Краткие теоретические сведения

Осадка металла поковок плоскими бойками является простейшей и наиболее распространенной операцией обработки металлов давлением.

Подавляющее большинство кузнечных слитков перед дальнейшей ковкой проходит операцию осадки. Осадка используется также при ковке дисков, валов с фланцами, плит и т.д.

Помимо этого, элементы осадки имеют место почти во всех других кузнечных операциях, кузнечной протяжке, первых стадиях выдавливания, прессования и прошивки в закрытых матрицах, открытой прошивки, первой стадии штамповки тел самой разнообразной формы.

Операция осадки имеет два самостоятельных значения:

1) получение в кованном изделии требуемых физико-механических свойств;

2) получение поковки требуемых размеров.

Сущность процесса осадки заключается в уменьшении размера в направлении действия приложенной активной силы P и одновременном увеличении поперечного сечения осаживаемой заготовки 1 (рис. 1).

В качестве инструмента при осадке используют параллельно расположенные бойки 2, один из которых крепится к подвижному органу кузнечной

1 – заготовка, 2 – бойки

Рис. 1. Схема осадки цилиндрических заготовок

машины, а второй закрепляется на столе пресса или молота. Верхний боек совершает возвратно-поступательное движение.

Течение металла в процессе осадки происходит неравномерно вследствие влияния сил трения Т (рис. 1), возникающих на контактной плоскости между металлом и бойками. Эти силы трения тормозят смещение слоев металла, примыкающих к плоскости инструмента в радиальном направлении. Слои металла, удаленные от контактных плоскостей, деформируются интенсивнее. Важнейшим проявлением этой неравномерности является превращение свободной боковой поверхности осаживаемой заготовки, ранее бывшей прямолинейной, в криволинейную. Цилиндрическая заготовка приобретает бочкообразный вид. Чем больше силы трения на контактных поверхностях, тем сильнее отстает течение слоев металла, примыкающих к контактным плоскостям, от течения центральных слоев металл, и тем больше кривизна боковой поверхности осаживаемой заготовки после деформации.

При осадке заготовки с отношением исходной высоты к исходному диаметру менее двух, наибольший диаметр бочки получается обычно на середине высоты (рис. 1). При неодинаковых условиях трения (температуры) на торцах заготовки наибольший диаметр может смещаться вверх или вниз.

Весь объем деформируемой заготовки можно условно разбить на три зоны деформации (рис. 2). Зона I состоит из двух областей «затрудненной» деформации, прилегающих к торцам заготовки. Зона II в осевом сечении заготовки имеет крестообразную форму, в этой зоне наблюдается наиболее интенсивная деформация. В зоне III интенсивность деформации больше, чем в зоне I, но меньше, чем в зоне II. При осадке заготовок из малопластичных материалов в зоне III возможно образование трещин, расположенных вдоль образующей.

Рис. 2. Зоны деформации при осадке

Области деформации I и II образуют на каждом торце заготовки две зоны: внутреннюю 1, в которой металл практически не перемещается, и наружную кольцевую 2, в которой происходит интенсивное течение металла в радиальном направлении.

При увеличение торцевой поверхности исходной заготовки происходит главным образом за счет перетекания металла с боковой поверхности заготовки.

По мере увеличения степени осадки и сближения между собой зон I, последние сливаются с зоной II, а торцовые поверхности при начинают увеличиваться главным образом за счет течения поверхностных слоев металла в радиальном направлении, причем переход боковой поверхности на торцы уменьшается. При этом также значительно уменьшается зона III – деформация по всему объему тела становится более однородной и бочкообразность заготовки уменьшается.

При , т.е. когда зоны I весьма удалены друг от друга в начальный момент осадки можно наблюдать образование двойной бочки, а при – образование двух бочек с недеформированной еще цилиндрической частью между ними (рис. 3). В обоих случаях по мере сближения зон I заготовка постепенно принимает вид обычной бочки. Однако при осадка цилиндрической заготовки, как правило, сопровождается продольным изгибом.

Рис. 3. Схемы деформации высоких заготовок

С увеличением степени деформации при осадке

бочкообразность заготовки сначала увеличивается, достигая максимума, а затем уменьшается. Бочкообразность у низких заготовок меньше, чем у высоких. Повышение контактного трения во всех случаях увеличивает бочкообразность.

Для анализа процесса осадки цилиндрической заготовки применяют осесимметричное напряженное состояние. При его рассмотрении удобно пользоваться взамен декартовых цилиндрическими координатами, в которых положение любой точки А определяется радиус-вектором , полярным углом и аппликатой , как представлено на рис. 4.

Рис. 4. Цилиндрическая система координат

Напряженно-деформированное состояние в любой точке деформируемой заготовки в цилиндрической системе координат описывается симметричными тензорами напряжений и деформаций

, ,

где , , – радиальное, тангенциальное и осевое нормальные напряжения соответственно;

– касательное напряжение;

, , – радиальная, тангенциальная и осевая деформации соответственно;

– угловая деформация.

Интегральными характеристиками напряженно-деформированного состояния в рассматриваемой точке деформируемой заготовки являются:

1) интенсивность напряжений

2) интенсивность деформаций

Схема главных нормальных напряжений при осадке представляет собой схему всестороннего неравномерного сжатия. По схеме деформации осадка представляет собой сжатие – деформация в направлении активного усилия отрицательна, а две другие деформации положительны (рис. 5).

Рис. 5. Схемы главных напряжений и деформаций при осадке

без контактного трения (а) и с контактным трением (б)

Об эпюрах распределения нормальных напряжений на контактных поверхностях можно судить по высоте гребешков, получаемых в процессе осадки цилиндрических образцов в бойках с вертикальной узкой щелью (рис. 6).

Рис. 6. Изменение высоты гребешка в зависимости от степени осадки

При малых степенях деформации и высоких заготовках эпюры распределения нормальных контактных напряжений могут иметь вогнутый характер, т.е. напряжения в периферийных областях контактной плоскости больше, чем в центре. При большой степени деформации и низких заготовках напряжения в центральной области превосходят напряжения на периферийных областях контактной плоскости.

Из изложенного следует, что процесс деформации металла при осадке цилиндрических заготовок плоскими параллельными бойками весьма сложен.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