Дослідження процесу пресування
МЕТА РОБОТИ.Дослідження процесу пресування з циліндричної матриці: експериментальне визначення зусилля і питомого тиску прямого пресування, співставлення їх з розрахунковими даними, вивчення зон деформації і загальної картини течії металу при пресуванні.
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
При пресуванні метал з порожнини більшого поперечного перерізу видавлюється в порожнину меншого поперечного перерізу. При цьому зменшується площа контакту інструмента і металу, що означає, що поверхневі шари впресовуються всередину матеріалу. Процес пресування має місце при куванні металу на заключній стадії видавлювання металу в облойну канавку або порожнини, які важко заповнюються, а також при отриманні прутків, труб з різноманітних профілів за допомогою видавлювання металу на горизонтальних і вертикальних пресах через отвір матриці.
Пресування буває прямим та зворотнім (рис. 3.1.). У першому випадку (рис. 3.1, а) метал видавлюється через матрицю, яка розташована в нерухомому контейнері і тоді напрямок течії металу співпадає з напрямком руху інструменту. Тут матеріал заготовки переміщується відносно стінок контейнера і на них з’являються сили тертя, які утруднюють його переміщення. При зворотному процесі (рис. 3.1, б) метал видавлюється в матрицю, яка переміщується разом з пресштемпелем і рух металу та інструменту відбувається в різних напрямках. При цьому пресування виді заготовка відносно стінок контейнера не переміщується, тому вплив тертя на зусилля пресування і течію металу в цьому процесі значно менше. В обох випадках осередок деформації розташований в околі отвору матриці.
а | б |
Рис.3.1 : 1 – контейнер; 2 – прессматрица; 3 – прессшайба; 4 – прессштемпель или пуансон |
Однорідність пластичних властивостей і тертя на поверхні контакту матеріалу з контейнером і матрицею впливає на характер, форму і розміри осередку деформації. В залежності від виду течії (пряме або зворотне), від величини коефіцієнтів контактного тертя і від однорідності пластичних властивостей матеріалу, можуть мати місце три види осередку деформації (рис. 3.2).
а | б | в |
Рис. 3.2 |
Перший видосередку деформації (рис. 3.2, а) характерний тим, що деформація зосереджується поблизу матриці. Цей вид осередку деформації спостерігається при зворотному пресуванні, а також при прямому, якщо коефіцієнт тертя відносно низький і заготовка має однорідність пластичних властивостей по всьому об’єму.
Другий вид осередку деформації (рис. 3.2, б) спостерігається при прямому способі пресування, якщо коефіцієнт тертя відносно високий або є певна неоднорідність пластичних властивостей металу. Цей вид осередку деформації характерний розповсюдженням деформації на висоту заготовки та випередженням течії внутрішніх шарів. Є два об’єми – внутрішніх U1 і зовнішніх шарів U2, причому останні деформуються в меншій мірі через стримуючий вплив контактного тертя.
Третій вид осередку деформацій (рис. 3.2, в) має місце при високому значенні коефіцієнту тертя і при значній неоднорідності пластичних властивостей зовнішніх і внутрішніх шарів заготовки так і при нерівномірному і несиметричному температурному полі всередині контейнера. Цей вид осередку характерний наявністю трьох об’ємів метала U1, U2, U3, напрямок течії яких відрізняється один від одного.
При пресуванні з застосуванням циліндричної матриці утворюється зона утрудненої деформації а (рис. 3.2) в кутах контейнера, яка обмежена кутом природного конуса. Зазвичай вона сприяє отриманню кращої поверхні прутка, так як вона затримує попадання в пруток поверхневих забруднених шарів.
Схема напруженого стану при пресуванні представляє собою об’ємну схему всебічного нерівномірного стиску з великим абсолютним значенням середнього тиску, що забезпечує цьому методу обробки підвищену пластичність металу і дозволяє виготовляти вироби з мало пластичних сталей і сплавів з найменшими відходами.
В загальному вигляді питомий тиск пресування виражається формулою:
(1)
де pм – питомий опір в осередку деформації;
pк – питоме зусилля по подоланню сил тертя в контейнері;
pп – питоме зусилля по подоланню сил тертя об поясок матриці.
Зусилля пресування визначається згідно формули, яка отримана Перліним І.Л. [3]:
де – площа перерізу контейнера в мм2;
(2)
(3)
де | – напруження текучості, яке відповідає умовам пресування МН/м2, (застосовується таким, як було знайдено при осадженні); | |
– вхідний кут матриці, якщо g = 180°, то слід враховувати кут природного конусу g = 90° + 120°; | ||
– коефіцієнт тертя металу об стінки контейнера і лицьову площину матриці (від приймається найбільшим) | ||
– коефіцієнт тертя металу об калібруючий поясок матриці (приймається рівним середньому значенню, яке знайдене при осалдженні); | ||
– площа перерізу матриці, мм2; | ||
l | – довжина калібрую чого пояска, мм; | |
d | – діаметр матриці, мм; | |
L | – відстань від пресшайби до матриці в даний момент пресування, мм; | |
D | – діаметр контейнера, мм. |
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Робота розділяється на дві частини.
