книги из ГПНТБ / Маркович, Б. А. Шахтная металлическая крепь и способы ее массового производства

ных различий.

Крепи отличаются только следующими параметрами: типомпрофиля, из которого они изготовляются; радиусами изгиба;, длиной заготовки.

Крепь, применяющаяся в Кривбассе, отличается от крепи, для подготовительных выработок угольных и других шахт на­ личием двух радиусов изгиба в арке.

Основными технологическими операциями при производственесущих элементов крепи следует считать изгиб профиля в- форму арки или стойки. На заводах Советского Союза изгибпрофилей для крепи осуществляется в холодном состоянии.

На заводах химического машиностроения, судостроения, ва­ гоностроения, сельскохозяйственного машиностроения, котлостроения, автостроения и других отраслей промышленности ис­ пользуется метод холодного изгиба профилей как на серийном,, так и на специальном оборудовании, работающем на различ­ ных принципах, схемах и режимах.

Тем не менее изгиб профилей металлической крепи имеет ряд особенностей;

Изготовление арок металлической крепи связано с изгибомтяжелых профилей сложного сечения; элементы металлической крепи имеют большую кривизну и габариты. Изготовление кре­ пи является крупносерийным видом производства.

Анализ существующих методов изгиба профилей, которыехарактеризуются видами инструмента и оборудования, позво­ лил выделить восемь основных схем.

1.Изгиб профиля в инструментальных штампах на криво­

зь

пости как в сечении, так и по профилю изгиба (в плоскости изгиба). Указанный способ наиболее простой и не требует боль­ ших капитальных затрат, но он обладает следующими недо­ статками: а) ограниченный ход пуансона универсальных прес­ сов (как правило, всегда меньше глубины арки) требует не­ скольких ходов рабочего органа для полной формовки детали, т. е. характеризуется многоцикличиым процессом; б) сложность в осуществлении автоматизации и механизации, а следователь­ но, требует применения ручного труда; в) нестабильность окон­ чательных размеров изделия.

2. Изгиб профиля прокаткой на роликовых и копировально­ гибочных станках (см. рис. 16, в, г, д). Физическая сущность процесса заключается в том, что формообразование детали осу­ ществляется путем поперечного изгиба с одновременным пере­ мещением заготовок между деформирующими роликами, форма ручья которых согласуется с формой профиля заготовки.

Исследования процессов изгиба — прокатки изложены в ра­ ботах Е. Н. .Мошнина [47], М. Л. Лысова [39], А. Н. Громовой [16], В. А. Сахненко [77] и других авторов.

Гибка — прокатка профилей относится к моноцикличным процессам, что способствует применению ее в автоматизирован­ ных технологических процессах. Величина кривизны детали за­ висит от параметров настройки роликов.

В копировально-гибочных станках параметры настройки автоматически меняются, благодаря чему возможно получение деталей переменной кривизны.

Конструктивно все гибочные ротационные машины могут быть как с вертикальным, так и с горизонтальным расположе­

нием гибочных роликов.

В настоящее время металлическая крепь для угольных шахт, характеризующаяся относительно большими радиусами изгиба и большой длиной заготовки, изготовляется гибкой — про­ каткой.

Недостатками этого способа являются нестабильность раз­ меров и сложность получения деталей переменной кривизны.

3. Изгиб профиля в инструментальном штампе за один ход рабочего органа (см. рис. 16, е).

Этот способ предусматривает применение специальных ги­ бочных машин с большим ходом рабочего органа и характе­ ризуется моноцикличным процессом высокой производитель­ ности и, благодаря применению контурного пуансона, высокой точностью изгиба.

4.Свободный изгиб профиля (см. рис. 16, ж).

Вэтом случае форма готовой детали определяется схемой нагружения, причем радиус закругления пуансона всегда меньше радиуса перигея детали. Этот способ также относится

кмоноцикличным процессам, но он имеет большой недоста­

ток — точность гибки определяется постоянством мехаииче-

32

ских свойств материала. Этот способ широко распространен в

шей точностью. Но для его осуществления требуются довольно сложные специальные гибочные машины. В настоящее время

инструментальном штампе с роликовой матрицей за один ра­ бочий ход рабочего органа.

2. Процессы формообразования арок крепи

Изгиб профиля в форму арки сопровождается необратимы­ ми пластическими деформациями проката.

Многими исследователями [44, 45, 65] доказано, что слож­ ное напряженное состояние профилей, т. е. заготовок с соиз­ меримой высотой и шириной, молено считать одноосным. По­

изгибом, возможен при испытании стандартных цилиндриче­ ских образцов на растяжение с последующим получением истинных диаграмм растяжения, так как при одних и тех лее степенях деформаций при изгибе и растялеении им соответст­ вуют одинаковые напрялеения. ■

В процессе испытания образцов на растялеение на разрыв­ ной машине молено получить индикаторную диаграмму 'Р—AI,

Іо

деформациями при изгибе профиля являются такие, которые

Анализ истинных диаграмм растяжения иля кривых упроч­ нения показывает, что в отличие от упругой области, с линей­ ным соотношением а—б, в пластической области напряжения имеют нелинейную зависимость от деформации.

В настоящее время установлено и подтверждено многочис­ ленными опытами, что связь между напряжением и деформа­

где К и п — постоянные, определяемые опытным путем. . Этот или аналогичные ему законы были использованы мно­

шиным (27], М. М. Качановым [29, 30], М. М. Томленовым [85], Л. М. Лысовым [39], Р. А. Ржанициным [68].

Зависимость (21) имеет следующие достоинства:

1. Закон Г. Б. Бюльфингера достаточно прост, что значи­ тельно облегчает вычисления.

