Вивчення принципу найменшого опору

ЗМІСТ

1. Лабораторна робота № 1. Вивченняпринципу найменьшого опору. 6

2. Лабораторна робота № 2. Визначення напружено-деформованого стану при пластичній деформації 9

3. Лабораторна робота № 3. Вивчення особливостей плину металу в процесі пресування 18

4. Лабораторна робота № 4. Визначення характерних зон деформації при осадці 23

5. Лабораторна робота № 5. Осередок деформації при прокатуванні та його параметри. 28

6. Лабораторна робота № 6. Дослідження процесу прошивки. 34

Правила техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт

1. Перед початком роботи необхідно переконатися, що усі проходи біля обладнання, на якому виконуються роботи, вільні. Якщо площадка, або проходи біля обладнання зайняті сторонні­ми предметами (портфелями, сумками та ін.), які ускладнюють переміщення, їх треба прибрати до початку роботи.

2. Не слід надто близько підходити до працюючого облад­нання і обпиратися на нього. Забороняється під час роботи відвертатися та займатися іншими справами, які не мають від­ношення до виконуваної роботи.

3. Забороняється знаходитись біля деталей, що обертають­ся (муфт, прокатних валків та ін.) в розстебнутому одязі, зі звисаючими кінцями шалей, шарфів, краваток та ін., а також з розпущеним волоссям.

4. Перед включенням кнопки «Пуск» необхідно переконатися, у тому, що всі деталі, які обертаються, закриті захисними за­собами і включення агрегату не завдає небезпеки для присутніх, яких треба попередити про наступне включення.

5. Включати і виключати агрегати повинен тільки той сту­дент, якому викладач доручив ця роботу. Під час перерви облад­нання повинно бути зупинено. Після закінчення роботи обладнан­ня повинно бути зупинено та зниструмлено.

6. Під час робота на гідравлічному пресі та розривній ма­шині всі операції, пов'язані з установкою зразків, бойків, ін­струменту для прошивки, пресування та волочіння, слід проводи­ти, коли обладнання зупинено, тобто коли всі електромотори об­ладнання виключено.

7. При деформації зразків на гідравлічному пресі (або на
розривній машині) слід усунути можливість вискакування в бік стискуваних зразків, а танок підкладувального інструменту і деталей (підкладувальних бойків, прошивнів та ін.). Для цього необхідно виконувати такі вимоги:

7.1 Контактні поверхні бойків (плит) пресу повинні бути суворо паралельними.

7.2 Висота стискуваних зразків не повинна перевищувати їх діаметр більш ніж у 2,5 разів.

7.3 Довжина прошивнів не повинна перевищувати діаметр його п'яти більше ніж у 3 рази.

7.4 Зразки для деформації, а також використовуваний ін­струмент (підкладні бойки, прошивні, контейнери для пресування) слід розміщувати по центру нижньої плити (бойка) пресу.

7.5. Не допускати вдавлювання пришивню з контактну поверхню нижнього бойка.

7.6. Місця можливого апліту зразків (прошивнів) повинні бути обгороджені, а обслуговуючий персонал повинен знаходитись на відстані не ближче ніж на 2 метри від пресу.

7.7. Процеси осадки, прошивки, волочіння та пресування, металу слід вести без ривків і високих прискорень, плавно збільшуючи робоче навантаження.

8. Під час руху бойків пресу або розривної машини забо­ронено держати (чи придержувати) руками деформуючі зразки або підкладний інструмент (бойки, прошивні та ін.).

9. При роботі на розривній машині слід бути особливо обе­режним під час опускання рухомої траверси.

10. Щоб уникнути поломок обладнання заборонено виконувати
деформацію зразків опусканням траверси верхнього бойка гідравлічного пресу, а також використовувати для цього привод нижнього захвату розривної машини.

11. При роботі зі зразками, які виготовлені зі свинцю, не­
обхідно пам'ятати, що свинець – отруйний метал, тому його не
слід брати руками, якщо на них є незаживлені садні, дряпини.
Після роботи необхідно вимити руки. При додержанні цих засобів
обережності робота з свинцем безпечна.

12. Після закінчення роботи вимірювальний інструмент слід
здавати керівнику, а використовувані зразки зібрати у місцях, які вказані керівником роботи.

13. В лабораторії виконуються наукові дослідження, часто на тому ж обладнанні, що і лабораторні роботи. Тому без спеці­альної вказівки заборонено торкати вимірювальну апаратуру та зразки, які не належать до виконуваної роботи, щоб не нанести шкоди дослідженням.

14. Під час проведення робіт суворо виконувати всі вимоги керівника.

Лабораторна робота № 1

ВИВЧЕННЯ ПРИНЦИПУ НАЙМЕНШОГО ОПОРУ

Мета роботи.Вивчення принципу найменшого опору шляхом дослідження зміни форми поперечних перетинів циліндричних і призматичних тіл при їхньому осаджуванні.

Загальні відомості.Принцип найменшого опору сформульований С.І. Губкіним так: у випадку можливості переміщення точок тіла, що деформується у різноманітних напрямках, кожна точка переміщається в напрямку найменшого опору. Для теоретичного і практичного застосування цього принципу необхідно знати напрямок траєкторії переміщення точок при пластичній деформації. Для випадку осаджування призматичних і циліндричних тіл між рівнобіжними плитами при контактному терті ці траєкторії визначаються за принципом найкоротшої нормалі, сформульованого А. Ф. Головіним, відповідно до якого переміщення будь-якої точки тіла в площині, перпендикулярної дії зовнішньої сили, відбувається по найкоротшій нормалі до периметра перетину.

