Условие постоянства объема металла

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Московский институт стали и сплавов

ВЫКСУНСКИЙ ФИЛИАЛ

Кафедра Технологии и оборудования обработки металлов давлением

 

Группа ___________

 

Лабораторная (практическая) работа № 1

КОЭФФИЦИЕНТЫДЕФОРМАЦИИ ПРИ ПРОКАТКЕ.

УСЛОВИЕ ПОСТОЯНСТВА ОБЪЕМА МЕТАЛЛА

Вариант № _______

 

 

должность (ассистент, преподаватель, доцент, профессор)	подпись	ФИО
студент	подпись	ФИО

 

Выкса,2015 год

Содержание

 

1.Цель работы…………………………………………………………………………………..3

2. Теоретическое введение ……………………………………………………………………3

3.Оборудование, инструмент, образцы………………………………………………………7

4. Порядок проведения работы………………………………………………………………..9

5. Обработка экспериментальных данных…………………………………………………..10

Вывод………………………………………………………………………………………..…15

1. Цель работы

 

Приобрести навыки замера образцов, обработки полученных данных, научиться рассчитывать основные величины, характеризующие пластическую деформацию металлов. Приобрести практические знания о проявлении закона постоянства объема металла.

 

2.Теоретическое введение

 

При разработке новых, а также при совершенствовании действующих технологий, выполнении исследований в области обработки металлов давлением используется условие постоянства объема металла, согласно которому плотность деформируемого металла сохраняется постоянной в течение всего цикла обработки.

Условие постоянства объема записывается в следующем виде:

где h₀, b₀, l₀ и h₁, b₁, l₁ – высота, ширина и длина образца, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда, до и после первой технологической операции деформирования, соответственно.

В реальных условиях обработки металлов давлением наблюдаются отклонения от этого условия. Так, при горячей прокатке на обжимных станах слитков и литых заготовок, вследствие исчезновения в первых 5…6 проходах пустот, усадочной раковины, пузырей, плотность металла повышается; например, для кипящей стали – с 6,9 до 7, 85 т/м³, то есть объем слитка уменьшается на 12%. При дальнейшей горячей деформации плотность металла, а, следовательно, и его объем не изменяются.

При холодной обработке давлением ранее деформированного металла его плотность снижается в результате увеличения числа дефектов кристаллической решетки, вакансий, дислокаций и др. Соответственно этому объем металла увеличивается. Экспериментальным путем установлено, что при степени деформации 80% увеличение объема стали составляет 0,25…0,35%; при степени деформации 60% изменение объема меди и латуни достигает 1…2%. В практических расчетах параметров технологических процессов отмеченными изменениями плотности и, соответственно, объема пренебрегают.

Из условия постоянства объема следует, что

Величина характеризует деформацию металла в направлении высоты полосы и называется коэффициентом высотной деформации; соответственно величина характеризует деформацию в направлении ширины полосы и называется коэффициентом поперечной деформации; величина характеризует деформацию в направлении длины полосы и носит название коэффициента продольной деформации.

Используя вышеуказанные обозначения, запишем выражение постоянства объема в следующем виде:

или, после логарифмирования:

–ln η+ln β+ln λ=0

Следовательно, алгебраическая сумма логарифмов коэффициентов деформации по трем взаимно перпендикулярным направлениям равна нулю.

При выполнении технологических расчетов при продольной прокатке используются следующие величины, характеризующие деформацию:

- абсолютное обжатие за проход Δh=h₀–h₁

или за несколько проходов Δh_Σ=h₀–h_n;

- относительное обжатие за проход

или за несколько проходов ;

- абсолютное уширение Δb=b₁–b₀;

- коэффициент вытяжки за проход ,

за несколько проходов , или

и вышеназванные коэффициенты η; β; λ.

При прокатке широких листов, когда b/h>100, а также на широкополосных станах при прокатке тонких листов и при холодной прокатке, когда уширение незначительно изменяет ширину, пользуются формулой:

В этом случае связь между коэффициентом вытяжки и относительным обжатием может быть представлена в следующем виде:

В трубном производстве при прокатке круглых заготовок и труб используются следующие величины, характеризующие деформацию:

- абсолютное обжатие за проход ΔΖ=d₀–d₁

или за несколько проходов ΔΖ_Σ=d₀–d_n;

- относительное обжатие за проход

или за несколько проходов ;

- коэффициент вытяжки за проход

или за несколько проходов или .

Связь между коэффициентом вытяжки и относительным обжатием для прокатки сплошной заготовки на станах радиально-сдвиговой прокатки может быть представлена в следующем виде:

Связь между коэффициентом вытяжки и относительным обжатием для процессов калибровки и редуцирования труб без изменения толщины стенки может быть представлена в следующем виде:

,

где d – внутренний диаметр, S – толщина стенки.

Из представленных выше формул однозначной взаимосвязи между обжатием и вытяжкой нет.

Для характеристики процессов прокатки сорта, как правило, пользуются, в основном, коэффициентами вытяжки, так как обжатия по калибру разные. Для расчета условий захвата применяется максимальное абсолютное обжатие.

