Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория обработки металлов давлением. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов 3 курса очного и 4 курса очно-заочной форм об
.pdf
11
там, вследствие чего поперечное течение металла в сечениях, прилежащих к
τ τ τ τ Р
Р
плитам пресса, менее интенсивно, чем в более удаленных от плит сечениях. В
результате этого и образуется бочкообразность (при Н<3D). Величина бочкообразности зависит от сил трения. Если предположить, что коэффициент контактного трения равен нулю, то бочкообразность будет отсутствовать и деформация
образца будет равномерной по высоте. В реальных условиях τ>0, и, чем больше
его значение, тем больше будет бочкообразность. Максимальное значение бочкообразности и неравномерности деформации по высоте будет наблюдаться
при τ = τs (предельное значение τ).
Рис. 1. Бочкообразность при осадке
Другим проявлением закона наименьшего сопротивления при осадке является то, что при значительном обжатии поперечное сечение образца, отлича-
ющееся вначале от круга (например, квадратное, прямоугольное), стремится к
форме круга. Так как круг обладает наименьшим периметром среди прочих
равновеликих ему по площади фигур, то указанное проявление закона
наименьшего сопротивления носит название правила наименьшего периметра.
Физически правило наименьшего периметра можно объяснить следующим образом. Допустим (рис. 2) , что исходный образец имеет прямоугольное
12
hRl
1
А А L
В
Рис. 2. Схема течения металла при осадке
сечение, а коэффициент контактного трения изотропен (не зависит от направления). Тогда сопротивление частиц металла скольжению по поверхности плиты пресса пропорционально расстоянию от частицы до периферии образца. Минимальное расстояние будет в направлении нормали к периферии. Поэтому в
начальный момент большая часть металла смещается по стрелке А. При этом
размер образца в сечении, соответствующем L/2, будет увеличиваться быстрее,
чем в других направлениях и сечениях. По мере увеличения размера в этом
направлении сопротивление скольжению возрастает и сравнивается с сопротивлением скольжению в прочих направлениях. Фигурой, у которой расстояние от
цента до границы одинаково во всех направлениях, является круг. Поэтому по
мере увеличения деформации прямоугольное поперечное сечение перейдет в
круглое.
В процессе прокатки закон наименьшего сопротивления определяет соотношение между продольной и поперечной деформацией. Рассмотрим прокатку
на гладкой бочке (некалиброванные валки). На рис. 3 представлен очаг деформации для этого случая. Величина l , характеризующая протяженность очага
деформации в направлении прокатки, называется длиной дуги захвата и определяется формулой1
, (1)
где Δh=H–h – абсолютное обжатие, R – радиус валков.
Формула (1) легко получается из геометрических соотношений
13
R
ω
l
h H b
ΔB/2
B
Рис. 3. Схема очага деформации при прокатке (очаг заштрихован)
Протяженность очага деформации в поперечном направлении характеризуется средней шириной полосы b
=(В+b)/2, где В и b – ширина до и после
cp.
прокатки. Величина Δl=l1–L характеризует абсолютное удлинение, ΔВ=b–B –
уширение полосы. μ= Δl/L и β=LB/B характеризуют относительное удлинение
и уширение. Пусть φ характеризует отношение между продольной и поперечной деформацией, т.е.
. (2)
Тогда, рассуждая, как и в случае осадки, можно заключить из рис. 3, что
обжимаемый по высоте металл в очаге деформации будет течь в поперечном и
продольном направлениях, причем интенсивнее течение будет в том направле-
14
нии, в котором меньше сопротивление, т.е. меньше расстояние до границы го-
l
l
b b B
B
б
а
ризонтальной проекции очага деформации. Следовательно, если l<<B
ср.
(рис. 4, а), то сопротивление течению металлов в продольном направлении будет много меньше, чем в поперечном, и большая часть его будет смещаться в
направлении длины, удлинение будет большим, а уширение 0 малым. Если,
наоборот, B
<<l, то картина изменяется (рис. 4, б) и уширение будет больше.
ср.
Таким образом, соотношение между продольной и поперечной деформацией
зависит от отношения l/B, т.е. φ является функцией вида φ = φ(l,B)= φR,Δh,B).
