Оцінка впливу масштабного фактору на руйнування прямокутних профілів при волочінні з використанням нормалізованого критерію Кокрофта-Летема
DOI:
https://doi.org/10.31498/2225-6733.52.2025.351010Ключові слова:
волочіння, прямокутний профіль, мідна заготовка, нормалізований критерій Кокрофта-ЛетемаАнотація
Профілі прямокутної форми з електротехнічної міді найчастіше застосовують у кабельній промисловості та трансформаторобудуванні. Для виготовлення профілів прямокутної форми, в залежності від розміру та призначення, використовують процеси безперервного лиття, прокатки, пресування чи волочіння. В останньому випадку виготовляють прямокутні профілі малих типорозмірів, висотою від 0,1мм до 5,0 мм, шириною від 1,0 мм до 50,0мм. При таких сортаментах спостерігається значні відмінності геометричних параметрів найменшого профілю у порівнянні з найбільшим. Так площа перерізу найменшого профілю відрізняється від найбільшого у 2500 раз. Також слід враховувати багатократне перевищенням ширини профілю у порівнянні з товщиною. Вплив розмірів заготовки на параметри процесу волочіння, при незмінних інших технологічних параметрах, характеризується як масштабний фактор. Масштабний фактор необхідно враховувати для уникнення руйнування (обриву) заготовки в процесі волочіння, особливо при налаштуванні обладнання на новий сортамент заготовок або при зміні матеріалу, що деформується. Для запобігання руйнуванню прямокутного профілю з одночасним збереженням технологічних параметрів волочіння в роботі поставлена мета визначення номінальних та критичних значень критерію Кокрофта-Летема для волочіння мідних прямокутних профілів при різних геометричних розмірах заготовки. Досягнення поставленої мети реалізовано за рахунок комп’ютерного моделювання процесу волочіння зі змінними геометричними параметрами заготовки. В процесі волочіння незмінними залишались наступні параметри: матеріал заготовки, початкова межа плинності та витривалості матеріалу, витяжка заготовки, відносний обтиск по висоті та ширині заготовки, кут нахилу твірної волочильного інструменту, коефіцієнт тертя. Оцінка вірогідності обриву профілю здійснювалась з використанням нормалізованого критерію Кокрофта-Летема. Встановлено, що спостерігається вплив масштабного фактору на величину нормалізованого критерія Кокрофта-Летема при волочінні мідних прямокутних профілів. При волочінні мідних заготовок з встановленими постійними технологічними параметрами номінальне значення нормалізованого критерію Кокрофта-Летема становить 0,53-0,58 для заготовок з питомою площею поверхні у осередку деформації 0,314-0,218 мм2/мм3. Встановлено, що питома площа поверхні в зоні контакту заготовки з волокою відносно об’єму металу у осередку деформації зменшується зі збільшенням геометричних розмірів заготовки. Критичне значення нормалізованого критерію Кокрофта-Летема становить від 0,7 (для зразків з площею поверхні у осередку деформації, шо припадає на одиничний об’єм 0,207 мм2/мм3) до 0,85 (для зразків з площею поверхні у осередку деформації, шо припадає на одиничний об’єм 0,828 мм2/мм3). Після перевищення критичного значення нормалізованого критерію Кокрофта-Летема починається руйнування дроту. Тобто при збільшенні геометричних розмірів заготовки (у встановленому діапазоні) вірогідність обриву збільшується. Практична значимість роботи полягає у визначенні номінальних та критичних значень нормалізованого критерію Кокрофта-Летема при волочінні мідних прямокутних профілі для оптимізації маршруту волочіння та зниження вірогідності обриву заготовки, що деформується
Посилання
Bao Y., Wierzbicki T. On fracture locus in the equivalent strain and stress triaxiality space. International Journal of Mechanical Sciences. 2004. Vol. 46, no. 1. Pp. 81-98. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2004.02.006.
Михалевич В. М., Добранюк Ю. В., Краєвський В. О. Порівняльне дослідження моделей граничних пластичних деформацій. Вісник машинобудування та транспорту. 2018. No. 2(8). С. 56-64.
