Методические указания к лабораторным работам №1-5 по дисциплине «Металлургические технологии 3»

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 инстру-

мента и заготовки, сродства материалов инструмента и материала заготовки и т.д. При высоких и одинаковых по всей поверхности контакта значениях коэф-

фициента трения направления наименьшего сопротивления (преимущественно-

го течения) могут быть определены по правилу кратчайшей нормали: переме-

щения 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 (рис. 1) любое поперечное сечение образца и поверхность контакта могут быть условно разделены на 4 области преимущественного течения металла: две треугольные, ограниченные биссек-

трисами углов, и две трапецеидальные области. Наибольшие перемещения объ-

ёмов металла будут происходить в направлении наибольшей длины.

Р

Рис. 1. Изменение формы заготовки при осадке

11

По мере увеличения деформации форма прямоугольного поперечного се-

чения будет изменяться, приближаясь к форме эллипса, а затем к форме круга.

Силы трения на поверхностях контакта осаживаемой заготовки и инстру-

мента вызывают неравномерность течения металла, возникновение зон затруд-

нённого и интенсивного течения. Это приводит к бочкообразованию – искрив-

лению наружной боковой поверхности. Бочкообразование нежелательно, так как ведёт к перерасходу металла или к дополнительным затратам на выравни-

вание боковой поверхности поковки, а также к образованию трещин из-за воз-

никновения 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 прямо-

угольным поперечным сечением. Провести осадку каждой заготовки на 4 мм.

Определить размеры поковок и зарисовать их в двух проекциях. Повторить опыт, осадив поковки ещё на 4 мм. Результаты измерений занести в табл. 1.

Сделать вывод о влиянии величины деформации на форму поковок.

Толщина, Н

Ширина, B

Длина, L

Примечание: «0» – исходные размеры заготовки.

12

Контрольные вопросы

1.Последовательность операций при протяжке.

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

3.Закон наименьшего сопротивления.

4.Правило кратчайшей нормали.

5.Как влияет трение на форму поковки?

6.Причина бочкообразования.

7.Последовательность операций при протяжке.

8.Какие факторы влияют на бочкообразование?

9.Роль трения в процессе ковки.

10.Как снизить коэффициент трения при ковке?

Лабораторная работа № 3 (3 часа)

Неравномерность деформации

Цель работы: изучение неравномерности течения материала заготовки при обработке металлов давлением.

Приборы, материалы и оборудование

1.Разрывная машина с усилием не менее 5 кН.

2.Пресс-формы.

3.Цветной пластилин.

4.Измерительные инструменты: штангенциркуль, линейка.

5.Нож для разрезания пластилина.

13

Общие сведения Прессованием называют процесс выдавливания металла заготовки из за-

мкнутой полости инструмента (контейнера) через отверстие матрицы с площа-

дью меньшей, чем площадь поперечного сечения заготовки.

Прессованием получают длинные изделия различного профиля, в том числе полые (рис. 1).

Прессование выполняют двумя методами – прямым и обратным.

При прямом методе прессования (рис. 1а) заготовку 1 укладывают в по-

лость контейнера 2. Давление пресса передаётся на заготовку пуансоном 3 че-

рез пресс-шайбу 4. При этом металл вынужден выдавливаться через матрицу 5,

укреплённую в матрице-держателе 6. Обычно выдавить полностью из контей-

нера весь металл заготовки не удаётся. Часть металла, остающуюся в контейне-

ре, называют пресс-остатком. Этот металл удаляется отрезкой.

При обратном методе прессования (рис. 1б) контейнер 2 закрыт с одного конца упорной шайбой 7, а давление пресса передаётся через полый пуансон 3 с

укреплённой на нём матрицей 5 на заготовку 1, металл которой течёт навстречу движению матрицы с пуансоном. Если при прямом методе прессования металл при перемещении встречает сопротивление вследствие трения о матрицу и стенки контейнера, то при обратном методе трение возникает только при пере-

мещении металла через матрицу. Поэтому усилие при обратном методе прессо-

вания на 25-30 % меньше, чем при прямом. Кроме того, обратный метод прес-

сования более экономичен по расходу металла, чем прямой.

Прессование труб (рис. 1в) и других полых изделий осуществляют по прямому методу с помощью иглы 8.

Прессованием получают прутки диаметром 3-250 мм, трубы диаметром до 800 мм с толщиной стенки от 1,5 мм и более. Прессованием можно получать изделия из малопластичных, труднодеформируемых сплавов, которые нельзя получать другими способами обработки давлением. По производительности прессование из всех видов обработки давлением уступает только прокатке.

14

а

б

в

Рис. 1. Виды продукции и методы прессования

Для прессования используют чёрные и цветные металлы и сплавы в виде слитков, литых и предварительно деформированных кованых или катаных заго-

товок диаметром до 500 мм и длиной до 1200 мм. Чёрные металлы и сплавы прессуют в горячем состоянии, цветные - как в горячем, так и в холодном со-

стоянии. При прессовании металл подвергается всестороннему неравномерно-

му сжатию и поэтому имеет высокую пластичность. В этих условиях для прес-

сования металла требуются большие усилия.

Величина деформации характеризуется коэффициентом вытяжки. Коэф-

фициент вытяжки – отношение площади поперечного сечения заготовки F1

(контейнера) к площади поперечного сечения изделия F2 (отверстия матрицы):

15

F1

F 2 .

