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
21
Рис. 4. Образец с клиновидно загнутыми краями после прокатки
Кроме рассмотренных случаев неравномерности деформации по ширине
можно привести следующие примеры. Если в алюминиевой пластинке вышабровать углубление, то после прокатки с большими обжатиями на месте вышабровки появятся поперечные разрывы (рис. 5, образец 1), так как в этом месте
действуют растягивающие напряжения. Если одну боковую кромку пластины
заострить, то после прокатки на ней появятся трещинки и разрывы (рис. 5, образец 2). Если на тонкий алюминиевый лист капнуть масла, то после прокатки
на этом месте появится волнистость (рис. 5, образец 3). Примером несимметричной неравномерности деформации по ширине может послужить прокатка
полосы трапецеидального сечения в параллельных валках, или же прокатка
равномерной по толщине полосы в валках, установленных непараллельно
(рис. 5, образец 4).
Неравномерность деформации по высоте.
Неравномерность деформации по высоте практически получается в результате неравномерного прогрева металла, а следовательно, различного сопротивления деформации слоев металла, а также в результате действия сил трения,
приложенных по контактным поверхностям. Кроме того, может иметь значение
неоднородность химического состава и строения металла, в частности его искусственная «многослойность» (биметалл). В качестве примера рассмотрим
22
Рис.5. Образцы после прокатки
неравномерно нагретый слиток, с более высокой температурой наружных слоев.
Нагретые слои как более мягкие деформируются в большей степени, чем
внутренние холодные. Это приводит к появлению дополнительных напряжений
сжатия в наружных слоях и напряжений растяжения во внутренних.
При большом перепаде температур по сечению слитка, большой степени
деформации и малой пластичности металла дополнительные напряжения растяжения могут вызвать разрывы внутренних слоев. Если слиток был нагрет по
сечению равномерно, а потом охлажден с поверхности, то появятся дополнительные напряжения сжатия во внутренних слоях и растяжения в наружных с
возможным появлением поперечных разрывов.
При деформации тела, составленного из металлов с разными механическими свойствами, в мягких слоях появятся дополнительные напряжения сжатия, а в твердых - растяжения. Если твердые слои имеют пониженную пластичность, то в них произойдут разрывы.
Неоднородность свойств может быть несимметричной по высоте, например, когда слиток нагрет с одной стороны до более высокой температуры, чем с
другой, или тело составлено из двух металлов. Это приведет к несимметричной
деформации по высоте. Несимметричная деформация вызовет большее обжатие
и вытяжку мягкого слоя, появление дополнительных напряжений и изгиб тела
23
вогнутостью на твердый слой и может привести к оковыванию одного из валков (рис. 6).
Рис. 6. Оковывание нижнего валка в следствии большей вытяжки верхней
части полосы по сравнению с нижней:
1 – горячий металл, мягкий; 2 – холодный металл, жесткий
Такой изгиб объясняет известное явление раскрытия («крокодила пасть»)
неравномерно нагретых плоских слитков цветных металлов при прокатке
(рис. 7). Это происходит при охлаждении поверхности слитков, имеющих пониженную пластичность средних слоев из-за скопления включений в процессе
кристаллизации.
Рис. 7. Расслоение алюминиевого слитка при горячей прокатке
Примером неравномерности деформации по высоте в данной работе является образец, состоящий из алюминиевой полосы, завернутой в свинцовую
24
полосу. При прокатке свинец получает большую вытяжку, так как обладает
меньшим сопротивлением деформации чем алюминий, и разрывает алюминиевую сердцевину. Данный опыт иллюстрирует случай прокатки непрогретого
слитка с относительно холодной сердцевиной.
2. Цель работы
Изучение неравномерности деформации при прокатке и ее влияние на
форму полосы.
3. Содержание и методика выполнения работы
Основными причинами, вызывающими неравномерное распределение
напряжений и деформаций в пластически обрабатываемом теле, можно считать
исходные формы тела и рабочего инструмента, контактное трение, неоднородность физических свойств обрабатываемого материала. Для ознакомления с
различными проявлениями неравномерного обжатия по ширине полосы служат
следующие опыты.
Опыт № 1. Из алюминиевых полос толщиной около 1,5 мм готовят образцы, у которых края сложены вдвое, причем ширина краев разная (от 5 до
22 мм) (рис. 8).
После прокатки в один проход с обжатием ~ 0,5 мм на образце (а) (рис. 8)
по краям появляется волнистость, на образцах (б, в) в середине появляются
трещины - скворечники. В результате неравномерной по ширине деформации
возникают напряжения разного знака по краям и в середине.
Опыт № 2. Прокатывают образец с разным соотношением толстых кромок и тонкой середины, загнув ее края, как показано на рис. 9 , на толщину
h=0,7-0,5.
Опыт № 3. Если прокатать полосу трапецеидального сечения в параллельных
валках, то в результате неравномерного обжатия по ширине полоса изогнется в
сторону меньшего обжатия. Такой же результат получается при прокатке рав-
25
номерной по толщине полосы в валках, установленных не параллельно (с перекосом).
