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
31
i
i
срi
d
P
Р
2
4
,
№
опыта
Р, кН
h, мм
d, мм
Рср, кПа
d/h
d/h·Рср, кПа
ср
Р
~
, кПа
0
1
2
.
. .
N
i 1
h
d
Р
ср
~
ср
Р
~
где Рi – усилие, соответствующее окончанию деформации при i-ом обжатии.
Экспериментальные данные заносим в таблицу.
Таблица 1
Экспериментальные результаты и их обработка
В результате статистической обработки полученных результатов (см. методические указания) определяем значения σт и μ. Необходимо дать анализ полученных результатов.
3. Содержание отчета
1. Краткое содержание проверяемых в работе теоретических сведений.
2. Результаты лабораторных исследований и соответствующие вычисле-
ния. Результаты вычислений сводятся в таблицу 1.
3. После заполнения таблицы 1 определить коэффициент корреляции
между d/h и Рср и оцепить его значимость (рекомендуется использовать таблицы 1-3 из работы №1).
4. Определить коэффициенты α и β (6), т.е. регрессию Рср по d/h :
5. Определить доверительные интервалы для α, β,
.
.
32
6. Определить оценки К* и μ* по α и β и вычислить по полученной ре-
LсрР.
~
грессии для условий опытов
, которые записать в таблицу 1.
7. Дать анализ полученных результатов.
4. Контрольные вопросы
1. Что влияет на давление при осадке?
2. Нарисовать эпюру σу, σх, σху.
3. Как будут изменяться эпюры с изменением d/h?
4. В чем физическая сущность влияния отношения d/h на давление осадки?
5. Как изменится коэффициент корреляции между Рср и d/h, если принять
коэффициент трения μ=0?
33
Лабораторная работа № 5 «Оценка коэффициента трения и его влияния на
усилие осадки»
1. Общие положения
При перемещении одного тела по поверхности другого возникает сопротивление, называемое внешним трением. Для преодоления внешнего трения
необходима сила трения.
При обработке металлов давлением на контактной поверхности металла с
инструментом характерно трение скольжения, которое имеет отличительные
количественные и качественные особенности от трения скольжения в узлах
машин.
Трение в процессах обработки металлов давлением в большинстве случаев нежелательно. Исключение составляет процесс прокатки, т.к. только при
наличии трения возможен захват металла валками. С этой целью на обжимных
станах иногда применяют насечку валков, что позволяет обеспечить надежный
захват полосы и увеличить абсолютное обжатие заготовки.
Отрицательное влияние трения на процессы обработки металлов давлением проявляется главным образом через схему напряженного состояния. При
отсутствии трения схема напряженного состояния для многих процессов ОМД
была бы линейной. В этом случае давление не превышало бы сопротивления
деформации.
В реальных процессах обработки металлов давлением трение приводит к
формированию объемной схемы напряженного состояния, что проявляется в
повышении усилия деформации, неравномерности деформации и т.д. Трение
приводит к износу инструмента.
Учитывая, что трение зависит от целого комплекса факторов (температура, химический состав, состояние поверхности и др.) износ инструмента
(например, валков) различен по ширине полосы. Это усугубляет неравномерность деформации.
34
Все выше сказанное определяет значительное внимание как к вопросам
мм
Н
max
max
*P
Р
мм
мм
*h
h
изучения величины коэффициента трения и способов его снижения, так и оценке влияния коэффициента трения на энергосиловые параметры процессов ОМД.
2. Цель работы
Целью работы является экспериментальная оценка коэффициента трения
и его влияния на усилие осадки.
3. Содержание и методика работы
Работа выполняется на разрывной машине путем осаживания образцов из
свинца или алюминия. Размеры образцов: диаметр 10 мм и высота 10–12 мм.
Образцы осаживаются с постоянной скоростью перемещения бойка на
величину суммарной абсолютной деформации по высоте на 6–8мм. Первый образец осаживается между шероховатыми бойками, второй – между гладкими
бойками, третий – между гладкими бойками со смазкой.
