливаемого фланца (см. рисунок 2).

Схема радиального выдавливания

Рисунок 1 — Схема процесса РВ (слева – исходное положение; справа – после хода пуансона на величину S).

Результаты расчёта ресурса пластичности для различных схем РВ

- схема 1; - схема 2; - схема 3; - схема 4.

Рисунок 2 — Результати розрахунку ресурса пластичності для різних схем РВ.

По полученным результатам можно сделать следующие выводы:

  • исчерпание ресурса пластичности заготовки замедляется с ростом предела текучести материала шайбы; это объясняется ростом гидростатического давления, возникающего в очаге деформации;
  • заметен характер изменения ресурса пластичности: пологий вначале нагружения и более «крутой» при достижении определённого порога;
  • следует отметить более благоприятную бездефектному деформированию схему напряжённого состояния при использовании «противодавления» по сравнению со свободным выдавливанием; в качестве практической реализации противодавления представляется возможным использование «гидроподпора».