Тульский государственный университет, Тула, Россия

В. И. Платонов, доцент кафедры механики и процессов пластического формоизменения, эл. почта: pvi_1@rambler.ru

Российский университет транспорта (МИИТ), Москва, Россия
В. Н. Чудин, профессор кафедры cопротивления материалов и строительной механики

Предложены соотношения для расчета деформационного и силового режимов процесса раздачи с нагревом элементов трубопроводов в условиях вязкопластического деформирования. Расчет операции раздачи проводили для заготовок, выполненных из легких и прочных сплавов на основе алюминия и титана. Технологические процессы раздачи применяют для увеличения диаметра концевой части трубной цилиндрической заготовки. Изделия из высокопрочных материалов используют в качестве переходников трубопроводных систем с разными диаметрами, элементов топливных баков, кожухов в аэрокосмической, химической и других отраслях техники, где необходимо обеспечение работоспособности конструкций при экстремальных температурах, давлении, вибрационных и силовых нагрузках в агрессивных средах. Соблюдение специальных условий, регламентирующих температурные и скоростные параметры формоизменения, позволяет пластически обрабатывать заготовки из высокопрочных сплавов с большими степенями деформации и прогнозируемыми механическими характеристиками. Использование технологии нагрева только части трубной заготовки, подвергаемой пластическому деформированию, приводит к существенной экономии энергоресурсов и времени, необходимого для подъема температуры. Материал заготовок принят анизотропным, вязкопластическим и релаксирующим при заданных температурных и скоростных условиях деформирования. Использован энергетический метод расчета по кинематике деформирования. Приведены соотношения для расчета давления и потери сплошности исходного материала заготовки от степени формоизменения заготовки, скорости операции и анизотропии механических свойств. Показано, что скорость деформирования оказывает существенное влияние на величины деформаций, давление в операции и повреждаемость материала заготовок, т. е. на качество изделий. Представлены расчетные результаты и образцы изделий.

1. Яковлев С. С. (ред.) Ковка и штамповка: Справочник. Т. 4. Листовая штамповка. — М. : Машиностроение, 2010. — 732 с.
2. Попов Е. А. Основы теории листовой штамповки. — М. : Машиностроение, 1977. — 278 с.
3. Яковлев С. С., Яковлев С. П., Чудин В. Н. и др. Изотермическое формоизменение анизотропных материалов жестким инструментом в режиме предварительной ползучести. — М. : Машиностроение, 2009. — 412 с.
4. Малинин Н. Н. Ползучесть в обработке металлов. — М. : Юрайт, 2023. — 221 с.
5. Голенков В. А., Яковлев С. П., Головин С. А., Яковлев С. С., Кухарь В. Д. Теория обработки металлов давлением. — М. : Машиностроение, 2009. — 442 с.
6. Чудин В. Н. Процесс горячей раздачи при вязкопластическом деформировании // Заготовительные производства в машиностроении. 2017. Т. 15, № 5. С. 217–219.
7. Яковлев С. П., Яковлев С. С., Андрейченко В. А. Обработка давлением анизотропных материалов. — Кишинев : Квант, 1997. — 331 с.
8. Платонов В. И. К расчету напряжений при раздаче в условиях вязкопластичности // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 8. С. 497–500.
9. Платонов В. И., Чудин В. Н. Силовой режим обжима с нагревом // Заготовительные производства в машиностроении. 2022. Т. 20, № 7. С. 311–314.
10. Ji H., Li Y., Huang X., Dong S. et al. Study on formability of duplex steel expansion pipe and its threaded joints // Measurement. 2023. Vol. 206, No. 1. 112308.
11. Tan B., Yao S., Zhang L., Xu P., Che Q. A novel deformation mode of expansion tubes accounting for extra contact // International Journal of Mechanical Sciences. 2023. Vol. 242, No. 3. 108024.
12. Shinkin V. N. Simple analytical dependence of elastic modulus on high temperatures for some steels and alloys // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 32–38.
13. Paul S. K. The effect of deformation gradient on necking and failure in hole expansion test // Manufacturing Letters. 2019. Vol. 21, No. 8. P. 50–55.
14. Lu R., Zheng S., Teng J., Hu J. et al. Microstructure, mechanical properties and deformation characteristics of Al – Mg – Si alloys processed by a continuous expansion extrusion approach // Journal of Materials Science and Technology. 2021. Vol. 80, No. 7. P. 150–162.
15. Шинкин В. Н. Прямая и обратная нелинейная аппроксиация зоны упрочнения стали // Черные металлы. 2019. № 3. С. 32–37.
16. Wu M. Z., Zhang X. W., Zhang Q. M. A new model for the expansion tube considering the stress coupling: Theory, experiments and simulations // Defence Technology. 2022. Vol. 18, No. 7. P. 1190–1204.
17. Li J., Xie Z., Yu Y., Gong X. et al. Experimental and numerical study on the crashworthiness performance of a hybrid energy absorber with expanding-splitting-bending process // Thin-Wall Structures. 2022. Vol. 181, No. 12. 110122.
18. Shinkin V. N. Springback coefficient of round steel beam under elastoplastic torsion // CIS Iron and Steel Review. 2018. Vol. 15. P. 23–27.
19. Moreno C., Beaumont R., Hughes D. J., Williams T. et al. Quasistatic and dynamic testing of splitting, expansion and expansionsplitting hybrid tubes under oblique loading // International Journal of Impact Engineering. 2017. Vol. 100, No. 2. P. 117–130.
20. Li J., Gao G., Dong H., Xie S. et al. Study on the energy absorption of the expanding-splitting circular tube by experimental investigations and numerical simulations // Thin-Wall Structures. 2016. Vol. 103, No. 6. P. 105–114.
21. Демин В. А., Черняев А. В., Платонов В. И., Коротков В. А. Методика экспериментального определения механических свойств металла при растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 66–73.
22. Черняев А. В., Усенко Н. А., Коротков В. А., Платонов В. И. Определение влияния скорости деформации на сопротивление деформированию при статическом растяжении с повышенной температурой // Цветные металлы. 2019. № 5. С. 60–65.