Экспериментальное исследование напряженно-деформированного состояния при вытяжке прямоугольных в плане деталей из биметалла «алюминий-медь»

Проведены исследования напряженно-деформированного состояния фланца полуфабриката из биметалла «алюминиймедь» при вытяжке прямоугольных в плане коробок. В работе использовался метод сеток со следующими допущениями: об изотропности и несжимаемости материала; однородности деформации в пределах каждой ячейки; о монотонности деформирования, плоского напряженного и объемного деформированного состояния; упругими деформациями пренебрегали. Для минимизации погрешностей измерений координатных сеток и сокращения времени на обработку полученной информации применялась программа моделирования CAD. Заготовки представляли собой прямоугольник определенных размеров со сваренными между собой взрывом слоем алюминия АД и слоем меди М4, которые подвергались предварительной термической обработке перед операцией вытяжки. Прямоугольные заготовки последовательно вытягивались на высоту 10 мм, после вытяжки проводились измерения сетки и толщины исследуемого образца. Образцы заготовок фотографировались с одинаковым фокусным расстоянием и загружались в прикладную программу. В программе на узлы сетки наносились координатные точки, а затем измерялись расстояния и координаты этих точек до деформации и после нее. Результаты замеров показали, что наибольшую деформацию испытывают угловые зоны заготовки, где сжимающие напряжения возрастают от биссектрисы угла до стенок. Эти напряжения приводят к расслоению биметаллической заготовки и возникновению гофров по слою меди. Вытяжке подвергались 20 заготовок, и в каждом случае наблюдалось гофрообразование на фланце. Варьирование величиной давления прижима с 0,25 до 0,5 МПа положительных результатов не принесло. Наибольшую интенсивность деформации испытывает торцевая часть фланца коробки, и при подходе к отверстию матрицы интенсивность деформаций уменьшается на 20 %. Действие угловых сдвигающих напряжений приводит к нарушению сплошности переходной зоны, которая характеризуется наличием интерметаллидной прослойки с пониженными пластическими свойствами.

1. Гуревич Л.М., Волчков В.М., Трыков Ю.П., Киселев О.С. Моделирование процесса глубокой вытяжки трубчатых переходников из слоистых титаноалюминиевых пластин. Известия вузов. Цветная металлургия. 2014. No. 4. C. 30 — 35. DOI: https://doi.org/10.17073/0021-3438-2014-4-30-35.

2. Haikova T, Puzyr R., Dragobetsky V, Symonova A., Vaky-lenko R. Finite-element model of bimetal billet strain obtaining box-shaped parts by means of drawing. In: Advances in design, simulation and manufacturing II: Proc. 2nd Int. conf. on design, simulation, manufacturing: The innovation exchange (11—14 June 2019). Lutsk, Ukraine: Springer, 2019. P. 85—94. DOI https://doi.org/10.1007/978-3-030-22365-6_9.

3. Борис РС., Холявж О.В., Вишневський П.С. Розрахунок напружено-деформованого стану при витягуванш з потоншенням двошарового металу. Науковий огляд. 2017. No. 7 (7). C. 40—47.

4. Hassan M.A., AhmedK.I.E., Takakura N. A developed process for deep drawing of metal foil square cups. J. Mater. Process. Technol. 2012. No. 212 (1). P. 295—307. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2011.09.015.

5. Harpell E.T., Worswickb M.J., Finn M., Jain M., Martin P. Numerical prediction of the limiting draw ratio for aluminum alloy sheet. J. Mater. Process. Technol. 2000. No. 100. P. 131—141.

6. Gavas M., Izciler M. Effect of blank holder gap on deep drawing of square cups. Mater. Design. 2007. No. 28. P. 1641—1646.

7. Kalyuzhnyi O.V., Kalyuzhnyi V.L. Intensification of forming processes of cold sheet stamping. Kyiv: Sik Group Ukraine LLC, 2015.

8. Yan G.X., WangX.Y, DengL. A study of hole flanging-upsetting process. Adv. Mater. Res. 2014. Vol. 939. P. 291—298.

9. Luo J.C. Study on stamping-forging process and experiment of sheet metal parts with non-uniform thickness. Wuhan: Huazhong Univ. Sci. Technol. 2011. No. 51. Р. 49—54.

