Контрольная работа: Обработка листового металла

где R - где радиус кривизны контура детали (знак "плюс" берется для выпуклого контура, "минус" - для вогнутого).

Давление, необходимое для вырубки детали по контуру, зависит от механических свойств материала, его толщины и высоты вырезного шаблона. Для выпуклого (знак "плюс") или вогнутого (знак "минус") криволинейного участка давление вырезки q определяется по формуле

, (3.5)

а для прямолинейного участка по формуле

q = ss_в/H. (3.6)

Для пробивки отверстий небольшого диаметра d давление составляет:

q = 3ss_в/d, (3.7)

а для вырезки небольших пазов с размерами а ´ b

. (3.8)

При одновременной вырубке детали по контуру и пробивке отверстий и пазов необходимое давление следует определять по максимальной величине q_max, которое, как правило, соответствует пробивке отверстий и пазов с наименьшей площадью.

Усилие пресса Р, необходимое для осуществления разделительной операции, определяется с учетом коэффициента потерь на трение и сжатие эластичного инструмента по формуле

Р = 1,2Fq_max, (3.9)

где F - площадь рабочей поверхности эластичного инструмента.

. Определение параметров сверхпластичности металлов

Сверхпластичностью называется состояние деформируемого материала с особой структурой, возникающее при высокой гомологической температуре и характеризующееся аномально высокими предельными степенями деформации без нарушения сплошности материала под влиянием напряжений, величина которых очень низка и сильно зависит от скорости деформации и структура материала.

Таким образом, необходимы три условия для перевода материалов в сверхпластичное состояние:

. Особая структура - это ультрамелкое равноосное зерно с размером не более 25 мкм. Такая структура обеспечивает при температуре сверхпластичности иной механизм деформации - межзеренное скольжение.

. Оптимальная температура Т = 0,7…0,85 Тпл. (Тпл - температура плавления металла). При Т < 0,7 Тпл диффузионная подвижность зерен невелика для реализации межзеренного скольжения. При Т > 0,85 Тпл происходит интенсивный рост зерен, тормозящий процессы межзеренного скольжения, что приводит к исчезновению эффекта сверхпластичности в металле.

. Скорость деформации é: достаточно малая для полного прохождения диффузионных процессов и достаточно высокая, чтобы в условиях высоких температур предотвратить рост зерна; для материалов с ультрамелкозернистой структурой размером 1-10 мкм é = 10^-5…10^-3 с^-1, для материалов с субмикронным зерном 0,1-1 мк é = 10^-0…10^-3 с^-1, для материалов с нанокристаллической структурой 100-10 нм é = 10^-1…10¹ с^-1, для аморфных материалов 10³…10⁵с^-1.

Признаки состояния сверхпластичности:

. Повышенная чувствительность напряжения течения S к изменению скорости деформации é, т.е. повышенная склонность к скоростному упрочнению. Скоростная чувствительность напряжения течения к скорости деформации определяется коэффициентом

m = dlnS /dln é > 0,3.

2. Большой ресурс деформационной способности (деформация квазиравномерная на сотни и тысячи процентов по принципу бегающей шейки).

. Напряжение течения в состоянии СП в несколько раз меньше, чем предел текучести материалов при пластической деформации.

Связь между силовыми и деформационно-скоростными параметрами металлов и сплавов, обрабатываемых давлением, в общем виде выглядит следующим образом:

S = Cεⁿé^m, (4.1)

где ε и é - логарифмические степень и скорость деформации;

С - коэффициент, зависящий от температуры и структуры металла.

Для сверхпластичных материалов деформационное упрочнение практически отсутствует, то есть n = 0, εⁿ = 1 и уравнение (1) принимает вид:

S = Кé^m, (4.2)

при этом К ≠ С.

В основе всех методов определения параметра m лежит сравнение напряжения течения S минимум при двух скоростях деформации é.

Из формулы (2) показатель m можно определить по уравнению:

m = dlnS /dln é (4.3)

Процедура определения m состоит в том, что образец растягивают или сжимают до максимума усилия, а затем на участке установившегося течения (при постоянной или снижающей нагрузке) резко увеличивают скорость деформирования с v₁ до v₂ (рис. 4.1.).

Рисунок 4.1 - Схема кривой усилие-время для определения показателя m методом скачкообразного изменения скорости траверсы

По достижении нового максимума усилия и начала установившегося течения вновь изменяют скорость траверсы, уменьшая или увеличивая ее.

