КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Дослідження нерівномірності

Деформації при осаджуванні

Мета роботи – вивчити методи досліджень нерівномірності деформації при осаджуванні.

При обробці металів тиском більшість технологічних операцій виконується в умовахнаявності зовнішнього тертя між оброблюваним тілом і поверхнею інструмента. Об’єм металу, що зміщується при деформації переміщається відносно поверхні інструмента, при цьому виникають сили контактного тертя, які заважають цьому переміщенню і тим самим впливають на самий процес деформації. Тому вивчення законів контактного тертя при пластичній обробці металів має велике значення, бо воно визначає умови напруженого стану тіла при деформації, а відповідно, силові і енергетичні параметри обробки, визначають якість продукту обробки, зношування інструменту і інш.

Умови тертя при обробці металів тиском суттєво відрізняється від умов тертя при роботі звичайних поверхонь тертя різних механізмів і пристроїв.При нормальній роботі машинні пари тертя сприймають лише пружні деформації. При пластичній обробці в більшості випадків має місце обновлення металу контактних поверхонь тертя, тому що в даному випадку на поверхню неперервно виходять нові глибинні частинки металу. Крім цього пластична деформація викликає зм’яття поверхневих нерівностей металу і його зміцнення. Відомо, що існує два види тертя ковзання і тертя кочення. При аналізі процесів обробки металів тиском мають справу, головним чином, з тертям ковзання.

Величиною, що дозволяє зробити оцінку взаємодії двох тіл, які мають відносне переміщення і знаходяться під дією стискаючого навантаження, є коофіциєнт тертя. До параметрів, які визначають коофіциєнт тертя, відносяться: стан поверхонь інструменту і тіла яке деформуємо, хімічний склад оброблюваного тіла, температура і швидкість деформації, питомий тиск, наявність мастила на поверхні контакту.

Пластична формозміна в процесах обробки металів тиском, як правило, виконується в умовах нерівномірності напруженого стану, що є основною причиною різного ступеню зміни розмірів окремих ділянок оброблюваного тіла, тобто причиною нерівномірності деформації. При обробці металів тиском майже не зустрічаються ідеальні умови, які відповідають рівномірному розподіленню напружень і деформацій по об’єму тіла, крім окремих часткових випадків.

Основними причинами, які викликають нерівномірне розподілення напружень при пластичній обробці, можна рахувати контактне тертя, початкову форму тіла і форму робочого інструмента, неоднорідність властивостей оброблюваного металу.

Прикладом нерівномірної деформації, викликаної контактним тертям, може служити поява бокоподібності взірця, що осаджується, між паралельними плитами (рис.1).

Рис.1. Вплив контактного тертя на деформацію взірця:

а – початкова заготовка; б – осаджування між не-

змащеними поверхнями; в – осаджування між зма-

щеними поверхнями.

В даному випадку шари металу, які розташовані біля контактної поверхні і затримуються силами тертя, отримують менш розвинену деформацію в напрямі, перпендикулярнім до дії зовнішніх сил в порівнянні з шарами, які знаходятьсяближче до середини по висоті взірця, так як по мірі віддалення від контактних поверхонь спостерігається падіння ролі вкзанного фактору (підпираючої дії сил тертя).

Із зменшенням коефіциєнта тертя ступінь бочкоподібності деформівного тіла падає і при помітному зменшенні його деформації може бути близькою до рівномірної (рис.1,в).

Розрізняють три зони деформації при осаджуванні (рис.2). Зона І має мінімальну степінь дефомації, зона ІІІ – максимальну. Для дослідження нерівномірності степені деформації використовують метод гвинта і штифта.

Рис.2. Зони деформації у ветикальному січенні при осаджуванні

МЕТОД ГВИНТА

Для проведення досліджень необхідно виготовити спеціальні взірці (рис.3).

У взірцях циліндричної форми, виготовлених з низьковуглецевої сталі, нарізають різьбу і вкручують гвинт. Твірна гвинта направлена точно по осі взірця. Взірець деформують і фрезерують вздовж осі.

Рис.3. Схеми взірця для визначення нерівномірності деформації

методом гвинта: а – до осаджування; б – після осаджування

Суть методу гвинта полягає в тому, що, знаючи крок різьби до і після деформації, можна порахувати місцеві ступені деформації. Ступінь деформації розраховують за формулою

де h₀ – крок різьби до дефомації; h_і – крок і – го витка різьби.

МЕТОД ШТИФТА

Для проведення досліджень методом штифта використовують взірці, показані на рис.4. Взірці виготовляють з низьковуглецевої сталі (сталь 20). У втулку 1 запресовують штифт 2. Взірець деформують, розрізають по осі і полірують.

Суть методу штифта полягає у тому, що через рівні відстані вимірюють діаметр штифта. Ступінь деформації вираховують за формулою (виходячи із закону про постійність об’єму, маєм: V₀ = V₁, V₀ – об’єм взірця до деформації: V₁ – об’єм взірця після деформації)

Рис.4. Схема взірців для дослідження нерівномірності деформації

методом штифта: а – до осаджування; б – після осаджування.

ОПИС ПРИЛАДУ

Інструментальний мікроскоп призначений для вимірювання величини деформації має чавунну основу 1 (рис.5), яка несе на собі ви-мірювальний стіл 2, ферму 3, тубус 4 з кутомірною головкою5 і кожух освітлення 6.

Вимірювальний стіл лежить на поперечних направляючих, які встановлені на поздовжніх направляючих, а останні змонтовані на основі приладу. Вимірювальний стіл може переміщатися в двох взаємноперпендикулярних напрямах – паралельно ходам поздовжніх і поперечних направляючих. Стіл переміщають з допомогою мікрогвинтів, поздовжнього 7 і поперечного 8.

Рис.5. Інструментальний мікроскоп типу ІТ.

Величину переміщення стола при вимірюванні визначають за шкалами гільз гайок, шкалах барабанів гвинтів мікрометричних пар з допомогою індексів спеці-альних кілець. Крок мікрогвинтів дорівнює 1 мм, ціна поділки барабанів 0,01 мм.

Різкість зображення взірця досягається грубим встановленням – гвинтом 10 з наступним точним встановленням – обертанням гвинта 9.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

1. Досліджуваний взірець 12 кладуть в V – подібну призму 11 (див рис.5) і встановлюють її на предметне скло вимірного стола 2.

2. При встановленні взірця на вимірнім столі слідкують за тим, щоби його вісь була приблизно паралельна вимірному напряму, тобто напряму переміщення повздовжніх або поперечних полозок стола.

3. Встановлюють взірець точно паралельно поперечному вимірному напряму. Для цього взірець “гвинт” розміщають такм чином, щоб осі різьби і взірця співпадали з поперечним переміщенням стола (направленням y на рис.6). Взірець “штифт” розміщають так, щоб торець взірця переміщався паралельно поздовжньому направленню X (рис.6).

4. При дослідженні нерівномірності деформації методом гвинта необхідно після суміщення зображення вершини першого витка різби з пуктирною лінією головки зробити нульовий відлік по поперечному мікрогвинті, визначивши таким чином координати вершини першого витка (x₀, y₀) (див. рис.7). Далі, міняючи абсциси х_о, вимірюють біжуче значення ординати у_і.

5. Величина кроку різьби після осаджування h_i розраховується за формулою

h_i = y_i – y_i-1.

6. Розраховують значення місцевої пластичної деформації:

Приклад. Припустимо, що при вимірюванні кроку різьби після осаджування отримані наступні величини ординат: у₀ = 3,3; у₁ = 3,98; у₂ = 4,60; у₃ = 5,18; у₄ = 5,70.

Необхідно визначити крок різьби h_i і розрахувати відповідні значення місцевої пластичної деформації при h₀ = 1 мм.

Розв’язування. Біжуче значення кроку різьби після осаджування: h₁ = 3,98 – 3,3 = 0,68 мм; h₂ = 4.6 - 3,98 = 0,62 мм; h₃ = 0,58 мм; h₄ = 0,52 мм.

Відповідні значення e_і дорівнюють

аналогічним чином e₂ = 38%; e₃ = 42%; e₄ = 48%.