Рис. 4. Схема горизонтальной проекции очага деформации и течений металла
а – при прокатке широкой полосы;
б – при прокатке узкой полосы
В заключение отметим, что для определения уширения имеется значительное число формул, полученных экспериментально или из геометрических
соотношений, которые, прежде чем применять для практических расчетов, следует критически проанализировать и выяснить допустимую область применения. Более подробно вопрос уширения рассмотрен в [2], [3].
15
4. Методика выполнения работы
Работа выполняется на прессе и на стане. На прессе три свинцовых образца (цилиндр, куб и параллелепипед) осаживаются в три приема с частными
обжатиями 2–3 мм до конечной толщины 1,5–2,0 мм. После каждого обжатия у
цилиндрического образца измеряется бочкообразность как разность между поперечными размерами в плоскости, соответствующей (примерно) половине высоты, и в плоскости основания. После осадки кубического образца и параллелепипеда зарисовывается форма поперечного сечения: образец накладывается
на бумагу и обводится.
На стане для работы используются образцы (5–6 штук) длиной L = 50–60
мм, толщиной Н=2–3 мм и шириной В= 4–30мм. Размеры образцов перед прокаткой и после измеряются. Прокатка осуществляется при одном положении
нажимного устройства, соответствующем обжатию 1–1,5 мм. Настройка стана
осуществляется с помощью лаборанта или преподавателя. Для облегчения захвата один конец образца затачивается или сплющивается. Подача образца в
валки осуществляется с помощью металлической или деревянной планки, которой подталкивается образец.
По начальным и конечным размерам образцов вычисляются абсолютные
и относительные обжатия, уширения и удлинения. Вычисляется средняя ширина. Определяется по формуле (1) длина дуги захвата, при этом учитывается, что
радиус валков лабораторного стана 90 мм. Для каждого образца определяется φ
по (2) и отношение l/B
. По этим данным строится график φ = φ(l/Bср).
ср.
5. Содержание отчета
1) Результаты замеров бочкообразности и вид поперечного сечения образцов
при осадке с указанием степени деформации.
2) Таблица с результатами, полученными при прокатке следующего вида.
3) График φ = φ(l/Bср), его пояснение и анализ.
16
Таблица 1
№ об-
разца
Н,
мм
В,
мм
L,
мм
h,
мм
b,
мм
l1,
мм
H
h
L
B
L
l
hRl
B
cp.
,
мм
φ
.cp
B
l
1 2
.
Результаты прокатки образов
6. Контрольные вопросы
1) Из-за чего образуется бочкообразность при осадке? Как её величина зависит
от коэффициента трения?
2) Как формулируется и обосновывается правило наименьшего периметра?
3) Зависит ли уширение от обжатия? Если да, то как и почему?
4) Зависит ли уширение от радиуса валков? Если да, то как и почему?
5) Зависит ли уширение от толщины полосы? Как? Почему?
6) Зависит ли уширение от ширины полосы? Как? Почему?
7) Велико ли будет уширение при прокатке на листовом стане, если R= 200 мм,
Н=2 мм, h= 1 мм, b= 1000 мм?
17
Лабораторная работа № 3 «Неравномерность деформации»
1. Общие положения
В общей теории прокатки во многих случаях рассматривается процесс в
условиях равномерного обжатия полосы: цилиндрическая форма валков, прямоугольное сечение полосы и постоянная толщина полосы по всей ширине до и
после прокатки. Однако в действительности даже при прокатке прямоугольных
полос в цилиндрических валках имеется лишь небольшое приближение к равномерному обжатию, а в большинстве случаев заведомо имеются отклонения
от равномерного обжатия.
Неравномерность деформации может быть обусловлена нецилиндрическими очертаниями рабочих поверхностей валков (прогиб и радиальное сжатие
цилиндрической бочки, влияние разогрева бочки, прокатка в ручьях сложного
очертания), неравномерным сечением прокатываемой полосы (например, плющение круглой заготовки в цилиндрических валках) и действием этих факторов
одновременно.
Различные случаи прокатки в порядке усложнения условий процесса (с
переходом от симметричных к несимметричным схемам) классифицированы
И.М. Павловым следующим образом (рис. 1). Кроме указанных имеется ещё
очень много других случаев, относящихся к той или иной типовой схеме.
