Автореферат Жумагалиевой Ж.Ж.


 

ӘОЖ 621.735.34                                                             Қолжазба құқығында

 

 

 

 

 

 

 

ЖҰМАҒАЛИЕВА ЖАНАР ЖЕҢІСХАНҚЫЗЫ

 

 

 

 

 

 

Металды қысыммен өңдеудің  көлемдік есебін шешу арқылы жаңа саймандар құрылымын жобалау

 

 

 

 

 05.03.01 – «Механикалық, физика-техникалық өңдеу технологиялары мен жабдықтары»  

 

 

 

 

 

Техника ғылымдарының кандидаты ғылыми дәрежесіне

дайындалған диссертацияның

 

АВТОРЕФЕРАТЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қазақстан Республикасы

Алматы, 2008

Жұмыс Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігінің академик Ө.А.Жолдасбеков атындағы механика және машинатану институтында жасалған

 

 

 

Ғылыми жетекшісі:                            техника ғылымдарының докторы  С.Ә.Машеков

 

Ғылыми кеңесшісі:                                      техника ғылымдарының кандидаты  Н.Т.Биякаева

                                                          

 

 

 

 

Ресми оппоненттері:                          техника ғылымдарының докторы

                                                           Д.Е.Аликулов

 

техника ғылымдарының кандидаты         Ә.С.Қаржаубаев

 

 

 

Жетекші ұйым: Қарағанды мемлкеттік техникалық университеті

 

 

Қорғау 2008 жылғы қазанның 24-ші жұлдызында сағат 16.00-де Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінің Д14.17.02 біріккен диссертациялық кеңесінде өтеді. Мекен-жайы: 050013, Алматы қаласы, Сәтбаев көшесі 22, Машинажасау институты, ИМС-106.

Факс 8(7272)92-60-25, тел. 257-71-83. E-mail@kazntu.kz.

 

Диссертациямен Қ.И.Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық университетінің кітапханасында танысуға болады.

 

Автореферат 2008 жылы 24 қыркүйекте таратылды.

 

 

 

 

Диссертациялық кеңестің

ғалым хатшысы                                                             Сазамбаева Б.Т.

 

 

ЖҰМЫСТЫҢ ЖАЛПЫ СИПАТТАМАСЫ

Тақырыптың өзектілігі. Қазақстан Республикасы Елбасының Қазақстан халқына деген жыл сайынғы Жолдауында «Қазақстан экономикалық, әлеуметтік және саяси модернизациялық өркендеу жолында» өнімнің сапасын жақсарту және өндірістің тиімділігін арттыру үшін ғылыми-техникалық прогресс темпін тездету мәселелері қойылған, ал металлургия мен машинажасау саласында металл өнімнің түрлерін көбейту және сапасын біршама жақсарту қарастырылады. Қазіргі және жаңа технологиялық процестерді жасау мәселелерін, сонымен қатар металлургиялық пен машина жасаудың және басқа да жабдықтардың оптималды құрылымын жобалау және жасау кернеу мен  деформациялық күйлерді анықтау сұрақтарымен тығыз байланысты.

Осыған байланысты деформациялық күйлерді зерттеу проблемаларымен Ресей ғалымдары П.И.Полухин, В.А.Тюрин, Я.М.Охрименко, В.К.Воронцов, В.Л.Колмогоров, Г.Я.Гун, А.А.Богатов, сонымен қатар отандық ғалымдар Н.Х.Давильбеков, А.Б.Найзабеков, С.А.Машеков және т.б. теориялық және тәжірибелік зерттеу бағытында өз үлестерін қосып, еңбектерін сіңірген.

Деформацияланатын қатты денелер механикасының тәсілдері, процесс кинематикасының негізгі заңдылықтарын қанағаттанарлықтай түсіндіруге және деформациялауға керекті күш пен жұмысты анықтауға, құрылымдардың беріктігін бағалауға және оның оптималды пішінін таңдауға мүмкіндік береді.

Деформацияланатын қатты денелер механикасы кернеу-деформация күйінің (КДК) теориясына және тұтас ортаның реологиялық жүріс-тұрысын сипаттайтын теңдеулерге негізделеді. Мәселерді шешудің теориялық және тәжірибелік деп аталатын негізгі екі тәсілі бар.

Кернеулік-деформация күйлерді зерттеудің басқа тәсілдері болып, деформацияланатын қатты денелер механикасының тәжірибелік әдістері саналады. Соңғы жылдары тәжірибелік механика аумағында едәуір табысқа қол жеткізілді. Осы жетістіктер есептегіш техникалары және өлшегіш аппараттардың дамуымен, тәжірибелік талдаудың жаңа тәсілдерінің пайда болуымен, сонымен қатар тәжірибені жүргізудің жаңа тәсілдерін табумен және тәжірибелік мәліметтерді өңдеумен байланысты. Тәжірибелік зерттеулер металдың кернеу-деформация күйлерін жан-жақты талдау үшін көп мүмкіншіліктерге жол ашады. Соның ішінде, кернеу мен деформацияның сыңарларын үлкен дәлдікпен анықтау мәселе қойылымының жинақылығын және сәйкесті теориялық шешімнің қолдану аумағын бекітуге мүмкіндік береді. Кейде тәжірибелік тәсіл жалғыз ғана мүмкін және өте сенімді тәсіл болып табылады. Тәжірибелік жоспарлау әдістерін, сонымен қатар статикалық талдау элементтерін және ЭЕМ-ды қолдану процесс туралы аса қажетті ақпараттарды үнемді және сенімді түрде алуға мүмкіндік береді. Металдың және жабдықтың кернеу-деформация күйлерін тәжірибелік зерттеудің тәсілдері әртүрлі (координатты тор, муар, оптикалық сезімтал қаптау тәсілдері). Осы тәсілдер өлшенетін шамалардың мөлшерімен, ауқымымен және дәлдігімен, арнаулы жабдықтармен, тәсіл қойылымының шартымен, бірінші ақпараттарды математикалық өңдеумен және соңғы нәтижелерді өрнектеу тәсілдерімен сипатталады.

Айта кету керек, тәжірибелік әдістердің көбісі жазық есептерді шешу кезінде қолданылды. Осы, кернеу-деформация күйлерді кейбір қателіктермен анықтауға алып келеді. Сондықтан көлемдік есептерді шешуге және соғу кезінде үлгіліктің деформациялы күйін өлшеуді жүргізуге жаңа әдістемелерді жасау өзекті болып табылады.

Қазіргі кезде қолданылатын білік пен дискі тәрізді соғылманы соғудың технологиялық үрдістері дәстүрлі соққыш аспапты және деформациялау режімін қолдануға негізделген. Осы үрдістер, соққан кезде құймакесектің немесе дайындаманың беттерінде және ішінде ақаулардың пайда болуымен немесе құймакесектегі ақаудың дамуымен сипатталады. Сонымен бірге, кәзіргі кезде қолданылатын технологиялық үрдістер механикалық қасиеттердің талап етілетін деңгейінде үнемі соғылманы алуды қамтамасыз етпейді. Осыған байланысты болат пен қорытпа соғылмасының сапасын жоғарылату мақсатымен деформациялаудың режімдерін және ұсталық соғу саймандарын жетілдіруге бағытталған зерттеулер өзекті болып табылады.

Жұмыстың мақсаты – көлемдік кернеу-деформация күйді есептеудің және өлшеудің жаңа әдістерін жасау, осы зерттеулер негізінде жаңа сайман құрылымдау және білік тектес соғылманың сапасын жақсартуды қамтамасыз ететін деформациялаудың рационалды режімін жасау.

Осы жұмыстың ғылыми мәселесі:

- көлемдік кернеу-деформация күйді есептеудің жаңа әдістемесін жасау;

- оптикалық сезімтал қаптау (ОСҚ) әдісінің мәліметтерін қолданып, соққан кездегі үлгілуктің деформациялы күйін өлшеудің жаңа әдісін жасау;

- өзгеретін пішіні бар соққышта білік типті соғылманы соққан кезде КДК таралу заңдылықтарын зерттеу және болат пен қорытпалардан жасалған соғылмалардың сапасын жақсартуды қамтамасыз ететін жаңа үрдісті деформациялау режімін өзгерту арқылы жасау.

Зерттеу әдістері. Зерттеу мақсаты мен міндеттеріне сәйкес кернеу мен деформация тензорының сыңарларын анықтау үшін деформацияланатын қатты денелер механикасының тәжірибелік әдістері мен сырғу сызығы әдісін қолдандық. Кішкентай деформациядан үлкен деформацияға дейін, осы деформицияның дамуын қадағалауға мүмкіндік беретін әртүрлі дәлдігі мен сезімталдығы бар тәсілдер болып оптикалық сезімтал қаптау әдісі мен координатты тор әдісі саналады.

Зерттеу объектісі ретінде соғу технологиясы және пішіні өзгеретін, сонымен қатар жазық және құрастырылған соққышта деформацияланған үлгілер алынды. Ысылманы бақылау мен фотоға түсіруді металлографикалық МИМ-7 тік микроскобында жасадық.

