Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Институт материаловедения и металлургии
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
по дисциплине «Обработка металлов давлением»
Екатеринбург
УрФУ
УДК 621.771.23
Составители Д.Л. Шварц, С.В. Харитонин
Научный редактор доц., канд. техн. наук Ю.В. Инатович
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ по дисциплине «Обработка металлов давлением»: методические указания / Д.Л. Шварц и др. Екатеринбург: УрФУ, 2013. 38 с.
Изложены методические указания по проведению лабораторных работ по курсу «Обработка металлов давлением» для студентов всех форм обучения, обучающихся по направлению 150400 «Металлургия».
Практикум предназначен для закрепления знаний по элементам теории обработки металлов давлением, а также для практического ознакомления с технологическими процессами обработки давлением: осадкой, прокаткой на гладких валках и в калибрах, прессованием. Студенты приобретают навыки практической работы на лабораторном оборудовании а также обработки и анализа экспериментальных данных.
Библиогр.: 10 назв. Табл. 9. Рис. 14.
Подготовлено кафедрой “Обработка металлов давлением” ИММт
Одобрено методическим советом Института материаловедения и металлургии УрФУ
Ó УрФУ, 2013
СОДЕРЖАНИЕ
1. РАБОТА №1. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ НА 4
ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ПРИ
ОСАДКЕ
1.1.Общие сведения 4
Измерения и ход работы 7
2. РАБОТА №2. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ НА
ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДА ПРИ ОСАДКЕ 10
2.1. Общие сведения 10
2.2. Измерения и ход работы 13
3. РАБОТА №3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОГО УГЛА ЗАХВАТА 16
ПРИ ПРОКАТКЕ
3.1. Общие сведения 16
3.2. Определение максимального угла захвата в момент захвата 19
3.3. Определение максимального угла захвата при установившемся 20
процессе прокатки
4. РАБОТА №4. ЗАВИСИМОСТЬ УШИРЕНИЯ В ГЛАДКИХ ВАЛКАХ 22
ОТ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ
4.1. Общие сведения 22
4.2. Методика выполнения работ 23
4.2.1. Зависимость уширения от ширины полосы 23
4.2.2. Зависимость уширения от относительного обжатия 24
4.2.3.Зависимость уширения от числа проходов 25
4.2.4. Зависимость уширения от состояния поверхности валков 25
5. РАБОТА №5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПЕРЕЖЕНИЯ ПРИ ПРОКАТКЕ 27
5.1. Общие сведения 27
5.2. Выполнение работы 28
6. РАБОТА №6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЫТЯЖКИ 31
ПРИ ПРОКАТКЕ В КАЛИБРАХ
6.1. Общие сведения 31
6.2. Измерения и ход работы 32
7. РАБОТА № 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫПРЕССОВАНИЯ 34
7.1. Общие сведения 34
7.2. Выполнение работы 35
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 38
1. РАБОТА №1. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ТРЕНИЯ НА ФОРМОИЗМЕНЕНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ПРИ ОСАДКЕ
Лабораторная работа предназначена для закрепления представлений об однородной (равномерной) и неоднородной деформации, влияния внешнего трения и формы тела на формоизменение металла при осадке. Эти представления даются студентам при знакомстве с темой “Элементы теории обработки металлов давлением” изучаемого курса.
При выполнении работы студенты должны пронаблюдать за проявлениями однородной и неоднородной деформаций при осадке, получить сведения о влиянии сил трения на формоизменение, приближённо определить параметры формоизменения цилиндра в процессе осадки.
1.1. Общие сведения
Однородной (равномерной) деформацией называется деформация тела, при которой плоскости и прямые линии остаются плоскостями и прямыми после деформации. Параллельные прямые и параллельные плоскости остаются также параллельными после деформации. Например, координатная сетка, нанесённая на образце, разрезанном по диаметральной плоскости вдоль оси и склеенном перед деформацией в одно целое, изменяет в процессе деформации свои размеры, но не искажается. Размеры ячеек одинаковы по всему объёму [1].
Однородная деформация характеризуется тем, что перемещения частиц тела являются линейными функциями координат и величины относительных деформаций постоянны по всему объёму.
В процессах обработки давлением деформирование металла в условиях однородной деформации имеет важное практическое значение, поскольку позволяет получить однородную по всему объёму деформируемого тела структуру, что обусловливает получение одинаковых механических и прочих свойств металла во всём теле. На рис.1.1 показана однородная (равномерная) деформация цилиндра
а б
Рис.1.1. Координатная сетка при однородной деформации образца:
а -до осадки, б -после осадки
Внешнее трение, наряду с формой деформируемого тела оказывает существенное влияние на формоизменение при пластической деформации. Форма тела при осадке цилиндрических заготовок характеризуется параметром, представляющим отношение 
, где d - диаметр заготовки, а h её высота.