На рис.1, б показана схема плющения проволоки, неравномерность деформации обусловлена формой заготовки; обжатие максимально по оси симметрии и уменьшается к краям заготовки. На рис.1, в представлена схема прокатки заготовки квадратного сечения в калибре овальной формы. Здесь деформация по ширине неравномерна из-за переменной высоты калибра при постоянной высоте заготовки; абсолютные относительные обжатия минимальны на
оси симметрии и увеличиваются по краям калибра. На рис. 1, г показана схема
прокатки овальной заготовки в квадратном калибре. Неравномерность деформации здесь обусловлена совместным действием формы калибра и заготовки.
18
Рис.1. Классификация различных случаев прокатки по И.М. Павлову
Неравномерность деформации вызывается также неоднородностью пластических свойств обрабатываемого металла. Такая неоднородность может являться следствием нескольких причин, в частности: различия в химическом составе отдельных зон полосы (например, прокатка биметалла), неравномерного
распределения температур по сечению полосы (слиток, захоложенный с поверхности, непрогретый слиток и др.) действия объемного напряженного состояния (усугубленного возле контактных поверхностей и ослабленного к середине полосы).
В практике обычно имеется несколько факторов, вызывающих неравномерность деформации, причем их действие суммируется. Вне зависимости от
причин, вызывающих неравномерность деформации, в проявлении последней
имеется много общего, что дает возможность установить некоторые законы.
Основным фактором при всякой неравномерной деформации является
взаимное влияние отдельных частей полосы друг на друга, обусловленное
наличием непосредственной связи между ними и действием внешних неподатливых концов полосы. При отсутствии двух последних факторов эти отдельные
части получали бы «естественные вытяжки» в соответствии с обжатием в данной зоне. В действительности же из-за выравнивания естественных вытяжек
19
полоса получает некоторую общую длину, причем могут развиваться следующие явления:
а) в зонах большого обжатия вытяжка сокращается с появлением сжимающих напряжений в продольном направлении и с усилением течения металла в
поперечном направлении («вынужденное уширение»); избыток металла может
проявиться в форме волнистости, складок и пр.;
б) в зонах пониженного обжатия вытяжка принудительно возрастает
(против своей естественной величины) с возникновением растягивающих продольных напряжений и с некоторым ослаблением течения металла в направлении ширины полосы или даже с течением в обратную сторону («вынужденная
утяжка»); под влиянием продольного растяжения возможно образование поперечных разрывов, трещин и пр.;
в) при отсутствии симметрии неравномерность деформации может проявляться в виде разного рода искривлений полосы (серповидность) с приближением местных вытяжек к их естественным значениям; подобное явление может наблюдаться в некоторых случаях и при симметричной неравномерной деформации (образование двух усов с продольным разделением полосы (рис.2)).
Рис.2. Усы
Явление «вынужденного уширения» «вынужденной утяжки» обнаруживается особенно резко в некоторых случаях ручьевой прокатки (уширение подошвы рельса в ребровом калибре и прокатке.).
20
Неравномерность обжатия по ширине.
Если взять пластину и загнуть края внутрь, не доводя их до соприкосновения, то при прокатке пластина с точки зрения неравномерности деформации
разобьется на три части: в крайних частях вытяжка будет вдвое больше, чем в
средней. Влияние первых частей на последнюю выразится в сильнейшем её
растяжении, а сами крайние части будут воспринимать со стороны средней части сжимающее в направлении вытяжки действие. При столь сильной неравномерности в обжатии (1:2) обязательно произойдут разрывы или образуется волнистость в соответствующих зонах полосы (см. рис. 3), если края будут много
шире середины, то в ней появятся трещины (скворечники) (рис.3, образцы 2 и
3), если наоборот середина будет шире загнутых краев, то они дадут волну
(гофр) (рис.3, образец 1 ).
Рис. 3. Образцы, полученные при прокатке в лаборатории
Если края пластины загнуть клиновидно, с линейным переходом их ширины от нуля до половины ширины полосы, то при прокатке такой пластины
(рис. 4 и рис. 3 образец 4) наблюдается последовательный рост ширины середины по отношению к краям, соответственно разрывы середины (участок А)
сменятся гофрированием краев (участок С). Промежуточный участок полосы
(В) будет соответствовать равенству сопротивления краев на продольный изгиб
и прочности середины на разрыв (по всей ширине частей).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]