В першій частині – пресування свинцевого зразка в спеціальному контейнері, визначення енергосилових параметрів пресу. Дана операція здійснюється на гідравлічному правильному пресі зусиллям 500 кН, який оснащений індикаторним пристроєм для зняття діаграми «зусилля – хід пуансона».
У другій частині досліджується течія шаруватого пластилінового зразка з шарами контрастного кольору, що пресується через отвір в матриці. Дослідження проводиться на тому ж обладнанні і інструменті, що у першій частині.
ЧАСТИНА ПЕРША
Перед пресуванням свинцева циліндрична заготовка, діаметр контейнера і матриці, довжина калібруючого пояска матриці повинні бути заміряні штангенциркулем з точністю до 0,1 мм і отримані результати записати до таблиці. Після цього контейнер і матриця збираються на пресі. Перед складанням площина і калібруючий поясок матриці повинні бути змазані машинним мастилом або солідолом. Потім проводиться пресування, в процесі якого фіксується зусилля операції на індикаторній діаграмі. Пресування припиняється при різкому збільшенні опору деформування, після чого зразок виймається з контейнера і замірюється товщина h пресзалишку, що залишився.
ЧАСТИНА ДРУГА
Підібрати пластилінові прутки контрасних кольорів і струною нарізати з них мірні заготовки всього шість штук на зразок. Цю операцію слід проводити, як омога ретельніше, так як похибка в об’ємі мірних заготовок згодом позначаться на товщині шарів і можуть спотворити картину течії зразків.
Отримані заготовки пресуються в спеціальному контейнері діаметром 40 мм для надання їм форми дисків. Перед виготовленням їх, пластилін слід розім’яти руками і помірно змастити заготовку і інструмент тальком або мильним розчином (значне змащування не допускається). Потім вони спресовуються тим ж інструментом, змащений тальком або мильним розчином, при цьому необхідно звернути увагу на правильне чергування контрасних шарів. Після виготовлення зразків слід охолодити під краном проточною водою або на свіжому повітрі і зняти з нього ескіз.
Провести пресування пластилінового шаруватого зразка на половину його висоти. Для полегшення видалення зразка з контейнера його інструмент слід змастити, а пресування проводити через роз’ємну матрицю. Витягнутий зразок розрізати струбциною вздовж осі по діаметральній площині та замалювати в точності повздовжнє зразка в протокол. Особливу увагу слід звернути на різне викривлення шарів та зміну товщини шарів.
РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА
1. Перебудувати на міліметровці індикаторну криву «зусилля – хід повзуна» в графік «питомий тиск – хід пуансона»
де Р – зусилля на індикаторній діаграмі процесу, Н;
Fн – площа поперечного перерізу контейнера, мм2.
2. На отриманій кривій відмітити чотири точки згідно ходу пуансона Х1, Х2, Х3, Х4.
3. Підрахувати для відмічених точок відстані L1, L2, L3, L4 з урахуванням товщини пресзалишку.
4. Користуючись формулою (3) визначити питомий тиск для тих же значень L1, L2, L3, L4.
5. Нанести криву на міліметровку з експериментальною кривою. В процесі побудови заповнити таблицю.
Таблиця
D, м | d, м | l, м | Dобр, м | H, м | h, м | ||||
Х, мм | |||||||||
L, мм | |||||||||
Рэксп, МН/м2 | |||||||||
Ртеор, МН/м2 | |||||||||
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Опір деформуванню при пресуванні, його складові частини.
2. Три види осередку деформації металу в контейнері. Зона утрудненої деформації.
3. Пряме та зворотне пресування. Зусилля при прямому і зворотному пресуванні.
4. Як пояснити характер зміни індикаторної кривої «зусилля – хід пуансона».
5. Чим пояснюється ріст питомого зусилля в кінці процесу пресування.
6. Чим пояснюється падіння зусилля по ходу пуансона після початку видавлювання.
7. Як пояснити співвідношення товщини шарів у деформованого зразка після пресування.
8. Як будуть відрізнятися криві пресування для прямого і зворотного пресування.
9. Як буде мінятися характер кривої при збільшенні температури пресування.
10. Як буде мінятися характер кривої при збільшенні швидкості деформації.
11. Напружено-деформований стан при різних схемах пресування.
12. Який закон тертя приймається при розрахунках процесів пресування.
13. Шляхи зменшення впливу сил тертя в процесі прямого пресування.
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4