Московский политехнический университет, Москва, Россия

С. А. Типалин, профессор кафедры обработки металлов давлением и аддитивных технологий (ОМДиАТ), канд. техн. наук, доцент, эл. почта: tsa_mami@mail.ru
Ю. К. Филиппов, профессор кафедры ОМДиАТ, докт. техн. наук, эл. почта: yulianf@mail.ru
Доан Суан Куанг, аспирант кафедры ОМДиАТ, эл. почта: doanquang1809@gmail.com
А. А. Гневашев, аспирант кафедры ОМДиАТ
Н. И. Куминова, заведующий лабораторией САПР
В. Н. Тимофеев, доцент кафедры технической механики и компьютерного моделирования (ТМиКМ), канд. техн. наук

Точное построение кривой упрочнения материала является ключевым фактором, влияющим на достоверность численного моделирования технологических процессов. Наиболее это отражается при холодной объемной штамповке, где материал подвергается большим пластическим деформациям. Однако стандартные испытания на сжатие цилиндрических образцов в связи с трением на контактных поверхностях снижают достоверность получаемых результатов. Контактное трение с поверхностью инструмента вызывает эффект бочкообразования, что приводит к неравномерному распределению деформации и завышению вычисленного значения напряжения. В результате кривая упрочнения теряет достоверность при логарифмической деформации при значениях больше 0,6. Предложена усовершенствованная методика сжатия цилиндрических образцов с использованием мягких вставок, направленная на активное управление течением материала. Метод основан на использовании основного цилиндрического образца (сталь 10) со вставками внутрь торцов из более мягкого и высокодеформируемого материала (алюминия A5M), размещенными в углублениях на торцевых поверхностях. Механизм действия заключается в следующем: значительное поперечное расширение мягких вставок под действием сжимающей нагрузки создает локальные растягивающие силы, действующие в радиальном направлении по торцу основного образца, что эффективно компенсирует сопротивление трения. Это обеспечивает высокую радиальную однородность деформации, устраняет эффект бочкообразования и позволяет достичь условий практически одноосного сжатия. С использованием компьютерного моделирования в данном исследовании проведен процесс численного подбора для определения оптимальных геометрических параметров вставок, обеспечивающих требуемое равновесие компенсирующих сил. Анализ показал, что применение вставок из алюминия A5M диаметром 12 мм и толщиной 2,9 мм является оптимальной конфигурацией для истинной деформации в районе единицы. Данная конфигурация продемонстрировала способность обеспечивать практически равномерное распределение интенсивности логарифмической деформации по всему сечению образца, что значительно снижает колебания деформации по сравнению с традиционными методами.

1. Dieter G. E. Mechanical Metallurgy. – New York : McGraw-Hill, 1961. – 615 p.
2. Reiss W., Pöhlandt K. The Rastegaev upset test-A method to compress large material volumes homogeneously // Experimental Techniques. 1986. Vol. 10, no. 1. P. 20–23.
3. Khanawapee U., Butdee S. A study of barreling and DEFORM 3D simulation in cold upsetting of bimaterial // Materials Today: Proceedings. 2020. Vol. 26, № 2. P. 1262–1270.
4. Kolpak F., Hering L., Tekkaya A. E. Consequences of large strain anisotropic work-hardening in cold forging // Journal of Materials Processing Technology. 2021. Vol. 295. P. 117181.
5. Уваров А. И. Определение длины шейки в растягиваемом круглом металлическом образце для расчетной оценки удельной энергоемкости материала // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2019. № 1 (124). С. 210–225.
6 Песин А. М., Разинкин А. В., Замараев В. А. и др. Сравнительный анализ сопротивления деформации алюминий-литиевого сплава 1441 при испытаниях на сжатие и кручение // Теория и технология металлургического производства. 2024. № 3 (50). С. 14-20.
7. Качанов Л. М. Основы теории пластичности. 2-е изд., перераб., и доп. – М. : Наука, 1969. – 420 с.
8. Рыбин В. В. Большие пластические деформации и разрушение металлов. – М. : Металлургия, 1986. – 224 с.
9. Третьяков А. В., Зырянов В. Г. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением. 2-е изд., перераб. и доп. – М. : Металлургия, 1973. – 224 с.
10. ГОСТ 25.503–97. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний металлов. Метод испытания на сжатие. – Введ. 01.07.1998.
11. Растегаев М. В. Новый метод равномерного осаживания образцов для определения истинного сопротивления деформации и коэффициента внешнего трения // Заводская лаборатория. 1940. № 3. С. 354–357.
12. Филиппов Ю. К., Гневашев Д. А., Зунг Л. Ч. Особенности построения кривой упрочнения при испытании образцов на одноосное сжатие в зависимости от величины деформации // Черные металлы. 2023. № 11. С. 66–69.
13. Калпин Ю. Г., Филиппов Ю. К., Егоров С. А., Мишин М. И. Образец для механических испытаний материалов методом пластической одноосной осадки // Черные металлы. 2019. № 8. С. 62–66.