СВОБОДНАЯ ОСАДКА МЕТАЛЛОВ

Лабораторная работа
СВОБОДНАЯ ОСАДКА МЕТАЛЛОВ
Цель работы:
Определение работы деформации при сводной осадке металлических образцов на
лабораторном копре.
Введение
Процесс обработки металлов давлением основан на способности металлов
деформироваться пластически (в основном за счет движения дислокации).
Деформацией называют процесс изменения формы и/или размеров металлического тела
под воздействием приложенных к нему внешних сил – нагрузок.
Пластической деформацией называют такую, при которой после снятия внешней
нагрузки тело не восстанавливает первоначальную геометрическую форму и/или
размеры.
С увеличением степени деформации при холодной обработке возрастают
характеристики прочности и понижаются характеристики пластичности металла, т.е.
отмечается наклеп металла.
При обработке давлением появляются значительные силы трения на контактных
поверхностях заготовка-инструмент, которые резко изменяют схему напряженного
состояния и тем самым оказывают существенное влияние на пластичность металла и
его сопротивление деформированию. Для снижения коэффициента трения и облегчения
условий деформации применяются различные смазки и инструмент с полированной
поверхностью.
Свободная осадка
Осадка – технологическая операция
обработки металлов давлением, при
которой производится уменьшение высоты
заготовки при увеличении площади её
поперечного сечения. Заготовки, у которых
отношение высоты к диаметру или к
меньшей стороне поперечного сечения
больше 2,5 осаживать не рекомендуется
(во избежание изгиба заготовки).
Свободная осадка является простейшим из
методов обработки металлов давлением.
Данным
методом
обрабатываются
массивные и простые по форме заготовки и
детали (обработка блюмов, судовых валов,
осей), обычно в горячем состоянии (Рис.
1). Свободной называется осадка без
ограничения
боковых
поверхностей
заготовки.
При
свободной
осадке
достигаются
значительные
степени
деформации (до 90% при обработке
давлением в горячем виде).
Рис. 1. Осадка на гидропрессе.
1
При осадке цилиндрических заготовок (Рис. 2) перемещение частиц металла
происходит по радиусу, который является кратчайшим путем к свободной поверхности.
Поперечные сечения сохраняют круглую форму, а меридиональные получают форму
бочки.
При этом степень бочкообразности зависит от величины контактных сил трения на
контактных поверхностях заготовка-инструмент и от степени осадки – усилия
деформирования.
a)
b)
Рис. 2. Деформация образца при осадке:
а) до деформации; б) после деформации
Степень деформации ε (%) в направлении осадки:
h −h
ε = 0 1 ⋅100%, (%)
h0
где h0 – высота образца до осадки, м;
h1- высота образца после осадки, м.
(1)
Усилие деформирования под прессом в общем случае определяется формулой:
F = p ⋅ S , (H)
(2)
где S – площадь контакта заготовки с инструментом, м2;
р – удельное давление течения металла при осадке, Па.
Удельное давление при осадке (образцов) заготовок в виде цилиндра может быть
определено по приближенной формуле:

f d1 
, (МПа)
p = σ 0 1 +
(3)
 4 h1 
где σ 0 - предел текучести металла при температуре деформации, Па (при комнатной
температуре для свинца σ 0 ≈ 20...25 МПа); f - коэфициент трения между металлом
(заготовкой) и бойками (инструментом), ориентировочные значения от 0,3...0,5; d1 –
диаметр поковки (образца) после деформирования, м.; h1 - высота поковки (образца)
после деформирования, м.
Работа деформации под молотом (под давлением бабы копра) может быть определена
по формуле:
h
A Д = pcp ⋅ V ⋅ ln 0 , (Дж)
(4)
h1
где V – объем заготовки, м3; рcp – средние значения удельного давления, Па (для
малых деформаций рcp ≈ p).
2
Энергия одного удара бабы копра определяется по формуле:
E y = m ⋅ g ⋅ H ⋅η , (Дж)
(5)
где m – масса бабы копра (m = 6,2 кг); H - высота падения бабы копра, м; η коэффициент полезного действия копра ( η ≈ 0,85); g - ускорение свободного падения,
м/с2.
Ход работы
Замерить исходные размеры образцов do и ho (все результаты измерений и расчетов
внести в таблицу 1).
Задается преподавателем степень деформации, например ε1 = 10%, ε2 = 20% или ε3 =
30%.
Рассчитывают объем осаживаемой заготовки
π ⋅ d 2 ⋅ h0
V0 =
.
4
Объем образца после осаждения считается постоянным. Определяется диаметр после
осадки:
4V0
d1 =
.
π ⋅ h1
Найденные значения h1 и d1 внести в таблицу 1.
По формуле (3) вычисляют удельное давление при осадке. Предел текучести
принимается равным 22 МПа.
Вычислить величины высот сбрасывания бабы копра (Н), необходимые для осадки
образцов от исходной высоты ho до высот h1, h2, h3 соответственно, исходя из условия,
что энергия удара бабы копра Ey (5) равна работе, необходимой для осадки образцов АД
(4) т.е. Еу = АД.
h
Тогда m ⋅ g ⋅ H 1 ⋅η = p ⋅ V0 ⋅ ln 0 ,
h1
откуда H 1 =
p ⋅ V0
h
⋅ ln 0 , (м).
m ⋅ g ⋅η
h1
Значения H1, H2, H3 вписать в таблицу 1.
Произвести осадку образцов под копром. Предварительно установите шпильку
размыкания бабы копра на высоты (Н), определенные в ходе проведенных расчетов.
Замерить размеры образцов после осадки d1 и h1, d2, h2, d3, h3 и вписать их в таблицу 1.
Отчет по работе
1. Заданные величины степени деформаций ε1, ε2 или ε3.
2. Расчеты размеров образцов, удельного давления, энергии удара и высоты
сбрасывания бабы копра.
3. Результаты опытов в виде таблицы 1.
4. Выводы (оценка расхождений измеренных и расчетных данных).
3
ТАЛЛИННСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт материалотехники
Кафедра технологии металлов
Лабораторная работа
(по предмету)
Название
СВОБОДНАЯ ОСАДКА МЕТАЛЛОВ
Имя и фамилия:
Студенческий код:
Руководитель:
Работа выполнена: Работа представлена:
Номер работы:
Группа:
Работа зачтена:
Выводы. Оценка расхождений измеренных и расчетных данных:
do,
мм
V0 ,
мм3
ε, %
ho,
мм
Размеры
после
осадки
(расчет)
d1p,
мм
h1p,
мм
1
2
3
4
Высота
падения
копра
Степень
деформации
Удельное
давление
Исходные
размеры
образца
Объем
образца
№ образца
Таблица 1. Данные по свободной осадке
p,
МПа
H, м
Размеры
после
осадки
(измерение)
d1 ,
h1 ,
мм мм
Расхождение
∆=
h1 p − h1
h1
⋅100%,
∆, %