Контрольні запитання

1. В чому сутність закону найменшого опору і правило найменшого периметра.

2. Вказати схеми течії матеріалу на контактних поверхнях:

а) при високому значенні коефіцієнта тертя;

б) при середніх величинах коефіцієнта тертя;

в) при малому і нульовому значенні коефіцієнта тертя.

3. Яким чином при осадженні шорсткими плитами, зразок квадратного поперечного перерізу може бути витягнутий в довжину.

4. Які причини утворення «вух» при осадженні зразків прямокутного перерізу шорсткими плитами.

5. Як змінюються криві, які виражають залежності і , зі збільшенням швидкості деформації. Я цей фактор впливає на конфігурації зразків, що осаджуються.

6. Як зміняться криві, які виражають залежності і , зі збільшенням температури осадження. Як цей фактор впливає на конфігурації зразків, що осаджуються.

7. Яким чином, використовуючи закон найменшого опору, можна мінімізувати поширення при прокатуванні.

Лабораторна робота № 2 дослідження процесу осадження

МЕТА РОБОТИ. Дослідження зміни зусиль деформування а процесі осадження, вивчення зміни питомого опору деформування в наслідок підвищення впливу контактного тертя при збільшення відношення d/h, експериментальне визначення межі текучості методом екстраполяції кривої р = р(d/h), визначення роботи деформації, вивчення кінетики течії металу при осаджуванні, визначення коефіцієнту контактного тертя.

Загальні відомості

Осадженням називають технологічну операцію, за допомогою якої зменшують висоту заготовки з одночасним збільшенням її поперечних розмірів. В технологічних процесах кування осадження застосовується, як основна і як попередня операція. У першому випадку вона є визначальною операцією при отриманні форми деталі (осадження дисків, фланців, шестерень), у другому — застосовується збільшення викову (коли в процесі кування коефіцієнт викову невеликий і не вдається ліквідувати литу структуру), для зменшення анізотропії механічних властивостей, для зменшення глибини прошивання, для забезпечення відповідного розташування волокон в майбутній деталі.

В процесі осадження циліндрична заготовка набуває бочкоподібну форму через сили тертя на контактній поверхні (рис. 2.1).

Рис. 2.1.

Сили контактного тертя, вимагаючи додаткової роботи на їх подолання, підвищують опір деформуванню, а тим самим і витрати енергії на деформацію. Роль контактного тертя зростає в міру збільшення d/h, оскільки збільшується відношення площі поверхні контакту до вільної поверхні. Контактне тертя гальмуючи довколишні шари металу, створює в зразку, що осаджується, додаткові напруження, подолання яких в свою чергу потребує додаткової енергії, що також виражається у збільшенні опору деформації. Вплив сил тертя може бути враховано формулою Е. Зібеля (1), яка отримана у припущенні, що коефіцієнт тертя не дуже великий і існує лінійна залежність між силами тертя на контактній поверхні і нормальними напруженнями.

(1)

де	p	– питомий опір деформуванню;
	d	– діаметр зразка;
		– межа текучості зразка;
		– коефіцієнт тертя на поверхні «плита–зразок»;
	h	– поточна висота зразка.

З формули (1) видно, що якщо d/h 0, то p тому в даному випадку, для визначення можна застосувати метод екстраполяції, який полягає у поширенні залежності функціональних величин (в нашому випадку р і d/h) на область де аргумент функції d/h прямує до 0. Таким чином, екстраполюючи криву р = р(d/h) отримаємо на осі координат відрізок, який відповідає величині межі текучості .

Робота деформації за один перехід (А_к) дорівнює добутку питомого опору деформуванню на зміщений об’єм:

A_к=pF_пр.кΔh_к (2)

де	Fпр.к	– приведена площа перерізу на k-му переході Fпр.к= ;
	Δhк	– абсолютна величина деформації за k-ий перехід Δh=hк-1-hк;
	U	– об’єм зразка;
	hк-1, hк	– висота зразка до і після осаджування на k-му переході.

Повна робота за весь процес за весь процес деформації може бути знайдена сумуванням робіт на всіх переходах осаджування

A_сум=

З іншого боку сумарна робота деформації може бути підрахована по формулі:

A_сум=р_срU (3)

де р_ср – середній питомий опір деформуванню, який розрахований у відповідності з рис. 2.2;

Рис. 2.2

– початкова і кінцева висота зразка.

Питома робота деформації (робота, яка віднесена до одиниці об’єму):

а = , a = р_ср .

