Исследование процесса осадки

Цель работы

Изучить характер пластического формоизменения и влияние контактного трения при осадке цилиндрических заготовок на величину и градиент осевой деформации, характер изменения формы поперечного сечения по высоте осаживаемой заготовки.

Основные сведения

Осадкой называется процесс деформации между плоскопараллельными поверхностями цилиндрической или призматической заготовки, при котором уменьшается ее высота и одновременно увеличивается поперечное сечение (рисунок 2.1).

Осадка является одной из основных операций технологического процесса ковки и одним из важнейших этапов процесса объемной штамповки.

Эту операцию применяют в следующих случаях: для получения поковок с относительно большими поперечными размерами из заготовок меньшего поперечного сечения (поковки фланцев, дисков шестерен и т.п.); как предварительную операцию перед прошивкой для выравнивания торцов и увеличения диаметра при изготовлении поковок типа колец, барабанов, муфт; при объемной штамповке в заготовительном ручье – осадка в торец; для улучшения механических свойств и обеспечения благоприятной макроструктуры деформируемого металла.

Рисунок 2.1 – Схема осадки

По схеме деформации осадка представляет собой сжатие – компонент деформации в направлении приложения усилия отрицателен, а два других компонента положительны. В частных случаях возможно равенство последних между собой (простое сжатие) или равенство одного из них нулю (плоская деформация). В идеальном случае при отсутствии сил трения на поверхности контакта заготовки и рабочего инструмента схема главных напряжений при осадке соответствовала бы линейному сжатию. Однако в реальных условиях вследствие сил контактного трения схема главных напряжений при осадке соответствует схеме всестороннего неравномерного сжатия. Степень деформации при осадке (степень осадки) определяется соотношением

где h и h0 – соответственно высота поковки и заготовки.

На величину коэффициента контактного трения при осадке влияет состояние контактирующихся поверхностей инструмента и заготовки, химический состав деформируемого металла, температурно-скоростной режим обработки и характер приложения нагрузки. Отрицательная роль контактного трения состоит в том, что оно вызывает неравномерность деформации: первоначально цилиндрическая заготовка приобретает при осадке бочкообразную форму, а развитие бочкообразности может вызвать продольные трещины на боковой поверхности заготовки. В результате неравномерности деформации получается различная по объёму поковки степень упрочнения и величина зерна, неравномерное распределение механических свойств металла.

Кроме того, контактное трение снижает стойкость инструмента, как в результате непосредственного износа контактной поверхности, так и вследствие дополнительного нагрева поверхности и увеличения напряжений в связи с ростом деформирующего усилия.

Деформирующее усилие – это активное усилие, которое должно развиваться кузнечно-штамповочным оборудованием на инструменте по направлению его перемещения. Знание деформирующего усилия, необходимого для осуществления операции осадки, позволяет правильно выбрать соответствующее оборудование. Для определения величины деформирующего усилия при осадке необходимо знать величину и распределение напряжений на поверхности контакта заготовки и инструмента, а также площадь контактной поверхности. Однако для практических расчетов используют понятие об удельном усилии q (среднем давлении) деформирования

где Рр – расчетное значение деформирующего усилия, кН;

q – удельное усилие (среднее давление) деформирования, МПа;

F – площадь контактной поверхности, мм².

Формоизменение металла при обработке металлов давлением оценивается деформацией.

Различают деформации линейные, угловые, поверхностные и объемные. Эти деформации могут относиться как к элементарному объему, так и ко всему телу. Линейные деформации характеризуются изменением какого-либо одного размера; угловые деформации - изменением угла между какими- либо двумя линиями, проведенными в деформируемом теле; поверхностные — изменением площади какого-либо сечения или участка поверхности; объемные — изменением объема.

Указанные деформации в свою очередь могут быть разделены на абсолютные, относительные и логарифмические. Абсолютные деформации выражают абсолютное изменение какого-либо линейного размера, углового размера, площади сечения или участка граничной поверхности элемента, выделенного в деформируемом теле, или всего тела. Относительная деформация характеризуется изменением тех же величин. Обычно относительную деформацию определяют как отношение абсолютного изменения какого-либо параметра (абсолютной деформации) к первоначальному значению этого параметра. Логарифмическая деформация — это разновидность относительной деформации. Она представляет собой натуральный логарифм отношения измененного в результате деформирования размера к первоначальному размеру элемента тела или всего тела до начала деформирования.

Как правило, степень деформации определяется относительной деформацией, характеризующей общее изменение деформируемого тела. При неравномерном распределении деформаций в теле степень деформации дает пред-

ставление о некоторой средней для всего тела величине деформации, которую можно определять для любого, в том числе и для конечного, момента деформирования.

В представленных лабораторных работах исследуется пластическая деформация, т.е. та, которая не исчезает после снятия внешних нагрузок.

Определение деформаций сводится к измерению абсолютной деформации и последующего его пересчета в требуемый вид деформации. Абсолютная деформация определяется в результате измерения выбранных размеров тела до и после деформации.

