Файл: Поперечно-клиновая прокатка..pdf

Контактные напряжения и коэффициент скольжения, полученные математической обработкой картин муара, хорошо согласуются с экспериментальными результата­ ми, полученными при горячей прокатке стали, что свиде­ тельствует об удачном моделировании процесса в ходе эксперимента.

Результаты расчета нормальных напряжений, дейст­ вующих вдоль оси ОУ, приведены в табл. 2. Распределе­ ние напряжений по сечению образца неравномерно: у контакта напряжения ах , Gz сжимающие, по направле­ нию к оси образца они возрастают, причем нормальные напряжения, действующие в направлении, параллельном плоскости контакта ох (тангенциальные), на оси образ­ ца становятся растягивающими и чем меньше степень обжатия, тем больше по величине на оси образца это напряжение. Напряжения, действующие в направлении, перпендикулярном плоскости контакта oz (радиальные), также увеличиваются с уменьшением степени обжатия: при степени обжатия 1,20; 1,14; 1,10 они являются сжи­ мающими, при степени обжатия 1,05 — растрягивающими.

В данной работе, так же как и принято в исследовл ниях, посвященных теории пластичности, растягивающие

30.

напряжения принимаются положительными, а сжимаю­ щие — отрицательными.

Известно, что при плоском деформированном состоя­ нии осевое нормальное напряжение оу равно гидростати­

блюдается при всех степенях обжатия, когда реализуется центрированное, проникающее на ось образца поле; наи­ большее по величине напряжение действует на оси об­ разца, а наименьшее — у контакта в той его части, где металл входит в очаг деформации. С увеличением степе­ ни обжатия гидростатическое давление на оси уменьша­ ется (рис. 13, б, кривая 2).

Рис. 12. Распределение гидростатического давления (а) и ин­ тенсивность скорости деформации сдвига (б) в поперечном се­ чении образца при поперечной прокатке

Рис. 13. Распределение накопленных деформаций по сечению ■образца (а) и зависимости (б) показателя напряженного со­ стояния (2) и накопленной деформации на оси образца за цикл нагружения при поперечной прокатке (/)

31

Таким образом, в процессе поперечной прокатки рас­ пределение напряжений по сечению образца характери­ зуется значительной неравномерностью, а на оси образца реализуется такая схема напряженного состояния, кото­ рая способствует разрушению: при степенях обжатия до 1,15 тангенциальное ох и осевое оу нормальные напряже­ ния являются растягивающими, радиальное oz — сжи­ мающим; при степенях обжатия 1,20 тангенциальное нор­ мальное напряжение Ох на оси образца — растягиваю­ щее, осевое оу равно нулю, радиальное oz — сжимающее.

Распределение приращений деформаций по сечению образца также характеризуется значительной неоднород­ ностью. Результаты расчета компонента скоростей де­ формации вдоль оси OZ приведены в табл. 3.

Наблюдается общая тенденция увеличения линейной скорости деформации £ и уменьшения сдвиговой скорости деформации ті по направлению от периферии к центру образца. С повышением степени деформации оба компо­ нента скорости деформации возрастают.

Известно, что интенсивность скоростей деформации сдвига является одним из основных факторов, влияющих на разрушение материала в процессе пластической де­ формации, в связи с чем изучение этого параметра пред­ ставляет значительный интерес. На рис. 12, б показано распределение интенсивности скорости деформации сдви­ га по сечению образца. Наглядно видно, что от центра к

32

контактной поверхности интенсивность скорости дефор­ мации сдвига растет и максимальна в этой области у контактной поверхности, где металл входит в очаг дефор­ мации. С увеличением степени обжатия интенсивность скорости деформации сдвига возрастает.

Так как на оси образца в процессе прокатки металл постоянно находится в очаге деформации, а в остальных областях частицы материала поочередно проходят пла­ стические и жесткие области, распределение степени интенсивности сдвига за цикл нагружения по сечению образца неравномерно: наблюдаются два максимума в центре и на периферии (рис. 13, а). Зависимость степени интенсивности сдвига на оси образца, накопленной за цикл нагружения, от степени обжатия при поперечной прокатке плоскими плитами показана на рис. 13, б (кри­ вая 1). С увеличением степени обжатия степень интен­ сивности сдвига нелинейно увеличивается.

В качестве степени интенсивности сдвига принималась величина

(36)

0

где Н—интенсивность скорости деформации сдвига; t— время.

Математической обработкой результатов эксперимен­ та также получены экспериментальные поля линий сколь­ жения при различных степенях обжатия. Следует отме­ тить, что характер реальных полей линий скольжения находится в хорошем соответствии с теоретическими: при степени обжатия 1,015 реализуется одностороннее поле, при больших степенях обжатия — центрированное, про­ никающее на ось образца.

3. Клиновая прокатка

Определение напряженно-деформированного состоя­ ния при клиновой прокатке относится к рбъемным зада­ чам ОМД, для решения которых в настоящее время не существует достаточно точных теоретических и экспери­ ментальных методов. Существующие теоретические мето­ ды используют усреднение напряжений, что приводит к значительным погрешностям, когда требуется оценка локальных параметров. Экспериментальные же методы

позволяют удовлетворительно определить деформирован­ ное состояние, однако большая трудоемкость и сложность

ное состояние по деформированному в рамках заданной модели и поэтому, как правило, в большинстве случаев приходится довольствоваться только их качественной оценкой.

