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
51
Лабораторная работа № 8 «Определение работы деформации и внешних
1
Вытяжка
Удельный расход энергии
т
чкВт
2 3 4
сопротивлений»
1. Общие положения
Работа деформации является одной из важнейших характеристик процесса деформации и определяет необходимые для деформации энергетические затраты. Весьма часто по работе деформации производится подбор оборудования
технологических процессов ОМД. Например, при проектировании и расчете
режимов прокатки на непрерывных сортовых и листовых станах широко используются кривые удельного расхода энергии (см. рис. 1), определяющие работу, необходимую для осуществления заданной деформации 1 тонны проката.
Аналогично при выборе молота для осадки исходят из необходимой работы за
последний удар, а количество ударов, обеспечивающее предписанную деформацию, определяется из полной работы деформации.
Рис. 1. Вид кривых удельного расхода энергии:
1 – станы тонколистовые холодной прокатки; 2 – станы листовые горячей про-
катки; 3 - сортовые станы; 4 – обжимные станы
Работа деформации расходуется на преодоление внутренних сопротивлений, возникающих при изменении формы заготовки, и внешних сопротивлений,
связанных с преодолением контактных сил трения.
52
2. Цель работы
h
r
rР
Т
33
4
1
2
1
h
H
PdhA
h
H
Rr
dh
h
H
h
R
h
H
RА
h
H
s
1
33
4
1
2
1
39
8
ln
2
3
1
3
1
2
h
H
R
h
H
HRA
ss
Цель работы заключается в экспериментальном определении работы деформации и оценке работы, затрачиваемой на преодоление внешних сопротивлений.
3. Содержание работы
Принимая, что для усилия осадки справедлива формула Зибеля, имеем
для круглого образца
. (1)
где т – предел текучести материала образца;
r – радиус образца
h – высота образца после деформации;
μ – коэффициент трения.
Для того, чтобы определить работу, усилие следует проинтегрировать по
обжатию, т.е.
, (2)
где Н, h1 – соответственно начальная и конечная высота образца.
Подставляя (1) и (2), нужно учитывать, что радиус образца в процессе
осадки изменяется и определять его следует из условия сохранения объема образца, т.е.
.
Таким образом, получаем
.
Откуда после интегрирования
. (4)
53
Первое слагаемое в (4) определяет работу, расходуемую на преодоление
смss
V
h
H
V1ln
1
39
8
2
3
1
3
h
H
RA
sтр
внутренних сопротивлений, которую чаще записывают в виде
Аф=
,
где s – предел текучести материала образца;
V –объем образца;
Vсм – смещенный объем.
Второе слагаемое определяет работу, расходуемую на преодоление внеш-
них сопротивлений – контактных сил трения:
.
Используя формулу (4), нетрудно определить полную работу по геометрическим размерам исходного образца, его конечной высоте, пределу текучести
и коэффициенту трения. Заметим, что полученная выше формула не учитывает
скорость деформации, существенно влияющую на сопротивление и работу деформации, особенно при горячей ОМД. В виде (4) формула пригодна для малой
скорости деформации, например, при осадке на прессе. При осадке на копре
или на молоте значение работы, полученное на (4), следует умножить на коэффициент, учитывающий высокую скорость деформации и равный приблизительно 3.
Таким образом, (4) дает возможность оценить работу деформации теоретически. При осадке на копре экспериментальное значение полной работы деформации определяется как произведение веса бойка на высоту его подъема
перед ударом, т.е.
А*= Qhs, кг×м (5)
где Q – вес бойка, кг;
hs – высота подъема, м.
54
4. Методика выполнения работы
Х Х Х
Х
Работа выполняется на малом копре. Для выполнения работы используются два свинцовых или алюминиевых образца диаметром 10 мм и высотой 10
мм. Образцы осаживаются последовательно: первый на шероховатых бойках
без смазки, второй – на гладких бойках со смазкой. Осадка в обоих случаях
производится при одной и той же расходуемой работе А*1= А*2. Значения А*1 и
А*2 задаются hs, причем при определении необходимого подъема ударного
бойка следует учитывать толщину подкладных гладких и шероховатых бойков,
которую необходимо измерить в записать. Перед осадкой тщательно измеряются диаметр и высота образцов. После осадки измеряется высота (толщина),
причем для уменьшения ошибки толщину следует измерять микрометром в пяти точках (рис. 2) и усреднить.
Рис. 2. Схема измерения толщины образцов
Результаты измерений, а также значение работы, вычисленное по (4) с
учетом коэффициента скорости деформации, заносятся в таблицу 1. При вычислении работы по (4) необходимы значения σs и μ – их следует взять такими,
какие получены в лабораторной работе №3 на шероховатых и гладких со смазкой бойках соответственно.
Экспериментальное определение работы, затрачиваемой на преодоление
внешних сопротивлений, затруднительно, но оценку этой работы произвести
55
можно из следующих соображений. При осадке образцов мы выполнили усло-
1
1
ln
ln
1**
h
H
h
H
А
V
VV
АА
см
смсм
тр
вие равенства затраченной работы А*1= А*2. Материал образцов, а следовательно и σs , совпадают. На образец, осаженный в шероховатых бойках, имеет
меньшее обжатие. Если обозначить Δh' обжатие образца, осаженного в шероховатых, а Δh'' – в гладких со смазкой бойках, то разность
Δh= Δh'- Δh''
характеризует уменьшение деформации вследствие повышенного расхода энергии на преодоление сил трения при осадке в шероховатых бойках. Далее обозначим μ' коэффициент трения в шероховатых, а μ'' – в гладких со смазкой бойках, причем μ' >> μ'', и при грубой оценке можно считать μ''≈0. Тогда долю работы, израсходованной на преодоление сил трения при μ= μ', можно определить
как относительное уменьшение смещенного объема, т.е.
