Дослідження процесу прошивки

Мета роботи. Вивчити формозмінення металу і зусилля під час прошивки.

Загальні відомості.Прошивка – є ковальська операція, за допомогою якої в заготовці одержують створи. Розрізняють прошивку відкриту і закриту. При відкритій прошивці (рис. 6.1, а) бічна поверхня за­готовки вільна, під час прошивки форма перерізу заготовки ви­кривляється і висота зменшується, поперечний переріз набирає бочкоподібний профіль, в кісці входження прошивня утворюється лійку, нижні краї заготовки відходять від нижнього бойка. Скривлення форми тим більше, чим більше відношення діаметру прошивня d до діаметру заготовки D. Тому відкриту прошивку використовують при співвідношеннях d < D/2.

Під час закритої прошивки (рис. 6.1, б) заготовку розмішу­ють в матриці, яка визначає зовнішній діаметр виробу після прошивки. При закритій прошивці має місце збільшення висоти заготовки за рахунок витіснення металу з-під прошивня. Зак­риту прошивку використовують звичайно при співвіднесенні d > D/2.

а б

Рис. 6.1. Схема відкритої (а) і закритої (б) прошивки:

1 – прошивень; 2 – поковка; 3 – матриця

Типова технологічна схема прошивання має такий вигляд: заготовку встановлюють на нижню плиту, потім встановлюють на її верхній торець деформу­ючий інструмент – пуансон та занурюють його у заготов­ку за допомогою преса чи молота. Якщо треба отримати глухий отвір, то на цьому прошивання закінчується. Коли треба зробити наскрізний отвір, то заготовку кантують на 180° і пробивають перетинку за до­помогою другого пуансона. Зазначимо, що товщина перетинки зазвичай становить приблизно від 10 до 20 відсотків від вихідної висоти заготовки. При подальшому зменшенні товщини перетинки будуть різко зростати контактні напруження (різке зростання підпираючої дії сил контактного тертя за умови дуже низької зони деформації), а та­кож виникає загроза непередбаченого вириву металу.

При відкритому прошиванні вихідна форма заготовки викривляється: висота зменшується (заготовка трохи осаджується), зовнішній діаметр нерівномірно збільшується. Крім того, у місці входження пуансона утворюється так звана утяжина, нижній торець заготовки відстає від нижньої плити. Одним із головних технологічних параметрів цього процесу є відношення діаметра пуансона до вихід­ного діаметру заготовки (d/D). Експериментально встановлено, що при d/D < 0,2, метал щільно охоплює пуансон, що ускладнює його видалення. Разом з тим, викривлення форми заготовки буде при цьо­му мінімальним. Напружений стан у цьому випадку буде наближати­ся до занурення пуансона у пластичний напівпростір. З іншого боку, при d/D > 0,5 викривлення форми заготовки суттєво збільшується, що потребує подальшого додаткового обтиснення для виправлення форми поковки. Підкреслимо ще одну важливу особливість цього проце­су. Оскільки при d/D > 0,2 спостерігається інтенсивний радіальний плин металу під пуансоном, то отвір, що утворюється після проши­вання, буде дещо більшим, ніж діаметр пуансона, тому пуансон легко видалятися із заготовки. Зважаючи на це, на практиці відкрите прошивання виконують при співвідношенні 0,2 < d/D < 0,5.

При закритому прошиванні висота заготовки збільшується із збільшенням d/D. Зазвичай закрите прошивання виконують при співвідношенні d/D > 0,5.

Матеріали, інструмент, устаткування.Свинцеві зразки циліндричної форми діаметром 30 мм, висотою 30 мм; прошивні діаметром 5, 10 і 15 мм; ацетон; наждаковий дрібнозернистий папір; клей; гідравлічний прес або універсальна іспитова машина; нагрівальна піч; сушильна шафа; пристосування для нанесення координатної сітки; циркуль; лінійка.

Порядок проведення роботи.Зразок виготовляється з двох половинок. Для виявлення нерівномірності деформації при прошивці на поверхні зразків, підлягаючих склеюванню, завдати координатну сітку. Потім поверхні зразків із нанесеною координатною сіткою пошліфувати на плоскій плиті, покритою дрібнозернистим наждаковим папером, і промити ацетоном.