При осадці спостерігається зміна форми поперечних перегинів тіла за принципом найменшого периметра, що був сформульований М.В. Сторожевим і Е. А. Поповим; будь-яка форма поперечного перетину циліндричного або призматичного тіла при осадці його в пластичному стані з наявністю контактного тертя ринеться прийняти форму, що має при даній площі найменший периметр, тобто в межі ринеться до кола.

а б в

Рис. 1.1. Зміна форми поперечного перетину при осадці

Дослідженнями було встановлено, що найкоротша нормаль є напрямком найменшого опору лише за умови ізотропності контактною тертя і значного коефіцієнта контактного тертя. При вільній осадці циліндричних тіл (рис. 1.1, а) із дотриманням ізотропності контактного тертя витікання металу відбувається по радіусу, що є для даної форми тіла найкоротшою нормаллю до поверхні.

Після стиску циліндра поперечний перетин його залишається круглим, проте внаслідок неоднорідності деформації через контактне тертя елементи торцевих поверхонь деформуються менше. Тому при осадці циліндричної заготовки поперечні перетини зберігають круглу форму, а меридіальні перетини набувають бочкообразні форми. Ступінь і характер бочкообразності залежить від коефіцієнта контактного тертя й умов деформації. При цьому діаметр кола можна визначити по формулі

, (1.1)

де d₁, d₂ – діаметр циліндра до і після осадки;

h_1, h₂ – висота циліндра до і після осадки.

При осадці призматичного тіла з квадратною підставкою його можна уявити розділеним площинами, що проходять через діагоналі, на чотирьох однакової трикутних призми, частки яких переміщаються по перпендикулярі до вільної поверхні. При цьому мінімальний плин часток буде спостерігатися в кутах тіла, а максимальне – у середніх зонах бічної поверхні. Поперечний перетин тіла після осадки мас скривлену, що наближається до кола форму (рис. 1.1, б). Призматичне тіло з прямокутним перетином можна уявити складеним з чотирьох частин: двох трикутних і двох трапецієподібних призм, утворених площинами, що проходять через бісектриси кутів підстави і через лінію, що з'єднує точки перетинання бісектрис. При осадці тіло набуває еліптичної форми (рис. 1.1, в). А при подальшій осадці такого призматичного тіла за принципом найменшого периметра його перетин у межі ринеться до кола.

Матеріали, інструмент, устаткування.Свинцеві зразки: а) циліндричні d = 16-20 мм, h = 40-50 мм. б) призматичні з квадратною підставою 20x20x(40-50) мм, з прямокутною підставою 20x15x(40-50) мм; мінеральне мастило; ефір або спирт; прес гідравлічний або універсальна іспитова машина; штангенциркуль; лінійка; трикутник; креслила; керн.

Порядок проведення роботи.На контактних поверхнях зразків розмітити осі симетрії. За допомогою трикутника на бічну поверхню зразків перенести осьові лінії. На осях бічних поверхонь (на половині висоти зразків) завдати дві мітки кернами або чорнилом. По цих мітках надалі визначаються положення осей зразків після осадки.

Розмір осадки зразків контролювати вимірювальною лінійкою. Після кожній осадки зразка заміряти периметр отриманого перетину. Для цього зразок установити контактною поверхнею на листі папери до осадки і креслилкою обвести периметр підстави. Після кожній осадки зразок установлювати на цей же лист паперу так, щоб лінійка від керна проектувалася на осі попереднього зображення, і окреслювати отримані периметри підстави зразка. Для приклада на рис. 1.2 схематично показаний перегин призматичного зразка до і після осадки. Осіданню треба піддавати по два зразка кожного виду. При цьому один зразок кожного виду обезжирюють ефіром або спиртом, а контактні поверхні іншого зразка змащують рослинною або мінеральною олією. В усіх випадках варто одержати 3-4 ступеня обтиснення приблизно по 10-12 мм кожний. Після кожного обтиснення треба фіксувати форму і розміри поперечного перетну, а також зусилля деформації. Результати виміру занести в табл. 1.1.

Рис. 1.2. Перегин призматичного зразка до і після осадки.

Таблиця 1.1. – Розміри і деформаційні параметри форми зразків

Форма зразка	Розміри зразка до деформації, мм	Розмір обтиснення, мм	Розміри зразка після деформації, мм	Співвідношення полуосей	Зусилля деформації, Н
Висота зразка	Верхньої торцевої поверхні	Верхнього випучівання	Посередині	Нижнього випучівання	Нижньої торцевої поверхні

Зміст звіту. Виконати креслення зразка до деформації і після деформації. Визначити відношення полуосей і ступінь деформації. Заповнити табл. 1.1. На підставі отриманих даних побудувати графіки залежності зусилля деформації від ступеня деформації, а також графік залежності відношення полуосей від ступеня деформації. Робота закінчується складанням висновків.

Контрольні питання.

1. Чинники, що впливають на бочкоутворення при осадці
циліндричних зразків.

2. Практичне застосування закону найменшого опору.

3. Чому при осадці призматичних зразків перетин ринеться до форми кола?

Література. [1], [2], [3].

Лабораторна робота № 2