Воронцов Теория штамповки выдавливанием (1245676), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Для проверки возможности использования разработанного метода для расчета изменения структуры, отличной от волокнистой, нами был проведен следующий эксперимент. Пруток из нержавеющей стали 12Х18Н9Т был по рекомендациям справочника 11321 закален при 1050'С с охлаждением в воде. Далее из него был изготовлен составной образец высотой 25 мм и диаметром 20 мм, состоящий из двух половин, плоскость разъема одной из которых после травления имела вид, показанный на рис. 5.17а. Таким образом, у исследуемого образца была не волокнистая, а хлопьевиддая структура, в которой хлопья представляют собой соединения зерен, которые мы будем в дальнейшем называть макроздрнами.
В качестве характерного объекта для исследования изменения такой структуры в процессе выдавливания было выбрано наиболее крупное и хорошо заметное на фотографии затемненное макрозерно, имеющее форму, близкую к треугольной (отмечено стрелкой). Относительно центра координат в точке пересечения верхнего торца заготовки с осью симметрии на инструментальном микроскопе УИМ-21 были определены исходные координаты точек, расположенных в вершинах данного треугольника. Их относительные значения приведены в табл. 5.5. Рис.
5.17. Образец нз закаленной нержавеющей стали ! 2Х18Н9Т с характерным макрозерном до и после выдавливания Затем было выполнено холодное выдавливание образца 305 пуансоном диаметром 13,3 мм в матрице диаметром 20 мм ()с=1,5) с рабочим ходом 12 мм (~=1,8). Перед выдавливанием заготовку оксалатировали н омылнвали. Исследование выдавленной половины образца показало, что выбранное макрозерно переместилось в стенку стакана и приобрело вытянутую форму (рис. 5.17б). Поскольку достоверное определение конечных координат промежуточной точки не представляется возможным, на инструментальным микроскопе были измерены лишь координаты верхней и нижней точек деформированного макрозерна.
Их относительные значения также приведены в табл. 5.5. Тпблина 5.5. Координаты характерных точек макрозерна хлоиьевндной структуры заготовки нз закалбинои нержавеюнзей стали 12Х18Н9Т до и после холодного выдавливания в мат- рице с й=1,5 нри рабочем ходе з = 1,8 Для сравнения был выполнен теоретический расчет изменения формы исследуемого макрозерна в процессе выдавливания. При этом для наглядности были определены не только положение и форма макрозерна в момент окончания выдавливания, но и для двух промежуточных значений рабочего хода. Для всех этапов было принято затрудненное течение под торцом пуансона.
Графические результаты расчетов показаны на рис. 5.18, а численные значения приведены в табл. 5.6. Для сопоставления пуансон и матрица для различных значений рабочего хода изображены неподвижными; материал условно подается в зону выдавливания снизу. Для того чтобы не увеличивать размеры чертежа, высотные размеры показаны не в масштабе (уменьшены), а размеры макрозерна — увеличены. В качестве примера выполним подробный расчет выде- 306 ленных значений табл. 5.б. 1 Пример 5.4.22. В матри- це с Я=1,5 выполняется хо- 1 лодное выдавливание закаленной заготовки из нержа- 1 веющей стали 12Х18Н9Т. ф 12 Определить положение после 1 ( ' рабочего хода з=1,8 точки 1 Юг=0,6 макрозерна, имевшей в на! чалъный момент выдавлива! фз=0 ния координаты ра=4),770, за= — 1,510 (траектория 9 на рис. 5.14). Принять, что под торцом пуансона имеет место затрудненное течение.
Рис. 5.18. Расчетное изменение положения н формы макрозерна Решение. Дла промежУ- в процессе выдавливания точного значения Рабочего хода ~1,2 (табл. 5.б) в соответствии с рекомендациями раздела 3.2 принимаем р=)г1=6,1 н с учетом того, что к„=1,000, по формуле (4.14б) находим высоту очага пластической деформации А=1,041.
Поскольку начальная осевая координата точки удовлетворяет соотношению го < — Ь, то зто означает, что в момент начала выдавливания точка находилась в области 4, н, следовательно, р4=0,770, г4= — 1,510. По формуле (5.33) находим величину рабочего хода, необходимую для выхода данной точки на нижнюю границу очага пластической деформации: з4„=0,469.
Поскольку з>з4„, то это означает, что исследуемая точка при заданном значении рабочего хода выйдет за пределы жесткой области 4. Определяем оставшуюся величину рабочего хода: з,з = з — з4„= 1,331. Так как р4 < 1, то это означает, что по ходу выдавливания данная точка выйдет на границу с областью 2. Следовательно, рз=0,770, г7 = — 6 = — 1.
По формуле 15.51) находим величину рабочего хода, необходимую для выхода данной точки на границу с областью 1: з7„=0,407. Поскольку з а>зз„, то это означает, что исследуемая точка при 307 оставшемся значении рабочего хода выйдет за пределы области 2. Поэтому принимаем з~=зз„=0,407 и по выражению (5.38) находим вспомогательную величину лз=0,391. По соотношению (5.52) находим осевую координату точки в момент ее попадания на границу с областью 1: г~= — 0,727. Очевидно, что р~=1. Определяем оставшуюся величину рабочего хода: з ~ = з~з — зг = 0,924.
По формуле (4.57) находим коэффициент обжатия ~у =0,8. Затем по выражению (5.37) находим величину рабочего хода, необходимую для выхода данной точки на границу с областью 3: з~„=0,483. Поскольку зо„~ > зм, то это означает, что исследуемая точка при оставшемся значении рабочего хода выйдег за пределы области 1 в область 3. Поэтому принимаем з~ = зм = 0,483 и по выражению (5.34) находим вспомогательную величину и~=0,464.