Шліфовані поверхні зразків (обидві половинки) покрити тонким прошарком клею і просушити приблизно 10-15 хв, потім ці поверхні вдруге покрити клеєм і після 2-3-хвилинного просушування обидві половинки склеїти. Для кращого склеювання обидві половинки зразка затиснути струбциною, зразки помістити в сушильну шафу і сушити при температурі 120-140 °С протягом 2-3 годин.

Потім остиглі до кімнатної температури склеєні зразки піддаються осаджуванню на гідравлічному пресі або УІМ з однаковим ступенем деформації.

Деформовані зразки треба роз'єднати в такий спосіб: помістити їх у ванну з ацетоном, де витримати протягом 1-1,5 год., а потім помістити в нагрівальну піч, де протягом 10-15 хв витримати при температурі 230-260 °С.

Після цих операції зразки легко розділяються. Після розклеювання зразків потрібно пронумерувати всі осередки координатної сітки і підрахувати інтенсивність їхньої деформації.

Дослідження процесу відкритої прошивки

Установлюють зразок і прошивень під прес і фіксують навантаження пресу під час здавлювання на 5, 10 і 20 мм. Роз­раховують середній контактний тиск на прошивень

(6.1)

де d – діаметр прошивня.

Знаходять відносну деформацію, %:

(6.2)

де h –- товщина непрошитої частини заготовки (денце).

Розраховують середній контактний тиск за формулою Унксова:

(6.3)

Опір деформації розраховують за формулою:

(6.4)

Результати експериментів заносять до табл. 6.1. Будують графіки залежностей сили прошивки Р і серед­нього контактного тиску від величини відносної деформації.

Намалювати схему процесу відкритої прошивки і форми поперечного перерізу зразка на кожній стадії прошивки. По­яснити одержані результати.

Таблиця6.1 – Експериментальні та розрахункові дані процесу відкритої прошивки

№	d мм	Глибина вдавлювання прошивня, мм	h мм	ε %	σT Н/мм	P кН	Рср, Н/мм
(4.1)	(4.2)

Дослідження процесів закритої прошивки

Зразок разом з контейнером і прошивнем установлюють під прес і фіксують навантаження пресу Р при вдавлюванні пуансону на 5, 10 і 20 мм. Визначають фактичний середній контактний тиск за формулою (6.1). Розраховують теоретичне значення середнього контактного тиску за формулою Сторожева:

(6.3)

де D – внутрішній діаметр контейнеру.

Результати експериментів і розрахунків заносять до табл. 6.2.

Таблиця 6.2 – Дослідні та розрахункові дані процесу закритої прошивки

№	d мм	Глибина вдавлювання прошивня, мм	h мм	ε %	σT Н/мм	P кН	Рср, Н/мм
(4.1)	(4.3)

Зміст звіту. Заповнити таблиці 6.1 та 6.2 за результатами дослідів та розрахунків. Побудувати графіки залежності сили прошивки і середнього контактного тиску від величини відносного вдавлювання..

Намалювати схему процесу закритої та відкритої прошивки і форму поперечного перерізу зразка в кінці прошивки. Пояснити одер­жані результати.

Зіставити значення Р і Р_ср для відкритої та закритої прошивок. Робота закінчується складанням висновків.

Контрольні питання.

1.У чому сутність відкритої та закритої прошивок?

2.Як змінюється форма зразка під час прошивки?

3.Яка залежність сили і середнього тиску прошивки від основних факторів процесу деформації?

Література. [1], |2], [5].

ЛІТЕРАТУРА

1. Середа Б.П. Обробка металів тиском: Навчальний посібник. – Запоріжжя: РВВ ЗДІА, 2009. – 344 с.

2. Данченко В.М., Гриневич В.О., Головко О.М. Теорія процесів обробки металів тиском: Підручник. – Дніпропетровськ: Пороги, 2008. – 370 с.

3. Шумейко П.Д. Теорія пластичної деформації: Методичні вказівки до лабораторних робіт. – Запоріжжя: ЗДТУ, 2000. – 36 с.

4. Смирнов-Аляев Г.А., Чикидовский В.П. Экспериментальные исследования в обработке металлов давлением. – Л.: Машиностроение, 1972. – 360 с.

5. Середа Б.П., Прищип М.Г. Теорія процесів прокатного та трубного виробництва: Методичні вказівки до лабораторного практикуму. – Запоріжжя: РВВ ЗДІА, 2004. – 42 с.