Диссертацияның ғылыми жаңалықтары:

- «координаталық тор» мен «сырғу сызығы» тәжірибелік әдістерінің негізінде көлемдік кернеу-деформация күйдің кернеу мен деформация тензорларының сыңарларын есептеудің әдістемесі жасалды;

- соққан кезде үлгілікте пайда болатын деформациялы күйді өлшеудің жаңа әдістемесін оптикалық сезімтал қаптау әдісінің негізінде жасалды;

- ұсақ түйіршікті құрылымы бар соғылманы алуды болжауға мүмкіндік беретін математикалық моделдер пішіні өзгеретін соққышта, сонымен қатар жазық пен құрастырылған соққыштарда жасалды;

- пішіні өзгеретін соққышта соққан кезде пайда болатын кернеу-деформация күйдің сандық мәліметтері тұңғыш рет алынды және кернеу-деформация күйінің өзгеруінің негізгі заңдылықтары анықталды;

- пішіні өзгеретін соққышта металды соққан кезде, соғудың температуралық режімі болат құрылымына әсер етудің заңдылықтары анықталды.

Жұмыстың практикалық құндылығы – жүргізілген зерттеулер негізінде болат пен қорытпаларды деформациялаудың режімі жетілдірілді және білік типті соғылманы соққан кезде керекті пішінді, тұрақты деңгейде механикалық қасиетті және ең кішкентай мөлшерде ақауды қамтамасыз ететін сайманның жаңа құрама пішіні жасалды.

Қорғауға шығарылатындар:

- тұтас орта механикасының көлемдік есептерін шешудің тәжірибелік және теориялық әдістемелері;

- пішіні өзгеретін сайманда, сонымен қатар жазық және құрастырылған соққышта соғылманы соққан кезде металдар мен қорытпаларды деформациялаудың математикалық моделі;

- пішіні өзгеретін соққышта соғылманы соққанда кернеу-деформация күйін тәжірибемен зерттеудің нәтижелері;

- оптикалық сезімтал қаптау әдісінің мәліметтері бойынша үлгілікті соққан кездегі деформацияланған күйді өлшеудің жаңа әдістемесі;

- болат пен қорытпаларды соғудың орнықты температура – деформациялық режімі, құрама пішіні өзгеретін соққышта соғылған соғылма металының механикалық қасиеттері мен құрылымының өзгеру заңдылықтары.

Ізденушінің жеке өзінің қатысы. Диссертацияда баяндалған негізгі нәтижелер автордың өзімен алынды, алынған мәліметтерге талдау отандық және шетел әдебиеттеріне сүйене отырып өздігімен жасалды.

Жұмыстың мақұлдануы. Диссертациялық жұмыстың негізгі қағидалары «Қазақстан тәуелсіздігіне 10-жыл – Жас ғалымдар» халықаралық жас ғалымдар конференциясында (Алматы, 2002 жыл), «Бірінші Ержанов оқулары» Бірінші халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында (Павлодар, 2004 жыл), «Механика мен машина жасаудың өзекті мәселелері» халықаралық ғылыми-практикалық конференциясында (Алматы, 2005 жыл), «Машинажасау технологиялары», «Металтану және машина жасау өндірісінің технологиясы» және «Металлургиялық машиналар мен жабдықтар» кафедраларының біріккен ғылыми семинарында (Алматы, 2005 жыл) баяндама жасалды.

Басылымдар. Диссертация материалдары 11 ғылыми мақалада және 1 Қазақстан Республикасының алдын-ала патентінде мазмұндалды.

Диссертацияның құрылымы мен көлемі. Диссертациялық жұмыс кіріспеден, 4 бөлімнен, қорытындыдан және 130 атаулардан тұратын қолданылған әдебиеттер тізімінен тұрады. Диссертация көлемі – мәтінді машинамен тергенде 122 бет, 80 формула, 11 кесте, суреттер 46, 1 қосымша.

 

ЖҰМЫСТЫҢ НЕГІЗГІ МАЗМҰНЫ

 

Кіріспеде мәселенің өзектілігі мен диссертация тақырыбының жаңалығы көрсетілген, жұмыстың мақсаты тұжырымдалған, зерттеу мәселелері қойылған және қорғауға шығарылатын ережелер баяндалған. Осы жұмыстың ғылыми-зерттеу жұмыстармен байланысы белгіленген.

Бірінші бөлімде деформацияланатын қатты денелер механикасының тәжірибелік әдістеріне, болат және қорытпаларды соғуды зерттеуге арналған жұмыстарға әдеби шолу жасалған.

   Деформацияланатын қатты денелер механикасының тәжірибелік әдістеріне арналған жұмыстарды талдау, кернеулі-деформациялы күйді зерттеудің көптеген тәжірибелік әдістерін (поляризациялы-оптикалық әдіс, оптикалық сезімтал қаптау әдісі және муар әдісі) деформацияланатын дене механикасының жазық есептерін шешкенде қолдануға болатындығын көрсетеді. Оларды соғудың көлемдік есептерін шешуге қолданбайды. Осы мәліметтерді талдау негізінде, соғудың көлемдік есептерін шешкенде тәжірибелік әдістерді қолдану өзекті мәселе екендігі дәлелденді.

Соғу технологиясын зерттеу бойынша жасалған жұмыстарды талдау, алынатын соғылманың сапасын жақсартуға соққан кездегі кернеулі-деформациялы күйдің қолайлы сұлбасы мүмкіндік туғызатындығын көрсетеді. Кернеулі-деформациялы күйдің қолайлы сұлбасы металдың біртекті құрылымын алуға әкеледі, яғни бастапқы құйылған құрылымды ұсақ түйіршікті құрылымға өңдеп айналандыруға мүмкіндік береді. Кернеулі-деформациялы күйді сайманның құрама пішінін жаңарту жолымен, деформация мен қыздырудың жақсы режімін таңдаумен, дұрыс таңдалған соғу тәсілдерімен жақсартуға болады.

Екінші бөлімде кернеу мен деформация тензорының сыңарларын анықтау үшін аздан көпке дейін деформацияның дамуын бақылап отыруға мүмкіндік беретін координатты тор тәжірибелік әдісі қолданылды.

Ірі соғылмаларды соғу саласын зерттеу және өндірістік сараптама, соғылманың барлық қимасы бойынша құрылымды өңдеуді қамтамасыз ету үшін жаңа технологиялық және техникалық шешімдерді іздеп табу қажет екендігін дәлелдейді.

Соғылманың барлық қимасы бойынша құрылымды жақсы өңдеу мақсатымен біз сайманның жаңа құрылымын ұсынып отырмыз.

Жаңа құрылымы бар сайман қисық сызықты дөңес жұмысшы беті бар жоғарғы және төменгі соққыштан тұрады. Осы соққыштардың жұмысшы беттері, сайманның аяққы жүрісіне дейін жазық жұмысшы бетке айналу мүмкіндігімен жасалған. Жаңа сайманда, жоғарғы соққыштың жұмысшы бетінде бір шығыңқылық, ал төменгі соққыштың жұмысшы бетінде екі шығынқылық бар. Осындай да, жоғарғы соққыштың бір дөңес жұмысшы беті төменгі соққыштың екі дөңес жұмысшы беті арасында қарама-қарсы орналасқан. Айтылған дөңестердің өлшемдерін мынандай формуламен анықталады:

Жоғарғы соққыштың дөңесі:                      Төменгі соққыштың дөңесі:

ΔhB = ;                                  ΔhB = ,

мұндағы ΔhB – дөңестің биіктігі;        − соққыштың ені;  − дөңестің әр жерінің ені.

Жаңа сайманда тәжірибені жүргізу үшін (зертханалық жағдайда) (жоғарғы соққышта бір қисық сызықты дөңес жұмысшы бет бар, ал төменгі соққышта екі қисық сызықты дөңес жұмысшы бет бар) пластопарафиннен үлгілер жасалды.

Соңғы кездері зертханалық сараптамада, дегенмен әлі кеңінен қолданылмаса да, парафин, пластилин және әртүрлі композициядағы шайыр сияқты метал емес материалдар қолданыла басталды. Мысалы, қорғасынмен  салыстырғанда осы гомогендік материалдарда (ары қарай жалпы түрде пластопарафин деп атайтын боламыз) мынандай бірнеше даусыз артықшылықтар бар: олар экологиялық қауіпсіз; мейлінше арзан және тез табылады; С температурадан аспайтын салыстырмалы төменгі температурада тез балқыды; олардан кез-келген құрама пішін бар моделді қарапайым тәсілмен, мысалы құюмен жасауға болады; үлгіліктерді илемді деформациялау үшін қуатты салыстырмалы кішкентай және құрылымы қарапайым зертханалық жабдықтардың бар болуы жеткілікті. Сонымен қатар қысу, соғу, илемдеу процестерінің пішін өзгерту ерекшеліктерін моделдеу үшін пластопарафинді қолдану тиімді екендігін бірыңғай пайымдайтын, жеткілікті шындап жазылған және сенімге ие болған біраз басылымдар бар.