10. Puzyr R., Savelov D., Argat R., Chernish A. Distribution analysis of stresses across the stretching edge of die body and bending radius of deforming roll during profiling and drawing of cylindrical workpiece. Metall. Min. Ind. 2015. No. 1. Р. 27—32.

11. Попов Е.А. Основы теории листовой штамповки. М.: Машиностроение, 1977.

12. Wang X.Y., Ouyang K., Xia J.C. FEM analysis of drawing-thickening technology in stamping-forging hybrid process. Forg. Stamp. Technol. 2009. No. 34(4). Р. 73—78.

13. Comsa D-S., Banabic D. Numerical simulation of sheet metal forming processes using a new yield criterion. Key Eng. Mater. 2007. No. 344. Р. 833—840.

14. Puzyr R., Haikova T, Majernik J., Karkova M., Kmec J. Experimental study of the process of radial rotation profiling of wheel rims resulting in formation and technological flattening of the corrugations. Manuf. Technol. 2018. No. 18 (1). Р 106—111.

15. Asemabadi M., Sedighi M., Honarpisheh M. Investigation of cold rolling influence on the mechanical properties of explosive-welded Al/Cu bimetal. Mater. Sci. Eng. 2012. No. 558. Р. 144—149.

16. Khosravifard A., Ebrahimi R. Investigation of parameters affecting interface strength in Al/Cu clad bimetal rod extrusion process. Mater. Design. 2010. No. 31. Р. 493—499.

17. Kapifiski S. Analytical and experimental analysis of deep drawing process for bimetal elements. J. Mater. Process. Technol. 1996. No. 60. Р. 197—200.

18. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. Л.: Машиностроение, 1976.

19. Akbari-Mousavi S.A.A., Barrett L.M., Al-Hassani S.T.S. Explosive welding of metal plates. J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 202. Iss. 1—3. Р. 224—239.

20. ZagirnyakM.V, Drahobetskyi V.V. New methods of obtaining materials and structures for light armor protection. In: Int. Conf. Military Technologies (ICMT) (Brno, Czech Republic, 19-21 May 2015). 2015. Vol. 1. P. 705-710.

21. Dragobetsky V, Zagoryansky V, Voronin A. Process modeling of elastic-plastic deformation of steel-aluminum compositions produced by impact bonding. Metall. Min. Ind. 2015. Iss. 9. Р. 1186-1189.

22. Isadarea A.D., Aremob B., Adeoyec M.O., Olawalec O.J., Shittu M.D. Effect of heat treatment on some mechanical properties of 7075 aluminium alloy. Mater. Res. 2013. No. 16(1). Р. 190-194. DOI: 10.1590/S1516-1439201.2005.000167.

23. Shwe W.H.A., Kay T.L., Waing K.K.O. The effect of ageing treatment of aluminum alloys for fuselage structure-light aircraft. World Acad. Sci., Eng. Technol. 2008. No. 46. P. 696-699.

24. Mohammad T., Esmaeil E. Mechanical and anisotropic behaviors of 7075 aluminum alloy sheets. Mater. Design. 2010. No. 32(2). P. 1594-1599. http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2010.09.001.

25. Li J.F., Peng Z.W. Mechanical properties, corrosion behaviors and microstructures of 7075 aluminium alloy with various aging treatments. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2008. No. 18(4). P. 755-762. http://dx.doi.org/10.1016/S1003-6326(08)60130-2.

26. Roberto B.F., Terence G.L. Using severe plastic deformation for the processing of advanced engineering materials. Mater. Trans. 2009. No. 50(7). P. 1613-1619. http://dx.doi.org/10.2320/matertrans.MF200913.

27. Miyazaki S., Kumai S., Sato A. Plastic deformation of Al-Cu-Fe quasicrystals embedded in A^Cu at low temperatures. Mater. Sci. Eng. 2005. No. 300 (5). P. 400-401.

