Образец для моделирования деформации сварных швов при пневмоформовке листовых заготовок

Образец для моделирования деформации сварных швов при пневмоформовке листовых заготовок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОБРАЗЕЦ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ СВАРНЫХ ШВОВ ПРИ .ПНЕВМОФОРМ(ЗВКЕ ЛИСТОВЫХ ЗАГОТОВОК, состоящий из двух сваренных между собой частей одинаковой формы, отличающийся тем, что, с целью упрощения моделирования в широком интервале температурных 20-1200°С и скоростных 10 - 10°С параметров с обеспечением оптимальных скоростных режимов сверхпластичности , а также снижения трудоемкости его изготовления, образец выполнен в виде двух уголков с плавно сопряженными полками, с радиусом сопряжения,равным десяти толщинам полок, две из которых совмещены одна с другой и сварены по торцу, а две другие направлены в противоположные стороны, причем толщина полки и длина зоны совмещения находятся в следующих пределах: 10 0,1а; в 5 С, § а; где Q - длина зоны совмещения полок; euc-щирина и толщина полок соответственно; S -наибольший допуск на толщину сваренной полки уголка. to со о О)

C0lO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„„1123766 А

3 (5D

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

М АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ ния моделирования в широком интервале температурных 20 †12 С и скоростных

10 — 10 C параметров с обеспечением оптимальных скоростных режимов сверхпластичности, а также снижения трудоемкости его изготовления, образец выполнен в виде двух уголков с плавно сопряженными полками, с радиусом сопряжения, равным десяти толщинам полок, две из которых совмещены одна с другой и сварены по торцу, а две другие направлены в противоположные стороны, причем толщина полки и длина зоны совмещения находятся в следующих пределах:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3580674/25-27 (22) 21.04.83 (46) 15.11.84. Бюл. № 42 (72) В. К. Портной, М. А. Цепин, Ю. И. Каплин, А. С. Анищенко, А. М. Африкантов, Л. Л. Старова, 1О. А. Бирман и Д. А. Пономаренко (71) Московский ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного

Знамени институт стали и сплавов (53) 621.791.011 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 719764, кл. В 21 D 26/02, 12.04.78.

2. Патент Великобритании № 1378421, кл. В 3 Q, опублик. 27.12.74 (прототип) . (54) (57) ОБРАЗЕЦ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЕФОРМАЦИИ СВАРНЫХ ШВОВ

ПРИ;ПНЕВМОФОРМОВКЕ ЛИСТОВЫХ

ЗАГОТОВОК, состоящий из двух сваренных между собой частей одинаковой формы, отличающийся тем, что, с целью упроще10ЬС 0,1а; в = 5С, где о. — дли на зоны совмещения полок;

gee — ширина и толщина полок соответственно;

8 -наибольший допуск на толщину сваренной полки уголка.

1123766

Изобретение относится к испытаниям металлов и обработке их давлением и может быть использовано при разработке технологий пневмоформовки оболочек из сварных заготовок.

Известен образец для моделирования деформации сварных швов при невмоформовке сварных по контуру заготовок, состоящий из нескольких листовых частей, сваренных между собой на участках наибольших деформаций при формовке (1).

Недостатком образца является сложность моделирования процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является образец для моделирования деформации сварных швов при пневмоформовке листовых заготовок, состоящий из двух сварен ных между собой частей одинаковых размеров (2).

Недостатками этого образца являются сложность моделирования деформации свар- ных швов в широком интервале температурных 20 — 1200 С и скоростных от IO

10 с параметров с обеспечением оптимальных скоростных режимов сверхпластичности, в связи со значительными измене- д ниями скорости деформации образцов (в пределах трех порядков) при постоянном давлении формовки, и необходимостью использования сложных устройств для изменения давления формующей среды по строго определенному закону для формовки с постоянной скоростью деформации, а также большая трудоемкость их заготовления. Это связано с затратами на резку листов по заранее выбранному, зачастую сложному контуру большого периметра, с продолжительным временем сварки частей в единый образец из-за существенной длины свариваемых торцов (фланцев) и вварки штуцера, с увеличенным расходом металла на изготовление образца.

Цель изобретения — упрощение моде- 40 лирования деформации сварных швов при пневмоформовке листовых заготовок в широком интервале температурных 20

1200 С и скоростных 10 . — 10 ñ параметров с обеспечением оптимальных скоростных режимов сверхпластичности, а так45 же снижение трудоемкости изготовления образца.