Обычно значение при прессовании находится в пределах 8-50.

На поверхности контакта заготовки и контейнера действуют силы трения,

препятствующие равномерному течению металла заготовки. Поэтому в углах,

около отверстия матрицы, образуются застойные зоны. По объему заготовки материал также течёт неравномерно. Для снижения коэффициента трения при-

меняется смазка.

Достоинства процесса прессования:

- получение изделий из малопластичных, труднодеформируемых сплавов,

которые нельзя получать другими способами обработки давлением;

-получение полых изделий за одну операцию;

-самый производительный способ обработки давлением после прокатки;

-высокая точность геометрических размеров изделия.

Недостатки:

-ограниченный размер изделий;

-высокое усилие прессования.

Методика выполнения работы Из пластилина разных цветов приготовить круги толщиной 3-4 мм и диа-

метром 18-19 мм, которые затем собрать в цилиндр длиной (высотой) 9-12 мм

(рис. 2), чередуя цвета. Извлечь из пресс-формы для прямого прессования мат-

рицу. Цилиндр из пластилина поместить внутрь разрезной матрицы. Матрицу с пластилином поместить в контейнер для прямого прессования и осуществить прессование. При этом зафиксировать усилие прессования.

После прессования пластилин извлечь из матрицы и разрезать по про-

дольной оси. Полученную картину течения пластилина зарисовать. Определить коэффициент вытяжки.

16

Аналогично провести прессование в пресс-форме для обратного прессо-

вания.

Сравнить полученные значения усилия прямого и обратного прессования.

Сделать вывод о течении материала при прямом и обратном прессовании.

тёмный

светлый

тёмный

Рис. 2. Схема заготовки для прессования

Контрольные вопросы

1.Назначение матрицы.

2.С какой целью на поверхность контейнера наносят смазку?

3.Методы прессования.

4.На каких поверхностях действуют силы трения при обратном прес-

совании?

5.Что такое пресс-остаток?

6.Достоинства прессования.

7.Недостатки прессования.

8.В чём различие между прямым и обратным прессованием?

9.Равномерно ли течение металла по объёму контейнера при прессова-

нии?

10.Что такое застойная зона?

11.Изменяется ли картина течения металла при обратном прессовании прутка по сравнению с методом прямого прессования?

12.Какие материалы подвергают прессованию?

17

Лабораторная работа № 4 (3 часа)

Условие захвата

Цель работы: изучение влияния контактного трения на захват заготовки

валками стана.

Приборы, материалы и оборудование

1.Листовой прокатный стан 200.

2.Образец размером 10×30×50 мм с перпендикулярными гранями.

3.Измерительные инструменты: штангенциркуль, линейка.

Общие сведения Прокатка является наиболее высокопроизводительным способом обра-

ботки металлов давлением. Этим способом изготавливается около 90% метал-

лопродукции.

Листовая прокатка относится к продольной прокатке, когда пластическая деформация осуществляется между вращающимися в разные стороны валками,

имеющими форму гладких цилиндров (рис. 1). При прокатке справедлив закон постоянства объёма: объём тела до деформации равен его объёму после дефор-

мации.

В

Н

Рис. 1. Листовая прокатка

18

Листовая прокатка – процесс, при котором прямоугольная в поперечном сечении заготовка под действием сил трения втягивается в зазор между враща-

ющимися валками прокатного стана (рис. 2) и пластически деформируется ими с уменьшением поперечного сечения и увеличением длины. Для осуществления процесса прокатки должно выполняться условие свободного начального захва-

та полосы.

Рис. 2. Условие захвата

Захват называется свободным или естественным, если заталкивающая си-

ла Q, с помощью которой полоса подводится к валкам, мала и не вызывает зна-

чительного смятия кромок. Такой захват чаще всего встречается на практике.

В точках касания А со стороны валков на полосу действуют силы нор-

мального давления N и силы трения Т, которые стремятся втянуть полосу в зев валков, а силы нормального давления препятствуют этому. Величина силы Q

роли не играет, потому что с увеличением силы Q будет возрастать и сила N.

Возможность захвата зависит от соотношения втягивающих и отталкивающих сил. Для осуществления захвата необходимо, чтобы горизонтальные составля-

19

ющие сил трения ТX были больше горизонтальных составляющих сил нормаль-

ного давления NX или равны им:

где f – коэффициент трения при скольжении кромок полосы по валкам, называ-

емый коэффициентом трения при захвате.

Тогда условие свободного захвата

tg f.

Учитывая, что f = tg , где – угол трения, то условие захвата примет вид

.

Таким образом, чтобы произошёл захват полосы валками, угол захвата должен быть меньше угла трения или равен ему. Из формулы видно, что пре-

дельная величина угла захвата зависит от величины коэффициента трения. Чем больше коэффициент трения, тем выше захватывающая способность валков.

Методика выполнения работы

Измерить высоту Н, ширину В, длину L алюминиевого образца (заго-

товки). Свести валки в «забой» и по продуктиметру определить «нулевое» положение Z0, при котором зазор между валками отсутствует. Подвести образец к валкам до соприкосновения. Зазор между валками плавно увели-

чивать до момента захвата образца. Записать показания продуктиметра.

После прокатки провести измерения толщины h, ширины b и длины l про-

ката. Зарисовать геометрическую форму проката в трёх проекциях.

20