RU2622552C1 - Способ производства трубных металлоизделий пластической деформацией - Google Patents
Способ производства трубных металлоизделий пластической деформацией Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622552C1 RU2622552C1 RU2016100677A RU2016100677A RU2622552C1 RU 2622552 C1 RU2622552 C1 RU 2622552C1 RU 2016100677 A RU2016100677 A RU 2016100677A RU 2016100677 A RU2016100677 A RU 2016100677A RU 2622552 C1 RU2622552 C1 RU 2622552C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pipe metal
- pipe
- plastic deformation
- residual stresses
- metal products
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
- B21C1/00—Manufacture of metal sheets, metal wire, metal rods, metal tubes by drawing
Landscapes
- Metal Extraction Processes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства трубных изделий волочением. Способ включает предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Исключение вероятности разрушения трубных металлоизделий из малопластичных металлов и сплавов от остаточных напряжений обеспечивается за счет того, что предельная степень деформации при волочении регламентирована математической зависимостью, учитывающей параметры, характеризующие геометрию и свойства материала трубного изделия.
Description
Изобретение относится к обработке металлов давлением и предназначено для производства трубных изделий волочением.
Известен способ производства круглых труб волочением. Предварительно передний конец трубной заготовки, полученной либо прессованием, либо прокаткой, заостряют, формируют захватку, которую вводят в инструмент (волоку), защепляют зажимом тянущего устройства и производят деформацию протягиваемой заготовки на окончательный размер (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - С. 57).
Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является способ волочения изделий (а.с. №1245375, 1986), включающий предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку. Данный способ принят за прототип.
Признаки прототипа, совпадающие с признаками заявляемого решения - предварительное формирование на изделии захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку.
Недостатком известного способа, принятого за прототип, является то, что он не дает конкретных рекомендаций по предельным режимам деформирования из условий возможного разрушения трубных металлоизделий от остаточных напряжений. Известно, что в процессе пластического деформирования в протягиваемых металлоизделиях формируются остаточные напряжения (см. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения. - М.: Металлургия, 1971. - С. 371-383), которые могут приводить к разрушению протягиваемых изделий.
Задачей изобретения является определение предельной деформации при производстве трубных металлоизделий из условий возможного разрушения трубных металлоизделий от остаточных напряжений, что особенно характерно при применении малопластичных металлов и сплавов.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном способе производства трубных металлоизделий из стали марки 50 пластической деформацией, включающем предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку, предельную степень деформации определяют из условия предотвращения разрушения трубного металлоизделия от остаточных напряжений по формуле:
где R1 - внешний радиус трубы, мм;
Е - модуль упругости материала трубы, МПа;
μ - коэффициент Пуассона материала трубы;
τb - предел прочности материала трубы на сдвиг, МПа;
σs - сопротивление пластической деформации материала трубы, МПа;
δ - толщина стенки трубы, мм;
ψ=0,475⋅10-4 - коэффициент, определяющий долю энергии пластического деформирования, пошедшую на формирование остаточных напряжений;
В - безразмерный параметр, характеризующий геометрию трубы,
R2 - внутренний радиус трубы, мм.
Признаки предлагаемого способа, отличительные от прототипа - определение предельной степени деформации в зависимости от условий волочения, геометрии трубы и механических свойств протягиваемой трубы.
Предельная степень деформации определяется из условия возможного разрушения трубы от остаточных напряжений, формируемых в процессе пластической деформации. При достижении предельного значения остаточных напряжений возможно разрушения трубных металлоизделий, что наблюдается на практике.
В процессе пластического деформирования волочением в изделиях формируются остаточные напряжения, способные привести к разрушению металлоизделия. При этом актуальной задачей является установление влияния технологии на уровень остаточных напряжений, особенно при производстве металлопродукции методами холодной деформации, например, волочением.
Уровень остаточных напряжений определяется величиной накопленной пластической деформации. Часть энергии, затрачиваемая на пластическую деформацию, выделяется в виде тепла пластического деформирования, а часть энергии сохраняется в деформируемом теле в виде потенциальной энергии остаточных напряжений U0 (см. Яловой Н.И., Тылкин М.А., Полухин П.И., Васильев Д.И. Тепловые процессы при обработке металлов и сплавов давлением. Учеб. пособие для вузов. М.: «Высшая школа», 1973, с. 16):
ψ - коэффициент, определяющий долю энергии остаточных напряжений.
Потенциальная энергия остаточных напряжений может быть определена следующим образом. При производстве осесимметричных изделий после деформирования под действием остаточных напряжений реализуется схема плоского деформированного состояния. Характерным для этой схемы является отсутствие осевых деформаций (εz=0). Система дифференциальных уравнений для упругого состояния, соответствующего действию остаточных напряжений, в цилиндрической системе координат имеет вид:
где, σr, σθ, σz, - радиальные, окружные и осевые напряжения соответственно.