Рис. 8. Образцы для прокатки с неравномерным обжатием по ширине
Рис. 9. Образец с разным соотношением толстой кромки и тонкой середины
Опыт № 4. Алюминиевую полоску размером 0,2×20×75 мм заворачивают
в свинцовую полосу размером 1x40x50 мм и прокатывают с межвалковым зазоров 1 мм. Затем разворачивают свинцовую обкладку и обнаруживают, что алю-
26
миниевая полоска разорвана на куски в результате больших растягивающих
напряжений.
Опыт № 5. Наложив свинцовую полосу размером 2×50×75 мм на алюминиевую того же размера и прокатав ее с обжатием ∆h=1 мм увидим, что свинцовая полоса загнулась вниз на алюминиевую в результате большего обжатия,
а, следовательно, и большей вытяжки (рис. 6). Этот опыт аналогичен прокатке
неравномерно разогретого слитка.
4. Содержание отчета по работе
1. Краткие сведения, поясняющие цель работы.
2. Нарисовать образцы до и после прокатки и эпюры внутренних напря-
жений.
3. Объяснить причины неравномерности деформации по ширине и высо-
те.
4. Объяснить появление надрывов, волн, серповидности на прокатанных
образцах с точки зрения напряженного состояния при прокатке.
На основании рисунка 6 объяснить процесс изгиба переднего конца заготовки последствия данного явления, а также способы его предотвращения и
устранения.
5. Указать схему напряженного состояния различных зон образцов при
прокатке.
5. Контрольные вопросы
1. Объясните причины неравномерности деформации по ширине и высо-
те.
2. Сформулируйте основные законы деформации: закон постоянства объ-
ема, закон подобия, закон наименьшего сопротивления, закон дополнительных
напряжений.
3. Что является причиной неравномерности распределения нормальных
напряжений в процессах ОМД и каковы последствия неравномерного распределения напряжений?
4) Как влияет трение на напряженное состояние?
27
5) Какое наибольшее значение могут принимать контактные касательные
напряжения? Зависит ли оно от принятого условия пластичности и напряженного состояния?
6) Перечислите схемы напряженного состояния металла в классификации
С.И. Губкина.
7) Перечислите схемы деформированного состояния металла в классификации С.И. Губкина.
28
Лабораторная работа № 4 «Проверка формулы Зибеля для осадки»
1. Общие положения
Одной из важнейших характеристик металла в процессах обработки дав-
лением является сопротивление деформации. Его определение необходимо при
расчете усилия и последующего выбора оборудования для осуществления деформации.
Целью работы является экспериментальное определение зависимости
усилия деформации от геометрических соотношений образца, т.е. проверка
формулы Зибеля.
Наиболее простой технологической операцией обработки металлов давлением является осадка между плоскими плитами, к которой с различной степенью приближения могут быть сведены процессы ковки, некоторые случаи
прокатки и т.д.
При осадке полосы между плоскими плитами (рис. 1) контактные силы
трения можно принять в соответствии с гипотезой Э. Зибеля пропорциональными пределу текучести, в виде
τ=μσт,
где μ – коэффициент трения, σт – предел текучести.
у σy
2 τ τ h
х
1
τ τ
b
Рис. 1. Схема осадки:
1 – плиты пресса, 2 – осаживаемая пластина
29
Если считать деформацию независящей от координаты Y, то задачу
n
d
dx
d
Тz
cx
h
T
z
h
b
с
Т
1
)(1 xb
h
Tz
σ
т
σ
z
b
τ
u
a
б
можно рассматривать как плоскую. Для плоской задачи дифференциальные
уравнения равновесия упрощаются допущением, что нормальные напряжения
зависят от одной координаты Х:
,
или после интегрирования
.
Т.к. постоянная интегрирования (при х=b; σz = σт ) равна
.
Следовательно,
Эпюры контактных нормальных (а) и касательных напряжений (б) для
рассматриваемого случая представлены на рис. 2.
.
Рис. 2. Эпюра нормальных контактных напряжений:
а – контактные нормальные; б - касательные
30
Среднее давление для случая осадки полосы при τ=μσт равно
h
b
Р
Т
2
1
h
b
Р
Т
4
1
h
d
Р
Тср
4
1
2
h
d
h
d
Р
Т
3
1
2
h
d
h
d
Р
ср
i
i
h
Н
dd
0
, (1)
При предельной величине коэффициента трения μ=0,5 формула имеет
следующий вид
, (2)
При осадке цилиндрического образца величину среднего давления можно
определить по формулам:
– при
– при осадке со смазкой или при
и μ>0; (3)
и μ=0,5. (4)
Таким образом, давление при осадке зависит от предела текучести (сопротивления деформации) металла, коэффициента трения и геометрии очага
деформации.
2. Порядок выполнения работы
Работа выполняется на цилиндрических образцах. Поэтому формулу (3)
можно представить в виде
. (5)
Коэффициенты α и β определим экспериментально. С этой целью осаживаем ступенчато с шагом 5-10кН. Количество ступеней должно составлять 7–8.
После каждой деформации фиксируется усилие, высота образца.
Диаметр и площадь контактной поверхности определяются из условия
сохранения объема
.
Давление металла на инструмент при деформации определяется по измеренному усилию
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]