Investigation of Changes in the Resistance to Deformation of Low-Carbon Steel in the Process of Flow Forming

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. The main parameter that determines the efficiency and quality of the flow forming is the value and nature of the distribution of the material’;s deformation resistance over the wall thickness of the workpiece. In the technical literature, devoted to the study of this process, there is not enough information to correctly assign technological regimes and processing conditions. The work is devoted to an experimental study of changes in the resistance of deformation of low carbon steel in the process of flow forming, depending on the degree of deformation and the angle of taper of the deforming roller. The aim of the work is to determine the non-uniform distribution of the resistance of the deformation of low-carbon steel through the thickness of the wall of the workpiece after the flow forming depending on the degree of deformation and the angle of taper of the deforming roller. Research methods. The process of flow forming of blanks having an initial wall thickness of 6.5 mm and an outer diameter of 203 mm is carried out on a three-roller horizontal-rolling machine SRG-0.6-1500 using a direct method. Plastic shaping of the material of the blanks is carried out at different degrees of deformation on the mandrel with a diameter of 190 mm deforming rollers with a diameter of 260 mm with an angle of taper equal to 20 ° and 30 °. The deformation resistance of the material through the wall thickness is determined on longitudinal specimens cut from machined blanks using the indenter insertion method and measuring the hardness with a Vickers tip. The uneven distribution of the strain resistance is estimated by a coefficient defined as the ratio of the resistance of the deformation of the outer surface to the resistance of the deformation of the internal volumes of the wall of the workpiece. Results and discussion. The highest values of strain resistance are obtained on the outer surface of the workpieces treated with a roller, and the smallest values are recorded in the internal volume of the wall of the workpieces. The estimation of the non-uniformity of the distribution of the deformation resistance over the wall thickness of the workpiece is made using an irregularity coefficient equal to the ratio of the deformation resistances of the outer layer and the internal volumes of the wall of the workpiece. It is revealed that the most dangerous zones subjected to destruction in the process of rotational drawing are the internal volumes of the material adjacent to the outer surface layer of the workpiece. It is established that the non-uniformity coefficient of stress distribution when processing with a roller with a taper angle α = 30 ° is about 10% more than with a taper angle α = 20 °. With an increase in the degree of deformation, the coefficient of uneven distribution of stresses increases, but very slightly. The resulting patterns are explained, in particular, by the influx that forms in front of the roller. According to the results obtained, general recommendations are given on the purpose of the degree of deformation and the angle of taper of the roller when performing the flow forming. In addition, the empirical dependences of the strain hardening of the material for different volumes of the workpiece are obtained. The proposed method for determining the uneven distribution of stresses can be used in the development of pressure treatment processes and in the design calculations of structural elements.

About the authors

A. V. Udalov

Email: a.v.udalov1960@gmail.com
Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Vyatka State University, 36 Moskovskaya, Kirov, 610000, Russian Federation, a.v.udalov1960@gmail.com

A. A. Udalov

Email: h1008he4003@gmail.com
Ural Federal University named after the first President of Russia B.N. Yeltsin, 19 Mira st., Ekaterinburg, 620002, Russian Federation, h1008he4003@gmail.com