Жұмыста өндірістік құрамы бар пластилин, сондай-ақ пластопарафин қолданылды.

Зертханалық жағдайда тәжірибені жүргізу үшін, қимасының өлшемдері 50×50×140 мм болатын квадратты үлгіліктер жасалды. Деформациялы күйді жазық деформация жағдайында зерттеу мақсатымен квадратты үлгінің бір жақ бөлігіне координатты тор сызылды. Жазық деформация шарты Н < (2 ÷ 3)B (В – үлгінің ені, мм; Н – үлгінің биіктігі, мм) болған кезде, сондай-ақ үлгінің ұзаруын және кеңеюін шектейтін тақталар бар болса ғана сақталады.

Дайындаманың бүйір беті мен кеңеюді шектейтін болат тақтасы арасындағы үйкеліс күшті азайту үшін, айтылған тақтаны ажарладық. Тәжірибені жасаған кезде дайындама мен тақтаның жанасу бетін майладық.

Деформацияланған координатты торды, дәлдігі ± 0,01 мм тең болатын БМИ-1 аспаптық микроскопта өлшедік.

Тәжірибені жүргізу үшін ауыспалы соққыштары бар айлабұйым жасалды. Ауыспалы соққыштар радиустары 4, 8, 12, 16, 20 мм болатын жартылай цилиндр түрінде жасалды. Радиустары әртүрлі ауыспалы сайманды дайындау, пішінін өзгеретін сайманда дайындаманы ұзартуды моделдеуге мүмкіндік береді. Моделдеуді келесі жолмен жүзеге асырдық: бастапқы кезде дайындаманы радиусы кішкентай соққышта деформацияладық, содан кейін кіші радиусы бар соққыштарды үлкен радиусы бар соққыштарға кезекпен ауыстырып, ауыстырылған соққышта дайындаманы деформацияладық. Дайындаманы бір ізді деформациялауды, деформацияланған аймақты  деформациялайтын соққышпен үйлестіре отырып жүзеге асырдық. Соңғы басуды жазық соққышта орындадық.

Осы диссертациялық жұмыста, соғу сияқты стационарлы емес процестің деформациялы күйін дәл анықтау үшін «сатылап деформациялау әдісін» қолдандық, яғни кезеңнің әрқайсысына кіші деформация теориясының аппараты қолданылатындай етіп деформацияны кішкентай кезеңге k бөлдік. Осындай жағдайда, бірінен соң бірі жүретін деформация сатылары үшін немесе екі өзекті күй үшін ақпаратты алады. Сонда, алдыңғы өзекті күйді бастапқы, ал келесі өзекті күйді деформацияланған деп, әрі екі өзекті күйді ажыратып тұратын Dtk уақыты аралығындағы Dekij өсімшесін шексіз кішкентай деп қабылдау қажет. Сондықтан «сатылап деформациялау әдісі» үшін келесі деформацияланатын үлгілікке жаңадан координатты торды міндетті түрде сызу қажет. Мұндай үлгіні одан ары қарай қолдану, тәжірибенің басында бастапқы етіп қабылданған өзекті күйге қатысты деформацияның өсімшесі кішкентай шекте болғанда ғана тек мүмкін болады.

«Сатылап деформациялау әдісінің» артықшылығы болып, өзекті күйлердің барлық тізбегі үшін үлкен деформацияны тіркеу болып саналады. Қаралатын жаншу аралығында (сатыда) деформация аз болатындықтан, лагранждық және эйлерлік координаттар арасындағы айырмашылықты елемеуге болады, яғни жеке және толық дифференциалдаудың нәтижелері сәйкес келеді.

Тәжірибені жүргізу тізбегі төмендегідей: көлденең қимасы квадратты үлгілерді соққыштардың арасына салдық және 5, 10, 15, 20, 25 % бірлік жаншумен деформацияладық. Әр бір жаншудан кейін радиусы кішкентай соққышты радиусы үлкен соққышққа ауыстырдық.

Тәжірибелік мәліметтерді өңдеуді және деформациялы күйді есептеуді әдебиеттерде жазылған алгоритмді қолдана отырып жүргіздік. Декарттық координаталар жүйесінде (x, y) жазық деформация үшін, кішкентай деформация сатысының басы және аяғында координаттық тор түйіндегі нүктелердің координаталарын өлшеу нәтижелері бойынша деформация дәрежесі өсімшесі тензорының Tε маңызды 3 құраушысын анықтаға болатындығы белгілі. Ол мынандай құраушылар:

мұндағы ∆εa және ∆εb  i-ші сатыдағы KM мен LN бағыттында ұяшық үшін орташа болатын деформацияның өсімшесі;  және  i-ші кезеңдегі координаттық тор кесіндісінің орташа еңкею бұрышы, - x осімен KM мен LN бағытының құрған бұрыштары.

Ығысу деформациясы дәрежесінің өсімшесін мынандай формуламен анықтадық:

Ығысу деформациясы дәрежесінің өсетін қосындысын n кішкентай сатыда мынандай формуламен анықтадық:

.

Деформациялы күйді есептеу үшін ФОРТРАН алгоритм тілінде дербес компьютер үшін бағдарлама жасалды. Осы бағдарламада, төртбұрыштардың ортаңғы сызықтары ұштарының координаталарын, орташа сызықтардың ұзындықтарын және  мен  бұрыштарының мөлшерлерін есептеу үшін белгілі және едуір қарапайым қатынастарды қолдандық.

Пішіні өзгеретін сайманда ұзындатқан кезде алынған нәтижелерді талдау, осы соққышта деформациялау ию элементтерін, ығысумен ұзындатуды, ал тағы да жазық соққышта қарапайым ұзартуды өзіне қосатын әртүрлі сұлбаларды іске асыруға мүмкіндік бар екендігін көрсетті. Осы нәтижелер, дайындаманы пішіні өзгеретін соққышта ұзартудың деформациялау процесін шартты түрде 3 сатыға бөлуге мүмкіндік берді.

1-ші сатыда дайындама илемді иіледі. Иілу тек дайындаманың астыңғы беті төменгі сайманның ойығы бетімен жанасқан кезде ғана аяқталады. Дайындаманы жаншуды ары қарай үлкейткен кезде екінші саты басталады. Осы саты сайманның қисық сызықты дөңес беті жазық бетке толығымен айналғанда бітеді. Дайындама бетінің тегістелуі дайындаманы деформациялаудың 3-ші сатысында жүреді.

Деформациялаудың 1-ші сатысында ығысу деформациясы дәрежесінің өсімшесі  деформация ошағындағы иілу бұрышының жақын маңында үлкен мәнге жетеді. Жаншуды арттырған сайын ығысу деформациясы дәрежесі өсімшесінің шоғырлануы иілу бұрышынан дайындаманың беткі қабатына көшеді. Осы кезде ығысу деформациясы дәрежесінің өсімшесі  жоғарғы және төменгі соққыштардың шығынқы жұмысшы беттері жағында үлкен мәнді қабылдайды. Үшінші сатыда ығысу деформациясы дәрежесінің өсімшесі  дайындаманың орталық бөлімінде шоғырланады. Осындайда  қосынды деформация дәрежесі  деформацияланатын дайындаманың қимасы бойынша теңеседі.

Сонымен, жоғарыда айтылғанды қорытындылап мынаны әділетті түрде айтуға болады: пішіні өзгеретін сайманда дайындаманы ұзарту ығысу деформациясы дәрежесін біркелкі таралуын қамтамасыз етеді. Осылардың бәрі дайындаманың бетінде және ортасында деформацияланатын металдың құрылымын ұсақтауға мүмкіндік туғызады және жасалатын соғылманың сапасын арттырады.

Нақты шекаралық шартқа жауап беретін сырғу сызығы торына ие бола отырып, деформация ошағының құрылымы мен құрама пішінін талдауға болатындығы, илемді аймақ қарамының кез келген қимасында және бөлімінде кернеудің  таралуын табуға болатындығы сырғу сызығы өрісінің теориясынан белгілі. Осы кезде нормалды кернеудің таңбасы мен шамасын зерттеу дайындамада борпылдақтылықтың пайда болуына себеп болатын созу кернеуінің әсер ететін аймағын табуға мүмкіндік береді.

Пішіні өзгеретін сайманда қимасы квадратты болатын дайындаманы ұзартқан кезде сырғу сызығы торларын салу белгілі шекаралық шарттарды қолданып іске асырылды.

Квадратты дайындаманы ε = 18,5 % және ε = 23,5 % жаншуымен ұзартқан кезде, жоғарғы соққыштың қисық сызықты дөңес жұмысшы беттінде немесе төменгі соққыштың қисық сызықты бір дөңес жұмыс беттінде үйкеліс бар немесе жоқ болғанда пайда болатын сырғу сызығының торы тұрғызылды.

Осы бөлімде, белгілі жұмыстардағы сияқты, j бұрышын жеткілікті үлкен санмен бөліп сырғу сызығы торларын тұрғызудан шығатын геометриялық қатынастан, өте жоғары дәлдікпен дайындаманың осімен сырғу сызығының қиылысу нүктелерінің координаталары анықталады.