Поставленная цель достигается тем, что образец для моделирования деформации сварных швов при пневмоформовке листовых заготовок, состоящий из двух сваренных между собой частей одинаковой формы выполнен в виде двух уголков с плавно сопряженными полками, с радиусом сопряжения, равным десяти толщина м полок, две из которых совмещены друг с другом и сварены по торцу, а две другие направлены в противоположные стороны, причем толщина полки и длина зоны совмещения находятся в следуюших пределах

10 С-0!а в = 5С где а — длина зоны совмещения полок;

8 и с - соответственно ширина и толщина полок;

8 — наибольший допуск на толщину сваренной полки уголка.

На фиг. 1 представлен образец в исходном положении; на фиг. 2 — вид А на фиг. 1; на фиг. 3 — образец в работе.

Образец состоит из двух пластинчатых уголков одинаковой формы с плавно сопряженными полками (фиг. 1) . Смежные полки уголков параллельно другу другу (в данном случае наложены по плоскости одна на другую). Их торцы, ограниченные шириной, соединены сварным швом 2. Две оставшиеся полки 3 уголков направлены в противоположные стороны и расположены в одной плоскости, так как уголки имеют одинаковую геометрическую форму. Усредненный радиус сопряжения К полок уголков равен десяти их толщинам, а ширина Ь и толщина С сваренных полок выбираются из следующих соотношений

I0d C 01 à; з = — 5С, где а. длина зоны совмещения полок; д — наибольший допуск на толщину сваренной полки уголка;

В U < — ширина и толщина полок соответственно.

Направленные в противоположные стороны полки 3 уголков предназначены для крепления в захватах 4 деформирующего устройства (фиг. 3), поэтому имеют головки с формой и размерами, соответствующими используемым захватам. В частности, полки 3 имеют головки со сквозными отверстиями 5 диаметром, меньшим ширины полок 3. Иных функций у полок 3 нет, поэтому существенные геометрические соотношения размеров уголков относятся лишь к параллельным (рабочим) полкам I.

Моделирование с помощью образца происходит следуюшим образом.

Образец крепят в захватах 4, например, с помощью штифтов 6, расположенных в сквозных отверстиях 5 образца и захватов 4. Затем нагревают образец вместе с захватами 4 до оптимальной температуры деформации (как правило, до температуры сверхпластичности деформируемого металла). К захватам 4 прикладывают растягивающие усилия P (фиг. 3) ч дефор мируют сварной шов 2 путем растяжения с выгибанием уголков образца. По углу <у . между касательными к плоскости полок I в местах их перехода в сварной шов 2 оп1123766

g< <ã /

Sin d, 10

1 уголков, этим обеспечивается идентичность 20 технологий нанесения сварного шва и изме25 С ><10О имеются ввиду размеры рабочей исследуемой поверхности уголков (т.е. 30 параллельные полки I), что необходимо для исключения влияния начальной геометрической неоднородности образцов на процесс их деформации в случае, если образцы достаточно малы по размерам; сварка торцов уголков только в наиболее удаленных местах от точки приложения усилия деформирования, т. е. торцов параллельных полок уголков, ограниченных шириной этих полок, сварной шов в любом другом месте предлагаемого образца в лучшем слу чае будет моделировать, причем без геометрического подобия, только деформацию заготовок, сваренных по контуру, но не по фланцу; для исключения влияния дополнительных изгибающих моментов, возникаюределяют предельную глубину формовки газом сварных по фланцу заготовок и качество выполнения сварного шва 2. При оС = 180 сварной шов 2 считается отличным и на глубину формовки влияния не оказывает. При Ы. 180 наибольшая глубина Н отформованных оболочек определяется неравенством где r — радиус основания оболочки.

Эквивалентная замена образца-прототипа на предлагаемый без искажения результатов моделирования возможна с учетом цели изобретения при следующих условия: точное воспроизведение взаимного расположения прилежащих к сварному шву участков образца по отношению к моделируемому объекту (сварным по фланцу заготовки), т. е. параллельность полок нения его формы при последующей деформации; равенство геометрических размеров свариваемых уголков для устранения влияния этих различий на характер деформации сварного шва; превышение не менее чем на порядок габаритных размеров образца над наибольшим допуском на изменение минимального размера образца, т. е. а > в щих при деформации образцов в зонах сопряжения полок уголков, усредненный радиус сопряжения полок должен не менее чем на порядок превышать толщину уголка (минимальный размер деформируемого металла).

