Визначення характерних зон деформації при осадці

Мета роботи. Вивчення нерівномірності деформацій і методики розподілу деформацій при осадці за допомогою координатної сітки, а також розподіл сил тертя на контактній поверхні.

Загальні відомості. Механічна схема деформації, тобто сукупність схеми головних напруг і схеми головних деформацій при осадці циліндричних заготовок у плоских плитах визначається головним чином умовами контактного тертя і відношенням розмірів заготівлі d/h або h/d, що у сукупності визначають граничні умови. Механічна схема деформації при осадці залежить також від властивостей металу й умов деформації.

При відсутності сил зовнішнього тертя або порівняно невеличкому їхньому розміру, напружена стан металу при осадці характеризується лінійною схемою напруженого стана (рис. 4.1, а).

Практично в процесі осадки заготовки на контактній поверхні виникають сила тертя, що визначають схему напруженого стана в різноманітних зонах обсягу. При цьому схема напруженою стана залежить від розмірів заготовки.

При осадці високих заготовок вплив сил контактного тертя відповідно до принципу Сен-Венана загасає в міру видалення від контактних поверхонь. Тому в середній зоні заготовки виникає лінійна схема напруженого стана (рис. 4.1, б).

а б в

Рис. 4.1. Механічна схема деформації при осадці

При осадці низьких заготовок майже у всьому обсязі заготовки виникає схема всебічного нерівномірного стиску, за винятком зон, розташованих близько до бічної поверхні, де мас місце об'ємна схема стиску і розтягу (рис. 4.1, б).

Наочним прикладом впливу механічної схеми деформації при осадці на неоднорідність деформації є бочкообразна форма осадженого зразка. Проте це зовнішня форма прояву механічної схеми деформації.

При дослідженні заготовки по вертикальній площині симетрії (рис. 4.2) можна виявити такі три зони нерівномірності деформації:

I – зона «ускладненої» або «затриманої» деформації, прилягає до торців заготовки, деформується дуже незначно, що пояснюється впливом сил контактного тертя на торцях заготовки, що створюють різко виражену схему всебічного стиску;

II – зона інтенсивної деформації, у якій відбувається інтенсивна течія металу як в осьовому, так і в радіальних напрямках;

III – зона малої деформації, у якій інтенсивність течії металу менше, ніж у зоні II, і більше, ніж у зоні I. Розміри зони III залежать від ступеня деформації і розмірів зразків.

Рис. 4.2. Зони деформації

При осадці зразків із відношенням d/h > 1 зона III різко зменшується, а зони I і II майже зливаються. При цьому нерівномірність деформації знижується, і, як слідство, зменшується бочкообразність. Обсяги металу, піддані інтенсивній деформації, надаються максимально зміцненими (при холодній деформації), мають найбільш дрібнозернисту будівлю (при гарячій деформації). Внаслідок цього після осадки твердість і зернистість металу в різноманітних зонах різна.

Нерівномірність деформації с також однієї з основних причин утворення поверхневих тріщин на бічній поверхні що осаджуються заготовок із важкодеформованих сталей і сплавів.

Утворення різноманітних по інтенсивності зон деформації можна виявити експериментальними методами: осадкою багатошарових зразків (Е. Зібель та інщі), мікроструктурним аналізом (Г. О. Смірнов-Аляєв), осадкою зразків із вгвинченими шурупами (І. М. Павлов), визначенням твердості зразка (С. І. Губкін), осадкою зразків із координатною сіткою (Ф. Кік та ін.).

При осадці заготовки контактна поверхня розділяється в загальному випадку (по Унксову Є. П.) на трьох ділянки (зони).

Ділянка А – зростання дотичних напруг («зона ковзання»):

від х = 0,5а(d) до x = 0,5a – φh,

де ( f – коефіцієнт тертя приймається рівним 0,3... 0,4);

а або d – ширина або діаметр осаженої заготовки; h – висота заготовки.

Ділянка Б – сталості дотичних напруг («зона гальмування»):

від х = x = 0,5a – φh до x = h.

