Расширенный метод оценки риска разрушения при ковке трудно-деформируемых материалов

Как прогнозировать разрушение до его появления

Современные технологии ковки всё чаще сталкиваются с задачей обработки трудно-деформируемых материалов — таких как магниевые сплавы или высокопрочные стали. В этих условиях риск образования трещин возрастает, особенно при сложной геометрии деталей, высоких скоростях деформации и неравномерных температурных полях. Чтобы минимизировать потери и повысить надёжность, необходима точная система оценки риска разрушения уже на стадии проектирования процесса.

Методика: испытания + моделирование

Разработанный подход сочетает лабораторные испытания на сжатие и моделирование методом конечных элементов (МКЭ) в программной среде QForm. Это позволяет:

• оценить критические точки начала разрушения;

• количественно определить параметры процесса в зоне риска;

• использовать критерии разрушения Cockcroft & Latham и Rice & Tracey.

🔧 Испытательная установка: гидравлический пресс усилием 5 МН
📏 Измерения: сила, температура, скорость, форма деформации

Почему важно проводить оценку заранее

Новая форма заготовки или нестандартный материал требуют не просто пробной ковки, а анализа рисков. Это позволяет:

• Снизить число дорогостоящих опытных партий

• Предотвратить отказы на стадии серийного производства

• Улучшить геометрию заготовки и выбор параметров ковки

Процесс разрушения цилиндрического образца при сжатии

Примеры: от хирургических щипцов до деталей мотоцикла

В рамках исследования была проведена оценка риска разрушения при ковке:

Компонент мотоцикла, изготовленный из (А) магниевого сплава и (В) алюминиевого сплава, сразу после ковки.

Математика разрушения: два критерия

Для количественной оценки применялись два классических критерия:

📐 Коэффициент триаксиальности напряжений (TF):

​

📐 Критерии разрушения:

• 

• ​Графики зависимости:
  A – нагрузка от времени;
  B – среднее напряжение и эффективная деформация;
  C – растягивающее напряжение;
  D – интеграл критерия разрушения Cockcroft & Latham, C = 6.104

Моделирование в QForm: ключ к прогнозу

Применение QForm позволило:

• Получить 3D-поля напряжений и деформаций

• Установить точку начала разрушения (точка P)

• Подтвердить экспериментальные данные моделированием

Анализируемые части: а) хирургические щипцы из нержавеющей стали; b, c) часть ручки для мотоциклов из магниевого сплава с локализацией трещин; d) кованые части являются конечными продуктами.

Как использовать результаты

Моделирование позволило внести конкретные изменения в технологический процесс:

• изменить геометрию заготовки;

• скорректировать схему охлаждения;

• подобрать более безопасные параметры давления и скорости деформации.
  

• Результаты моделирования QForm для ковки хирургических щипцов: а) конечная форма с локализацией точки P; б) распределение растягивающего напряжения; c) оценка риска перелома на основе критерия перелома Кокрокта и Латхама.

Оценка критических значений критерия разрушения в поддельной части: а) действительная часть; б) результат моделирования в QForm; в) распределение температуры; d) Распределение критерия разрушения риса и трассировки.

Вывод: инженерный подход к надёжности

Предложенный метод сочетает практические испытания и цифровое моделирование. Он даёт объективную основу для:

• предупреждения брака;

• повышения долговечности штампов;

• оптимизации процесса ковки на этапе проектирования.

📌 Рекомендовано к применению в разработке технологий для штамповки сложных деталей и трудно-деформируемых материалов.

Если готовы внедрять передовые подходы в проектирование процессов ковки — свяжитесь с нами. Мы поможем подобрать оборудование и ПО под конкретные задачи.