Значительные трудности при экспериментальном ис­ следовании вызваны действием растягивающих напря­ жений в отдельных областях образца. Обычно образцы делаются составными, па их внутренние сечения наносят координатную сетку или другие геометрические фигуры, по изменению элементов которых до и после деформации можно .судить о кинематике течения металла. Если не принять специальных мер для обеспечения сплошности составных частей образца, зазоры между ними под дейст­ вием растягивающих напряжений раскроются, что в ито­ ге изменит распределение пластических деформаций. С другой стороны, этим явлением можно воспользоваться для качественного определения областей, в которых дей­ ствуют растягивающие напряжения.

Исследование деформированного состояния при кли­ новой прокатке проведено А. Ф. Валиным [5] при помощи винтов с наследственно мелким зерном, которые ввинчи­ вались в заготовки с наследственно крупным зерном. Таким образом, если в процессе деформации материалы сваривались, на макрошлифе по структуре можно было определить их границу. Величина деформации определя­ лась по изменению шага резьбового соединения.

В результате исследований установлено, что мгновен­ ное приращение радиальной деформации максимально у поверхности заготовки и минимально в центре; конечная деформация относительно равномерно распределена по сечению образца. Очаг деформации частично расположен непосредственно под контактом, частично вне контакта — несколько впереди. По зазору между винтом и образцом определена область действия растягивающих напряже­ ний: в осевой части образца вне контакта все три компо­ нента напряжений растягивающие, под контактом же на оси образца радиальные и тангенциальные напряжения сжимающие.

34

Описанный выше метод испытаний имеет некоторые недостатки. О деформированном состоянии судят по ко­ нечным изменениям размеров. Если этим методом опре­ делять деформацию на оси образца после одного оборота при плоско-деформированной схеме поперечной прокат­ ки, она может показаться равной нулю, так как последо­ вательно происходящие сжатие и растяжение взаимно поглотят одно другое. Изменение кинематики течения металла при раскрытии зазора между винтом и телом образца вызывает дополнительные погрешности.

Использование же метода муара позволяет не толь­ ко установить кинематические особенности, но и при соот­ ветствующей обработке экспериментального материала перейти к раскрытию напряженного состояния во всем очаге деформации. Специфика процесса клиновой про­ катки вызвала необходимость несколько изменить мето­ дику проведения эксперимента, описанную выше.

Образцы из теллуристого свинца прокатывали на клиньях с различной геометрией и при различных степе­ нях обжатия, а затем они попарно сфрезеровывались до половины по меридиальной плоскости параллельно и перпендикулярно калибрующей плоскости контакта. На сфрезерованных плоскостях на инструментальном микро­ скопе УИМ-21 царапались два семейства растров, парал­ лельных и перпендикулярных оси образца. Затем обе половинки образца спаивались сплавом Вуда. После этапной деформации образец распаивался и фотографи­ ровался. Наложением па фотографию деформированно­ го образца исходного растра получали поле проекции смещений (рис. 14).

В связи с тем что картины муара определялись в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, в принципе представляется возможным определить с учетом условия несжимаемости три составляющие скорости частиц ме­ талла вдоль осей образца: Vх, Vy, Vz. Известно [33], что для малых деформаций (в эксперименте это условие вы­ полнялось) связь между скоростью течения и скоростью деформации записывается

По скоростям деформации нетрудно определить ин­ тенсивность скорости деформации сдвига вдоль оси образца: __

(38)

Рис. 14. Картина полос муара для процесса клиновой прокатки

Результаты экспериментально найденной зависимости степени интенсивности сдвига от степени обжатия и гео­ метрии инструмента показаны на рис. 12, б. С увеличени­ ем степени деформации, угла заострения и уменьшением угла наклона боковой грани клина степень интенсивности сдвига на оси прокатываемого образца увеличивается.

Деформацию металла в процессе клиновой прокатки условно можно разделить на деформацию вытяжки и тангенциальную деформацию (аналогичную плоской деформации при поперечной прокатке). Известно [42], что в случае равномерного линейного растяжения зави­ симость интенсивности деформации сдвига от степени деформации описывается формулой

где б — степень обжатия.

36-

Эта зависимость представлена на рис. 15, а (кривая /). На этом же рисунке наглядно видно соотношение сла­ гаемых деформаций — деформацир вытяжки и танген­ циальной деформации — в зависимости от степени обжа­ тия и геометрии инструмента. С повышением степени обжатия, уменьшением угла заострения клина, увеличени­ ем угла наклона боковой грани клина доля деформации вытяжки в общей деформации растет.

Картины муара позволяют установить некоторые качественные закономерности течения металла в очаге деформации.

1. На наклонной поверхности контакта имеется грани­ ца раздела течения металла, идущего в вытяжку и в набор диаметра наплыва.

Скорость деформации сдвига (38) определена при этапном деформировании, т. е. при прокатке образца с поворотом на угол 5—10°. Подсчитав количество циклов нагружения, нетрудно определить и накопленную мате­ риальной точкой на оси образца деформацию за все время ее пластического формоизменения. С увеличением степени обжатия часть объема металла, идущего в вы­ тяжку, в общей доле возрастает.

2. Деформированное состояние в очаге деформации вблизи оси образца приближается к однородному.

Рис. 15. Зайисимости условной накопленной деформации (а)

37