книги из ГПНТБ / Дзугутов, М. Я. Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением

готовки в бойках с а = 1 3 5 ° по схеме рис. 101 напряже­ ния с положительным знаком пе возникают при всех опробованных степенях частных обжатий. Наоборот, та­ кая ковка во всех случаях.приводила к закрытию щели, образованной в исходной заготовке [30]. Однако про­ тяжку заготовки по схеме рис. 101 самого начала об­ жатия осуществить в промышленных условиях затруд­ нительно. Чаще всего состояние, отвечающее этой схе­ ме, достигается лишь к моменту окончания единичного обжатия, до наступления которой могут образоваться внутренние разрывы.

Напряжения и разрывы при деформировании круглой заготовки в круглых вырезных бойках

Круглые вырезные бойки характеризуются углом развала а и радиусом закругления фигуры Гф в отличие от радиуса деформируемого цилиндра (заготовки) ,гц.

Возможны три основных варианта (схемы) ковки круглой заготовки в круглых вырезных бойках (рис. 102):

а

181

При ковке по первому варианту средняя часть фи­ гуры бойков, имеющая закругление, в деформировании цилиндра (заготовки) не участвует. Поэтому схема де­ формирования, распределение дополнительных напря­ жений II характер напряженного состояния аналогичны тем, которые имеют место при ковке круглой заготовки в двух угловых вырезных бойках (рис. 100). Схема на­

гие. 103. Условная глубина проникновения деформации:

б- ' Ѵ >Ч

пряженного состояния элементарных частиц, располо­ женных в плоскости, взятой - нормально к оси заготов­ ки, определяется величинами угла развала бойков а и единичного обжатия. При угле развала, не превышаю­ щем 110°, ковка по данной схеме обеспечивает получе­ ние плотной круглой заготовки.

При ковке по второму варианту схема напряженного состояния элементарных частиц, расположенных в пло­ скости, взятой нормально к оси заготовки, определяется также величинами угла развала и единичного обжатия.

При а = 9 0 ° длина контактной поверхности аб (рис. 103, а) составляет одну четвертую часть длины окружности заготовки. При этом сжимающее действие внешней силы распространяется до осевой зоны заготов­ ки и возникновение растягивающих напряжений практи­ чески исключено. Элементарные частицы в любой части плоскости, взятой нормально к оси заготовки, находят­ ся в состоянии объемного сжатия независимо от величи­ ны единичных обжатий. Поэтому образование внутрен-

182

-них разрывов при ковке заготовки по данной схеме ис­ ключено.

По мере увеличения угла развала бойков длина кон­ такта (линии ав и вг) уменьшается. Одновременно уменьшается и глубина проникновения действия внеш­ него трения. При сх->-180о условия деформирования при­ ближаются к деформированию круглой заготовки на плоских бойках. Во избежание внутренних разрывов

угол развала бойков не должен превышать 110°.

В производственных условиях ковку по второму ва­ рианту применяют лишь для округления заготовки или других целей, не связанных со значительным измене­ нием ее диаметра.

При значительном уменьшении сечения заготовки до­ стигаются условия деформирования, соответствующие третьему варианту ковки (см. рис. 102, в). Таким обра­ зом, при значительных обжатиях второй вариант ковки можно рассматривать как промежуточный (переходной) между первым и третьим.

При ковке круглой заготовки по третьему варианту в ней возникают внутренние радиальные растягивающие напряжения. Схема деформации и условная глубина проникновения деформации при ковке круглой заготов­

напряжений здесь обусловливается уменьшением шири­ ны контактной поверхности по сравнению со вторым ва­ риантом. Она уменьшается по мере увеличения разности

ГФ — г ц-

Одновременно уменьшаются глубина проникновения пластической деформации и сжимающее действие внеш­ ней силы, вследствие этого возрастают внутренние ра­ диальные растягивающие напряжения и увеличивается возможность образования внутренних разрывов. Умень­ шается также величина критического обжатия ет.к.

Эти выводы подтверждаются исследованиями [32]. На рис. 104 показаны изохромы и эпюры напряжений, полученные при обжатии цилиндра в плоских и фасон­ ных бойках с различной шириной контактной поверхно­ сти. По мере возрастания ширины контактной поверх­ ности внутренние растягивающие напряжения уменьша­ ются. Однако вызывает сомнение то обстоятельство, что при ширине контактной поверхности 0,25 nD (а=90°) на представленных изохромах внутренние растягиваю-

183

ідие напряжения еще сохраняются. Этот вывод нужда­ ется, очевидно, в дополнительной проверке. В наших опытах он не получил подтверждения.

Ковку (обкатку) круглой заготовки легированной стали по третьему варианту (см. рис. 102, в) проводить не следует.

Известно, что чем больше угол развала бойков (круг­ лых или вырезных), тем они универсальнее, тем больших степеней обжатия можно достигать в них, тем реже их надо менять. Однако выбор угла развала бойков следу­ ет производить в первую очередь с учетом схемы напря­ женного состояния деформируемой заготовки.