2. При К = £ и /г=1 зависимость (21) является законом Гу­ ка; при К —ат и /2= 0 — законом жестко пластического тела, что

структуру, термическое состояние и другие физико-механиче­ ские факторы материала.

Показатель степени п характеризует пластические свойства материала, так как он отражает и упрочнение материала и до­ пускаемую величину пластической деформации.

Из условия прохождения кривой упрочнения (см. рис. 15) через точки предела текучести и истинного предела прочности,

Таким образом, располагая диаграммой истинных напря­ жений, по которым определяются значения от, бт; SB и б в,

•определяем значение констант упрочнения.

деформацией в пластической области характеризуется выра­ жением

В сечении изогнутого профиля нормальные напряжения увеличиваются от нейтральной оси к крайним фибрам сечения профиля.

При степенях деформаций, не превышающих значений пре­ дела текучести материала, зависимость нормальных напряже­ ний от расстояния между рассматриваемыми волокнами до нейтральной оси выражается линейным законом плоских се­ чений

R

где z — расстояние от нейтральной оси до волокна; R — радиус изгиба.

36

Эта зависимость показана иа рис. 19, а.

По мере удаления от нейтральной оси величины деформа­ ций могут превышать значение предела текучести н здесь на­ рушается физическая линейность. Согласно Марковцу [43], где сделан вывод о том, что для всех степеней деформаций спра­ ведлива гипотеза плоских сечений, можно записать

Эта часть высоты профиля деформируется пластически.

Рис. 19. Распределение напряжений по высоте сечения профиля

Таким образом, наиболее общий случаи изгиба профилей является упруго-пластический изгиб с наличием упруго дефор­ мированной зоны и растянутой и сжатой пластическими обла­ стями (рис. 19, б). Такая схема предложена Надаи [60].

При увеличении кривизны, т. е. уменьшении радиуса изги­ ба, пластические области охватывают все большие и большие

все материалы, которые могут подвергаться изгибу, обладают упругостью, однако для практических целей при определенных параметрах профиля и радиусах изгиба можно говорить о чи­ сто пластическом изгибе (рис. 19, в). _

Для .определения величины погрешности при распростране­ нии пластического изгиба иа все сечение требуется знать ве­ личину границ упругого ядра в зависимости от радиуса изгиба.

Из выражений (26) и (27) считаем, что границей упругого ядра сечения является точка перехода, соответствующая ат= = S. Тогда

37

где rs — радиус упругого ядра. Произведя преобразования, получим:

По выражению (28) для профилей СВП17, СВП22 и СВП27 различных радиусов изгиба построен график для определения как величины упругого ядра сечений профилей (в миллимет­ рах), так и отношение его к высоте сечения в процентах

грешность распространения пластического изгиба на все сече­ ние "не превышает 2%' при радиусе изгиба около 100 см. По­ грешность для профиля СВП22 равна 90 см, для профиля СВП17 — 76 см.

Практически можно распространить пластический изгиб на все сечение профилей для СВП27 до радиуса 150 см, для СВП22 130 см, СВП17 — ПО см.

3. Влияние процессов холодного изгиба профилей на физические свойства материала

Из многочисленных работ русских, советских и зарубежных авторов известно, что в процессе пластических деформаций и после них механические и физические свойства большинства металлов меняются.

Как правило, повышаются характеристики прочности от, сгв, твердость, но вместе с тем снижаются свойства пластичности: 6 — относительное удлинение, ф — относительное сужение,

38

ударная вязкость; увеличивается склонность деформированных деталей к механическому старению, обусловливающего пере­ ход к хрупкому разрушению, интенсивной коррозии.

Это явление имеет важное значение для металлов и назы­ вается наклепом, или упрочнением, и объясняется теорией дисклокаций.

В работах М. А. Одинга, А. X. Котрелла и других авто­ ров отмечено, что скольжение в кристаллах при пластической деформации нельзя рассматривать как одновременный сдвиг одной части кристалла относительно другой по всей плоскости скольжения. Расчеты показывают, что для такого смещения требуется создать напряжения во много раз большие, чем это достигается на практике.

Поэтому предположили, что при сдвиге в каждый момент деформации происходит нарушение связей между атомами, расположенными вдоль плоскости скольжения, что обусловли­

представляют дисклокации. Наиболее характерные дисклокации краевые, когда число атомных плоскостей, расположенных вы­ ше и ниже плоскости скольжения, неодинаковые или винтовые, когда одна ч.асть решетки на некотором протяжении оказы­ вается сдвинутой на один параметр, относительно другой. Тогда механизм сдвига кристалла характеризуется движением дисклокации. В работе Э. Томсена, Ч. Янга и Ш. Кобояши сказано, что перемещение дисклокаций при сдвиге можно об­ разно сравнить с передвижением дождевого червя.

Усилие, необходимое для пластической деформации кри­ сталла, определяется наличием дисклокаций и возможностью их перемещений.

Если же дисклокации подходят к границам зерен или бло­ ков, то образуется их скопление. Для продолжения деформа­ ции нужно повысить внешнее усилие, что характеризует упро­ чение. Таким образом теория, дисклокации объясняет иаклеп металла при холодном деформировании.

Особым свойством наклепанного металла является его склонность к так называемому механическому старению, т. е. к изменению свойств металла, с течением времени к способно­ сти хрупкого разрушения. Процесс механического старения за­ ключается в постепенном стремлении перейти из зафиксиро­ ванной, менее устойчивой структуры перенасыщенного твердо­ го раствора в более устойчивое состояние. С течением времени из перенасыщенного твердого раствора выделяется избыточный

ционным сдвигам). Старение зависит от состава стали и тех­ нологии ее изготовления. Определение склонности стали к ме-

39