Вместе с этим усредненный радиус сопряжения должен быть минимальным для снижения расхода металла на образец и увеличения эффективного хода деформирующего устройства, т. е. хода захватов, от которого происходит непосредственно деформация сварного шва, а не выгибание уголка. Исходя из этого, выбирается равенство R = 10 С. Усредненный радиус сопряжения определяется по радиусу изги45

4 ба нейтральной линии уголков 7 (фиг. 1).

При малой толщине уголков за величину

R можно принять радиус сопряжения любых смежных поверхностей уголков; для надежного воспроизведения при моделировании плоского напряженного состояния по всей длине параллельных полок образца (именно они являются исследуемыми зонами) за исключением участков сварки длина этих полок должна не менее чем на порядок превосходить их толщину, т. е.

С ь 0,1 а. Вместе с этим при С = а плоское напряженное состояние преобразуется в линейное (одноосное растяжение) . Такого не произойдет, если 8 5 С. Однако чем больше, тем больше различий в деформации между центральными и конечными участками сварного шва образца из-за различного их удаления от точки приложения усилия деформирования. В связи с этим, а также с целью экономии металла предпочтительны равенства: а =10 С, Я = 5 С.

Пример. В лаборатории кафедры МЦР и PM МИСиС изготовлены и испытаны два типа сварных образцов из титанового сплава ВТ14. Первый тип образцов в количестве 4 шт. представлял собой два диска

100 х 1,0, наложенных один на другой и сваренных по фланцу электронно-лучевой сваркой с толщиной шва !,2 мм. В один из дисков вваривался штуцер. Испытания проводили путем пневмоформовки образцов в экспериментальной установке со скоростью деформации 0,2 — 15 x IO с при

875 С. Для этого штуцер соединяли с баллоном сжатого аргона, а образец укладывали в установку, нагревали его и подавали от баллона вовнутрь образца сжатый аргон под давлением 0,01 — 0,4 МПа. При разрыве шва оболочку разрезали и замеряли ее высоту, а также угол о(между сварными поверхностями в зоне разрыва.

Второй тип образцов в количестве 6 шт представлял собой два сваренных уголка одинаковой формы из гнутого листа толщиной 1,0 мм. Радиус сопряжения полок уголков составлял IO мм. Параллельные полки уголков имели размеры в плане

10,0 х 5 и были сварены торцами по всей ширине. Сварка электронно-лучевая, толщина шва 1,2 мм. Полки уголков, направленные в противоположные стороны, имели размеры в плане у рабочей части 20 х 5, у головок под захваты 14 х 11 и сквозные отверстия Р 4 мм по центру головок. Испытания образцов проводили на испытательной машине 1231У вЂ” 10 путем растяжения со скоростью деформации 0,2 — 15 х 10 с при 875 С. При разрыве шва фиксировали угол аС между касательными к плоскостям полок в местах разрыва шва и рассчитывали прогнозируемую высоту формовки Н по формуле Н = (4rSin ì/2) /Япс, при r = 50 мм.

1123766

Образцы

Показатепи

Пневмоформовка

Растяжение

Высота формовки

Н, мм

44,0 45,0 42,8 44,8 42,3 43,4 43,4 40,6 40,6 42,3

47 48 46 47 ца !!/Р Риз.2

Составитель Ю. Мельцов

Редактор И. Киштулинец, Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 8044/! 1 Тираж 794 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Результаты испытаний представлены в таблице.

Таким образом, второй тип образцов прогнозирует максимальную . высоту формовки с погрешностью не более 10%. Наряду с меньшей себестоимостью это обусловливает целесообразность моделирования деформации сварных швов при пневмоформовке методом растяжения сварных уголковых образцов взамен натурных формовок.

Преимущества предлагаемого образца: возможность использования для . моделирования стандартных испытательных машин взамен уникальных установок для пнеамоформовки; упрощение моделирования, так как нет необходимости в разрезке отформованных заготовок для исследования внутренних участков сварных швов, находящихСебестоимость первого типа образцов

2,86 р., второго 1,46 р. за каждый образец.

46 46,5 46,5 45 45 46 ся в наиболее тяжелых условиях, при деформации, и следовательно, первыми теряющими сплошность; небольшой расход металла (в 4 — 10 раз меньший по сравнению с листовыми заготовками-прототипами); малая трудоемкость нанесения сварного шва вследствие уменьшения его длины в

25 — 50 раз, по сравнению с листовыми заготовками-прототипами; возможность изготовления образца из стандартного профиля «уголок» с притуплением его острой кромки, что устраняет гибочные работы.

Испытания образца показали хорошую сходимость результатов моделирования с реальным процессом пневмоформовки сварных по фланцу заготовок.