Сырғу сызығы өрісінің түйісуі, түйісетін түйінде гидростатикалық қысымның бірдей болу шарты бойынша тік сызықпен жүретіні белгілі. Түйісудің дұрыстығын түйісетін түйіндердегі кернеуді есептеу арқылы тексердік.

Нормалды орташа кернеудің өзгеруі сырғу сызығының бұрылу бұрышына пропорционалды екені белгілі. Осыны мынадай түрде жазуға болады:  мұндағы  және  – (n + 1) және в тор түйініндегі орташа кернеу (сәйкесті жазылған), ψ – тордың бастапқы желпуішінің бөліну бұрышы; n – О нүктесінен қарастырылатын түйінге дейін сырғу сызығының бойымен өткенде бұрылу саны; k – илемділік тұрақтысы.

Есептеуді тұрғызылған сырғу сызығы өрістері үшін жүзеге асырық. Өрістің кез келген нүктесіндегі кернеудің шамасын табу үшін соққышпен дайындама жанасатын ауданға әсер ететін кернеуді анықтадық. Шекаралық шартты қолдана отырып σВ-ны мынандай формула бойынша анықтадық: σВ = p + R, мұндағы p – Целиков формуласы бойынша анықталатын жанасу бетіндегі орташа қысым:  (мұндағы l – жанасу ауданының ұзынбойлылығы; h – 2η; η – деформация ошағының тереңдігі). Жанасу бетінде үйкеліс бар болған кезде орташа қысым мынандай формуламен анықталады:.

Кернеу сыңарларын мынандай белгілі формулалар бойынша есептедік:

мұндағы α – х осі мен екі тұқымдас сырғу сызығының әрбіреуіне жүргізілген жанама арасындағы бұрыш.

Илемді-қатты дене моделі төмендегіні көрсетеді.

Соққыш пен дайындаманың жанасу бетінде үйкеліс жоқ болған кезде осьтік аймақты жақсы өңдеуді жаншу ε = 18,5 % болғанда жетеді. Жаншуды ε = 23,5 % дейін үлкейткен кезде илемді аумақ соғылманың сайманға түйісуін аймақтарын қамтиды.

Осы бөлімде жоғарыда келтірілген формула бойынша есептелген нормальды кернеудің σх/k эпюрі көрсетілген. Қисық сызықты дөңес жұмысшы беті бар соққышпен дайындаманы 18,5 %-тен 23,5 %-ке дейінгі жаншумен деформациялағанда дайындаманың қимасы бойынша кернеулік күй қысатын нормалды кернеулердің бар болуымен сипатталатындығы келтірілген суреттерден көрінеді. Осы кезде ең үлкен жанама кернеудің әсер ету аймағы үлкейсе қысатын нормальды кернеулердің шамасы артады.

Сырғу сызығының суреттемесі бойынша жасалған талдау, пішіні өзгеретін сайманда квадратты дайындаманы жаншыған кезде деформация ошағының құрылымына деформациялық әсердің тиімділігін салыстыруға мүмкіндік берді.

Ұзарту үшін кеңінен қолданылатын сайманды қолданып жаңа технологияны жасаған кезде құрылымды және қирауды болжау үшін кернеу мен деформацияның таралуы бойынша белгілі мәліметтерді қолдануға болады.

Белгілі әдістемелер негізінде және уақыт бойынша қаптау материалдарының қасиеттері өзгеретіндігін ескеріп мынандай қорытынды жасауға болады: кернеу-деформация күйін санды бағалау үшін изохроматиялық жолақтардың ретін анықтау қажет; әрбір тәжірибенің алдында бір осьтік созу жағдайында баламалау тәуелділігін  тұрғызу керек. Осы тәсілдің кемшілігі болып мыналар саналады: стандартты баламалық үлгіліктерді жасауға кететін материалдық шығындар; зерттеуді жүргізуге арнайы жабдықты қолдану; баламалау тәуелділігінің  болмауы салдарынан басылған изохром суреттемесін қолданып бұйымды жасау үшін ең жақсы технологияны жасау мүмкіншілігінің жоқ болуы. Материалдық шығындарды азайту және басылымдағы изохром суреттемесін қолданып жазық және құрастырылған (жоғарғысы – жазық, төменгісі – толқынды) соққышта ұзындатудың математикалық моделін жасау мақсатымен жаңа әдістемені ұсындық. Осы әдістеме бойынша соққан кезде алынған оптикалық сезімтал қаптама әдісінің мәндері бойынша үлгінің кернеулік күйін өлшеуді жүргізеді.

Айтылған әдістеме бойынша логарифмдік деформацияның қарқындылығын анықтау үшін мынандай өрнекті қолдандық:

                                                 (1)

Жазық және құрастырылған соққыштарда ұзартқан кезде саналатын логарифмдік деформация қарқындылығын есептеудің мысалында жасалған әдістемені суреттеп сипаттайық.

Жазық және құрастырылған соққыштарда ұзартқан кезде алынған оптикалық сезімтал қаптау әдісінің мәліметтерін қолданып, деформацияланып жатқан үлгінің тік қимасы бойынша  шамасының таралу түрін келесі тізбекті қолданып санадық: деформацияланып жатқан үлгіліктің көлденең симметриялы осінде изохроматиялық жолақтар ретін анықтау; деформацияланып жатқан үлгінің көлденең симметрия осінде изохроматиялық жолақтар ретінің таралу эпюрін тұрғызу; деформацияланып жатқан үлгінің көлденең симметрия осінде изохроматиялық жолақтар ретінің орташа шамасын анықтау; деформацияланып жатқан үлгінің барлық көлденең қимасы бойынша изохроматиялық жолақтар ретін анықтау; (1) формула бойынша логарифмдік деформацияның қарқындылығын  ұзартылатын үлгінің барлық көлденең қимасы бойынша есептеу.

Жоғарыда баяндалған материалдар келесі қорытынды жасауға мүмкіндік береді. Металды қысыммен өңдеудің деформациялық күйін мөлшерлі бағалау әдістемесі, оптикалық сезімтал қаптау әдісін қолданған кезде әртүрлі процестің кернеулі-деформациялы күйін талдау үшін нәтижелі қолдануды табуы мүмкін. Алынған нәтижелердің дәлдігі әдебиеттерде басылған есептелген мәліметтермен сараптамалық сәйкес келеді.

Құрылымдық өзгерулерді, соның ішінде құйылған құрылымның деформацияланған металдың құрылымына өзгеруін, металдарды қысыммен өңдеу (МҚӨ) процестерінде түйіршік мөлшерінің өзгеруін болжау үшін, әдебиеттерде келтірілген тәжірибелік мәліметтер және МҚӨ деформациялы күйін мөлшерлік бағалаудың ұсынылған әдістемесі негізінде ығысу деформациясы дәрежесін  есептеудің математикалық моделі ұсынылды.

Әдебиеттерде алынған тәжірибелік мәліметтер, ары қарай  шамасын логарифмдік деформация қарқындылығының  қосындысы түрінде анықтауға болатындығын көрсетті, яғни

                                                           (2)

Егер таңбасы ауысатын деформацияның барлық траекториясын, шекарасында басты оське қатысты материальды бөлшектің бұрылу бағыты қарама-қарсыға өзгеретін монотонды деформацияның бірнеше бөлімі түрінде көрсетуге болатын болса, онда (2) теңдеуді таңбасы ауысатын деформацияға қолдануға болады. Координатты тор және оптикалық сезімтал қаптау әдісінің көптеген тәжірибелік мәліметтері негізінде, 5 ÷ 30 % бірлік жаншу ауқымында соққан кезде деформациялау процесі монотондыға жақын екендігі анықталған және деформациялаудың екі сатысы арасында (2) формула бойынша қосу соғу процесі үшін дұрыс екіндігі дәлелденген.

Логарифмдік деформациясының қарқындылығын есептеген кейін  қосуды жүргіздік және  функциясын  дәрежелік полиномдармен аппроксимацияладық (l – деформация ошағының ұзындығы бойынша зерттелетін нүктеге дейінгі қашықтық; lо –деформация ошағының ұзындығы).

Алынған математикалық моделге -дың -ден және бірлік жаншудан ε тәуелділігін қосу үшін  коэффициенттерін -ден  және  коэффициенттерін ε –ден аппроксимациялау жүргіздік.

Жазық және құрастырылған соққышта ұзартқанда квадратты дайындаманың қимасы бойынша  таралуының  ақырғы математикалық моделі мынандай күрделі функция түрінде жазылады:

                                                    (3)

Алынған моделдің коэффициенттері диссертацияда келтірілген.

Алынған тәуелділіктің дәлдігі мен адекваттылығын F-белгісі (Фишер белгісі) көмегімен тексердік , мұндағы  – адекваттылықтың дисперсиясы; Dy = yэкс – yрас – квадраттың қалдық қосындысы; f = N – (k + 1) – еркіндік дәрежесінің саны; N – тәжірибелер саны; k – анықталатын коэффициенттер саны;  – эмпириялық дисперсия.