Затем по формуле (5.36) находим радиальную координату точки в момент ее попадания на границу с областью 3: рз=1,178. Определяем отрезок рабочего хода, на котором точка двигалась в области 3: зз = з, ~ — з~ = 0,440. После этого по формулам (5.54) находим конечные координаты точки: р = 1,178, з = 0,792. Таблицп Я.б. Результаты расчета изменении формы макрозерна в процессе холодного выдавливания заготовкк нз закаленной нержавеющей стали 12Х18Н9Т в матрице с ~1,5 Изложенный в начале раздела анализ позволяет выделить для дальнейшего исследования следующие важные показатели волокнистой структуры выдавленного стакана, кото- 308 рые необходимо учитывать в зависимости от конкретного назначения получаемого из! делия (рис.
5.19): 1) угол выхода волокон структуры на 1 внутреннюю поверхность стенки стакана ~р; 2) высоту О верхнего участка стенки Ь„, в пределах которой по всему Ь поперечному сечению стенки волокна будут искривлены; 3) высоту нижнего участка Я 1 стенки Ь,, в пределах которой на внешней части попеРис. 5.19. Схема к расчету речного сечения стенки вогеометрических параметров локна будут вертикальны, то деформированного волокна есть эквидистантны обраструктуры материала стакана зующей стенки стакана; 4) стационарный радиус вертикального участка граничного волокна р, (рис. 5.8г).
Преобразовав формулу (4.32) с учком равенства (4.57), можно показать, что общая высота выдавленной стенки стакана равна: Ьс=(1+ц/)л . (5.55) Тангенс угла выхода волокна <р определяется выражением: р„-1 181а=, 1пп, (5.56) а В соответствии с выражением (4.73) текущий радиус граничного волокна определяется формулой: (5.57) Подставив в формулу (5.56) выражения (5.55) и (5.57), 309 получим: (5.58) Раскрывая с учетом выражения (4.62) неопределенность по правилу Лопиталя, согласно которому предел отношения двух функций равен пределу отношения производных этих функций: находим 1 18р= 2Ь(1+у) (5.59) 1 (Я' -1)(1+ 2,иЯ) 18Ю = —, Я' 2(0,5+ р, ) (5.60) Находя максимум этого выражения из условия п(139) о й~ приходим к уравнению рЯ~+Яз — ЗРЯ вЂ” 2 = О, (5.61) согласно которому максимальное значение угла у в зависимости от коэффициента трения находится в интервале от Я=1,414 прн р=О до Я=1,58 при и=0,5.
Результаты расчета по формуле (5.60) угла выхода во- Подставляя в формулу (5.59) высоту очага пластической деформации в начальный момент выдавливания (з-+0), определяемую выражением (4.145), получаем 25 20 20 15 15 10 10 0 0 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 М 1,0 1,2 1,4 1,6 ,8 М Рис 5.Л. Зависимость угла выхода волокна иа внутреннюю поверхность стакана от Я (р=0,1): — — расчет, = ° — эксперимевт Рис. 5.20. Зависимость угла выхода волокна иа внутреннюю поверхность стакана от Я и р Сопоставительные результаты расчбта по формуле (5.60) угла выхода волокна на внутреннюю поверхность стенки стакана в зависимости от относительного радиуса матрицы Я приведены на рис.
5.21 (принято, что в=0,1, и~=0,5). Там же показаны экспериментальные зависимости, полученные по делительным сеткам и макрошлифам выдавленных стаканов, приведенным на рис. 4.25, 5.22-5.24. Наибольшее расхожде- 311 локна на внутреннюю поверхность стенки стакана в зависимости от относительного радиуса матрицы Я и коэффициента трения по матрице и (принято, что р~=0,5) приведены на рис. 5.20. Анализ полученных результатов показывает, что угол выхода волокна на внутреннюю поверхность стенки стакана в области значений Я от 1,4 до 2,0 изменяется незначительно, а при уменьшении Я от 1,4 до 1,0 величина угла «р резко падает до О.
Расчеты по формуле (5.60) также показывают, что с увеличением трения между заготовкой и матрицей величина угла <р тоже возрастает. ние в определении величины ф составляет 5%. Рис. 5.22. Макрошлифы заготовок из алюминиевого сплава АВ, выдавленных при Я=1,1; 1,2; 1,5; 2,0 пуансоном с плоским торцом 312 Рис. 5.23. Макрошлифы заготовок нз алюминиевого сплава АВ, выдавленных при Я=1,1; 1,2; 1,5; 2,0 сферическим пуансоном с и=45' 313 Рис. 5.24. Макрошлифы заготовок из алюминиевого сплава АВ, выдавленных при Я=1,1; 1,2; 1,5; 2,0 полусферическим пуансоном 314 Из рис.
5.21 видно, что выявленная закономерность изменения угла выхода волокна сохраняется для различных форм торца пуансона, например, в виде сферического сегмента с а=45' (а см. на рис. 6.2) или полусферы. Наибольшая величина угла выхода волокна получается при выдавливании пуансоном с плоским торцом в области значений Я от 1,4 до 1,6, что хорошо подтверждает полученные теоретические результаты. При ходе з„, определяемом выражением (4.77), точка А (рнс. 5.8а) выйдет на верхнюю границу очага деформации, и наибольший радиус волокна станет стационарным. Подставив зто значение рабочего хода в выражение (5.55), найдем высоту верхнего участка стенки Ь„, в пределах которой по всему поперечному сечению стенки волокна будут искривлены: (5.62) При дальнейшем рабочем ходе к в стенке стакана появится участок Ь„в пределах которого на внешней части поперечного сечения стенки волокна будут вертикальны, то есть эквидистантны образующей стенки стакана: Ь,.=(1+у)(з — з ) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