,
где ' – относится к образцу, осаженному в шероховатых, '' – в гладких бойках.
Работа на преодоление внутренних сопротивлений будет равна
А'ф=А*–А'тр.
При этом мы приняли, что А''тр=0 и А''ф=А*, на самом деле А''тр≠0 и А''ф<А*, т.е.
полученная нами оценка будет заниженной.
5. Содержание отчета
1) Краткие теоретические сведения, поясняющие цель работы.
2) Заполненная таблица 1.
3) Оценка и расчет работы трения.
4) Анализ результатов.
56
Опытные и расчетные результаты
Условия
осадки
Начальная
высота, мм
Начальный
радиус, мм
Конечная
высота, мм
Высота
подъема
бойка, м
Экспери-
ментальная
работа А*,
кгм
Теоретиче-
ская работа
А, кгм
Шероховатость
бойка
Гладкие со
смазкой
бойки
6. Контрольные вопросы
1) На что расходуется работа при деформации?
2) Как можно уменьшить работу деформации?
3) Как вычислить работу деформации в простейшем случае?
Таблица 1
4) Как определить работу молота за один удар?
5) Почему обжатие в шероховатых бойках меньше, чем в гладких?
57
Лабораторная работа № 9 «Влияние параметров обработки металлов
давлением на схему напряженного состояния»
1. Общие положения
Сопротивление деформации при обработке металлов давлением зависит
от многих факторов, важнейшими из которых являются:
природа металла (его химический состав, строение, структура, фа-
зовое состояние);
температура деформации;
степень деформации;
скорость деформации;
схема напряженного состояния.
Схема напряженного состояния зависит от способа деформирования
(способа приложения внешних сил), контактных сил трения, формы инструмента, соотношения в размерах очага деформации, степени деформации и др.
Первые четыре условия определяют главным образом значение истинного сопротивления деформации, т.е. сопротивление деформации при линейном
напряженном состоянии.
Влияние последнего фактора проявляется в том, что один и тот же материал при одинаковых первых четырех условиях требует для осуществления
своей деформации различные силы и различные затраты работы в зависимости
от способа деформирования.
2. Цель работы
Изучить влияния природы металла и схемы напряженного состояния на
сопротивление деформации при обработке давлением.
3. Содержание и методика проведения работы
Работа выполняется на разрывной машине типа Р-5. Для измерения действующей на образец нагрузки служит силоизмеритель. Применяемые диапазо-
58
ны усилий выражены шкалами на циферблате. Исходя из размеров образцов и
№
п/п
Матери-
ал
Способ
деформи-
рования
Диаметр образца,
мм
Сила де-
форма-
ции, Р, Н
Сопротивле-
ние дефор-
мации, σ,
Н/мм
2
Схема
напряжен-
ного со-
стояния
до опы-
та, D
после
опыта, d
1.
Al
Волочение
2.
Pb
Волочение
3.
Al
Выдавли-
вание
4.
Pb
Выдавли-
вание
ожидаемых усилий деформации, выбирают нужную шкалу отсчета нагрузок (в
нашем случае 5 тс).
Для выполнения работы подготавливают из меди или алюминия, или
свинца образцы, форма и размеры которых представлены на рис. 1.
8 10
64,5 2,5 35
Рис. 1. Размеры исходных образцов
С помощью штангенциркуля измеряется диаметр образца по месту большего сечения. Результаты измерений заносят в табл. 1.
Таблица 1
Результаты определения силы и сопротивления деформации при
волочении и выдавливании
Два первых образца (один из алюминия, другой из свинца) подвергаются
волочению, два других – выдавливанию. Деформация в обоих случаях осуществляется через одну и ту же фильеру (рис. 2).
фильеру 3 (см. рис. 2). Стрелка указывает направление движения нижней траверсы. Для получения прутков фильер с образцом и втулкой устанавливают на
Подготовленный образец 1 вставляют через направляющую втулку 2 в
59
специальном приспособлении, связанным с верхней неподвижной траверсой
2
d
P4
2
D
P4
машины. Тонкий конец прутка захватывается приспособлением 4 и начинается
движение траверсы вниз. При этом образец протягивается через фильеру 3. Далее измеряют диаметр образца после волочения, значение максимальной
нагрузки по циферблату Р и заносят в табл. 2. Далее рассчитывают сопротивле-
ние деформации при волочении:
носят в табл. 2.
5
1
2
3
4
а б
Рис. 2. Положение образцов:
а) – перед волочением; б) – и выдавливанием
Н/мм2, и результаты расчетов за-
6
Для осуществления выдавливания двух других образцов подготовка к
опыту отличается тем, что во втулку вставляется пуансон 5, с верхней траверсы
снимается «люлька» и устанавливается упор 6. Нижней траверсе сообщается
подъем. По циферблату определяется максимальное усилие выдавливания Р, а у
выбитого из фильеры образца измеряется штангенциркулем диаметр после
прессования. Далее определяют сопротивление деформации при выдавливании:
Н/мм2.
Для каждого опыта в таблице рисуется схема напряженного состояния, а
полученные данные анализируются и объясняются.
60
4. Контрольные вопросы
1. Как химический состав и температура влияют на сопротивление де-
формации?
2. Классификация схем напряженного и деформированного состояний.
3. Что такое возврат и рекристаллизация?
4. Какую деформацию считать холодной, а какую горячей?
5. Механические схемы деформации в процессах ОМД.
6. Как скорость деформации и температура влияют на деформационное
упрочнение и сопротивление деформации?
7. Какие экспериментальные методы определения нормальных и каса-
тельных напряжений на контактных поверхностях применяют в практике
ОМД?
8. Дайте определение вектора напряжений на произвольно ориентирован-
ной площадке.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]