Закон наименьшего сопротивления

Цель работы: Ознакомление с закономерностями формоизменения при обработке металлов давлением.

Приборы, материалы и оборудование

4. Разрывная машина с усилием не менее 100 кН.

5. Образцы высотой 10 мм с квадратным (10×10 мм) и прямоугольным (10×20 мм) поперечными сечениями.

6. Консистентная графитовая смазка.

7. Измерительный инструмент: штангенциркуль, линейка.

Общие сведения

При разработке технологии получения изделия деформацией, возникает необходимость определения направления наиболее интенсивного течения металла. Теоретическая основа решения такой задачи сформулирована С.И. Губкиным в виде закона наименьшего сопротивления: «В случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях каждая точка перемещается в направлении наименьшего сопротивления».

Наиболее наглядно закон наименьшего сопротивления проявляется в процессе ковки, в частности при осадке.

Направление наименьшего сопротивления течению точки зависит в первую очередь от условий контактного трения. Величина сил трения зависит от наличия и вида смазки, шероховатости контактных поверхностей инструмента и заготовки, сродства материалов инструмента и материала заготовки и т.д. При высоких и одинаковых по всей поверхности контакта значениях коэффициента трения направления наименьшего сопротивления (преимущественного течения) могут быть определены по правилу кратчайшей нормали: перемещения точки в плоскости свободного формоизменения, перпендикулярной направлению внешней силы, будут происходить по направлению кратчайшей нормали к периметру сечения, в котором расположена точка. Например, при осадке прямоугольного параллелепипеда (рисунок), любое поперечное сечение образца и поверхность контакта может быть условно разделена на 4 области преимущественного течения металла: две треугольные, ограниченные биссектрисами углов, и две трапецеидальные области. Наибольшие перемещения объёмов металла будут происходить в направлении наибольшей длины.

Осадочная плита

После осадки

Р









Р

Рисунок. Изменение формы заготовки при осадке.

По мере увеличения деформации форма прямоугольного поперечного сечения будет изменяться, приближаясь к форме эллипса, а затем к форме круга.

Силы трения на поверхностях контакта осаживаемой заготовки и инструмента вызывают неравномерность течения металла, возникновение зон затруднённого и интенсивного течения. Это приводит к бочкообразованию – искривлению наружной боковой поверхности. Бочкообразование нежелательно, т.к. ведёт к перерасходу металла или к дополнительным затратам на выравнивание боковой поверхности поковки, а также к образованию трещин из-за возникновения повышенных напряжений. Установлено, что чем больше трение на контакте с осадочными плитами, тем больше бочкообразование.

Методика выполнения работы

Обезжирить контактные поверхности заготовок с квадратным и прямоугольным поперечным сечением. Провести осадку каждой заготовки на 4 мм. Измерить размеры поковок и зарисовать их в двух проекциях. Повторить опыт, осадив поковки ещё на 4 мм. Результаты измерений занести в таблицу 1.

Нанести смазку на контактные поверхности бойков и заготовок. Провести осадку аналогично варианту без смазки. Результаты измерений занести в таблицу 2, аналогичную таблице 1.

Сделать вывод о влиянии величины деформации и трения на формоизменение тела при осадке.

Таблица 1

Размеры поковок после деформации без смазки, мм

Направление измерения	Поперечное сечение заготовки и номер деформации
	квадрат			прямоугольник
	0	1	2	0	1	2
Толщина, Н
Ширина, B
Длина, L

Примечание: «0» – исходные размеры заготовки.

Контрольные вопросы

1. Операции ковки.

2. Последовательность операций при вытяжке.

3. Почему образец с любой формой поперечного сечения при осадке с высоким коэффициентом трения на поверхности контакта стремится превратиться в круг ?

4. Закон наименьшего сопротивления.

5. Правило кратчайшей нормали.

6. Осадка как операция ковки.

7. Последовательность операций при осадке.

8. Как влияет трение на форму поковки.

9. Причина бочкообразования.

10. Последовательность операций при протяжке.

11. Какие изделия получают ковкой ?

12. Роль «внешних зон» при деформации.

13. Какие факторы влияют на бочкообразование ?

14. Роль трения в процессе ковки.

15. Как снизить коэффициент трения при ковке ?

16. Исходная заготовка для ковки.

Лабораторная работа № 3 (3 часа)