Искажение формы, локализация пластической деформации и распределение остаточных напряжений при односторонней проковке/обкатке бруса: применение результатов к аддитивному производству шпангоута с послойной обработкой давлением

Искажение формы, локализация пластической деформации и распределение остаточных напряжений при односторонней проковке/обкатке бруса: применение результатов к аддитивному производству шпангоута с послойной обработкой давлением

Автор: Келлер Илья Эрнстович, Казанцев Александр Владимирович, Дудин Дмитрий Сергеевич, Пермяков Глеб Львович, Карташев Максим Федорович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 4 т.14, 2021 года.

Бесплатный доступ

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.

Еще

Аддитивное производство, послойная проковка, локализация пластических деформаций, остаточные напряжения, численный расчёт, эксперимент

Короткий адрес: https://sciup.org/143178062

IDR: 143178062   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2021.14.4.36

Список литературы Искажение формы, локализация пластической деформации и распределение остаточных напряжений при односторонней проковке/обкатке бруса: применение результатов к аддитивному производству шпангоута с послойной обработкой давлением

  • 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. Mater. 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. Sci. 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. Sci. 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. Manuf. 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. Manuf. 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. 2021. 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. Vol. 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 // Int. 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. Mater. 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. 2011. 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 // Proc. 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. 2002. 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. Vol. 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 H. 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. Conf. 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.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp