Учебники по популярным профессиям
на asv0825.ru

Основы теории обработки металлов давлением

       

Силы,напряжения и деформации при обработке давлением

При обработке давлением пластическая деформация осуществляется за счет системы внешних активных сил, создаваемых машиной-орудием (прессом, молотом и др.) и с помощью инструмента прикладываемых к деформируемой заготовке. При ручной ковке металл деформируется под действием ударов кувалдой, гладилкой и другого кузнечного инструмента.

Рассмотрим силовое взаимодействие между инструментом и заготовкой при наиболее часто применяемой операции — осадке (рис. 2.5).

Рис. 2.5. Напряженное состояние металла при кузнечной осадке

Силовое воздействие инструмента на обрабатываемую заготовку определяется усилием, действующим на единицу площади контакта между инструментом и заготовкой. Это усилие называется удельным усилием деформирования или контактным напряжением.

Течение металла при деформировании сопровождается скольжением его частиц по поверхности инструмента. В результате между инструментом и заготовкой возникают напряжения контактного трения г, направление которых противоположно течению металла. Наличие трения вызывает увеличение необходимого усилия деформирования, повышает износ инструмента, является причиной неоднородной деформации. Например, при осадке цилиндрическая заготовка приобретает бочкообразную форму, а различные ее объемы подвергаются различным по значению деформациям. В большинстве случаев трение является вредным и его стараются уменьшить, применяя различные виды смазок и уменьшая шероховатость рабочей поверхности инструмента.

Под действием внешних сил в деформируемой заготовке возникают внутренние силы, противодействующие внешним и уравновешивающие их. Внутренняя сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения заготовки, называется напряжением а. Являясь векторной величиной, напряжение определяет не только значение внутренних сил, но и их направление.

При действии на материальную точку одного напряжения оi (рис. 2.6, I) напряженное состояние называют одноосным или линейным, при одновременном действии двух напряжений σ, и σ2 (рис. 2.6, II) — двухосным или плоским, при действии трех напряжений σ, σ2 и σ3 (рис. 2.6, III) — трехосным или объемным. Напряженное состояние металла зависит от выполняемой операции, формы заготовки, значения трения на контактной поверхности и др.

Рис. 2.6. Схемы главных напряжений:
I - одноосное напряженное состояние при растяжении и сжатии, II - двухосное напряженное состояние, III - трехосное напряженное состояние

Так, при растяжении длинного стержня (рис. 2.7, а) металл деформируется в условиях линейного (одноосного) напряженного состояния.

Рис. 2.7. Напряженное состояние металла при растяжении длинного стержня (а) и растяжении плоской тонкой пластины (б)

Плоская пластина (рис. 2.7, б), растягиваемая, например, в двух взаимно перпендикулярных направлениях, находится в условиях плоского (двухосного) напряженного состояния. В большинстве случаев обработки давлением и особенно при выполнении операций ковки металл деформируется в условиях объемного напряженного состояния. Так, при осадке цилиндрической заготовки металл в центральной части (см. рис. 2.5) деформируется в условиях объемного (трехосного) напряженного состояния сжатия. Слои металла периферийной части заготовки деформируются по схеме трехосного напряженного состояния с двумя сжимающими и одним растягивающим напряжением.

Для определения полного усилия деформирования выведены специальные теоретические формулы применительно к различным операциям обработки давлением.

В кузнечном производстве широко применяют операцию протяжки, которая состоит в уменьшении площади поперечного сечения заготовки и увеличении ее длины путем нанесения ударов по боковой поверхности заготовки или нажатий на нее. Деформацию заготовки в этом случае принято определять коэффициентом У = F0/Ft, называемым степенью укова или уковом (рис. 2.8).

Рис. 2.8. К определению значения укова

На производстве, как правило, протяжку выполняют не за один, а за несколько приемов. В этом случае общий уков равен произведению уковов за весь цикл обработки. Сопротивление металла деформированию во многом зависит от скорости деформации. Скорость деформации не следует отождествлять со скоростью деформирования, т. е. скоростью движения деформирующего инструмента относительно заготовки.

Обрабатываемые в кузнечном производстве металлы и сплавы обладают различными пластическими свойствами, или пластичностью. Наиболее распространенным и удобным методом определения пластичности является испытание на растяжение, которое проводится на образцах, форма и размеры которых должны соответствовать ГОСТ 1497—84.

Показатели пластичности, определенные по результатам испытаний на сжатие или растяжение, недостаточно полно характеризуют способность металла подвергаться тем или другим методам обработки давлением и, в частности, операциям ковки (прошивке, гибке, скручиванию и др.). Более близкими к действительности и полезными для практаки являются испытания на технологическую пластичность. Они состоят в том, что пластичность определяется в условиях выполнения той или иной конкретной операции. Например, пластичность при протяжке определяется путем поперечного обжатия длинной заготовки (а не продольного, как при осадке) . Чем выше технологическая пластичность, тем большей степени деформации можно подвергнуть металл в процессе выполнения данной операции.

Наряду с пластичностью и технологической пластичностью для оценки степени обрабатываемости металлов давлением используют такое понятие, как ковкость, одновременно характеризующую и пластичность металла, и его сопротивление деформированию. Чем выше пластичность металла и меньше его сопротивление деформированию, тем выше ковкость.

Для осуществления пластической деформации необходимо затратить определенную механическую энергию, знание величины. которой помогает правильно выбрать необходимое оборудование и определить трудоемкость обработки.

Работа пласшческой деформации может быть вычислена по формуле А = P/ΔН, где ΔН — путь инструмента в процессе выполнения деформаций; Р — среднее на пути ΔН значение деформирующего усилия.

Упражнения

  1. Определить напряжение текучести в процессе растяжения образца из стали СтЗ при комнатной температуре, если пластическая деформация образца началась при усилии Р= 17,8 кН, а его диаметр был равен 10 мм.
  2. Определить пластичность стали Ст5 в процессе растяжения образца при комнатной температуре, пользуясь следующими сведениями испытаний: начальная длина образца - 100 мм, длина образца после разрыва - 117 мм.
  3. Вычислить полное усилие Р осадки цилиндрической заготовки, если в момент деформирования она имеет диаметр, равный 40 мм, а удельное усилие деформирования составляет 700 МН/м2.
  4. Определить суммарное значение укова при протяжке за три перехода квадратной в сечении заготовки (сечение заготовки по переходам изменялось в соответствии с рис. 2.8).

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru