МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,

молоді та спорту УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

«КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

МЕХАНІКО-МАШИНОБУДІВНИЙ ІНСТИТУТ

Кафедра механіки пластичності матеріалів

та ресурсозберігаючих процесів

«Теоретичний аналіз процесів обробки металів тиском»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт

та самостійної роботи студентів

кредитного модуля

НП.11 «Теоретичний аналіз процесів обробки металів тиском»

для підготовки за спеціальністю 7.05050203/8.05050203

Обладнання та технології пластичного формування

конструкцій машинобудування

Форма навчання – денна

Рекомендовано Методичною радою ММІ НТУУ «КПІ»

Київ

201_

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт та самостійної роботи студентів кредитного модуля НП.11 «Теоретичний аналіз процесів обробки металів тиском» за спеціальністю 7.05050203/8.05050203 Обладнання та технології пластичного формування конструкцій машинобудування/ Уклад.: Сабол С.Ф., Борис Р.С. – К.: НТУУ «КПІ», 201_. – 39 с.

Рекомендовано Методичною радою ММІ НТУУ «КПІ»

(протокол № ____ від ___.___.201_______р.)

Навчально-методичне видання

«Теоретичний аналіз процесів обробки металів тиском»

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт

та самостійної роботи студентів

кредитного модуля

НП.11 «Теоретичний аналіз процесів обробки металів тиском»

за спеціальністю 7.05050203/8.05050203

Обладнання та технології пластичного формування конструкцій машинобудування

Укладачі: Сабол Сергій Францович, канд. техн. наук, доцент

Борис Руслан Степанович, канд. техн. наук, ст. викладач

Відповідальний

редактор Тітов Вячеслав Андрійович, доктор техн. наук, професор

Рецензент

За редакцією укладачів

Зміст

Вступ 4

Лабораторна робота № 1. Закон найменшого опору і правило найменшого периметра 5

Лабораторна робота № 2. Дослідження процесу осадження 13

Лабораторна робота № 3. Дослідження процесу пресування 22

Лабораторна робота № 4. Дослідження процесу прокатки 29

Література 37

ВСТУП

Лабораторні роботи є невід’ємною складовою кредитного модуля «Теоретичний аналіз процесів обробки металів тиском».

Лабораторні роботи виконуються з метою закріплення отриманих студентами теоретичних знань та отримання практичних навичок дослідження експериментально основних технологiчних onepaцiй i процесів з метою виявлення основних закономірностей процесів i їх залежностей вiд технологічних параметрів.

Перша лабораторна робота присвячена експериментальному підтвердженню закону найменшого опору та перевірці правила найменшого периметру. Метою наступних трьох лабораторних робіт є експериментальні перевірки результатів теоретичного аналізу процесів осадження, пресування (видавлювання) та прокатування.

Таким чином. навчальний час в обсязі 36 годин використовується для виконання досліджень по двом загальним темам аналіз процесів ОМТ та закони пластичної деформації у відповідності до навчального плану дисципліни та у відповідності до експериментальної бази кафедри МПМ та РП

Лабораторна робота № 1 закон найменшого опору і правило найменшого преиметра

МЕТА РОБОТИ. Вивчення процесу осадження зразків, які мають різну форму поперечного перерізу, шорсткими плитами, якісне підтвердження закону найменшого опору, порівняння експериментальних результатів з теоретичними розрахунками, перевірка правила найменшого периметра.

Загальні відомості

Закон найменшого опору сформульований С.І. Губкіним 2, формулюється «У випадку можливості переміщення точок тіла, що деформуються, кожна точка тіла, що деформується переміщується, в напрямку найменшого опору». Для практичного застосування цього закону необхідно знати напрямок траєкторій переміщення точок при пластичній деформації. При осаджуванні призматичних і циліндричних тіл плоско-паралельними шорсткими плитами де єдиними силами опору деформуванню є сили контактного тертя, ці траєкторії визначаються згідно принципу найкоротшої нормалі до периметру перерізу. Відповідно з цим принципом матеріальні частки, які лежать всередині кутів поперечного перерізу зразка, переміщуються по напрямку перпендикулярів до сторін цього кута, і тоді бісектриси цих кутів є лініями розділу течії, так як точки, які лежать на них, мають однакові умови для переміщення в напрямку двох взаємно-перпендикулярних осей. Таким чином, бісектриси кутів і пряма, яка з’єднує вершини кутів, які утворюються перетином бісектрис, є лініями розділу течії та поділяють площу прямокутного перерізу зразка (рис. 1.2) на чотири області з різними напрямками переміщення точок: на два трикутники і дві трапеції.

Отже, при осаджуванні на тіло з боку інструменту діють не тільки активні сили Р, але й сили тертя Т, які перешкоджають пересуванню металу в поперечному напрямку (рис. 1.1). Так як переміщення часток металу в горизонтальній площині відповідає найменшій енергії, то тоді шлях такого переміщення пролягає по лінії найменшого опору, яким є найкоротша відстань від точки до контуру контактної поверхні.

В залежності від величини цієї відстані, сили тертя і опір деформуванню, а отже велична і швидкість переміщення часток різні. Чим

Рис. 1.1.

воно більше, тим більша сила тертя і опір деформуванню, і тим з меншою швидкістю і на меншу величину переміщуються частки тіла 1, 2 і 3 (рис. 1.3). Так при осаджуванні зразка прямокутної форми найменша сила тертя, яка перешкоджає переміщенню часток тіла, діє по осі а-а (рис. 1.2). Відповідно в даному напрямку (а-а) рух часток відбувається з більшою швидкістю і на більшу відстань, чим в іншому напрямку, наприклад, в напрямку (b-b) (рис. 1.2).