При осадке одинаковых цилиндрических образцов на бойках с разной степенью чистоты обработки, при наличии или отсутствии смазки на контактных поверхностях изменение формы образцов при одинаковых степенях деформации происходит по-разному.
Осадка на шероховатых, грубо обработанных бойках, то есть при больших значениях коэффициента трения f, вызывает искажение цилиндрической формы образцов и превращение её в резко выраженную бочкообразную форму (см. Рис.2).
Кроме того, на контактных поверхностях инструмент – образец практически отсутствует смещение части деформируемого металла относительно поверхности инструмента. Участок контактной поверхности, на котором не обнаруживается скольжение, носит название “зоны прилипания”. При деформации высоких образцов со значениями отношений 
, а также при использовании бойков с весьма шероховатой поверхностью, даже при осадке невысоких цилиндров, зона прилипания может охватить почти всю контактную поверхность. В этих случаях необходимое для соблюдения постоянства объёма увеличение диаметра на контактной поверхности цилиндра происходит за счёт перехода на неё частиц металла с боковой поверхности цилиндра.
Рис.1.2. Схема, иллюстрирующая влияние сил контактного трения на бочкообразование при осадке цилиндрического образца. Справа – эпюра распределения сил внешнего трения по высоте цилиндра. P - сила осадки,
- силы внешнего трения.
Бочкообразование, отсутствие скольжения на контактной поверхности и связанный с этим переход с боковой поверхности деформируемого цилиндра на контактную обусловлено влиянием подпирающих боковых сил, а именно, контактных сил внешнего трения.
Подпирающее влияние сил внешнего трения, действующих на контакте, постепенно ослабевает по направлению к середине высоты тела. В связи с этим уменьшается к середине высоты сопротивление радиальному перемещению частиц металла. Там, где величина сил сопротивления (касательные напряжения) меньше, радиальные перемещения будут большими и наоборот.
Различные по высоте радиальные перемещения и приводят к образованию бочкообразной формы у деформированных цилиндрических образцов.
Таким образом, внешнее трение приводит к неравному распределению напряжений и деформаций в различных точках деформируемого тела. Напряжения и деформации в этом случае являются функциями координат. В теле возникает объёмное напряжённое состояние.
В силу неравномерности распределения деформаций и напряжений в объёме деформируемого цилиндра, деформация цилиндра, при значительной величине сил внешнего трения носит название неоднородной. Неоднородная деформация может быть вызвана не только наличием внешнего трения, но и рядом других факторов, которые здесь не рассматриваются.
Если предположить, что внешнее трение полностью отсутствует, то создаётся одно из условий для осуществления однородной или идеальной осадки (см. Рис.1.1). Равномерное распределение деформаций и напряжений по объёму цилиндрического образца обусловлено при этом отсутствием боковых подпирающих сил – сил внешнего трения на контакте инструмент-образец. Поскольку силы, вызывающие неоднородность деформации, отсутствуют, по всей контактной поверхности происходит скольжение металла образца относительно инструмента. Зоны прилипания нет. Переход металла с боковой поверхности образца на контактную отсутствует.
Увеличение контактной поверхности образца при однородной деформации происходит за счёт выхода частиц металла из приконтактных слоёв на контактную поверхность. При определённых условиях осадки может иметь место увеличение диаметра контактной поверхности, как за счёт скольжения, так и за счёт перехода частиц металла с боковой поверхности на контактную.
Практически, поскольку уничтожить трение невозможно, создают лишь такие условия, при которых происходит деформация, близкая к однородной. Для этого применяют полированный инструмент (бойки), на который наносят смазку.
Цель работы
1.Визуально проследить за формоизменением цилиндрических образцов при осадке на комплектах бойков с разным состоянием рабочих поверхностей.
2. Провести наблюдение за внешними проявлениями неравномерности деформации при осадке на шероховатых бойках: резко выраженное бочкообразование, переход металла с боковой поверхности на контактную, зоны прилипания на контактных поверхностях.
3. Установить зависимость зоны прилипания от формы деформируемого цилиндра и коэффициента внешнего трения.
4. Познакомиться с проявлениями деформации, близкой к равномерной, при осадке на полированных бойках.