Рис.6. Схема вимірювання кроку різьби

Рис.7. Схема вимірювань діаметрів штифта

7. Використовуючи отримані результати, побудувати графік залежності e (H), де H – відстань від торця, яка визначається за формулою

В приведенім вище прикладі H₁ = 0,68 мм; H₂ = 1,30 мм; H₃ = 1,88 мм; H₄ = 2,40 мм.

8. При дослідженні нерівномірності деформації методом штифта необхідно встановити перехрестя вимірної головки в положення нульового відліку (верхня ліва точка контуру штифта на рис.7). Значення ординати х₀ повинно бути не меньше 1,5. Переміщуючи вимірний стіл поперечним мікрогвинтом (y₀= const), визначаємо абсцису х₁. Поздовжнім мікрогвинтом переміщають вимірний стіл на крок вимірювань, рівний 0,5 мм. При встановленні таким чином значенні ординати у₁ визначають абсциси х₃ і х₄. Вимірювання проводять по всій висоті взірця в напрямку, яке завдано віссю ординат.

9. Діаметр штифта після осаджування d_i розраховується за формулою

d_i = x_2i– x_2i-1.

Біжуче значення висоти

10. Місцева пластична деформація

Приклад 2. Припустимо, що при вимірюваннях були отримані наступні координати точок профілю штифта:

(1,50; 2,30) (8,00; 2,30);

(1,35; 2,80) (8,15; 2,80);

(1,15; 3,30) (8,35; 3,30);

(0,95; 4,80) (8,55; 4,80);

(0,75; 5,30) (8,75; 5,30);

(0,50; 5,80) (9,00; 5,80).

Необхідно розрахувати d_i, H_n, e_i при d₀ = 6 мм.

Розв’язування. Маємо:

d₁ = 8,00 –1,50 = 6,50 мм; H₁ = 2,30 – 2,30 = 0 мм;

d₂ = 8,15 –1,35 = 6,80 мм; H₂ = 2,80 – 2,30 = 0,50 мм;

Аналогічно d₃ = 7,20 мм; H₃ = 1,00 мм; e₃ = 30,5 %; d₄ = 7,60 мм;H₄ =1,50 мм; e₄ = 37,7 %; d₅ =8,00 мм; H₅ = 2,00 мм; e₅ =43,7 %; d₆ = 8,50 мм; H₆ = 2,50 мм; e₆ = 50,20 %;

11. Використовуючи отримані результати, будують графік залежності e(Н).

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. З якою метою в роботі вивчаються закони контактного тертя? Як впливає котактне тертя на характер деформації при осаджуванні?

2. Чим відрізняються умови тертя при обробці металів тиском від умов тертя при роботі звичайних поверхонь механізмів, які працюють на тертя?

3. Якою величиною характеризується контактна взаємодія двох тіл, які мають відносне переміщення під дією стикаючого навантаження?

4. Які фактори і як впливають на коофіциєнт тертя при обробці металів тиском ?

5. Що викликає нерівномірне розподілення напружень в об’ємі заготовки при ОМТ?

6. Чим викликана нерівномірність деформації (бочковидність) циліндричної заготовки при осаджуванні?

7. Які зони деформації розрізняють при осаджуванні і як вони розташовані у вертикальному січенні деформованої заготовки?

8. Які методи вивчення нерівномірності деформації розглядуються в даній роботі?

9. Суть методу гвинта.

10. Напишіть і поясніть формулу для визначення “місцевої” ступені деформації методом гвинта.

11. Суть методу штифта.

12. Напишіть і поясніть формулу для визначення “місцевої” ступені деформації методом штифта.

13. Який закон пластичної деформації використаний при виведенні формули для визначення місцевої степені деформації методом штифта.?

14. Який інструмент використовують в роботі для вимірювання кроку гвинта і діаметра штифта, і як він працює?

Додаток

Протокол № 1

Визначення місцевих деформацій методом гвинта

Номер вимірювань	Дані вимірювання	H_i

Протокол № 2

Визначення місцевих деформацій методом штифта

Відстань від торця	Дані вимірювання	d_i