В процессе осадки производится запись зависимости усилия от обжатия
(перемещения бойка).
После осадки всех трех образцов производится масштабирование записи
усилия и обжатия:
– полный диапазон изменения усилия Р
бумаге Р*
где Р
– усилие деформирования в конце осадки (Н); Р*
max
, откуда Мр=
max
;
соответствует записанному на
max
– максимальное от-
max
клонение самописца (мм).
Аналогично определяется μh=
,
где Δh– разность высот образца до и после деформации;
Δh*– отклонение самописца.
Зная масштабы, текущее значение усилия и высоты образца легко определить по диаграмме.
35
Текущее значение площади контакта инструмента и образца определяется
Исходная
высота
Н, мм
Абсолютное
обжатие Δh,
мм
Диаметр
образца
d, мм
Текущий
диаметр,
d, мм
Усилие, кН
Шероховатые
бойки
Гладкие
бойки
Гладкие
бойки
со
смазкой
Текущая
высота h,
мм
Контактная пло-
щадь S, мм
2
d/h
Давление на бойках Н/мм
2
Шероховатые
бойки
Гладкие
бойки
Гладкие
бойки со
смазкой
Коэффициент трения
Предел текучести
из условия постоянства объема.
Для каждого опыта необходимо для фиксированных значений Δhi
(например, 4, 6 и 8 мм) оценить значения σz и μ (принимая закон Зибеля) по
рассмотренной ранее методике.
Полученные результаты эксперимента заносятся в табл.1.
Таблица 1
Экспериментальные величины усилий осадки при трех значениях
обжатия
Используя экспериментальные результаты, производятся вычисления
(аналогично лабораторной работе №4) среднего давления и коэффициента трения. Заполняется таблица 2.
Таблица 2
Результаты расчета давления, предела текучести и коэффициента трения
Анализ полученных результатов, полученных при выполнении работы.
36
4. Контрольные вопросы
1) В чем сложность получения аналитической зависимости для коэффициента
трения?
2) Какие факторы влияют на силы трения?
3) Как влияют силы трения на усилие осадки?
4) В чем физическая суть зависимости среднего давления от коэффициента
(сил) трения?
5) Какие способы снижения коэффициента трения применяются на практике?
6) В чем проявляется негативное влияние сил трения в процессах ОМД, когда
они полезны?
7) Должна ли изменяться оценка предела текучести в проведенных в лабора-
торной работе опытах?
8) Какими значениями ограничена величина коэффициента трения в форму-
лах (2) и (3) и почему?
37
Лабораторная работа № 6 «Влияние наклепа на сопротивление
0 Тр=0,4Тпл Тпл Температура
обработки
Холодная деформация Горячая деформация
деформации»
1. Общие положения
Из формулы Зибеля и элементарных физических представлений видно,
что усилие при ОМД определяется пределом текучести материала. Чем выше
предел текучести, чем жестче металл, тем выше его сопротивление деформации
и тем больше усилия, необходимые для ее осуществления. С целью снижения
жесткости металла и его сопротивления деформации обработку давлением в
большинстве случаев производят при повышенных температурах – горячая
ОМД. При этом предел текучести может снижаться в несколько десятков раз, а
следовательно, во столько же примерно раз снижается и необходимое для деформации усилие.
Горячей деформацией называется такая деформация, которая производится
при температурах выше температуры рекристаллизации Тр, которая при больших
деформациях равна
Тр=(0,3…0,4)Тпл,
где Тпл – температура плавления по абсолютной шкале.
На рис. 1 показаны области холодной и горячей деформации.
Рис. 1. Зависимость вида деформации от температуры обработки
38
При холодной деформации предел текучести не остается постоянным, а
возрастает с увеличением степени деформации. Такое увеличение прочностных
свойств деформируемого металла с одновременным снижением его пластических свойств называется наклепом, или упрочнением.
2. Цель работы
Цель работы заключается в экспериментальной оценке влияния предела
текучести на сопротивление деформации и влияния наклепа на предел текучести.