В табл. 13 приведены размеры фигур круглых вырез­ ных бойков для ковки слитков и цилиндров различного диаметра. Ковка в таких бойках обеспечивает получе­ ние цилиндров с плотной осевой зоной, без образования внутренних разрывов независимо от степени однознач­ ных обжатий. Вместе с тем ковка в таких бойках спо­ собствует и завариванию металлургических дефектов слитка.

186

Экспериментальная проверка зависимости образования внутренних разрывов от схемы деформирования

Для проверки условий деформирования цилиндра ковкой по различным схемам исследовали образцы из вы­ сокопрочной аустенитной стали ЭИ69, склонной к об­ разованию внутренних разрывов. Образцы круглой фор­ мы имели диаметр 130 мм и высоту 30—40 мм. Перед ковкой их нагревали до 1150— 1160° С . Ковку металла производили по следующим схемам:

1)на плоских бойках;

2)в верхнем плоском бойке и нижнем вырезном с уг­ лом развала а= 1 2 0 °;

3)то же, но при угле развала сс=100°;

По каждой схеме степень деформации образцов со­ ставляла 8—40%- Для подсчета степеней деформации образцы замеряли до и после деформации. Деформиро­ вание образцов производили малыми частными обж а­ тиями.

Степени деформации определяли по формуле [(D i— - D 2)/D,]100% .

После осмотра образцы разрезали вдоль оси, чтобы изготовить продольные макрошлифы. Результаты опы­ тов показаны на рис. 105, на котором изображены эски­ зы образцов с указанием исходных (пунктирные линии) и полученных после обкатки размеров, а также нанесе­ ны относительные размеры образовавшегося внутренне­ го разрыва. Слева показан наружный вид торцовой по­ верхности, а справа — разрез деформированного образ­ ца вдоль его оси.

Н а основании проведенных опытов можно сделать следующие выводы.

1. Ковка цилиндрических образцов на плоских бой­ ках приводит к возникновению внутренних разрывов при ет.кі раньше, чем ковка по любой другой схеме. Внутрен­ ние разрывы сопровождаются образованием лунок в торцах образца, уменьшением длины его оси в резуль­ тате истечения металла из осевой зоны в периферийную.

187

Рнс. 105. Зависимость образования внутренних разрывов

1S

км круглых заготовок высокопрочных й малонластичнык

сталей.

Для рассмотренных схем деформирования с по­ мощью малых частных и однозначных обжатий справед­ ливо неравенство:

^т.кі Д 6Т.К2 < е т.кЗ < Ёт.к4-

Величина однозначного обжатия

По знаку возникающих в начальный период однознач­ ного обжатия напряжений все рассмотренные выше схе­ мы деформирования можно разделить на три группы.

1 Схемы, с помощью которых в начальный период деформирования тела возникают внутренние напряже­ ния положительного знака, способные приводить на определенной стадии деформирования к образованию внутренних разрывов путем отрыва, если материал тела не обладает необходимым запасом пластичности. Р ас­ тягивающие напряжения имеют максимальное значение в начальный период обжатия, затем постепенно умень­ шаются и на определенной стадии меняют знак; даль­ нейший процесс однозначного обжатия завершается на­ пряжениями отрицательного знака.

2. Схемы, с помощью которых в деформируемом те­ ле с самого начала однозначного обжатия и до его окон­ чания возникают и действуют внутренние напряжения отрицательного знака, возникновение внутренних разры­ вов путем отрыва не происходит.

3. Схемы,^которые способствуют возникновению в де­ формируемом теле зон концентрации значительных ска­ лывающих напряжений, которые приводят к нарушению сплошности тела путем механизма среза, если мате­ риал тела не обладает достаточным запасом пластич­

резке Д/г. Виды получаемых внутренних разрывов в ма­ лопластичных сплавах см. рпс. 64;

191

начальный период однозначного обжатия квадратной заготовки в угловых бойках по схеме рис. 65, б. Вид внутреннего разрыва показан на рис. 65, г;

начальный период сбивания углов квадратной заго­ товки па плоских бойках большими подачами, до стадии образования восьмигранника (рис. 97, б);

заготовки в верхнем плоском и нижнем угловом бойках (см. рпс. 98). Внутренние разрывы, возникающие при этом, показаны па рпс. 99;

начальный период однозначного обжатия круглой за­

внутренних разрывающих напряжений, которые не при­ водят к образованию внутренних разрывов в случае ков­ ки слитков, заготовок и поковок из пластичных и высокопластнчных сталей, по они могут возникать в случае ковки этих тел, если они состоят из труднодеформируемых сталей и сплавов.

После окончания первого периода однозначного об­ жатия тела внутренние растягивающие напряжения уст­ раняются и второй период этого обжатия по перечислен­ ным схемам сопровождается устранением растягивающих напряжений и возникновением внутренних напряжений противоположного, отрицательного знака, исключающих в дальнейшем возможность образования внутренних разрывов путем отрыва и способствующих завариванию внутренних разрывов, которые могли образоваться в на­ чальный период однозначного обжатия.

Ко второй группе относятся схемы, по которым про­ водится :

осадка цилиндрического тела с отношением H/d^C 1,0; деформация восьмигранной заготовки в двух угло­

вых бойках с углом развала « 135°;

192