Диссертация (1143892), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Разрядная камеракрепится к верхней подвижной плите гидравлического пресса. На нижнююплиту гидравлического пресса устанавливалась ступенчатая обойма и матрица.На поверхность матрицы устанавливалась тонколистовая заготовка. Такжена поверхность матрицы устанавливалось кольцо из упругого материала,внутренний диаметр которого превышал диаметр заготовки. На упругое кольцоустанавливался инерционный разглаживатель таким образом, чтобы создать112между матрицей и разглаживателем увеличенный зазор, величина которогопревышает стандартную величину зазора для жесткого защемления. Смещениемплиты гидравлического пресса осуществлялось фиксирование оснастки иприжим, после чего рабочая камера заполнялась рабочей жидкостью (водой).Электроды разрядной камеры подсоединялись к клеммам электроимпульснойустановки.Также экспериментальные исследования проводились на гидравлическомпрессе ПСУ-100. Общий вид лабораторного испытательного пресса показан нарисунке 3.1.
Гидравлический пресс ПСУ-100 применялся при проведениииспытаний по нагружению листовых образцов подвижной средой в видеполиуретана.Рисунок 3.1 – Испытательный гидравлический пресс ПСУ-1001133.2. Определение динамических диаграмм предельных деформацийВ настоящем исследовании была разработана экспериментально-расчетнаяметодика получения FLD тонколистового металла [14, 74].Достоинствамипредлагаемой методики является относительная простота оснастки, простотаизмерений, отсутствие на поверхности образца концентратора напряжений ввиде измерительного паттерна и возможность получения критическихдеформаций для срединной поверхности образца. Таким образом сталовозможным получить FLD для тонколистовых и особо тонколистовых металлов.За основу испытаний взят тест гидростатического выдавливания, в которомдеформирующая среда (жидкость) заменена блоком полиуретана марки СКУ-6Л.При нагружении листовой заготовки эластичной средой реализуетсяквазистатический процесс деформирования, однако при определенном уровнеэнергии, накопленной в системе «эластичная среда – заготовка», образецпереходит в состояние пластической неустойчивости.
При достаточно высокомуровне энергии процесс разрушения заготовки происходит в условиях и прискоростях, схожих с разрушением заготовки при импульсном деформировании,и сопровождается характерным звуком «хлопка». Данный эффект былисследован в работе [24], в которой для измерения накопленной в эластичнойсреде энергии был использован пьезоэлектрический датчик. Осциллограмма,снятая с датчика (рисунок 3.2), позволяет определить время Δt, которомусоответствует фаза пластической неустойчивости металла.Интенсивностьтензоралогарифмическихдеформацийдоначалапластической неустойчивости ( − ) и после разрушения ( + ) заготовкиопределяются по формулам: − = ln(ℎ− ⁄ℎ0 ),(3.1) + = ln(ℎ+ ⁄ℎ0 ),(3.2)где ℎ− – толщина заготовки в момент, предшествующий пластическойнеустойчивости, ℎ+ – толщина заготовки после разрушения.114Рисунок 3.2 – Осциллограмма пьезоэлектрического датчика при регистрациипластической неустойчивости образцаЗная значения времени Δt, а также − и + можно оценить среднююскорость деформаций на участке пластической неустойчивости:̇ = | + − − |/∆(3.3)Таким образом, в работе [24] была определена ̇ ∈ [1000; 5000] с−1 .
