Изготовление пластическим деформированием крупногабаритных переходников из сваренной взрывом листовой заготовки

Для изготовления крупногабаритных цилиндрических переходников вырезкой из сваренной взрывом листовой заготовки деталей замкнутого криволинейного контура (рис. 2.1) и последующей пластической деформации их с калибровкой на требуемый диаметр потребовалось решение следующих научных и технологических задач:

1. Обоснование теоретической модели и разработки методики расчета предельной деформационной способности биметаллической полосы при изгибе.

2. Исследование предельной деформации биметалла в зависимости от конструктивно-технологических факторов и механических свойств соединяемых металлов.

3. Определение закономерностей изменения структуры и свойств сваренных взрывом композиционных соединений при деформации.

4. Изучение кинетики деформации и разрушения характерных зон биметалла.

5. Разработка рекомендаций по оптимизации конструкции и технологии получения крупногабаритных переходников из биметаллических полос замкнутого контура.

Рис. 2.1 Схема вырезки заготовок биметаллических переходников: 1 - сваренная взрывом заготовка, 2 – вырезанная криволинейная заготовка

 

Практическое опробование показало, что изгиб титано-стальных полос, вырезанных из сваренных взрывом биметаллических заготовок, приводил к их разрушению по границе соединения, если радиус кривизны в соответствующем сечении оказывался меньше некоторого предельного значения R _пр. При проектировании технологического процесса изготовления переходников по предложенной схеме необходимо располагать данными о предельной деформационной способности трех характерных участков деформируемой полосы (рис. 2.2): прямолинейных участков I; криволинейных участков II с исходной кривизной, совпадающей с направлением изгиба; криволинейных участков III c исходной кривизной, противоположной направлению изгиба.

Рис. 2.2. Схемы деформирования биметаллических полос

 

Если принять величину предельного радиуса изгиба R _пр в плоскости действия изгибающего момента М, совпадающего с плоскостью соединения металлов М ₁ - М ₂ прямолинейной биметаллической полосы постоянной (рис. 2.2, а), то деформационную способность криволинейных полос можно выразить следующим образом:

для полосы с первоначальным радиусом R_H, кривизна которой возрастает под действием М (рис. 2.2, б)

, (2.1)

где: К _пр = К _пр0+ К _н - критическая кривизна полосы; К _пр0 = 1/ R _пр∞ - критическая кривизна прямолинейной полосы; К _н = 1/ R _н - первоначальная кривизна полосы;

для полосы с радиусом R _н, кривизна которой уменьшается под действием М (рис. 2.2, в)

; (2.2)

для полосы с радиусом R _н при прохождении через нулевую кривизну R _пр<0 (рис. 2.2, г), поскольку К _пр0 < К _н и R _пр определяется выражением (2.2).

Для общего решения задачи о предельно допустимых условиях деформирования биметаллических полос достаточно исследовать поведение прямолинейного биметаллического элемента при изгибе по схеме рис 2.2.

Предельная деформационная способность зависит от свойств металлов, входящих в композицию, их геометрических параметров, прочности соединения на границе металл-металл и т.д. Количественные зависимости деформационной способности от перечисленных факторов получают в основном экспериментально.

На основе исследований влияния технологии производства биметаллических материалов и остаточной деформации при изгибе в направлении, нормальном к границе раздела, на прочность соединения слоев определены условия разрушения биметаллических полос при изгибе в направлении, параллельном плоскости соединения, и получена расчетная зависимость, связывающая предельный радиус с механическими свойствами композита, прочностью их соединения и шириной полосы:

(2.3),

где b – толщина полосы; Е_Т1, Е_Т2 – определяемые из диаграмм σ - ε модули пластичности слоев; Е₁, Е₂ – модули упругости слоев; L – длина рабочей части изгиба; h₁, h₂ – толщины слоев; σ_Т1, σ_Т2 – пределы текучести слоев; σ_отр – прочность соединения слоев на отрыв.

Зависимость (2.3) показывает, что влияние геометрических и механических характеристик материалов биметаллической полосы на ее предельную деформационную способность не однозначно, поэтому потребовались дополнительные экспериментальные исследования для проверки влияния радиуса изгиба биметаллической полосы на прочность сварного соединения и механические свойства металлов композиции.