Cockɫroft M. J., Latham D. J. Ductility and workability of metals. Journal of the institute of metals. 1968. Vol. 96. Pp. 33-39.
Di Donato S., Donati L., Negozio M. Copper Wire Multi-Pass Drawing: Process Modeling and Optimization. Key Engineering Materials. 2022. Vol. 926. Pp. 499-510. DOI: https://doi.org/10.4028/p-g4wbpz.
Damage Prediction in the Wire Drawing Process / González A., Cruchaga M., Celentano D., Ponthot J.-P. Metals. 2024. Vol. 14, no. 10. Article 1174. DOI: https://doi.org/10.3390/met14101174.
Analysis of Causes of Defects Appearance in Wire Drawing / J. Švejcar et al. Defect and Diffusion Forum. 2020. Vol. 405. Pp. 217-222. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ddf.405.217.
Pouyafar V., Bolandi H., Meshkabadi R. Tube drawing analysis using upper bound and energy methods and validation by Cockcroft-Latham failure criteria. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2021. Vol. 44, no. 1. Article 9. DOI: https://doi.org/10.1007/s40430-021-03302-z.
A Study on Al-6061-T6 Tube Drawing Limit Based on Critical Damage Value / Guo Z. Q., Wang Y. X., Zhou J., Chen B. Advanced Materials Research. 2010. Vol. 102-104. Pp. 69-73. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.102-104.69.
Орлюк М. В. Граничні значення критеріїв руйнування при моделюванні процесів витягування в середовищі DEFORM. Обробка матеріалів тиском. 2017. № 2(45). С. 22-29.
Орлюк М. В., Піманов В. В. Використання програмного комплексу DEFORM для оптимізації операцій листового формування. Обробка матеріалів тиском. 2022. № 1(51). С. 110-116. DOI: https://doi.org/10.37142/2076-2151/2022-1(51)110.
Wójcik Ł., Pater Z. Comparison Analysis of Cockroft – Latham Criterion Values of Commercial Plasticine and C45 Steel. Acta Mechanica et Automatica. 2018. Vol. 12, no. 4. Pp. 286-293. DOI: https://doi.org/10.2478/ama-2018-0044.
Gontarz A., Piesiak J. Determining the Normalized Cockroft-Latham Criterion for Titanium Alloy Ti6Al4V in Tensile Testing At Room Temperature. Proceedings of the World Congress on Mechanical, Chemical, and Material Engineering (MCM 2015), Barcelona, 20-21 June 2015. Article 248.
Thomsen E. G. Tensile Fracture of Drawn Copper and Mild Steel. Journal of Engineering for Industry. 1982. Vol. 104, no. 1. Pp. 91-96. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3185805.
Cockcroft-Latham Ductile Fracture Criteria for Non Ferrous Materials / T. Kvačkaj et al. Materials Science Forum. 2014. Vol. 782. Pp. 373-378. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.782.373.
Juul K. J., Nielsen K. L., Niordson C. F. Steady-state numerical modeling of size effects in micron scale wire drawing. Journal of Manufacturing Processes. 2017. Vol. 25. Pp. 163-171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2016.12.005.
Al-Tamimi A., Darvizeh R., Davey K. Scaling of metal forming processes. Procedia Engineering. 2017. Vol. 207. Pp. 1069-1074. DOI: https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.10.1132.
Kukhar V. V., Grushko A. V., Vishtak I. V. Shape Indexes for Dieless Forming of the Elongated Forgings with Sharpened End by Tensile Drawing with Rupture. Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. Pp. 408-415. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.284.408.
Chan W. L., Fu M. W., Yang B. Study of size effect in micro-extrusion process of pure copper. Materials & Design. 2011. Vol. 32, no. 7. Pp. 3772-3782. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2011.03.045.
Scale effects in metal-forming friction and lubrication / Nielsen P. S., Paldan N. A., Calaon M., Bay N. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology. 2011. Vol. 225, no. 9. Pp. 924-931. DOI: https://doi.org/10.1177/1350650111405254.