Вданном исследовании средняя скорость деформаций, достигаемая в фазупластической неустойчивости, определялись из компьютерных расчетов вкомплексе LS-DYNA (рисунок 3.3).Скорость деформации, 1/с50004000123000320004510000Нормированное время1Рисунок 3.3 – Скорость деформации при нагрузке подвижной средой до моментаразрушения для листовых образцов из меди М1 (1), алюминия 5754 (2), алюминий6061 (3), стали 12Х18Н10Т (4) и латуни Л68 (5), полученная из компьютерногорасчета115Компьютерные расчеты подтвердили, что средняя скорость деформаций вфазу пластической неустойчивости для образцов из листовых металлов принагрузке подвижной средой находится в пределах ̇ ∈ [1000; 5000] с−1 .Подобные скорости деформаций характерны для импульсных процессов, азначит, в рассматриваемом методе испытания реализуется высокоскоростноеразрушение листового металла. Следовательно, при выбранном методеиспытаний становится возможно получение динамической FLD.Ниже представлена общая схема предлагаемой методики (рисунок 3.4).Условно методику можно разделить на два этапа: экспериментальный ирасчетный.Рисунок 3.4 – Экспериментально – расчетная методика определения диаграммпредельных деформаций тонколистовых металлов3.2.1 Получение параметров из натурного экспериментаЭкспериментальный этап предусматривает деформирование и доведение доразрушения листового образца.
Исследования проводились для различныхматериалов в широком диапазоне толщин. Экспериментальная оснасткапоказана на рисунке 3.5.116Нагружение образца из листового металла 5 осуществлялось с помощьюдавления подвижной среды в виде полиуретанового блока 4, помещенного вконтейнер 3 при перемещении плунжера 2 под действием на него усилиягидравлического пресса, между плитами 1, 7 которого расположена оснастка.Под действием давления полиуретана образец деформируется в матрицу 6.Рисунок 3.5 – Технологическая оснастка для испытаний: 1, 7 – плитыгидравлического пресса; 2 – плунжер; 3 – контейнер; 4 – полиуретановый блок;5 – листовой образец; 6 – матрицаИспытанияпроводилисьнагидравлическомпрессеПСУ-100.Вэксперименте использовался полиуретановый блок марки СКУ-6Л, которыйпомимо деформирования, также осуществлял функцию прижима фланцевойчасти образца 5 к поверхности матрицы 6.
Коэффициент кулоновского трениядля данной марки полиуретана при деформировании не превышает μ ≤ 0.01–0.05[69], поэтому нет необходимости в использовании антифрикционной прокладки,как в традиционном тесте Наказимы – Марсиниака.Диаметр контейнера D = 150 мм. Образец из листового металла вырезалсякруглым с диаметром на 0.5 мм меньше диаметра контейнера.
Такое соотношениеразмеров позволило исключить процесс вытяжки в чистом виде и обеспечитьпроцесс вытяжки-формовки, когда деформирование происходило за счетутонения центральной части заготовки.117В процессе испытаний было использовано три матрицы с круглой иэллиптической формой отверстия (рисунок 3.6).а)б)в)г)Рисунок 3.6 – Матрицы, применяемые в экспериментальном исследовании FLD:а – матрица с круглым отверстием диаметром 100 мм; б – матрица с эллиптическимотверстием 100х38 мм; в – матрица с эллиптическим отверстием 100х50 мм;г – пример испытанного образцаРазмеры полуосей для матрицы с круглым отверстием (рисунок 3.6, а)составили la = lb = 50 мм.
Размеры полуосей для матриц с эллиптическимотверстием были la = 50 мм, lb = 19 мм (рисунок 3.6, б) и la = 50 мм, lb = 25 мм118(рисунок 3.6, в). Кромка матрицы закруглялась радиусом 6 мм. При испытанияхс эллиптическими матрицами направление проката было расположено вдольполуоси эллипса длиной la.В процессе нагружения заготовка доводилась до разрушения. Наразрушенной заготовке визуально определялась граница шейкообразования. Намаксимально близком расстоянии к этой границе скобой с индикатором часовоготипа измерялась толщина деформированной заготовки h в 5–10 местах. Затемвычислялась средняя толщинная деформацияℎ = 3 = ln(ℎ0 ⁄ℎ)Образец,деформируемыйвкруглую(3.4)матрицу,находитсявосесимметричном деформированном состоянии, т.е.