References

  1. Wong C.C., Dean T.A., Lin J. A review of spinning, shear forming and flow forming processes // International Journal of Machine Tools and Manufacture. – 2003. – Vol. 43. – P. 1419–1435. – doi: 10.1016/S0890-6955(03)00172-X.
  2. Haghshenas M., Klassen R.J. Mechanical characterization of flow formed FCC alloys // Materials Science and Engineering. – 2015. – Vol. 641. – P. 249–255. – doi: 10.1016/j.msea.2015.06.046.
  3. Bhatt R.J., Raval H.K. Investigation of effect of material properties on forces during flow forming process // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 173. – P. 1587–1594. – doi: 10.1016/j.proeng.2016.12.265.
  4. Яковлев С.С. Ковка и штамповка. В 4 т. Т. 4. Листовая штамповка: справочник. – М.: Машиностроение, 2010. – 732 с.
  5. Davidson M.J., Balasubramanian K., Tagorea G.R.N. An experimental study on the quality of flow-formed AA6061 tubes // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 203, iss. 1–3. – P. 321–325. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.10.021.
  6. Davidson M.J., Balasubramanian K., Tagorea G.R.N. Surface roughness prediction of flow-formed AA6061 alloy by design of experiments // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 202, iss. 1–3. – P. 41–46. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2007.08.065.
  7. Microstructure and texture evolutions in AISI 1050 steel by flow forming / V. Bedekar, P. Pauskar, R. Shivpuri, J. Howe // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 81. – P. 2355–2360. – doi: 10.1016/j.proeng.2014.10.333.
  8. Marini D., Corney J. A methodology for assessing the feasibility of producing components by flow forming // Journal of Materials Processing Technology. – 2008. – Vol. 5, iss. 1. – P. 210–234. – doi: 10.1080/21693277.2017.1374888.
  9. Assessment of the surface topography of al 99.5% tubular products formed by cold flow forming technology / S. Ekinovic, H. Dukic, I. Plancic, E. Begovica // Procedia Engineering. – 2005. – Vol. 132. – P. 389–396. – doi: 10.1016/j.proeng.2015.12.510.
  10. Wang X., Xia Q., Cheng X. Deformation behavior of haynes230 superalloy during backward flow forming // International Journal of Precision Engineering and Manufacturing. – 2017. – Vol. 18, iss. 1. – P. 77–83. – doi: 10.1007/s12541-017-0009-4.
  11. Udalov A.A., Parshin S.V., Udalov A.V. Theoretical investigation of the effect of the taper angle of the deforming roller on the limiting degrees of deformation in the process of flow forming // MATEC Web of Conferences. – 2018. – Vol. 224. – P. 01040. – doi: 10.1051/matecconf/201822401040.
  12. Udalov A.A., Parshin S.V., Udalov A.V. Influence of the profile radius of the deforming roller on the limit degree of deformation in the process of flow forming // Materials Science Forum. – 2019. – Vol. 946. – P. 800–806. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/msf.946.800' target='_blank'>www.scientific.net/msf.946.800.
  13. Udalov A.A., Parshin S.V., Udalov A.V. Mechanism for flow forming of cylindrical workpiece // Proceedings of the 4th International Conference on Industrial Engineering ICIE 2018. – S. l.: Springer Nature Switzerland AG, 2019. – P. 1811–1818. – (Lecture Notes in Mechanical Engineering). – doi: 10.1007/978-3-319-95630-5_194.
  14. Roy M.J., Klassen R.J., Wood J.T. Evolution of plastic strain during a flow forming process // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 209, iss. 2. – P. 1018–1025. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2008.03.030.
  15. Mohebbi M.S., Akbarzadeh A. Experimental study and FEM analysis of redundant strains in flow forming of tubes // Journal of Materials Processing Technology. – 2010. – Vol. 210, iss. 2. – P. 389–395. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2009.09.028.
  16. Тарновский И.Я., Поздеев А.А., Ляшков В.Б. Деформация металла при прокатке. – Свердловск: Металлургиздат, 1956. – 286 с.
  17. Чекмарев А.П. Теория прокатки крупных слитков. – М.: Металлургия, 1968. – 252 с.
  18. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. – Л.: Машиностроение, 1972. – 360 с.
  19. Целиков А.И., Томленов А.Д., Зюзин В.И. Теория прокатки. – М.: Металлургия, 1982. – 335 с.
  20. Parsa M.H., Pazooki A.M.A., Ahmadabadi M.N. Flow-forming and flow formability simulation // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2009. – Vol. 42, iss. 5–6. – P. 463–473. – doi: 10.1007/s00170-008-1624-0.
  21. Singh A.K., Narasimhan K., Singh R. Finite element modeling of backward flow forming of Ti6Al4V alloy // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, iss. 11. – P. 24963–24970. – doi: 10.1016/j.matpr.2018.10.297.
  22. Bhatt R.J., Raval H.K. Experimental study on flow forming process and its numerical validation // Materials Today: Proceedings. – 2018. – Vol. 5, iss. 2. – P. 7230–7239. – doi: 10.1016/j.matpr.2017.11.390.
  23. Bhatt R.J., Raval H.K. Influence of operating variables during flow forming process // Procedia CIRP. – 2016. – Vol. 55. – P. 146–151. – doi: 10.1016/j.procir.2016.08.025.
  24. Богатов А.А. Механические свойства и модели разрушения металлов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2002. – 329 с. – ISBN 5-321-00276-2.
  25. Удалов А.В., Паршин С.В., Удалов А.А. Определение сопротивления деформации металлов и сплавов методом внедрения индентора // Деформация и разрушение материалов. – 2019. – № 4. – С. 40–44. – doi: 10.31044/1814-4632-2019-4-40-44.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».