Numerical Modelling and Mechanical Characterization of Pure Aluminium 1050 Wire Drawing for Symmetric and Axisymmetric Plane Deformations / O. M. Ikumapayi et al. Mathematical Modelling of Engineering Problems. 2020. Vol. 7, no. 4. Pp. 539-548. DOI: https://doi.org/10.18280/mmep.070405.
Ніколаєв В. О. Технологія волочіння металу. Навчальний посібник. Запоріжжя: ЗДІА, 2003. 155 с.
Огородніков В. А., Співак О. Ю., Грушко О. В. Деформація волочінням і фізико-механічні властивості тонких термопарних дротів : монографія. Вінниця: ВНТУ, 2014. 112 с.
Ступицький В. В. Аналіз та вибір критерію локального руйнування під час імітаційного моделювання процесів різання у системі DEFORM 2D. Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні. 2012. № 729. С. 107-115.
Михалевич В. М., Добранюк Ю. В. Моделювання напружено-деформованого та граничного станів поверхні циліндричних зразків при торцевому стисненні : монографія. Вінниця : ВНТУ, 2013. 180 с.
Грушко О.В., Огородніков В. А., Слободянюк Ю. О. Деформовність маловуглецевого дротув процесі його багатоступінчастого холодного волочіння. Вісник Вінницького політехнічного інституту. 2019. Вип. 144, № 3. С. 103-110. DOI: https://doi.org/10.31649/1997-9266-2019-144-3-103-110.
Грушко О. В., Кириця І. Ю. Критерії деформовності з врахуванням властивостей матеріалу в параметрі напруженого стану. Обробка матеріалів тиском. 2022. № 1(51). С. 30-37. DOI: https://doi.org/10.37142/2076-2151/2022-1(51)30.
Лінійні та нелінійні моделі в теорії підсумовування пошкоджень / Михалевич В. М., Добранюк В. Ю., Тютюнник О. І., Колісник М. А. Обробка матеріалів тиском. 2024. № 1(53). С. 100-108. DOI: https://doi.org/10.37142/2076-2151/2024-1(53)100.
Використання критеріїв руйнування програмного комплексу DEFORM для аналізу процесів витягування / Огрудков Я. А., Максимів І. М., Застеба М. О., Орлюк М. В. Інновації молоді в машинобудуванні : збірка праць XIII Міжнародної науково-технічної конференції молодих вчених та студентів, м. Київ, 19-30 травня 2020 р. № 2. С. 409-414.
Wang C., Guo B., Shan D. Friction related size-effect in microforming – a review. Manufacturing Review. 2014. Vol. 1. Article 23. DOI: https://doi.org/10.1051/mfreview/2014022.
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. Pp. 114-123. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/ssp.265.114.
Теоретичне визначення міцності композитного матеріалу в умовах всебічного стиснення / Білодеденко С.В., Іщенко А.О., Рассохін Д.О., Бем Р. Теорія і практика металургії. 2024. № 2. С. 60-69. DOI: https://doi.org/10.15802/tpm.2.2024.09.
Основи механіки руйнування. Навчальний посібник / Маборода В. С., Бобіна М. М., Лоскутова Т. В., Мініцька Н. В. Київ: НТУУ «КПІ», 2010. 124 с.
Долгов О. М. Механіка руйнування: підручник. Дніпро : НТУ «Дніпровська політехніка», 2019. 166 с.
Кириця І. Ю. Феноменологічні критерії руйнування. Вісник Хмельницького національного університету: Технічні науки. 2022. Вип. 309, № 3. С. 75-81. DOI: https://doi.org/10.31891/2307-5732-2022-309-3-75-81.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал "Вісник Приазовського державного технічного університету. Серія: Технічні науки" видається під ліцензією СС-BY (Ліцензія «Із зазначенням авторства»).
Дана ліцензія дозволяє поширювати, редагувати, поправляти і брати твір за основу для похідних навіть на комерційній основі із зазначенням авторства. Це найзручніша з усіх пропонованих ліцензій. Рекомендується для максимального поширення і використання неліцензійних матеріалів.
Автори, які публікуються в цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи в цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди, які стосуються неексклюзивного поширення роботи в тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи в цьому журналі.