( 1 = 2 ). В данном случае,другие компоненты тензора логарифмических деформаций вычисляются изусловия равенства нулю первого инварианта тензора деформаций.1 = 2 = − 3 ⁄2(3.5)Для получения других точек FLD по величине толщинной деформациинеобходимо знать соотношение двух главных деформаций в плоскости листа.Такоесоотношениеможнополучить,сделавкомпьютерныйрасчетдеформирования листового образца.3.2.2. Получение параметров из компьютерных расчетовКомпьютерный расчет осуществлялся в программном комплексе LS-DYNAдля образцов ряда металлов с толщинами в диапазоне от 0.2 мм до 1 мм вматрицы различных форм (рисунок 3.7).
Исходными данными служилихарактеристики кривой деформационного упрочнения материала заготовки,аппроксимированные степенным законом = . При расчете рассматривалсяпроцесс квазистатической вытяжки-формовки подвижной средой листовогообразца в эллиптические матрицы с размерами полуосей 50х19 мм и 50х25 мм.Материал образца принимался изотропным и задавался моделью MPL.119а)б)Рисунок 3.7 – Пример компьютерных расчетов вытяжки-формовки заготовок вматрицы различных форм: а – матрица с эллиптическим отверстием 100х38 мм;б – матрица с эллиптическим отверстием 100х50 ммНагружение образца моделировалось линейно возрастающим давлением,максимальное значение которого достигается за 5000 – 8000 мкс, в зависимостиот параметра сходимости .
При заданной геометрии и характеристикахобразцов при данной длительности обеспечивалась сходимость динамическогорешения к квазистатическому [12, 34].В результате были получены расчетные зависимости FLD, а также графикипутей нагружения элементов срединной поверхности листового образца.Пересечение путей деформирования с верхней кривой расчетной FLD определятсоотношение компонент первой и второй главной деформаций:α = ε2 ⁄ε1(3.6)Исходя из равенства 1 + 2 = −3 по величине толщинной деформацииопределяют деформации 1 и 2 :ε1 = −ε3 ⁄(1 + α),(3.7)ε2 = αε1 .(3.8)В результате измерений и расчетов получены значения точек FLD. Разброспри измерении толщины составляет примерно 10–15 %.1203.2.3. Определение параметров FLD листовых металловВ данном параграфе будут приведены параметры FLD, полученные спомощью предлагаемой экспериментально-расчетной методики для следующихматериалов: латунь Л68 толщиной 0.24 мм, медь М1 толщиной 0.2 мм, сталь12Х18Н10Т толщиной 0.55 мм, алюминий 5754 толщиной 1 мм и 0.7 мм,алюминий 6061 толщиной 0.3 мм.
На рисунках 3.8 – 3.13 приведены расчетныезависимости FLD, а также график пути нагружения срединной поверхностилистового образца из латуни Л68. Диаметр листовых образцов составил 149.5мм. Полученные значения точек FLD представлены в таблицах 3.1 – 3.6. Латунь Л68Толщина листового образца из латуни Л68 задавалась 0.24 мм. Былиприняты следующие характеристики материала: константы, характеризующиеупругость: E = 115 ГПа (модуль Юнга), = 0.34 (коэффициент Пуассона), =8600 кг/м3 (плотность); параметры динамической кривой деформационногоупрочнения: B = 742 МПа, m = 0.404; кулоновское трение со значениямикоэффициента при трении покоя μ = 0.15 и при движении μ = 0.1.а)б)Рисунок 3.8 – Пути деформирования для отмеченных точек заготовки приразрушении в матрице с размерами отверстия 100х38 мм (а) и 100х50 мм (б) дляобразцов из латуни Л68121Таблица 3.1 – Компоненты тензора деформаций для трех форм матрицы (латунь Л68)Форма отверстияматрицыh−̅3Круглоедиаметром 100 мм0.11±0.00250.780±0.05Эллиптическое100х50 мм0.13±0.005Эллиптическое100х38 мм0.14±0.008211210.390±0.050.390±0.050.613±0.0770.590.385±0.0770.228±0.0770.525±0.1130.480.355±0.1130.170±0.113α= Медь М1Толщина листового образца из меди М1 задавалась 0.2 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
