Искажение формы, локализация пластической деформации и распределение остаточных напряжений при односторонней проковке/обкатке бруса: применение результатов к аддитивному производству шпангоута с послойной обработкой давлением
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2021.14.4.36Ключевые слова:
аддитивное производство, послойная проковка, локализация пластических деформаций, остаточные напряжения, численный расчёт, экспериментАннотация
Строится численная модель формирования напряжённо-деформированного состояния в призматическом брусе при его односторонней обработке пластическим деформированием. Подобная модель требуется для выбора рациональных режимов послойной обработки давлением аддитивно наращиваемых линейных металлических сегментов. С помощью проковки или обкатки наплавляемых слоёв металла можно управлять искажениями формы, остаточными напряжениями и характеристиками прочности изделия. Моделируется процесс, состоящий из двух этапов: односторонней поверхностной обработки давлением образца, закреплённого по противоположной грани на плоской поверхности нормальными связями, и освобождения образца от закреплений. По данным эксперимента в численной модели калибруется воздействие пневмомолотка и находится эквивалентная глубина обкатки роликом. Исследуются распределения пластических деформаций и продольных остаточных напряжений по поперечному сечению образца, продольное и поперечное искривление последнего, природа деформаций при разгрузке образца для сплавов АМг6, ВТ6 и нержавеющей стали 12Х18Н10Т в зависимости от глубины обкатки роликом. Для каждого из материалов обнаружено существование критической величины обкатки, после которой изменяется знак продольной кривизны образца. Обнаружено антикластическое искривление образцов-полос. Обсуждаются методы экспериментального определения состояния закреплённого образца (сегмента шпангоута) по его разгруженному состоянию. Отмечена приемлемость данных о распределении микротвёрдости по высоте поперечного сечения образца для оценки зоны локализации пластических деформаций и о продольной кривизне образца для оценки остаточных напряжений. Показана сомнительная ценность результатов измерений в вертикальных сечениях образцов остаточных напряжений из-за их существенной неоднородности, а также перераспределения при вырезке.
Скачивания
Библиографические ссылки
Colegrove P.A., Coules H.E., Fairman J., Martina F., Kashoob T., Mamash H., Cozzolino L.D. Microstructure and residual stress improvement in wire and arc additively manufactured parts through high-pressure rolling // J. Mater. Process. Tech. 2013. Vol. 213. P. 1782-1791. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2013.04.012
Martina F., Colegrove P.A., Williams S.W., Meyer J. Microstructure of interpass rolled wire + arc additive manufacturing Ti-6A1-4V components // Metall. Trans. A. 2015. Vol. 46. P. 6103-6118. https://doi.org/10.1007/s11661-015-3172-1
Gu J., Ding J., Williams S.W., Gu H., Bai J., Zhai Y., Ma P. The strengthening effect of inter-layer cold working and post-deposition heat treatment on the additively manufactured Al-6.3Cu alloy // Mater. Eng. 2016. Vol. 651. P. 18-26. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.10.101
Gu J., Wang X., Bai J., Ding J., Williams S.W., Zhai Y., Liu K. deformation microstructures and strengthening mechanisms for the wire+arc additively manufactured Al-Mg4.5Mn alloy with inter-layer rolling // Mater. Eng. 2018. Vol. 712. P. 292-301. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.11.113
Hönnige J.R., Colegrove P.A., Ganguly S., Eimer E., Kabra S., Williams S.W. Control of residual stress and distortion in aluminium wire + arc additive manufacture with rolling // Addit. 2018. Vol. 22. P. 775-783. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.06.015
McAndrew A.R., Rosales M.A., Colegrove P.A., Hönnige J.R., Ho A., Fayolle R., Eyitayo K., Stan I., Sukrongpang P., Crochemore A., Pinter Z. Interpass rolling of Ti-6Al-4V wire + arc additively manufactured features for microstructural refinement // Addit. 2018. Vol. 21. P. 340-349. https://doi.org/10.1016/J.ADDMA.2018.03.006
Karunakaran K.P., Kapil S., Negi S. Multi-station multi-axis hybrid layered manufacturing system. Indian Patent. 2018. Application Number 201821038516.
Karunakaran K.P., Kapil S., Kulkarni P. In-situ stress relieving process for additive manufacturing. Indian Patent. 2016. Application Number 201621028306.