3. Содержание работы
Механизм пластической деформации осуществляется в основном за счет
скольжения атомных плоскостей под действием касательных напряжений (подробнее об этом см. [1], [2]). При этом скольжение осуществляется за счет перемещения дислокаций. Количество дислокаций в процессе деформации существенно увеличивается. В процессе скольжения дислокации скапливаются у
препятствий: границ блоков, зерен, разного рода включений и пр. Если скапливаются дислокации разного знака, то они аннигилируют (взаимно уничтожаются), если же скапливаются дислокации одного знака, то они «заклинивают»
плоскость скольжения. Деформация начинается в первую очередь по плоскостям и направлениям с наиболее плотной упаковкой атомов (так называемые
плоскости и направления легкого скольжения) при минимальных значениях
сдвигающих касательных напряжений τ. По мере «заклинивания» этих плоскостей деформация начинает осуществляться по другим менее благоприятным
плоскостям, при этом необходимые сдвигающие напряжения возрастают. Таким образом, по мере развития деформации все большее число плоскостей и
напряжений оказываются исчерпанными для скольжения, а напряжения, необходимые для поддержания деформации, возрастают (рис. 2). При некоторых
значениях деформации все плоскости скольжения могут оказаться заклиненными, и для дальнейшей деформации необходимо скоплениям дислокаций од-
39
ного знака обеспечить прорыв через препятствие, ограничивающее их скольже-
Относительная деформация, ε
I
II
III
τ
Касательное напряжениеI
ние. Но это может привести к зарождению микротрещин и разрушению металла. Таким образом, физическая сущность наклепа – уменьшение пластических и
увеличение прочностных свойств металла при деформации.
Рис. 2. Характерная зависимость:
I – упругая область; II – область легкого скольжения;
III – область упрочнения, заканчивающаяся разрушением
Так как дислокация порождает внутреннее напряжение, то увеличение
числа дислокаций и их концентрация у препятствий приводят к увеличению потенциальной энергии металла и к появлению внутренних напряжений. Известно, что устойчивым состоянием любой системы является то, которое отвечает
минимуму ее внутренней энергии. Поэтому если наклепанный металл нагреть,
увеличив, таким образом, подвижность атомов, то они вновь занимают положения, соответствующие минимуму внутренней энергии, т.е. положения, отвечающие правильному строению кристаллической решетки. При этом количество
дислокаций уменьшается, а их концентрация устраняется, и, следовательно,
устраняется наклеп. Нагрев металла с целью снятия наклепа и получения более
правильной структуры металла называется рекристаллизационным отжигом.
40
Если деформация производится при t > t
Δh1 Δh
2 Δh3 Δhj Δhn
Обжатие Δh
Р
jPb
Р
jAl
Р
Усилие
, то рекристаллизация проис-
рекр
ходит одновременно с наклепом, компенсируя его.
4. Методика выполнения работы
Работа выполняется на прессе. Для работы используются свинцовый и
алюминиевый образцы Ø10 мм, Н=10 мм. Осадка образцов осуществляется последовательно на гладких бойках и малой скорости. При осадке записываются
диаграммы зависимости усилия от обжатия. Затем определяются масштабы по
усилию и обжатию, как в работе № 2. Диаграммы разбиваются (см. рис. 3) с постоянным и одинаковым для свинца и алюминия шагом по Δh на 10-15 участков. Значения Δh и соответствующие им усилия заносятся в таблицу 1 отчета и
используются для дальнейшего анализа. Текущий диаметр образцов в этих точках определяется из условия сохранения объема и высоты hj=H– Δhj образцов, j
– номер точки на диаграмме. Так как t
зации.
t
Аналогично для алюминия t
рекр.Pb
=(0,4Т
t
рекр.Al
–273) – 0,4(t
пл.Pb
=(0,4Т
пл.Al
пл.Pb
=659оС, поэтому
пл.Al
–273) = 0,4(659+273)–273≈100оС.
=327оС, то температура рекристалли-
пл.Pb
+273)–273=0,4·600 – 273= –33оС.
Рис. 3. Схема обработки диаграмм
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]