Рис. 1.2.

В результаті осадження паралельними плитами, різниця відстаней від центру перерізу до його периферії між різними напрямками весь час зменшується, а поперечний переріз приймає спочатку форму еліпса, а потім, при подальшому осаджуванні наближуються до кола. У випадку осаджування зразка квадратного перерізу останній перетворюється в круговий переріз. Наслідком закону найменшого опору є правило найменшого периметру, яке полягає в тому. що поперечний переріз профілю будь-якої форми при деформації осаджуванням прямує до перерізу з найменшим периметром, тобто до кола. Правило найменшого периметру справедливе при переміщенні точок деформує мого тіла по найкоротшим нормалям до периметру і можливе в наступних випадках:

1. якщо тертя на поверхнях контакту металу з інструментом ізотропне, тобто однакове по всім напрямкам;

2. якщо величина контактного тертя значна і наближується до свого максимального значення.

При осаджуванні плоскопаралельними плитами без контактного тертя рух часток в площинах, які перпендикулярні до напрямку зовнішньої сили, носить радіальний характер відносно центра ваги перерізу (рис. 1.3).

Рис. 1.3.

Згідно цієї схеми течії кожна точка перерізу буде зміщуватись в напрямку радіуса-вектора (1С, 2С, 3С і т.д., рис. 1.3). Таким чином, у випадку прямокутного перерізу найбільше переміщення мають точки К (рис. 1.3), які розташовані у вершинах кутів. Відповідно при малих коефіцієнтах контактного тертя деформація в напрямку довжини зразка b-b буде більше деформації в напрямку ширини а-а, в повній протилежності з нормальною схемою течії (рис. 1.2). Використовуючи дане положення І.Я. Тарновський 3 пояснює наявність «вух», - залишків вершин кутів, - при осаджуванні згідно нормальної схеми течії. Саме області в околиці точок К будуть знаходитись в умовах лінійного осаджування, що еквівалентне відсутності тертя на контактній поверхні і відповідає найбільшій швидкості переміщення точки К.

В реальних умовах вказані схеми не спостерігаються, але замість них мають місце проміжні (рис. 1.4) між радіальною і нормальною з наближенням до тої чи іншої, в залежності від величини контактного тертя. Чим менше коефіцієнт тертя, тим ближче реальна схема до радіальної і навпаки.

Рис. 1.4.

Проміжні поперечні перерізи тіла по висоті міняють свою форму подібним чином, з тією лише різницею, що деформація зразка в цих перерізах буде тим більшою, чим далі вони відстоять від контактних поверхонь. Це пояснюється зменшенням впливу контактних сил тертя по висоті зразка. Внаслідок нерівномірної деформації по висоті, форма бокової поверхні також міняється, вона стає випуклою, а зразки в цілому приймають бочкоподібну форму.

Рис. 1.5

Велике практичне значення набуває закон найменшого опору при протягуванні металу молотовими бойками. Продуктивність даної операції визначається напрямком течії металу, яке на практиці регулюють зміною ширини бойка або величини подачі. Так, наприклад, якщо протягувати заготовки квадратного перерізу зі стороною «а» і шириною «b» (рис. 1.6) пласкими бойками, при співвідношенні b  a інтенсивна течія спостерігається в повздовжньому напрямку.

Рис. 1.6.

В процесі прокатування, поперечна (поширення) тим менше, чим менше розмір контактної поверхні в повздовжньому напрямі.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Свинцеві кубики і паралелепіпеди різних розмірів піддаються ступінчастому осадженню при послідовному підвищенні зусилля до значень 10000, 25000, 40000, 55000, 70000 Н. Робота виконується на лабораторних гідравлічних пресах з ручним приводом зусиллям 70000 Н. Контроль зусилля слід здійснювати по манометру, використовуючи тиск в гідросистемі преса для розрахунку навантаження на зразок згідно робочої діаграми преса.

Для осадження використовуються грубо оброблені шорсткі плити з нанесеними на них концентричними рисками.

Перед початком осаджування зразки повинні бути обміряні, і результати замірів повинні бути занесені в таблицю. В подальшому, після кожного кроку осадження фіксують форму перерізу зразків, обводячи їх контур на папері гостро заточеним олівцем, штангенциркулем замірюють висоту зразків і розміри а і b для прямокутного паралелепіпеда с і к – для куба (рис. 1.7).

Рис. 1.7.

Результати замірів заносять до таблиці і по ним будують графіки зміни відношення розмірів перерізу в залежності від відносного обтиску .

Згідно дослідних даних роблять висновок про дію закону найменшого опору і правила найменшого периметра.

РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

1. Згідно даних таблиці розрахувати співвідношення к/с (графа 6) і а/b (графа 11) і в залежності від обтиску (графи 3 і 8) побудувати відповідні криві.

2. Згідно теоретичної формули для осадження прямокутного паралелепіпеда розрахувати зміну співвідношення розмірів в залежності від зміни висоти паралелепіпеда і занести до графи 13.

3. Згідно даних граф 12 і 13 побудувати експериментальний і теоретичний графік зміни b/а при осадженні прямокутного паралелепіпеда.

Таблиця

Навантаження	h		k	c		h		a	b
Р, Н	мм	%	мм	мм		мм	%	мм	мм		експ.	теор.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	0	11	12	13
0
10000
25000
40000
55000
70000