Кестелік критерий Fкесте = 1, ал есептелген F = 0,97, яғни есептелген мәндер кестеліктен аз, демек осы алынған математикалық моделді сараптамада қолдану жарамды екенін көрсетеді.

Есептеу нәтижесімен жазық соққышта ұзартқан кезде ығысу деформациясының дәрежесі дайындаманың ортаңғы аймағында  шоғырланатындығы анықталған, осы кезде дайындаманың беткі қабатында  ең аз шамаға ие болады.

Жазық соққышта ұзартумен салыстырғанда құрастырылған соққышта дайындаманы ұзартқан кезде жиналған деформация біршама біркелкі болады. Осыдай да беткі қабаттағы деформация осьтік аймақтағы деформациядан 1,2 ÷ 1,4 есе үлкен болады.

Ығысу деформациясы дәрежесінің жазық және құрастырылған соққышта ұзартқан кезде осылай таралуы соғудың жаңа технологиясын жасауға мүмкіндік берді. Осы технология бойынша ұзындатуды екі шығарумен жүзеге асырдық. Бірінші шығаруда ұзартуды құрастырылған соққышта, ал екінші шығаруда ұзартуды жазық соққышта жүргіздік. Жасалған жаңа технология бойынша тәжірибелік соғу нәтижелері төменде келтірілген.

Үшінші бөлімде координатты тор көмегімен деформациялы күйді анықтау әдісі жазық деформациялы және кернеулі күй үшін, осі симметриялы ағу үшін, сайманның әсер етуінен бос болатын өңделетін дене бетіндегі деформацияны анықтау үшін және көлемдік ағудың симметрия жазықтығы бойынша деформацияны анықтау үшін жақсы жасалғаны көрсетілген.

Стационарлы емес процестер үшін көлемдік есептерді шешкенде координатты тор тәжірибелік әдісін қолдану одан сайын қиындай түсетіндігін айта кеткен дұрыс. Өйткені осы есептерді шешкенде уақыт бойынша орын ауыстырудың жеке туындысын білу керек. Айтылған туындыларды уақыт t-ға пропорционалды берілетін әр түрлі жаншумен N үлгіні деформациялағанда анықтауға болады.

Жазық деформациялы күй есептерін шешудің кеңінен қолданылатын әдісі болып сырғу сызығы әдісі есептеледі. Бірақта осы әдіспен көлемдік деформациялы күйді анықталмайды.

Жоғарыда айтылғандар негізінде, соғу сияқты стационарлы емес процестің көлемдік есептерін шешу өзекті мәселе болып табылатындығын айта кету қажет. Төменде осындай есептерді шешудің әдістемесі келтірілген және осы әдістеме шешімдері негізінде пішіні өзгеретін сайманда дайындаманы ұзартудың математикалық моделі ұсынылған.

«Квадрат-квадрат» сұлбасы бойынша дайындаманы пішіні өзегеретін сайманда ұзартқан кезде металдың көлемдік ағуын зерттеу мүмкіншілігін анықтау үшін деформациялаудың тәжірибелік сұлбасы ұсынылды. Осы сұлба бойынша ұзартуды дайындаманың ортасынан бастайды. Осылай ұзындату XOY көлденең жазықтығын деплантациясыз деформациялауға мүмкіндік береді. Осы металдарды қысыммен өңдеу процесінде кеңінен тараған кординатты тор әдісін деформациялы күйді зерттеу үшін қолдануға мүмкіндік береді.

Зертханалық жағдайда тәжірибені жүргізу үшін  пластопарафиннен жасалған қимасы квадратты болатын (50×50×120 мм) 12 үлгілік дайындадық. Сонда көлденең қиманың = 0,3; 0,4; 0,5 (в – зерттелетін жазықтыққа дейінгі қашықтық; В – үлгінің ені) болатын ара қашықтықтарында деформациялы күйді зерттеу үшін төрттен үлгіліктер қолданылды. Осы кезде әр тәжірибені үш рет қайталадық. Үлгілерді деформациялау жоғарғысында бір дөңес, төменгісінде екі дөңес бар болатын пішіні өзгеретін сайманда жүзеге асырылды (жоғарғы соққыштағы бір дөңес төменгі соққыштағы екі дөңес ортасындағы ойыққа қарама-қарсы орналасты).

Деформациялы күйді зерттеу мақсатымен үлгінің бүйір бетіне қадамы h = 5 мм болатын координатты тор сыздық, содан соң үлгіліктің 2 бөлігін тәжірибені жүргізу үшін біріктірдік.

Жұмыста сызылған координатты тордың дәлдігін анықтау жүргізілді. Тор қадамының номинальді мәннен (берілгеннен) ауытқуы кездейсоқ қателердің таралуының нормальды заңына бағынады деген қабылданды. Орташа арифметикалық мәннің номинальдіден ауытқуы 2,8×10-1 мм құрайтындығын есептеулер көрсетті. Қателіктердің сенімді аралығы 0,977 ықтималдығында ± 50 мкм құрады. Торларды сызудың мұндай ауытқулары 5 % және одан жоғары орташа деформацияны зерттеу үшін толығымен жарамды. Осындай деформация мөлшері металдарды қысыммен өңдеу процестердің көбісіне тән.

Координатты тор әдісін қолданып тәжірибені келесі ретпен жүргіздік. Бастапқы үлгіліктер жоғарғы және төменгі тақталары бар құрылымда 10, 15, 20 және 25% жаншуымен деформациялады. Осы құрылымдағы төменгі тақтада төрт бағыттаушы, ал жоғарғы тақтада бағыттаушылар қозғалу үшін төрт саңылау бар болды. Әр жаншудан кейін деформацияланатын үлгілікке жаңа координатты тор сызылды және жоғарғы және төменгі тақтада бекітілген дөңес соққыштарды ретпен ауыстырылды. Радиустары 40, 60, 80, 100 мм болатын соққыштарды біртіндеп айырбастап ауыстыруды жүргіздік. Соңғы жаншу жазық соққышта жүргізілді. Соққыштарды осылай ауыстыру, сайманның жұмысшы жүрісінің аяғында дөңес жұмысшы бетті жазық бетке өзгертуді модельдеуге мүмкіндік берді. Деформацияланған координатты торлар ±0,05 мм дәлдігі бар аспаптық БМИ-1 микроскобында өлшенді.

Көлденең жазықтыққа салынған тік бұрышты тордың түйініндегі нүктелердің бастапқы координаталары Xoij, Yoij арқылы, ал деформацияның әр сатысынан кейінгі материалды нүкте координаталарын Xij, Yij арқылы белгіледік. Осындай белгілеуден кейін орын ауыстыруды былай анықтадық:

Uxij = XijXoij;

Uyij = Yij Yoij.

XOУ жазықтығына перпендикулярлы үшінші бағытта орын ауыстыру өрісін анықтау үшін көлемнің тұрақтылық шартын қолдандық. Осы көлемнің тұрақтылық шартын қолданып, координаталық тор қиылысына сызылған ұяшық ауданының салыстырмалы өзгеруі бойынша нормаль бағытында орын ауыстыруды N – 1 сатысынан N- ге ауысқан кезде анықтадық. Демек, айтылған шарттың негізінде Z осінің бағытында материалдық нүктелердің координаттары анықталды. Сонда, жаншудың аздығы салдарынан координатты тордың қиылысында орналасқан өлшемі 2×2×2 болатын кубтар, өлшемі деформация нәтижесіне сәйкес келетін параллепипедке айналады.

Тәжірибелік мәліметтерді өңдеуген кезде, алынған мәліметтерден айрықша айырмашылығы бар болатын мәліметтерді, одан ары қарай жүргізілетін статистикалық өңдеуге қосу керек пе, немесе оны тәжірибенің қателігі деп алып тастау қажет пе, деген сұрақтар жиі пайда болды. Осыны ескеріп, әдеттен тыс алынған нәтижені өріскел қателіктер қатарына қосу қаншалықты керекті екендігі тексерілді.

Өлшеу қателіктері таралудың нормальды заңы бойынша таралады дегенді қабылдап, әдеттен тыс алынған нәтижені өріскел қателіктер қатарына қосу қажеттілігін тексердік.

Тексеруді эмпириялық стандарттың көмегімен жүзеге асырдық: , мұндағы n – тәжірибелер саны;` хi тәжірибелік мәліметтердің орташа арифметикалық мәні.

Орын ауыстыру бойынша алынған тәжірибелік мәліметтерді төмендегі теңдеумен аппроксимацияладық:

                      m     n       k     l

Ux(x,y,z,e) = å  å  å  å amnkl* Xm * Yn * Zk * el;

                     m=0 n=0 k=0 l=0

                                 m     n       k     l

Uy(x,y,z,e) = å  å   å  å amnkl* Xm* Yn*  Zk*  el;                                     (4)

                     m=0 n=0 k=0 l=0

                                   m     n       k     l

Uz(x,y,z,e) = å  å  å  å amnkl* Xm * Yn * Zk * el.

                     m=0 n=0 k=0 l=0

Есептеулердің нәтижесі Фишер белгісін қанағаттандыратын полиномның ең кішкентай дәрежесі 6-ға тең екендігін көрсетті, яғни дәрежесі 1-ден 5-ке дейін болатын полиномдар металдың илемді пішінөзгерету суреттемесіне жеткілікті дәл жауап бермейді (5 % маңыздылық деңгейінде). Демек, ары қарай есептегенде R ³ 6 болатын алынған орын ауыстырудың функциясын міндетті түрде қолдану керек.