При осевой симметрии напряженного состояния в условиях плоского деформированного состояния имеем , , тогда система уравнений (3) упрощается:
Уравнения (4) не содержат осевого напряжения σz, которое определяется дополнительным соотношением из условия закона Гука
где Е, μ - модуль упругости и коэффициент Пуассона обрабатываемого материала соответственно.
Откуда следует
Уравнения (4) и (5) определяют упругое напряженное состояние от остаточных напряжений в трубе. Разрешим первое из уравнений (4) относительно τrz, получим
В тонкостенных трубах можно ожидать малых значений τrz, которыми можно пренебречь, этому допущению соответствует С1=0. Тогда упругое состояние трубы определяется вторым из уравнений системы (3)
С учетом данного соотношения из уравнений системы (3) получим
Уравнения (5) и (6) позволяют определить остаточные напряжения. Для этого зададим σr из условия удовлетворения граничных условий
где R1,R2 - внешний и внутренний радиус трубы соответственно.
С учетом условий (7) зададим радиальные напряжения в следующем виде
где r - радиальная координата; а0 - неизвестный коэффициент, характеризующий величину радиальных остаточных напряжений.
Знак минус в выражении (8) означает, что радиальные остаточные напряжения являются сжимающими, что подтверждается результатами производственных экспериментов.
Подставив (8) во второе из уравнений (3), получим
Из уравнения (5) получим
Уравнения (8-10) при известном значении а0 дают возможности определения остаточных напряжений σr, σθ, σz. Для определения а0 используем условие (1).
Так, потенциальная энергия остаточных напряжений определяется соотношением
где V - объем трубы; σij, εij - компоненты тензора напряжений и деформаций соответственно.
Для единичного элемента трубы потенциальная энергия остаточных напряжений составит
В соответствии с условием (2) потенциальная энергия упругих остаточных напряжений составит часть энергии, пошедшей на пластическую деформацию, которая равна
где σs - сопротивление деформации материала трубы; ε - степень деформации.
Для усредненного значения σs соотношение (13) примет вид
Из условия (2) определяется параметр a0, определяющий количественно величину остаточных напряжений
Предложенная методика определения остаточных напряжений применена для оценки опасности разрушения трубы от остаточных напряжений.
С позиций прочности опасными являются остаточные напряжения, действующие на внешней поверхности трубы, где
где δ=R1-R2 - толщина стенки трубы.
При анализе прочности используется понятие главных напряжений σ1>σ2>σ3, которые в нашем случае σ1=σθ, σ2=σz, σ3=σr, которое на поверхности трубы равно нулю.
Согласно критерию прочности по максимальным касательным напряжениям разрушение трубы произойдет при достижении максимальных касательных напряжений предела прочности материала трубы на сдвиг, т.е. τmax=τb.
Условие прочности (17) при подстановке (16) примет вид
Из уравнения (18) следует, что при увеличении степени деформации до определенной величины возможно разрушение трубы. Предельная деформация при этом равна
Пример конкретной реализации
Волочением получили из стали марки 50 трубу с R1=40 мм, R2=32 мм, толщина стенки δ=4 мм. При этом для данного значения параметр В=1,37. Коэффициент Пуассона μ=0,35, коэффициент ψ для стали марки 50 равен 0,475⋅10-4. По формуле (1) получили εпр=0,56, превышение которого приведет к разрушению трубы от остаточных напряжений.