З теорії обробки металів тиском відомо також, що при осаджуванні внаслідок контактного тертя виникає неоднорідність деформації. Механічна схема деформації, сукупність схем напруженого і деформованого станів при осадженні циліндричних заготовок на плоскопаралельних плитах, визначається переважно умовами тертя на контактній поверхні і відношенням розмірів заготовки d/h. При відсутності сил зовнішнього тертя або незначною їхньою величиною напружений стан буде характеризуватися лінійною схемою напруженого стану (рис. 2.3, а).

а	б

Рис. 2.3.

У звичайних умовах в процесі осадження на контактних поверхнях сили тертя досягають значної величини, що призводить до зміни механічної схеми деформації. При осадженні низьких заготовок майже по всьому об’єму заготовки має місце об’ємна схема всестороннього стистку (рис. 2.3, б).

Наочним проявом впливу механічної схеми деформації є бочкоподібна форма осадженого зразка. Очевидно, що сили тертя на контактній поверхні мають найбільший вплив у приконтактних областях і по мірі їх видалення воно зменшується. Ця нерівномірність напруженого стану є джерелом неоднорідності деформації при осаджуванні. При дослідженні нерівномірності деформацій в осьовій площині можна виділити три області (рис. 2.4, а).

а б

Рис. 2.4.

І – зона «утрудненої» деформації, яка прилягає до торців заготовки, деформується незначно;

ІІ – зона інтенсивної деформації, в якій відбувається інтенсивна течія металу як в осьовому, так і в радільних напрямках;

ІІІ – зона, яка прилягає до бокової поверхні зразка, де інтенсивність течії металу менше, ніж в зоні ІІ і більше, ніж в зоні І. Об’єм цієї зони залежить від ступеню деформації і розмірів зразків.

При осаджуванні зразків з співвідношенням d/h>1 зона ІІІ зникає зливаючись з зоною ІІ, а зона І помітно зменшується в об’ємі. Неоднорідність деформацій при осаджуванні в цих умовах знижується і як наслідок цього, зменшується бочко подібність. На рис. 2.4, б показано розподіл твердості в діаметральній площині симетрії при осаджуванні зразка алюмінієвого сплаву, по якому можна судити про інтенсивність деформації в холодному стані.

Дослідження неоднорідності деформації вельми наочно може бути продемонстровано при осаджуванні шаруватих пластилінових зразків контрасних кольорів.

Наслідком нерівномірності деформації заготовки є неоднорідність течії металу на контактній поверхні. При осаджуванні до значних ступенів деформації зразків невеликої висоти на контактній поверхні можна розрізнити 3 зони (рис. 2.4.):

А – кільцеподібна зона, яка прилягає до бокової поверхні «зона ковзання», де дотичні напруження на контактній поверхні збільшуються пропорційно до свого найбільшого значення.

Б – сусідня з зоною А також кільцеподібна зона, в якій дотичні напруження досягають найбільшої величини, «зона гальмування».

В – зона, яка розташована в центрі зразка, де дотичні напруження знижуються від максимума до нуля в центрі контактної площини.

Рис. 2.4.

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Дана лабораторна робота складається з двох автономних частин.

В першій частині, проводиться осадження свинцевого зразка плоскопаралельними плитами, які мають мала шорсткість (R_a 0,5…0,25). В процесі осадження, яка проводиться на універсальній випробувальній машині УММ-20, фіксуються всі необхідні енергосилові характеристики.

В другій частині, яка призначена для дослідження кінетики процесу осадження, деформуються три шаруваті зразки з пластиліну з шарами різного кольору. Осадження проводиться на лабораторному гідравлічному пресі зусиллям 70000 Н.

ЧАСТИНА ПЕРША

Перед осадженням, циліндричний свинцевий зразок повинен бути обміряний і отримані дані заносяться до таблиці. Потім слід піддати його ступінчатому осадженню при послідовно підвищуючихся зусиллях до значень: 10000, 15000, 20000, 25000, 30000, 35000, 40000, 45000, 55000, 60000, 65000, 70000, 80000, 90000 Н. Після кожного переходу слід заміряти висоту зразка штангенциркулем з точністю до 0,1 мм і записувати її значення в графу 2 таблиці, яка відповідає робочому зусиллю осадження на даному переході.

При осаджуванні свинцевого зразка потрібно звернути увагу на утворення зон на контактній площині (блискуча зона – зона ковзання, матова– зона гальмування, вкрита окислами – зона застою). Зробити ескізи контактної площини зразка, для декількох переходів і заміряти їх приблизні діаметри і відповідну їх висоту.