Қаралатын жаншулар арасында деформация кішкентай деген болжамды қабылдап, кіші деформацияның тензор сыңарларын және ығысу деформациясының қарқындылығын мынандай формулалармен анықтаймыз:

                                          (5)

мұндағы еII, eik – екінші инвариант және деформация девиаторының сыңарлары (сәйкесті жазылған).

Логарифмдік деформация қарқындылығын  есептеген соң,  функциясын дәрежелі полиноммен аппроксимацияладық (h – деформация ошағының биіктігі бойынша зерттелетін нүктеге дейінгі қашықтық; Но – деформация ошағының биіктігі).

Пішіні өзгеретін сайманда квадратты дайындаманы ұзартқан кезде, осы дайындаманың қимасы бойынша  таралуының математикалық моделі  ақырғы күрделі функция түрінде былай жазылады: 

                                          (6)

Алынған тәуелділіктің дәлдігі мен барабарлығын F-белгісі көмегімен тексердік (Фишер белгісі).

Кестелік белгі Fкесте = 1, ал есептелген F = 0,94, яғни есептелген шама кестеліктен аз, бұл алынған математикалық моделдің сараптамада қолдану тиімді екенін дәлелдейді.

Алынған тәжірибелік тәуелділіктерді талдаған кезде, жаншу шамасына байланысты деформациялаудың әр сатысында нүктелердің орын ауыстыруы сызықтық функция болатындығы анықталды. Осы, кейінгі есептеулерде ығысу деформациясы қарқындылығының қосындысы түрінде ығысу деформациясы дәрежесінің мөлшерін Λ анықтауға мүмкіндік береді.

Ұсынылып отырған соққышта ұзартқан кезде, жаншудың бастапқы сатысында дайындама металы дайындама енінің бағытына қарай ағатындығы жоғарыда айтылды. Мұндай ағу, дайындама металымен сайманның жанасу ауданының кішкентай болуымен, яғни дайындаманың ені мен ұзындығы бойынша сайман мен металдың жанасуы және салыстырмалы берілістің кішкентай болуымен байланысты. Жанасу ауданы кішкентай болған сайын дайындаманың ұзындығы бағытымен металдың ағысына деформация ошағының сыртқы жағынан кедергі үлкейеді. Жаншу үлкейген кезде металдың ағу бағыты өзгереді, яғни деформация ошағында орналасқан барлық металл дайындама ұзындығы бағытында ағады. Осындай ағудың себептері мынандай: дайындама ені бағытымен жанасу жанама кернеуінің үлкеюі; соққыш дөңес болғандықтан дайындама ұзындығы бағытымен жанасу жанама кернеуінің кішіреюі; соққыштың дөңес жұмысшы бетінің жазық жұмысшы бетке өзгеруі уақытысында сайманмен металды дайындаманың ұзындық бағытында ығыстыру.

Осы жұмыста, тәжірибемен анықталған шекаралық шарттарға сүйеніп сырғу сызығы әдістемесімен, пішіні өзгеретін сайманда ұзартқан кезде пайда болатын кернеулік күйді анықтадық. Сонда, қимасы дөңгелек құймакесекті қимасы квадратты дайындамаға ұзарту қарастырылды.

Пішіні өзгеретін сайманмен ұзартқан кезде, бастапқы сәтте соққыш дөңгелек қималы құймакесектің бетімен тікелей жанасатындығы белгілі. Осы сәттен бастап соққышпен жанасатын құймакесектің беті кеңейеді, ал деформация ошағы құймакесектің осіне дейін таралады.

Демек, дөңгелек қималы құймакесекті ұзартқан кезде бастапқы сатыда у осі бойымен металдың ағуына кедергі шамалы болады. Осы құймакесектің кеңеюіне мүмкіндік береді. Осы себептен бастапқы сатыны жазық деформациямен сипатталатын таза кеңею сатысы деп санауға болады.

Соңғы және аралық сатыларда пішін өзгеретін сайман берілген шамамен құймакесекке енген кезде, метал осьтік бағытта, яғни z осі бойымен басымырақ ағады. Бұл деформацияның жазық сұлбасын құймакесектің көлденең қимасында қабылдауға және сол үшін сырғу сызығын тұрғызуға мүмкіндік береді.

Сызылған сырғу сызықтары мен годографтар, дайындаманың ортасында қилысатын жылдамдықтың үзілуінің бар болуы, оқшауланған деформациялардың жиналуына және металдың илемділігінің толығымен таусылуына әкелетіндігін көрсетті. Мұндай жағдайда дайындаманың ортасында пайда болатын созу кернеуі жарықшақ пен қабатталуды пайда болғызуы мүмкін.

Ұзарту процесі таза кеңею болып саналатын жазық деформацияның бастапқы сұлбасы үшін осьтік және көлденең (у осі бойымен) бағытта салыстырмалы созу кернеуі мынаған тең екендігі табылды (сәйкесті жазылған):  және . Сөйтіп, жазық деформация сұлбасы болатын 2 бағыттада созу кернеулері басым болады. Дегенмен, нақты жағдайда металдың ағуы құймакесектің көлденең осі бойымен де байқалатындықтан,  салыстырмалы мөлшері құймакесектің тік қимасында бірнеше кішкентай немесе көлденең қимасында бірнеше көп деп есептеуге тура келеді.

Егер ұзартқан кезде деформация ошағындағы металдың барлық көлемі құймакесектің бойлық осімен қозғалса, онда аралық және соңғы сатылар үшін табылған шешім дұрыс деп есептеуге болар еді. Расында да нақты жағдайда бастапқы және ақырғы сатыларда соққыштың әсерінен металл бойлық (z осі бойымен) және көлденең (у осі бойымен) бағыттарда ағады, яғни ұзару мен кеңею жүреді. Сөйтіп бастапқы саты үшін шешім осьтік кернеу σz үшін төменгі шаманы және σу кернеу үшін жоғарғы шаманы береді, ал аралық пен соңғы сатылар үшін шешім айтылғанға кері болады.

Төртінші бөлімде жоғарыда келтірілген зерттеулер нәтижесі өндірістік жағдайда соғудың деформациялау режімін жасау үшін негіз болғаны айтылады. Тәжірибелік соғуды «Испат-Карметтің» ұсталық соғу-баспақтау цехында, 12,5 МН күші бар гидравликалық баспақта және соғу тоқпағын қолдана отырып жүзеге асырдық.

Бастапқы дайындама ретінде 40Х болаттан жасалған 3 тонналық құймакесекті қолдандық.

Пішіні өзгеретін сайманда ұзартуды моделдеу үшін 500, 100, 150 мм-ге тең диаметрі бар дөңес соққыштар дайындалды. Соғуды мынандай режіммен жүргіздік:

- 1250о С дейін қыздыру; 0,6 – 0,7 тең салыстырмалы беріліспен, 90° тең бұрау бұрышымен және 10 – 15 % тең салыстырмалы жаншумен 400×400 мм тең болатын қимаға дейін дөңгелек-квадрат сұлбасы бойынша жазық соққышта ұзарту;

- 1250о С дейін қайта қыздыру; 0,6 – 0,7 тең салыстырмалы беріліспен,  90° тең бұрау бұрышымен және 10 – 20 % тең салыстырмалы жаншумен 250×250 мм тең болатын қимаға дейін дөңгелек-квадрат сұлбасы бойынша жазық соққышта ұзарту;

- соғылған дайындаманы 2 бөлікке бөлу; дайындаманы ауада суыту;

- 1200о С дейін қыздыру; бірінші дайындаманы 5 – 10 % салыстырмалы жаншумен және 90° тең  бұрылу бұрышымен қимасы 200×200 мм тең болатын қимаға дейін квадрат-квадрат сұлбасы бойынша, диаметрі 50мм дөңес соққышта, соққыштың дөңес жұмысшы бетін дайындаманың ойық бетіне әр жаншудың алдында енгізіп ұзартуды жүргізу;

- 1200о С дейін қайта қыздыру; 5 – 10 % салыстырмалы жаншумен және 90° тең  бұрылу бұрышымен қимасы 160×160мм тең болатын қимаға дейін квадрат-квадрат сұлбасы бойынша, диаметрі 100мм дөңес соққышта, соққыштың дөңес жұмысшы бетін дайындаманың ойық бетіне әр жаншудың алдында енгізіп ұзартуды жүргізу;

-          1200о С дейін қайта қыздыру; 5 – 10 % салыстырмалы жаншумен және 90° тең  бұрылу бұрышымен қимасы 120×120 мм тең болатын қимаға дейін квадрат-квадрат сұлбасы бойынша, диаметрі 150мм дөңес соққышта, соққыштың дөңес жұмысшы бетін дайындаманың ойық бетіне әр жаншудың алдында енгізіп ұзартуды жүргізу;

- 1200о С дейін қайта қыздыру; 5 – 10 % салыстырмалы жаншумен және 90° тең бұрылу бұрышымен қимасы 80×80мм тең болатын қимаға дейін квадрат-квадрат сұлбасы бойынша жазық соққышта ұзарту.

