Experimental study of axisymmetric molding of multilayered material

全文:

Многослойные материалы все шире используются в современном мире. Это обуслов- лено возможностью получения готовых изделий с нужными свойствами, аналог которых при однослойном исполнении из отдельных сплавов или экономически не выгоден или уго полу- чить невозможно [1, 2, 3]. В результате чего возникает необходимость совершенствовать технологию изготовления изделий из подобных материалов и более детально исследовать их свойства [4, 5, 6, 8, 9]. Сочетание обычной стали и нержавеющей наиболее востребовано в современном производстве. Причем этот материал используется не только в качестве биме- талла, но и в виде сендвич-листов (с полимерной связующей или прослойкой из синтетиче- ского материала), которая способна не только гасить вибрации от работающих элементов конструкции, но и гасить звуковые колебания. При подготовке к экспериментам использовались две полосы стали различных марок, эпоксидная смола и стекловолокно. Первая полоса - нержавеющая сталь марки 12Х18H10T, толщиной 0,5, шириной 250 мм, длиной 500 мм, вторая полоса - холоднокатаная сталь марки 10кп, толщиной 0,5 мм, шириной 200 мм, длиной 1000 мм . Характеристики (химический состав, механические свойства) материала 12Х18Н10Т приведены в таблицах 1 и 2. Химический состав в % материала 12Х18Н10Т Таблица 1 C Si Mn Ni S P Cr Cu Прочее до 0.12 до 0.8 до 2 9 - 11 до 0.02 до 0.035 17 - 19 до 0.3 (5 С - 0.8) Ti, остальное Fe Механические свойства при Т=20oС материала 12Х18Н10Т Таблица 2 Сортамент Предел прочно- сти, МПа Предел текуче- сти, МПа Относительное удли- нение, % Термообработка Лист тонкий 530 205 40 Закалка 1050 - 1080oC,Охлаждение вода, Характеристики (химический состав, механические свойства) материала холодноката- ная сталь марки 10кп приведены в таблицах 3 и 4. Химический состав в % материала 10кп ГОСТ 1050 - 74 Таблица 3 C Si Mn Ni S P Cr Cu As 0.07 - 0.14 до 0.07 0.25 - 0.5 до 0.25 до 0.04 до 0.035 до 0.15 до 0.25 до 0.08 Механические характеристики при Т=200С материал 10кп Таблица 4 Сортамент Предел прочности, МПа Предел текучести, МПа Относительное удлинение,% Сталь калибро- ванная 372 55 Стальные полосы были размечены при помощи чертилки и линейки на заготовки со- гласно схеме раскроя (рисунок 1). Рисунок 1. Схема раскроя стальных полос марки 10кп и 12Х18Н10Т После нанесения линий разметки стальные листы были разделены на заготовки пнев- матическими пресножницами. Затем заготовки были разделены на следующие группы: 1) 10кп; 2) 10кп + 10кп; 3) 10кп + 12Х18Н10Т; 4) 10кп + Стекловолокно + 10кп; 5) 12Х18Н10Т; 6) 12Х18Н10Т + 12Х18Н10Т; 7) 12Х18Н10Т + 10кп; 8) 12Х18Н10Т + Стекловолокно + 12Х18Н10Т. На стальные заготовки был нанесен равномерно слой полиэфирной смолы, а затем они были соединены в соответствии со своей группой. Для соединения слоев была использована полиэфирная смола марки Нигрен Репаратурбокс (NIGRIN Reparaturbox). Спустя некоторое время образцы были перемещены под равномерный груз для оконча- тельной полимеризации смолы. Эксперимент проводился на машине марки Roell Amsler Bup 600, внешний вид машины показан на рисунке 2. Рисунок 2. Испытательная машина Roell Amsler Bup 600 Рисунок 3. Схема инструмента испытательной машины Amsler Bup 600 Машина оснащены компьютеризированным комплексом, который позволяет автомати- чески считывать данные во время эксперимента. Технические параметры машины приведены в таблице 5. Схема инструмента испыта- тельной машины показана на рисунке 3. Технические параметры машины Таблица 5 Модельный ряд Amsler Bup 600 Макс, сила вытяжки, кН 600 Макс, сила прижима, кН 50 Сила штамповки, кН 600 Макс, перемещение, мм 120 Макс, скорость испыт., мм/мин 750 Диаметр лунки, мм 250 Макс, ширина полосы металла, мм 260 Макс, толщина полосы металла, мм 10 Макс, диаметр вытяжных матриц, мм 250 Макс, потреб, мощность, кВА 12 Во время проведения экспериментов образцы поочередно помещались в инструмент и подвергались деформированию, результаты передавались на компьютер. В таблице 15 пред- ставлены визуальные результаты экспериментов. а) Сталь 12Х18Н10Т е) Сталь 10кп б) Сталь 12Х18Н10Т + Сталь 12Х18Н10Т ж) Сталь 10кп + Сталь 10кп в) Сталь 12Х18Н10Т + Сталь 10кп з) Сталь 10кп + Сталь 12Х18Н10Т г) Сталь 12Х18Н10Т + Ст.Вол. + Сталь 12Х18Н10Т и) Сталь 10кп + Ст. вол. + Сталь 10кп Рисунок 4. Образцы материала после деформации Анализ деформируемых образцов показал, что в нижней части двухслойной заготовки, контактирующей с пуансоном, происходит замедление течения металла под влиянием сил трения. При этом большое значение имеет пластичность нижнего слоя. При увеличении пла- стичности материала, контактирующего с пуансоном, и снижения коэффициента трения с ним деформируемость образца без разрушения значительно увеличивается (рисунок 4 д-ж). Деформирование верхнего листа происходит в гораздо более благоприятных условиях в сравнении с нижнем листом, вследствие этого утонение в сферической части верхней заго- товки по сравнению с нижней идет более равномерно. Результатом этого является разрыв верхнего слоя материала не в торовой части заготовки, ближе к вершине сферического вы- ступа. Качественный состав проведенных экспериментов показал схожесть полученных дан- ных с экспериментами, проведенными для формовки детали пуансоном с торовой частью [7, 9]. Приведенные в статьях [7, 8] данные экспериментов позволяют сравнить деформирование внутренних и внешних слоев заготовки (рисунок 5). На графике показаны изменения отно- шения утонения заготовки в процессе деформации ∆S к исходной толщине S в радиальном направлении (где N - номер координатной сетки в радиальном направлении). 1 2 Рисунок 5. Изменения относительной толщины нижнего и верхнего металлических слоев формуемой многослойной заготовки в радиальном направлении Для определения силовых параметров процесса в процессе проведенных экспериментов по формовки образцов сферическим пуансоном были построены графики зависимости силы от перемещения пуансона,

作者简介

S. Tipalin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

M. Petrov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

N. Kosachev

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

N. Shpunkin

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

A. Ponomarev

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: kiod@mami.ru
+7 495 223-05-23

参考

补充文件