Приборы, применяемые для измерения размеров тела, зависят от вида измеряемого элемента и требуемой точности измерений. Так, измерить линейные размеры можно линейкой, штангенциркулем, микрометром, измерительной лупой и инструментальным микроскопом. Угловая деформация замеряется при помощи угломера, для измерения кривизны используется радиусомер.

С помощью линейки могут быть произведены измерения с точностью до половины цены деления шкалы, т. е. с точностью до + 0, 5 мм. Очевидно, линейкой могут быть измерены только достаточно большие деформации.

С помощью штангенциркуля, применяемого в лабораторных работах, точность измерений может быть доведена до + 0, 05 мм.

Более высокая точность измерений (± 0, 01) достигается при использовании микрометра.

Наиболее точным измерительным прибором, применяемым в лабораторных работах, является измерительная лупа, а также инструментальный микроскоп (точность измерений составляет ± 0, 005 мм), которые относятся к бесконтактным средствам измерения. Основными этапами измерения на них являются визирование пересечением нанесенной штриховкой координатной сетки заданных точек участка детали, между которыми определяется деформация, а затем отсчет показаний по шкалам прибора — определение абсолютной пластической деформации в месте измерения. По изменению величины заданных элементов координатной сетки можно определить направление (градиент) максимальной деформации.

Значение удельного сопротивления деформации из-за влияния контактного трения может в несколько раз превысить величину предела текучести при данном температурно-скоростном режиме деформации. Трение на контактных поверхностях влияет также на характер деформации как в осевом, так и в радиальном направлении, вызывая неравномерность деформации в различных точках объема деформируемого тела и изменение формы его поперечного сечения, если она была отлична от круговой. Следствием неравномерной деформации является возникновение дополнительных и остаточных напряжений, влияющих в свою очередь на сопротивление деформации при осадке.

Подвергая осадке цилиндрический образец, производим изменение его геометрических параметров, в том числе образование бочкообразной формы поперечного сечения. Это явление объясняется тем, что наибольшая деформация вдоль оси образца происходит в середине его высоты, а наименьшее перемещение частиц материала образца в направлении от оси к периферии - у торцовых поверхностей, контактирующих к рабочим поверхностям деформирующего инструмента. Вследствие возникающего трения перемещение материала образца на торцах затруднено, а так как к этому слою примыкает следующий, то перемещение частиц и этого слоя будет связано с перемещением наружного торцового слоя. В результате влияние контактного трения передается в слои, все более удаленные от торцов, что вызывает образование так называемых зон затрудненной деформации, которые имеют форму, близкую к конической. Основания этих конусов совпадают с контактными поверхностями осаживаемого цилиндрического образца.

Материалы и оборудование

Универсальная испытательная машина (гидравлический пресс). Линейка мерительная, составной (свинцовый либо пластилиновый) цилиндрический образец, порошок мела (либо графита).

Порядок выполнения

Цилиндрический образец, состоящий из пяти пластин диаметром d=25 мм и высотой h₀=10 мм, изготавливается из свинца (или пластилина). Для предотвращения слипания при деформации плоские поверхности пластин покрывают порошком мела или графита. Пластины нумеруют, как показано на рис. 2.2а, и образец осаживают в торец между плоскопараллельными плитами на испытательной машине до высоты Н_i=40 мм (суммарная относительная деформация- = 20%). После осадки образцы разрезают по диаметральной плоскости и линейкой замеряют толщину пластин по трем осям (0-0; 1-1; 2-2), согласно рис. 2.2б.

Рис. 2.2. Составной образец из пластилина до (а) и после осадки (б)

Данные замеров заносят в таблицу 1. Подсчитывают абсолютную ∆ h и относительную осевую , деформации на двух образцах по фиксированным пластинам в характерных трех сечениях.

Таблица 1

Продольная ось " 0-0"
№ плас- тины	h₀	h₁	∆ h=h₀- h₁	Приме- чание
= 20%	= 20%	= 20%
Мм	%





Продольная ось " 1-1"





Продольная ось " 2-2"

Строят функциональные графические зависимости в координатах: , — номер пластины — ось (0-0; 1-1; 2-2), по которым делается вывод о неравномерности осевой (продольной) деформации по высоте образца.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Принципиальная схема нагружения образца.

3. Выводы по работе.

2.6 Контрольные вопросы

1. Каково назначение операции осадки в заготовительно-штамповочном производстве?

2. Какие виды оборудования применяют для операций осадки?

3. Что служит инструментом для процессов осадки?

4. Какие соотношения диаметра и высоты заготовки приемлемы для осуществления осадки и чем эти соотношения обусловлены?

5. Чем обусловлены ограничения по предельным степеням деформации при осадке?

6. Как зависят предельные степени деформации от соотношения высоты и диаметра заготовки?

7. Как влияет температура нагрева на предельные степени деформации при осадке?

8. Перечислите преимущества и недостатки осадки цилиндрической заготовки вхолодную и вгорячую.

9. Перечислите способы уменьшения «бочкообразности» заготовки при осадке.

10. Каковы средние значения скоростей деформации в реальных производственных процессах осадки заготовок?

Лабораторная работа № 3

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