Ұқсас температуралық және деформациялық режіммен жазық соққышта екінші дайындама деформацияланды.

Зерттеудің бірінші сатысында гидравликалық қысқышта соғылған құйма мен дайындамадан өлшемдері 50×50×50мм екі-екі үлгіден кесілді.

Құймадан кесіліп алынған үлгіден микроқұрылымдық зерттеу кезінде шлак қосындылары табылды. РЭМ100У аспабын қолданып  микрорентгеноспектралды талдау жасағанда, қосындылардың құрамынан мынандай элементтер анықталды: Si = 25×103 имп/сек; Са = 25×103 имп/сек; Мn = 20×103 имп/сек; Fe = 20×103 имп/сек.

Құймакесек металында мыналар табылды: металл түйіршігі шекарасынан 3-4 балдық  марганец сульфидінің және 1-2 балдық титан нитридінің қоспалары; МЕСТ 1778-70 сәйкес келетін 2 балдық корунд үйінділері (Al2O3). Осы құймакесектің құрылымы МЕСТ 5639-82 межелігіне сәйкеті 5 балл түйіршіктері бар феррит-перлитті болып шықты.

Өлшемі 250×250 мм болатын деформацияланған дайындаманың металында МЕСТ 1778-70 межелігіне бойынша 3 баллы бар созылған марганец сульфиді, 1 балдық өлшемі бар корунд анықталды. Зерттелген металдың құрылымы МЕСТ 5639-82 межелігіне сәйкеті 5 балл түйіршіктері бар феррит-перлитті және МЕСТ 5640-68 бойынша 2 баллы бар видманштетті болып шықты. Бірақта жеке түйіршіктер өлшемі 3 балға сәйкес келді.

Алынған соғылманың осьтік және беттік, сондай-ақ аралық (яғни соғылма радиусының жартысына тең аймақтан) аймақтарынан деформацияның көлденең және бойлық бағыты бойынша үлгіліктер жасау үшін дайындамалар кесіліп алынды. Дайындамалардан микро- және макро құрылымдық талдауды жасау үшін үлгіліктер дайындалды.

Үлгілердің құрылымын салыстыру үшін белгілі әдістеме негізінде шартты орташа түйіршіктердің диаметрін есептеу жүргізілді. Ол үшін микроскоптың кұңгірт шынысында әртүрлі бағытта мөлшері бойынша еркін ұзындығы бар бірнеше тік сызықтар жүргіздік. Содан кейін тік сызықтың түйіршік шекарасымен қиылысу нүктесін есептедік. Егер сызық шекарада емес сол түйіршікте аяқталса, онда 2 аяққы түйіршіктерді біреу деп қабылдадық. Микроскоптың үлкейтуіне байланысты қиындының нақты қосындысын (SL), мм және қиылысқан түйіршіктердің қосынды санын (Sn) анықтадық. Түйіршіктің шартты диаметрін (dшарт) мынандай формула бойынша есептедік:

dшарт =                                                                                        (7)

Пішіні өзгеретін сайманда соғылған соғылма металының макроқұрылымы, жазық соққышта соғылған соғылма құрылымен салыстырғанда едуір біркелкі болды. Осы кезде ұсынылып отырған соққышта соғылған соғылманың микроқұрылымы жазық соққышта соғылған соғылма металының макроқұрылымымен салыстырғанда 2 – 3 балға ұсақ болды. Пішіні өзгеретін соққышта дайындаманы деформациялағанда құрылымның талшықтануы едәуір азайады, талшықтардың бағытталуы тіпті байқалмайды, яғни қасиеттердің анизатропиясы едәуір азаяды. Жазық соққышта дайындаманы ұзартқан кезде, пішіні өзгеретін сайманмен салыстырғанда ірі түйіршікті құрылым соғылманың шеткі бөліктерінде сақталады, ал ортаңғы бөліктерде құрылым ұсақ түйіршікті болады. Осындайда металдың ағу бағытына өте созылған ірі түйіршіктерді байқауға болады, яғни соғылманың құрылымы талшықты болады.

Пішіні өзгеретін сайманда 40Х болатын деформациялаған соң құрылымы барлық қимасы бойынша біркелкі болды. Сонда, үлгіні кесудің бағыты мен аймағына тәуелсіз соғылма металының құрылымы біркелкі және ұсақ түйіршікті болды және түйіршіктердің өлшемі 9-шы балға сәйкес келді.

Жазық соққышта ұзартқан кезде деформацияның шоғырлануының жолақтары анық байқалды. Соғу кресті бойынша деформацияның шоғырлануы соғылманың беткі қабатында ірі түйіршікті құрылымды және ортасында ұсақ түйіршікті құрылымды алуға әкеп соқтырады. Осыдан беткі қабаттағы түйіршіктің балы 3 – 4, ал ортаңғы аймақтағы түйіршіктің балы 9 – 10 тең болады. Соғудың ұсынылған технологиялық сұлбасымен алынған соғылма металының механикалық қасиеттерін көлденең және бойлық бағытта кесілген үлгіде анықтадық.

Үлгілерді механикалық сынау нәтижелерін статикалық өңдеу соғылма металының беріктік қасиеттері σт мен σВ аз ғана өзгеретіндігін және соғу сұлбасынан олар тәуелді емес екендігін айтуға мүмкіндік береді. Пішіні өзгеретін сайманда соғылған соғылманың беткі қабатындағы металдың илемділік қасиеттері, жазық соққышта соғылған соғылмамен салыстырғанда 8 – 10 % үлгіліктің көлденең қимасында және 12 – 16 % бойлық қимасында жоғары болады. Пішіні өзгеретін сайманда соғылған соғылма металынның салыстырмалы тарылуы мен соққы тұтқырлығы соғылманың беткі қабатында тағы да, көлденең қимада 12 – 16 % және бойлық қимада 14 – 20 % үлкен болады.

Пішіні өзгеретін сайман мен жазық соққышта соғылған соғылмалардың ортанғы қабатында механикалық қасиеттер шамасы жағынан еш айырмашылығы жоқ екенін айта кету ету қажет.

 

Қорытынды

Жоғарыда келтірілген материалдар төмендегідей қорытынды жасауға негіз береді:

1.     Кернеулі-деформациялы күйді зерттеудің көптеген тәжірибелік

тәсілдерін (поляризациялы-оптикалық тәсіл, оптикалық сезімтал қаптау мен муар тәсілдері) деформацияланатын қатты денелер механикасының жазық есептерін шешкенде қолдануға болады.

2.     Координатты тор мен муар тәжірибелік тәсілдерін қолданған кезде

стационарлы емес процестер үшін көлемдік есептерді шешу одан ары күрделене түседі.

3.     Ию, сырғытып ұзарту, сондай-ақ жазық соққышта қарапайым ұзарту

сияқты деформацияның әр түрлі сұлбасымен ұзарту есебінен металдың бастапқы құрылымының ұсақталуына мүмкіндік беретін жаңа құрылымды сайман ұсынылды.

4.     Құрама пішіні өзгеретін сайманда соғу жазық соққышта соққанмен

салыстырғанда деформацияның біркелкі таралуын қамтамасыз ететіндігі тәжірибеде дәлелденді.

5.     Сырғу сызығы тәсілімен пішіні өзгеретін сайманда деформациялағанда

жазық соққышта деформациялаумен салыстырғанда жұмсақ кернеулі күй сұлбасы пайда болатыдығы дәлелденді.

6.      Оптикалық сезімтал қаптау (ОСҚ) тәсілі негізінде соққан кездегі

деформациялық күйді өлшеудің жаңа әдістемесі ұсынылды.

7.     Жазық және құрастырылған соққышта квадратты дайындаманы

ұзартқан кезде металдар мен қорытпаларды соғудың ұтымды технологиясын жасауға мүмкіндік туғызатын ығысу деформациясы дәрежесін есептеудің математикалық моделі ұсынылды.

8.     Алынған тәжірибелік мәліметтер пішіні өзгеретін симметриялы емес

сайманда ұзартқан кезде ығысу деформациясы қарқынды дамитындығын дәлелдеді.

9.     Металл стационарлы емес көлемдік аққанда деформация мен кернеу

тензорының сыңарларын есептеудің жаңа әдістемесі ұсынылды.

10. Тік бұрышты дайындаманы пішіні өзгеретін сайманда ұзартқанда соғу

процесінің математикалық моделі жасалды.

11. Пішіні өзгеретін сайманда ұзартқан кезде тұңғыш рет кернеулі-

деформациялы күйдің өзгеруінің мөлшерлік мәліметтері алынды және негізгі заңдылықтары анықталды.

