Дослідження процесу пресування

МЕТА РОБОТИ. Дослідження процесу пресування з циліндричної матриці: експериментальне визначення зусилля і питомого тиску прямого пресування, співставлення їх з розрахунковими даними, вивчення зон деформації і загальної картини течії металу при пресуванні.

 

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

При пресуванні метал з порожнини більшого поперечного перерізу видавлюється в порожнину меншого поперечного перерізу. При цьому зменшується площа контакту інструмента і металу, що означає, що поверхневі шари впресовуються всередину матеріалу. Процес пресування має місце при куванні металу на заключній стадії видавлювання металу в облойну канавку або порожнини, які важко заповнюються, а також при отриманні прутків, труб з різноманітних профілів за допомогою видавлювання металу на горизонтальних і вертикальних пресах через отвір матриці.

Пресування буває прямим та зворотнім (рис. 3.1.). У першому випадку (рис. 3.1, а) метал видавлюється через матрицю, яка розташована в нерухомому контейнері і тоді напрямок течії металу співпадає з напрямком руху інструменту. Тут матеріал заготовки переміщується відносно стінок контейнера і на них з’являються сили тертя, які утруднюють його переміщення. При зворотному процесі (рис. 3.1, б) метал видавлюється в матрицю, яка переміщується разом з пресштемпелем і рух металу та інструменту відбувається в різних напрямках. При цьому пресування виді заготовка відносно стінок контейнера не переміщується, тому вплив тертя на зусилля пресування і течію металу в цьому процесі значно менше. В обох випадках осередок деформації розташований в околі отвору матриці.

а	б
Рис.3.1: 1 – контейнер; 2 – прессматрица; 3 – прессшайба; 4 – прессштемпель или пуансон

 

Однорідність пластичних властивостей і тертя на поверхні контакту матеріалу з контейнером і матрицею впливає на характер, форму і розміри осередку деформації. В залежності від виду течії (пряме або зворотне), від величини коефіцієнтів контактного тертя і від однорідності пластичних властивостей матеріалу, можуть мати місце три види осередку деформації (рис. 3.2).

 

а	б	в
Рис. 3.2

 

Перший вид осередку деформації (рис. 3.2, а) характерний тим, що деформація зосереджується поблизу матриці. Цей вид осередку деформації спостерігається при зворотному пресуванні, а також при прямому, якщо коефіцієнт тертя відносно низький і заготовка має однорідність пластичних властивостей по всьому об’єму.

Другий вид осередку деформації (рис. 3.2, б) спостерігається при прямому способі пресування, якщо коефіцієнт тертя відносно високий або є певна неоднорідність пластичних властивостей металу. Цей вид осередку деформації характерний розповсюдженням деформації на висоту заготовки та випередженням течії внутрішніх шарів. Є два об’єми – внутрішніх U₁ і зовнішніх шарів U₂, причому останні деформуються в меншій мірі через стримуючий вплив контактного тертя.

Третій вид осередку деформацій (рис. 3.2, в) має місце при високому значенні коефіцієнту тертя і при значній неоднорідності пластичних властивостей зовнішніх і внутрішніх шарів заготовки так і при нерівномірному і несиметричному температурному полі всередині контейнера. Цей вид осередку характерний наявністю трьох об’ємів метала U₁, U₂, U₃, напрямок течії яких відрізняється один від одного.

При пресуванні з застосуванням циліндричної матриці утворюється зона утрудненої деформації а (рис. 3.2) в кутах контейнера, яка обмежена кутом природного конуса. Зазвичай вона сприяє отриманню кращої поверхні прутка, так як вона затримує попадання в пруток поверхневих забруднених шарів.

Схема напруженого стану при пресуванні представляє собою об’ємну схему всебічного нерівномірного стиску з великим абсолютним значенням середнього тиску, що забезпечує цьому методу обробки підвищену пластичність металу і дозволяє виготовляти вироби з мало пластичних сталей і сплавів з найменшими відходами.

В загальному вигляді питомий тиск пресування виражається формулою:

(1)

де p_м – питомий опір в осередку деформації;

p_к – питоме зусилля по подоланню сил тертя в контейнері;

p_п – питоме зусилля по подоланню сил тертя об поясок матриці.

Зусилля пресування визначається згідно формули, яка отримана Перліним І.Л. [3]:

де – площа перерізу контейнера в мм²;

(2)

(3)

де		– напруження текучості, яке відповідає умовам пресування МН/м2, (застосовується таким, як було знайдено при осадженні);
		– вхідний кут матриці, якщо g = 180°, то слід враховувати кут природного конусу g = 90° + 120°;
		– коефіцієнт тертя металу об стінки контейнера і лицьову площину матриці (від приймається найбільшим)
		– коефіцієнт тертя металу об калібруючий поясок матриці (приймається рівним середньому значенню, яке знайдене при осалдженні);
		– площа перерізу матриці, мм2;
	l	– довжина калібрую чого пояска, мм;
	d	– діаметр матриці, мм;
	L	– відстань від пресшайби до матриці в даний момент пресування, мм;
	D	– діаметр контейнера, мм.