.     По методу Бэкофена:

 (4.4)

где Р_А - максимальное усилие при v₂, а Р_В - усилие, полученное экстраполяцией участка СD при скорости v₁ до деформации, равной деформации в точке при скорости v₂. Полученное по уравнению (4.4) значение m приписывается некоторой средней скорости деформации, вычисленной по v₁ и v₂ при условии равномерности деформации.

Способ Бэкофена неточен из-за ошибок экстраполяции.

. Способ Моррисона не требует экстраполяции, так как m определяется по уравнению:

 (4.5)

где S_A и S_{C -} истинные напряжения в точках максимальных усилий для сравниваемых скоростей;

S_A = 4Р_А/π(D²_А), D_А = Dо√Но/(Н_о - Δ_А);

S_С = 4Р_С/π(D²_С), D_С = Dо√Но/(Н_о - Δ_С),

D_о и Н_о - исходные размеры образцов;

Δ_А, Δ_С - абсолютная деформация образцов в точках А и С.

é_А и é_С - истинные скорости деформации,

é_А= V_A /(Н_о - Δ_А), с^-1;

é_С = V_С /(Н_о - Δ_С), с^-1,

где V_A и V_С - скорости деформирования в точках А и С, мм/с.

Однако точкам А и С соответствуют разные деформации, а значения m, полученные при повышении и снижении скорости, различны.

. По третьему способу величину m относят к скорости деформации перед скачком:

 (4.6)

Здесь производят обратную экстраполяцию участка установившегося течения при скорости v₂ к деформации (точки Е и Е^!), при которой была переключена скорость.

Способ дает хорошую воспроизводимость результатов, но его физический смысл не ясен.

. Способ Хедворса и Стоуэлла предполагает, что на прямолинейном участке DF структура металла еще не успевает измениться и тогда

 (4.7)

Считается, что из вышеприведенных способ Хедворса и Стоуэлла наиболее приемлемый.

Литература

1. Новиков И.И. Сверхпластичность сплавов с ультрамелким зерном / И.И. Новиков, В.К. Портной. - М. : Металлургия, 1981. - 168 с.

. Смирнов О.М. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности / О.М. Смирнов. - М. : Машиностроение, 1979. - 189 с.

. Карабасов Ю.С. Новые материалы / Ю.С. Карабасов [и др.]. - М. : МИСиС, 2002. - 736 с.

. Тихонов А.С. Эффект сверхпластичности металлов и сплавов / А.С. Тихонов. - М. : Наука, 1978. - 142 с.

. Чумаченко Е.Н. Механические испытания и построение аналитических моделей поведения материалов в условиях сверхпластичности. Ч. 1 / Е.Н. Чумаченко, В.К. Портной, И.В. Логашина // Металлург. - 2014. - № 12. - С. 68-71.

. Чумаченко Е.Н. Механические испытания и построение аналитических моделей поведения материалов в условиях сверхпластичности. Ч. 2 / Е.Н. Чумаченко, В.К. Портной, И.В. Логашина // Металлург. - 2015. - № 1. - С.76-80.

. SSAB. Штамповка листовой стали: справочник. Резка на заданные размеры и пластическое формоизменение: пер. с англ. / под ред. Р.Е. Глинера. - Гетеборг: SSAB, 2004. - 153 с.

. Беляев В.А. Холодная штамповка и проектирование штампов: методические рекомендации по выполнению лабораторных работ / В.А. Беляев. - Бийск: АлтГТУ им. Ползунова, 2007. - 37 с.

. Анищенко А.С. Прогрессивные технологические решения в обработке металлов давлением: Конспект лекций в 3-х частях. Часть 1. Листовая штамповка подвижными средами. Обработка металлов давлением в состоянии сверхпластичности / А.С. Анищенко. - Мариуполь, ПГТУ, 2013. - 58с.

. Беляев В.А. Холодная штамповка и проектирование штампов: методические рекомендации по выполнению лабораторных работ / В.А. Беляев. - Бийск: АлтГТУ им. Ползунова, 2007. - 37 с.

. Григорьев Л.Л. Холодная штамповка: справочник / Л.Л. Григорьев, К.М. Иванов, Э.Е. Юргенсон. - СПб: Политехника, 2009. - 665 с. : ил.