12. Пішіні өзгеретін сайманда ұзартудың бастапқы, аралық, соңғы сатылары

үшін кернеу тензорының сыңарларын есептеуді, тұрғызуды және біріктіруді сырғу сызығы әдістемесімен жүргізе отырып, кернеулі күйді анықтаудың көлемдік есептері шешілді.

13.  Құймакесектерді пішіні өзгеретін соққышта ұзартқан кезде жазық

соққышта соғумен салыстырғанда соғылма металдың илемділік қасиеті артатындығы дәлелденді.

14. Өндірістік жағдайда пішіні өзгеретін сайманда соғылманы соғудың

технологиялық процесін зерттеуді жүргізу алынған мәліметтердің дұрыстығын және дәлдігін дәлелдеді.

 

Диссертация тақырыбы бойынша басылымдар тізімі

1. Ж.Ж.Байгунчеков, С.А.Машеков, Ж.Ж.Жумагалиева. Методика

статической оценки неоднородности зеренной структуры по объему изделия// Труды второй международной научно-практической конференции молодых ученых. – Алматы: Изд. КазНТУ.- 2002. - С. 232-235.

2. Предварительный патент №37626 от 26.02.2002г. Инструмент для протяжки/ А.Д.Омаров, С.А.Машеков, М.М.Малгаждар, Г.Б.Машурова, А.Е.Нуртазаев, Ж.Ж.Жумагалиева, А.С.Машеков.

3. С.А.Машеков, Ж.Ж.Жумагалиева, Г.Б.Машурова. Исследование деформированного состояния при протяжке в инструменте с изменяющейся формой// Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов. – Алматы, 2003. – С.74-76.

4. С.А.Машеков, Н.Т.Биякаева, Ж.Ж.Жумагалиева, Г.Б.Машурова. Исследование  напряженно-деформированного состояния при протяжке в инструменте с изменяющейся формой// Межународная научная конференция «Первые Ержановские чтения», ПГУ. – Павлодар, 2004. С.278-297.

5. А.Д.Омаров, С.А.Машеков, Ж.Ж.Жумагалиева, Б.Н.Абсадыков. Исследование очага деформации при протяжке квадратной заготовки специальными бойками// Вестник КазАТК, Алматы, 2004. №3 С.100-105.

6. С.А.Машеков, Г.Б.Машурова, Б.Н.Абсадыков, Ж.Ж.Жумагалиева. Исследование качества конструкционной стали при ковке слитков в инструменте с изменяющейся формой/ Вестник КБТУ, Алматы, 2004. №1 С.83-87.

7. С.А.Машеков, Б.Н.Абсадыков, Ж.Ж.Жумагалиева, Н.Т.Биякаева. Математическая модель изготовления валов нефтегазового оборудования деформированием в инструменте с изменяющейся формой/ Вестник КазАТК, Алматы, 2005. №6 С.72-76.

8. С.А.Машеков, Б.Н.Абсадыков, Ж.Ж.Жумагалиева, Н.Т.Биякаева. Математическая модель процесса  изготовления валов нефтегазового  оборудования при деформировании в инструменте с изменяющейся формой// Международная научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы развития нефтяной промышленности Казахстана», КазНТУ – Алматы, 2005. С.481-485.

9. Ж.Ж.Байгунчеков, С.А.Машеков, Б.Н.Абсадыков, Ж.Жумагалиева. Математическая модель процесса получения валов нефтегазового оборудования плоскими и комбинированными бойками/ Журнал Поиск – Алматы, 2006. №1 С.300-305.

10.Ж.Ж.Жұмағалиева. Поликристалдардың пластикалық деформациясының  механизмі/ Д.Серікбаев атындағы ШҚМТУ хабаршысы, 2006. №3 Б.20-27.

11. Ж.Ж.Жұмағалиева. Өзгеретін түрі бар соққышпен ұзартқан кезде күшті және соққыштың иілуін бағалаудың инженерлік тәсілі/ Журнал Ізденіс – Алматы, 2007. №1 Б. 248-252.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жумагалиева Жанар Женисхановна

 

Решения объемных задач обработки металлов давлением с целью разработки новых конструкций инструментов путем  

 

по специальности 05.03.01 – «Технология и оборудование механической и физико-технической обработки»  на соискание ученой степени кандидата технических наук

 

РЕЗЮМЕ

 

Цель работы – решение объемной задачи обработки металлов давлением и на основе полученных результатов разработка новых конструкций инструментов.

Научной задачей настоящей работы является: разработка новых методик расчета объемного напряженно – деформированного состояния; разработка методики проведения измерении деформированного состояния образца при ковке по данным метода оптически чувствительных покрытий (ОЧП); изучение закономерностей распределение НДС при ковке поковок в бойках с изменяющейся формой и за счет вариации режимов деформирования разработка новых технологий, обеспечивающих улучшение качества поковок из сталей и сплавов.

Научная новизна диссертации заключается в том, что в ней:

на базе экспериментальных методов «координатная сетка» и «линий скольжения» разработаны методики расчета компонентов тензора напряжений и деформаций объемного напряженно-деформированного состояния;

на базе метода ОЧП разработана методика определение деформированного состояния образца при ковке; разработаны математические модели процесса ковки в плоских,  комбинированных бойках и в бойках с изменяющейся формой, позволяющие прогнозировать получение в поковках мелкозернистой структуры;

впервые получены количественные данные и установлены основные закономерности изменения НДС при ковке в бойках с изменяющейся формой; выявлены закономерности влияния температурных режимов ковки в бойках с изменяющейся формы на изменение структуры сталей.

Объектами исследования были технология ковки и образцы

деформированные в бойках  изменяющейся формы, а также в плоских и комбинированных бойках. Наблюдение и съемку шлифов проводили на вертикальном металлографическом микроскопе МИМ-7.

Положения, выносимые на защиту:

методики решения объемной задачи механики сплошных сред экспериментальным  и теоретическим методами;

математические модели деформирования металлов и сплавов при ковке в бойках с изменяющейся формой, а также в плоских и комбинированных бойках;

результаты экспериментального исследования НДС при ковке в бойках с изменяющейся формой;  

методика проведение измерений деформированного состояния образца при ковке по данным метода ОЧП; оптимальные температурно-деформационные режимы ковки сталей, закономерности изменения структуры и механических свойств металла поковок, откованных в бойках с изменяющей конфигурацией.

Достоверность научных результатов и выводов обсоновано исследованиями, выполненными на базе научных представлений и аппарата теорий механики твердого деформируемого тела, математики и системного анализа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zhumagalieva Zhanar Zheniskhanovna

 

The volume task of metal processing applying pressure   of new tools designs development 

 

05.03.01 major – Mechanical and physics-technical processing technology and equipment

 

The competition on scientific degree of the candidate of technical sciences

 

SUMMARY

The aim of the work – resolution of volume tasks of metal processing by pressure and development of new tools designs on the basis of gained results.

Scientific task of the present work is:  development of new methodic of volume tense deformed state calculation; development of measuring methodic of deformed state of the sample in the case of swaging in accordance with optically sensitive surfaces method; study of the regularities of tense deformed state in the case of forging swaging of spindle type in different strikers and by means of deformation regime variations, development of new technologies providing steel and alloy forging quality improvement.

Scientific novelty of the dissertation is:

calculation methodic of tense tensor components and volume tense deformed state deformations;

measuring methodic of deformed state of the sample in the case of swaging on the basis of optically sensitive surface method;

mathematical models of swaging process in strikers with changing forms as well as swaging in flat and combined strikers allowing to forecast production of close-grain structure in forgings;

quantity data have been obtained for the first time and the main regularities of tense deformed state changes in the case of swaging in strikers with changing from;

regularities of influence of temperature swaging regimes in strikers with changing form on change of steel structure.

Research methodic. The objects of the research have been the sampled deformed in strikers with changing form as well as in flat and combined strikers.

To define tense tensor components and deformations the method of sliding lines and experimental methods of deformed solid body mechanics have been applied: method of coordinate nets and optically sensitive surface, possessing various exactness and sensitivity allowing observing deformation development from small to large ones.

Cliff survey and shooting have been conducted in vertical metallographic microscope MIM-7.

Practical significance of the work is that the regime of the steel and alloy deformation has been improved and new tool configuration for swaging of forgings of spindle type has been developed, allowing producing the items of definite form without defects and showing stable rate of mechanical properties.

Statements provided for defense:

methodic of resolution of volume tasks of blind environment mechanics by experimental and theoretical methods;  

- mathematical methods of metal and alloy deformation  in the case of swaging in strikers with changing form as well as in flat and combined;

results of  TDS experimental research in the case of swaging in the strikers with changing form;  

measuring methodic of deformed states of the sample in the case of swaging in accordance with OSS method data;

optimal temperature and deformation regimes of steel and alloy swaging, regularities of structure and mechanical properties of forging metal, swaged in the strikers with changing configuration.

Authenticity of the scientific results and conclusions have been based on research completed on the basis of scientific concepts and mechanics theory apparatus of the solid deformed body, mathematics and system analysis.