ЧАСТИНА ДРУГА

Підібрати пластилінові прутки контрасних кольорів і стуною нарізати з них мірні заготовки з розрахунку 5 штук на один зразок. Цю операцію слід проводити, як омога ретельніше, так як похибки в об’ємі заготовок згодом позначаться на товщині шарів і можуть спотворити картину течії зразків. Отримані заготовки пресуються в спеціальному контейнері діаметром 25 мм для надання їм форми дисків. Перед виготовленням пластин пластилін слід розім’яти руками і помірно змастити заготовку та інструмент тальком або мильним розчином (надмірне змащення не допускається). Потім вони спресовуються тим самим інструментом, який також змащений тальком або мильним розчином, при цьому необхідно звернути увагу на правильну по черговість контрасних шарів. Після цього зразки слід охолодити під краном проточною водою або на свіжому повітрі. Провести необхідні заміри висот зразків і зняти їх ескізи.

Провести осадження першого зразка на 1/4 висоти, другого на 1/2 висоти, третього на 3/4 висоти на лабораторному гідравлічному пресі зусиллям 70000 Н. після осадження зразки повинні бути розрізані в діаметральному напрямку струбциною і отримана картина повинна бути замальована. Особливу увагу потрібно приділити на різне викривлення шарів, зміну їх товщини, форму бокової поверхні.

РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

1. Згідно даних замірів вихідного свинцевого зразка визначити його об’єм.

2. По об’єму і висоті зразка після кожного переходу визначити приведену площу перерізу зразка.

3. Знаючи робоче зусилля і площу зразка визначити питомий опір деформації для кожного переходу:

р =

4. Знаючи площу перерізу визначити значення діаметра d і відношення d/h. дані всіх розрахунків записати до таблиці.

5. Побудувати графік залежності р= р(d/h).

6. Екстраполювати отриманий графік.

7. Згідно отриманого значення і відношенню d/h з таблиці визначити для випадків навантаження 25000, 40000, 50000, 70000, 95000 Н з формули (1) значення величини коефіцієнту тертя . Визначити її середнє арифметичне значення.

8. По отриманим значенням , _ср і d/h (з таблиці) побудувати криву залежності на графіку р= р(d/h).

9. Визначити роботу деформації на кожному переході (формула 2) А₁, А₂, А₃,… і записати в графу 10 таблиці.

10. Визначити сумарну роботу деформації для кожного наступного переходу:

A'=A₁, A"=A₁+A₂, A'"=A₁+A₂+A₃...

11. Визначити сумарну роботу деформації А_сум при осаджуванні (ф-ла 3) і порівняти її значення з А^[n], яка отримана в графі 11.

12. Визначити послідовно сумарну роботу деформування для кожного переходу по формулі 3, записати її в графу 12 і порівняти отримані значення з A', A'', A''' і т.д.

13. Побудувати графік сумарної роботи деформації послідовно для кожного переходу в залежності від ступеню деформації.

A_сум= A_сум ,

де – ступінь деформації.

нанести на цей графік значення A', A'', A''' і т.д.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Осадження. Схема напруженого стану і схеми деформування.

2. Контактне тертя. Його роль при осаджуванні. Вплив на питомий опір деформуванню.

3. Явище бочко утворення і налипання з боків.

4. Питомий опір деформації і фактори які впливають на нього.

5. Робота та питома робота деформації.

6. Як змінюється крива питомого тиску при збільшенні температури деформації.

7. Як змінюється крива питомого тиску при збільшенні швидкості деформації.

8. Яким чином може бути зменшена робота деформації при осаджуванні.

9. Чому при осаджуванні неможлива лінійна схема напруженого стану.

10. Чому при осаджуванні з великими ступенями деформації утворюються дольові тріщини на боковій поверхні зразка.

11. Чому питомий тиск Р значно збільшується в кінці деформації.

12. Яким чином можна визначити експериментальним шляхом коефіцієнт тертя при осадженні.

13. Як змінюється форма зразку в залежності від відношення його початкових розмірів .

14. Яким чином отримується формула Зібеля.

Таблиця

	D0 = мм			Н0 = мм		U = мм3			=			ср =
Зусилля Рп	Hп	Fпр	Питомий тиск експ. Р		d		d/h			Pрозр.	h		Aп	A[n]		Aсум
Н	мм	мм2	МН/м2		м					МН/м2	м		Нм	Нм		Нм	%
1	2	3	4		5		6	7		8	9		10	11		12	13
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500