 

ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

 

Робота розділяється на дві частини.

В першій частині – пресування свинцевого зразка в спеціальному контейнері, визначення енергосилових параметрів пресу. Дана операція здійснюється на гідравлічному правильному пресі зусиллям 500 кН, який оснащений індикаторним пристроєм для зняття діаграми «зусилля – хід пуансона».

У другій частині досліджується течія шаруватого пластилінового зразка з шарами контрастного кольору, що пресується через отвір в матриці. Дослідження проводиться на тому ж обладнанні і інструменті, що у першій частині.

ЧАСТИНА ПЕРША

 

Перед пресуванням свинцева циліндрична заготовка, діаметр контейнера і матриці, довжина калібруючого пояска матриці повинні бути заміряні штангенциркулем з точністю до 0,1 мм і отримані результати записати до таблиці. Після цього контейнер і матриця збираються на пресі. Перед складанням площина і калібруючий поясок матриці повинні бути змазані машинним мастилом або солідолом. Потім проводиться пресування, в процесі якого фіксується зусилля операції на індикаторній діаграмі. Пресування припиняється при різкому збільшенні опору деформування, після чого зразок виймається з контейнера і замірюється товщина h пресзалишку, що залишився.

 

ЧАСТИНА ДРУГА

 

Підібрати пластилінові прутки контрасних кольорів і струною нарізати з них мірні заготовки всього шість штук на зразок. Цю операцію слід проводити, як омога ретельніше, так як похибка в об’ємі мірних заготовок згодом позначаться на товщині шарів і можуть спотворити картину течії зразків.

Отримані заготовки пресуються в спеціальному контейнері діаметром 40 мм для надання їм форми дисків. Перед виготовленням їх, пластилін слід розім’яти руками і помірно змастити заготовку і інструмент тальком або мильним розчином (значне змащування не допускається). Потім вони спресовуються тим ж інструментом, змащений тальком або мильним розчином, при цьому необхідно звернути увагу на правильне чергування контрасних шарів. Після виготовлення зразків слід охолодити під краном проточною водою або на свіжому повітрі і зняти з нього ескіз.

Провести пресування пластилінового шаруватого зразка на половину його висоти. Для полегшення видалення зразка з контейнера його інструмент слід змастити, а пресування проводити через роз’ємну матрицю. Витягнутий зразок розрізати струбциною вздовж осі по діаметральній площині та замалювати в точності повздовжнє зразка в протокол. Особливу увагу слід звернути на різне викривлення шарів та зміну товщини шарів.

 

РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

 

1. Перебудувати на міліметровці індикаторну криву «зусилля – хід повзуна» в графік «питомий тиск – хід пуансона»

де Р – зусилля на індикаторній діаграмі процесу, Н;

F_н – площа поперечного перерізу контейнера, мм².

2. На отриманій кривій відмітити чотири точки згідно ходу пуансона Х₁, Х₂, Х₃, Х₄.

3. Підрахувати для відмічених точок відстані L₁, L₂, L₃, L₄ з урахуванням товщини пресзалишку.

4. Користуючись формулою (3) визначити питомий тиск для тих же значень L₁, L₂, L₃, L₄.

5. Нанести криву на міліметровку з експериментальною кривою. В процесі побудови заповнити таблицю.

 

Таблиця

 

	D, м	d, м	l, м	Dобр, м	H, м	h, м
Х, мм
L, мм
Рэксп, МН/м2
Ртеор, МН/м2

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

 

1. Опір деформуванню при пресуванні, його складові частини.

2. Три види осередку деформації металу в контейнері. Зона утрудненої деформації.

3. Пряме та зворотне пресування. Зусилля при прямому і зворотному пресуванні.

4. Як пояснити характер зміни індикаторної кривої «зусилля – хід пуансона».

5. Чим пояснюється ріст питомого зусилля в кінці процесу пресування.

6. Чим пояснюється падіння зусилля по ходу пуансона після початку видавлювання.

7. Як пояснити співвідношення товщини шарів у деформованого зразка після пресування.

8. Як будуть відрізнятися криві пресування для прямого і зворотного пресування.

9. Як буде мінятися характер кривої при збільшенні температури пресування.

10. Як буде мінятися характер кривої при збільшенні швидкості деформації.

11. Напружено-деформований стан при різних схемах пресування.

12. Який закон тертя приймається при розрахунках процесів пресування.

13. Шляхи зменшення впливу сил тертя в процесі прямого пресування.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4