Для характеристики процессов прокатки листа, в основном, пользуются относительным обжатием за проход. Для расчета скоростных условий прокатки на непрерывном стане пользуются коэффициентом вытяжки за проход.

Для характеристики процессов производства бесшовных труб пользуются, как относительным обжатием, так и коэффициентом вытяжки, а именно:

- при прошивке: до пережима применяются относительные обжатия, а весь процесс характеризуется коэффициентом вытяжки;

- при прокатке на непрерывном стане, автомат-стане, пилигримовом и раскатном станах используют, в основном, коэффициент вытяжки;

- при прокатке трубы на калибровочном, редукционном и редукционно-растяжном стане используют относительное частное обжатие, а для расчета скоростных условий процесса пользуются коэффициентом вытяжки.

При предварительном назначении числа проходов (операций) n можно вычислить средний коэффициент вытяжки по формуле:

,

откуда .

В некоторых случаях используется величина относительной высотной деформации, вычисляемая следующим образом:

Наиболее точно высотную деформацию характеризует логарифмический (истинный, или интегральный) показатель, который определяется интегрированием бесконечно малых относительных изменений высоты полосы. Например, в отдельном проходе логарифмический показатель высотной деформации определяется так:

Суммарный логарифмический показатель высотной деформации за n проходов определяется следующим образом:

 

3. Оборудование, инструмент, образцы

Проверка условия постоянства объема металла осуществляется путем прокатки на стане образцов прямоугольного сечения из стали и цветных металлов, имеющих следующие примерные размеры: h₀ =1,8…2,0 мм; b₀ =20…25 мм; l₀ =100…200 мм.

Прокатка осуществляется в НИТУ «МИСиС» на лабораторном стане ДУО 180.

Техническая характеристика лабораторного стана ДУО 180

 

Тип стана	продольной холодной прокатки
Сортамент:	полосы холоднокатаные
	толщина полосы, мм	0,5–10
	ширина полосы, мм	10–140
Рабочие валки:
	длина бочки, мм
	диаметр бочки, мм
	частота вращения, об/мин
Обжатие за проход, мм	0,1–1,0
Главный привод:
	тип двигателя	постоянного тока
	мощность, кВт	22,1
	частота вращения, об/мин
	общее передаточное число	111,1

Общий вид стана представлен на рисунках 1.1 и 1.2.

 

Рисунок 1.1 – Стан МИСиС ДУО 180

Рисунок 1.2 – Стан МИСиС ДУО 180

Измерение образцов до и после каждого прохода производится:

- по толщине – микрометром;

- по ширине и длине – штангенциркулем.

Применение указанного инструмента обеспечивает величину погрешности определения объема деформируемого металла не более 5%.

Расчетной длиной считается расстояние между рисками, нанесенными на расстоянии 7…10 мм от торцов полосы (Рисунок 1.3).

а б

Рисунок 1.3 – Обозначение размеров образцов

до (а) и после (б) деформации

 

4. Порядок проведения работы

1. Подготовка образцов и прокатка на стане (видеоматериалы).
2. Прокатка образцов за три прохода осуществлялась по следующей схеме:

Прокатка в первом проходе

2.1 Устанавливался зазор между валками для первого прохода, и проводилась прокатка образцов из углеродистой стали, алюминиевых и медных сплавов на неизменной установке валков. (Вариант 1)

2.2 Далее изменялся зазор между валками, и проводилась прокатка по п. 2.1. (Вариант 2)

2.3 Далее изменялся зазор между валками, и проводилась прокатка по п. 2.1. (Вариант 3)

Прокатка по втором проходе

2.4 Устанавливался зазор между валками для второго прохода, и проводилась прокатка образцов для Вариантов 1, 2, 3 в соответствии с п. 2.1., 2.2., 2.3.

Прокатка в третьем проходе

2.5 Устанавливался зазор между валками для третьего прохода, и проводилась прокатка образцов для Вариантов 1, 2, 3 в соответствии с п. 2.1., 2.2., 2.3.

1. Нумерация образцов:

N₁ – номер варианта 1, 2, 3;4; 5;

N₂ – номер прохода;

0 – исходный;

1, 2, 3 – номер соответствующего прохода.

1. Измерение образцов после каждого прохода для 3-х металлов (по три измерения толщины и ширины). Запись каждого замера в таблицу 1.1.
2. Длину образцов измеряют между керновыми отпечатками, что исключает зоны прокатанные в условиях неустановившегося процесса (заполнение и освобождение очага деформации).

 

5. Обработка экспериментальных данных

 

1. По формуле (условие постоянства объема) вычисляется объем металла до и после деформации в каждом проходе.

 

2. Рассчитывается относительная погрешность определения объема металла после каждого прохода по выражению:

,

где V₀ – объем полосы до деформации в соответствующем проходе;

V_i – то же после деформации.

3. Выполняется расчет коэффициентов деформации и полученные данные заноятся в таблицу 1.2. – 1.4.

4. Строятся графики в виде гистограмм функции h_i=f(M_i), где М_i – металл образцов.

Таблица 1.1