Ділянка В –- зниження дотичних напруг («зона прилипання»):

від x = h до x = 0.

Встановити якісну характеристику впливу сил тертя на контактній поверхні можна шляхом нанесення на торцевій поверхні заготовки (зразка) трьох концентричних рисок, що характеризують ділянки А, Б і В (рис.4.3). Перехід металу з бічної циліндричної поверхні заготівлі зразка на контактну можна встановити нанесенням на бічній поверхні заготівлі (зразка) риски по утворюючим (рис. 4.3, а).

Рис. 4.3. Осадка зразка

Після осадки зразка радіуси концентричних рисок, близьких до центру, не змінюють своїх розмірів (прилипання), а радіуси, близькі до периферії, декілька збільшаться (ковзання). Риски з бічної поверхні частково перейдуть на торці зразка (рис. 4.3, б).

Для виявлення зон деформації можна скористатися такою методикою. У вертикальному осьовому перетині заготовки завдасться координатна сітка. Для цієї цілі застосовуються складені з половинок зразки (рис. 4.4). На одній або обох половинках завдається координатна сітка.

а б

Рис. 4.4. Координатна сітка

Потім обидві половинки зразка міцно з'єднуються для того, щоб складовий зразок поводилося як суцільне тіло.

На підставі ступеня зміни розмірів координатної сітки визначається інтенсивність деформації в різноманітних зонах осаженної заготовки. Критерієм оцінки ступеня деформації що деформується обсягу тіла може бути прийнята інтенсивність деформації, виражена в такий спосіб:

, (4.1)

де ε₁, ε₂, ε₃ – значення ступенів деформації.

Ступінь деформації окремих елементів тіла що деформується визначається по формулах:

(4.2)

де а і b – полувісі еліпса, отримані після деформації осередків координатної сітки (рис. 4.5);

r – радіус окружності осередку координатної сітки до деформації.

Рис. 4.5. Деформація сітки

Третя, головна, деформація ε₃ визначається з умови стійності об'єму:

. (4.3)

Матеріали, інструмент, устаткування.Свинцеві зразки: а) циліндричної форми діаметром 50 мм, висотою 50 і 75 мм; б) прямокутної форми, розмірами 75х50х50 мм; ацетон; наждаковий дрібнозернистий папір; клей; гідравлічний прес або універсальна іспитова машина; нагрівальна піч; сушильна шафа; пристосування для нанесення координатної сітки; циркуль; лінійка; креслилка.

Порядок проведення роботи. Для виявлення нерівномірності деформації при осадці на поверхні зразків, підлягаючих склеюванню, завдати координатну сітку у виді окружностей 3...5 мм. 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. Зони поверхні зразків з однаковою інтенсивністю деформації обвести плавними кривими (рис. 4.4, б).

Для виявлення нерівномірності розподілу напруги тертя на контактних поверхнях і переходу металу з бічної циліндричної поверхні на торці зразка, контактну поверхню круглих зразків шліфувати на плоскій плиті, покритою дрібним наждаковим папером.

На шліфовані торці циркулем завдати три окружності у виді рисок радіусами, що відповідають зонам А, Б і В (рис. 4.3).

На бічну поверхню цих же зразків креслилкою завдати риски по утворюючої (рис. 4.3). Після осадки замірити радіуси концентричних рисок і порівняти з радіусами до осадки.

Зміст звіту. Замалювати поверхню зразків із координатною сіткою до і після деформації.

Визначити інтенсивність деформації в різноманітних зонах осаджених зразків у залежності від відношення перетину зразка до його початкової висоти.

Визначити зони А, Б і В у залежності від відношення перетину зразка до його початкової висоти. Робота закінчується складанням висновків.

Контрольні питання.

1. Вплив умови деформування на неоднорідність деформації при осадці.

2. Вилив зовнішнього тертя на неоднорідність деформації.

3. Засоби зменшення неоднорідності деформації.

4. Вплив неоднорідності деформації на якість металу.

5. Причини утворення різноманітних зон тертя на контактній поверхні.

Література. [1], |2], [3].

Лабораторна робота № 5