Щицын Ю.Д., Кривоносова Е.А., Трушников Д.Н., Ольшанская Т.В., Карташов М.Ф., Неулыбин С.Д. Использование СMT-наплавки для аддитивного формирования заготовок из титановых сплавов // Металлург. 2020. № 1. C. 63-68. (English version https://doi.org/10.1007/s11015-020-00967-0)
Щицын Ю.Д., Кривоносова Е.А., Ольшанская Т.В., Неулыбин С.Д. Влияние аддитивной плазменной наплавки на структуру и свойства сплава системы алюминий – магний – скандий // Цветные металлы. 2020. № 2. С. 89-94. https://doi.org/10.17580/tsm.2020.02.12
Shchitsyn Yu., Kartashev M., Krivonosova E., Olshanskaya T., Trushnikov D. Formation of structure and properties of two-phase Ti-6Al-4V alloy during cold metal transfer additive deposition with interpass forging // Materials. Vol. 14. 4415. https://doi.org/10.3390/ma14164415
Трушников Д.Н., Карташов М.Ф., Ольшанская Т.В., Миндибаев М.Р., Щицын Ю.Д., Раймундо Сауседо Зендехо Ф. Повышение качества изделий из сплава ВТ6, получаемых при многослойной наплавке // СТИН. 2021. № 6. С. 12-14. (English version https://doi.org/10.3103/S1068798X21090264)
Horrocks D., Johnson W. On anticlastic curvature with special reference to plastic bending: A literature survey and some experimental investigations // Int. J. Mech. Sci. 1967. 9. P. 835-861. https://doi.org/10.1016/0020-7403(67)90011-2
Tan Z., Li W.B., Persson B. On analysis and measurement of residual stresses in the bending of sheet metals // J. Mech. Sci. 1994. Vol. 36. P. 483-491. https://doi.org/10.1016/0020-7403(94)90050-7
Khiabani A.C., Sadrnejad S.A. Finite element evaluation of residual stresses in thick plates // Int. J. Mech. Des. 2009. Vol. 5. P. 253-261. https://doi.org/10.1007/s10999-009-9099-1
Spoorenberg R.C., Snijder H.H., Hoenderkamp J.C.D. Finite element simulations of residual stresses in roller bent wide flange sections // Journal of Constructional Steel Research. Vol. 67. P. 39-50. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2010.07.004
Essa A., Nasr M.N.A., Ahmed M.H. Variation of the residual stresses and springback in sheet bending from plane-strain to plane-stress condition using finite element modeling // of the 17th Int. AMME Conference. Cairo, Egypt, April 19-21, 2016. P. 37-50.
Kopp R., Schulz J. Flexible sheet forming technology by double-sided simultaneous shot peen forming // CIRP Annals. Vol. 51. P. 195-198. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)61498-X
Petukhov D.S., Keller I.E. Exact reconstruction formulas for plastic strain distribution in the surface-treated plate and their applications // Acta Mech. 2020. 231. P. 1849-1866. https://doi.org/10.1007/s00707-020-02625-7
Khan A.S., Huang S. Continuum theory of plasticity. John Wiley & Sons, 1995. 421 p.
LS-DYNA® Keyword user's manual. Volume II. Material models. Version R11.0. LSTC, 2019. 1613 p. https://www.lstc.com/download/manuals
Глушак Б.Л., Игнатова О.Н., Пушков В.А., Новиков С.А., Гирин А.С., Синицын В.А. Динамическое деформирование алюминиевого сплава АМг6 при нормальной и повышенной температурах // ПМТФ. 2000. Т. 41, № 6. С. 139-143. (English version https://doi.org/10.1023/A:1026662824249)
Chandrasekaran H., M'Saoubi R., Chazal Modelling of material flow stress in chip formation process from orthogonal milling and split Hopkinson bar tests // Machining Science and Technology. 2005. Vol. 9. Р. 131-145. https://doi.org/10.1081/MST-200051380
Li L., He N. A FEA study on mechanisms of saw-tooth chip deformation in high speed cutting of Ti-6A1-4V alloy // Proc. of the Fifth Int. on High Speed Machining. Metz, France, March 14-16, 2006. Р. 759-767.
Maker B.N., Zhu X. Input parameters for springback simulation using LS-DYNA // 6th Int. LS-DYNA Conf. Detroit, USA, April, 2000. 12 p. https://www.dynalook.com/conferences/international-conf-2000/session12-1.pdf/view (дата обращения: 10.12.2021)
Maker B.N., Zhu X. Input parameters for metal forming simulation using LS-DYNA // 3rd European LS-DYNA Conf. Paris, France, June, 2001. 10 p. https://www.dynalook.com/conferences/european-conf-2001/58.pdf/view (дата обращения: 30.10.2021)
ASTM E384-17 Standard test method for microindentation hardness of materials. ASTM International, 2017. 40 p.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2021 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