Claims (13)
- Способ производства трубных металлоизделий из стали марки 50 пластической деформацией, включающий предварительное формирование захватки с заостренным и коническим участками и последующее волочение через монолитную волоку, отличающийся тем, что волочение производят с предельной степенью деформации, определяемой из условия предотвращения разрушения трубного металлоизделия от остаточных напряжений по формуле:
- где R1 - внешний радиус трубного металлоизделия, мм;
- Е - модуль упругости материала трубного металлоизделия, МПа;
- μ - коэффициент Пуассона материала трубного металлоизделия;
- τb - предел прочности материала трубного металлоизделия на сдвиг, МПа;
- σs - сопротивление пластической деформации материала трубного металлоизделия, МПа;
- δ - толщина стенки трубного металлоизделия, мм;
- ψ=0,475⋅10-4 – коэффициент для стали марки 50, определяющий долю энергии пластического деформирования, пошедшую на формирование остаточных напряжений;
- В - безразмерный параметр, характеризующий геометрию трубного металлоизделия,
- R2 - внутренний радиус трубного металлоизделия, мм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100677A RU2622552C1 (ru) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Способ производства трубных металлоизделий пластической деформацией |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016100677A RU2622552C1 (ru) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Способ производства трубных металлоизделий пластической деформацией |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2622552C1 true RU2622552C1 (ru) | 2017-06-16 |
Family
ID=59068283
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016100677A RU2622552C1 (ru) | 2016-01-11 | 2016-01-11 | Способ производства трубных металлоизделий пластической деформацией |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2622552C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707249C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2019-11-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ производства трубных металлоизделий тепловыделяющих элементов атомных реакторов |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3763680A (en) * | 1972-08-23 | 1973-10-09 | Cf & I Steel Corp | Method and apparatus for treating wire |
SU1245375A1 (ru) * | 1984-10-29 | 1986-07-23 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им.Акад.С.П.Королева | Способ волочени изделий |
SU1733146A1 (ru) * | 1989-06-27 | 1992-05-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов | Способ определени размеров деформирующего канала рабочей волоки одного из переходов при многократном волочении пруткового материала |
RU2101108C1 (ru) * | 1995-10-17 | 1998-01-10 | Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов | Способ волочения изделия (варианты) |
RU2126731C1 (ru) * | 1998-04-27 | 1999-02-27 | Пермский государственный технический университет | Способ волочения изделий |
-
2016
- 2016-01-11 RU RU2016100677A patent/RU2622552C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3763680A (en) * | 1972-08-23 | 1973-10-09 | Cf & I Steel Corp | Method and apparatus for treating wire |
SU1245375A1 (ru) * | 1984-10-29 | 1986-07-23 | Куйбышевский Ордена Трудового Красного Знамени Авиационный Институт Им.Акад.С.П.Королева | Способ волочени изделий |
SU1733146A1 (ru) * | 1989-06-27 | 1992-05-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектный институт тугоплавких металлов и твердых сплавов | Способ определени размеров деформирующего канала рабочей волоки одного из переходов при многократном волочении пруткового материала |
RU2101108C1 (ru) * | 1995-10-17 | 1998-01-10 | Уральский научно-исследовательский институт композиционных материалов | Способ волочения изделия (варианты) |
RU2126731C1 (ru) * | 1998-04-27 | 1999-02-27 | Пермский государственный технический университет | Способ волочения изделий |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2707249C1 (ru) * | 2018-12-10 | 2019-11-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Способ производства трубных металлоизделий тепловыделяющих элементов атомных реакторов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2241385B1 (en) | Process for manufacturing ultrathin wall metallic pipe by cold drawing method | |
Chandini et al. | Parametric Importance of Warm Deep Drawing Process for 1070A Aluminium Alloy: Validation through FEA | |
Srinivas et al. | Parametric optimization of warm deep drawing process of 1100 aluminum alloy: validation through FEA | |
Kusumi et al. | Improvement of cylindrical deep drawability in hot stamping | |
RU2622552C1 (ru) | Способ производства трубных металлоизделий пластической деформацией | |
Sukhorukov et al. | Physical and numerical modeling of the process of rolling off of a tapered shaft of aviation purpose | |
Jeong et al. | Finite element analysis for inconel 625 fine tube bending to predict deformation characteristics | |
Zhao et al. | Fabrication of curved generatrix workpiece of TA15 titanium alloy by variable thickness tube spinning and flaring process | |
Zvonov et al. | Peculiarities of the process of hollow conical parts shaping from a ring blank | |
Abdullah et al. | A comprehensive review of experimental approaches used in the measurement of springback | |
Demyanenko et al. | Research of the process of axisymmetric forming of thin-walled flat blanks into the conical parts with minimal thickness variation | |
RU2580263C2 (ru) | Способ многократного пластического деформирования осесимметричных прутковых и проволочных металлоизделий | |
RU2414983C2 (ru) | Способ высадки концов насосно-компрессорных труб | |
RU2126731C1 (ru) | Способ волочения изделий | |
Cui et al. | Deep drawing of cylindrical cup using incremental electromagnetic assisted stamping with radial magnetic pressure | |
RU2707249C1 (ru) | Способ производства трубных металлоизделий тепловыделяющих элементов атомных реакторов | |
RU2539111C1 (ru) | Способ определения сопротивления протяженному вязкому разрушению высокопрочных трубных сталей | |
RU2113301C1 (ru) | Способ деформирования осесимметричных заготовок | |
RU2661161C1 (ru) | Способ производства осесимметричных прутковых и проволочных металлоизделий повышенной точности | |
RU2128329C1 (ru) | Способ определения показателя деформативности материала | |
RU2492011C1 (ru) | Способ производства триметаллических прутковых и проволочных изделий | |
Shirayori et al. | Effect of Initial Thickness on Cross-Shaped Tube Hydroforming of Small Diameter Tubing | |
RU2461436C1 (ru) | Способ изготовления тонкостенных корпусов переменного сечения | |
Chudin | Hot stamping of conical housings with stepped internal structure | |
Udalov et al. | Influence of deformation conditions on the power regimes of the process of cold crimping of a pipe billet in a conical die |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210112 |