28. Chen C.Y., Hwang W-S. Effect of annealing on the interfacial structure of aluminum-copper joints. Mater. Trans. 2007. Vol. 48. No. 7. P. 1938-1947.

29. Mirzakouchakshirazi H., Eivani A.R., Kheirandish Sh. Effect of post-deformation annealing treatment on interface properties and shear bond strength of Al-Cu bimetallic rods produced by equal channel angular pressing. Iran. J. Mater. Sci. Eng. 2017. Vol. 14. No. 4. P. 25-34. DOI: 10.22068/ijmse.14.4.25.

30. PuzyrR., SavelovD., Shchetynin V., LevchenkoR., Haikova T, Kravchenko S., Yasko S., Argat R., Sira Y., Shchipkovakyi Y. Development of a method to determine deformations in the manufacture of a vehicle wheel rim. East.-Eur. J. Enterprise Technol. 2018. Vol. 4. No. 1(94). P. 55-60. DOI:http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139534.

31. Андрейченко В.А. Теоретические основы экспериментальных исследований пластического формоизменения. Тула: Тул. гос. ун-т, 2002.

32. Малинин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. М.: Машиностроение, 1975.

33. Puzyr R., Haikova T, Trotsko O., Argat R. Determining experimentally the stress-strained state in the radial rotary method of obtaining wheels rims. East.-Eur. J. Enterprise Technol. 2016. Vol. 4 No. 1 (82). P. 52-60. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.76225.

34. Grushko A.V, Kukhar V.V., Slobodyanyuk Y.O. Phenomenological model of low-carbon steels hardening during multistage drawing. Solid State Phenomena. 2017. Vol. 265. P. 114-123. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.265.114.

35. Markov O., Gerasimenko O., Khvashchynskyi A., Zhytni-kov R., Puzyr R. Modeling the techological process of pipe forging without a mandrel. East.-Eur. J. Enterprise Technol. 2019. Vol. 3. No. 1(99). 42-48. DOI:http://dx.doi.org/10.15587/1729-4061.2019.167077.

36. Гайкова Т.В., Пузырь Р.Г., Наумова Е.А. Результаты экспериментальных исследований по деформированию слоистых заготовок. В сб. науч. тр. Новые решения в современных технологиях: Вестн. Нац. техн. ун-та «ХПИ». Харьков: НТУ «ХПИ», 2013. No. 42. С. 37-42.

37. Аркулис Г.Э., Дрогобид В.Г. Теория пластичности. М.: Металлургия, 1987.

38. Hugo I. Medellin-Castillo, Pedro de J. Garcia-Zugasti, Dirk F. de Lange, Francisco J. Colorado-Alonso. Analysis of the allowable deep drawing height of rectangular steel parts. Int. J. Adv Manuf. Technol. 2013. Vol. 66. Iss. 1-4. P. 371-380. DOI 10.1007/s00170-012-4331-9.

39. Leyu W, Daxin E. Numerical simulation analysis of variable BHF drawing of rectangular cup on curve blank-holder. Mod. Manuf. Eng. 2006. No. 2. P. 73-74.

40. Ogorodnikov V.A., Derevenko I.A., Sivak R.I. On the influence of curvature of the trajectories of deformation of a volume of the material by pressing on its plasticity under the conditions of complex loading. Mater. Sci. 2018. Vol. 54. Iss. 3. P. 326-332.

41. Aliev I., Zhbankov Y., Martynov S. Forging of shafts, discs and rings from blanks with inhomogeneous temperature field. J. Chem. Technol. Metall. 2016. Vol. 51. Iss. 4. P. 393-400.

42. Yang C., Li P., Fan L. Blank shape design for sheet metal forming based on geometrical resemblance. Procedia Eng. 2014. Vol. 81. P. 1487-1492.

43. Savelov D., Dragobetsky V., Puzyr R., Markevych A. Peculiarities of vibrational press dynamics with hard-elastic restraints in the working regime of metal powders molding. Metall. Min. Ind. 2015. No. 2. P. 67-74.

44. Rabinovich S.G. Statistical methods for experimental data processing. evaluating measurement accuracy. N.Y.: Springer, 2013. P. 71-105. DOI:https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6717-5.