Файл: Пластическое деформирование металлов [сборник статей]..pdf

И . А. К РА В Ч Е Н К О , В. И. О ВЧИ Н Н И КО В

ПРИМЕНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ МЕТОДОВ И РЕЗУЛЬТАТОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА

Результаты исследования смешанного режима трения, выпол­ ненные в лабораторных условиях с применением в качестве пла­ стической среды свинца, а в качестве смазки смеси канифоли и касторового масла, моделируют процессы горячей штамповки с применением стеклосмазок.

Характерной особенностью этих процессов является изотер­ мический режим, слабое упрочнение нагретого сплава и вязкие свойства расплавленной стеклосмазки.

Для проверки расчетного метода и достоверности моделиро­ вания были проведены производственные эксперименты.

В производственных условиях использовались в качестве пла­ стической среды круглые образцы из жаропрочного и титанового

ЦДМПУ-200 усилием 200 Т, на которой установлено нагреватель­ ное устройство УИДИН, обеспечивающее деформирование в изотермических условиях. Скорость движения верхнего ползу­ на этой машины — 1—2 мм/сек.

Особенность установки состоит в том, что она снабжена индук­ тором, который нагревает штамп и заготовки в межштамповом пространстве до температуры 1000° С. Поэтому деформирование заготовок происходит с постоянной температурой, а смазки дей­ ствуют при постоянной вязкости.

Основные предположения для вязко-пластического контак­ та. В процессах пластического формообразования смазочный слой работает в сложных условиях. Как будет показано далее, вязкий режим смазки может быть обеспечен только при создании доста­ точного давления смазочного слоя, например в случае гидро­ статического прессования. Если давление смазочного слоя нерегулируется, то при обычных условиях смазка выдавливается полностью или частично. На рис. 1 показаны образцы, которые деформировались со смазками, содержащими 20, 40, 80% канифо­ ли, остальное касторовое масло.

На поверхности образцов видны выступы и углубления, где задерживалась смазка. Высота выступов, образованных на

тическая толщина вязкого слоя является средней толщиной

110

Вследствие малого трения, усилие, передаваемое через вязкий

Определим усилие деформирования выступов.

Усилие, приходящееся на один выступ, вычисляется по полю линий скольжения, показанного на рис. 3. Со стороны смазки, находящейся между выступами, на поверхность BE действует контактное давление оп, которое равно о„ = 2к, где &=const — пластическая постоянная материала образца.

Гидростатическое давление в области ВОЕ равно [4]

Гидростатическое давление в области АСВ определяется по формуле

<зс = ° d — 2/сф = — к ( 3 + 2ср),

Так как линии скольжения подходят к поверхности АВ под углом я/4, то усилие, приходящееся на один выступ, равно

где Qt — усилие деформирования одного выступа; St — площадь соприкосновения одного выступа с поверхностью инструмента. Усилие деформирования всех выступов равно

П

S..

где С = ——■ 1 — отношение площади пластического контакта к

О

полной поверхности деформируемого образца; S — nd2/4 — полная площадь образца; d — диаметр образца.

112

Из формулы (6) можно определить отношение площади пласти­ ческого контакта к полной поверхности образца

рQ ~ 2 k S

В случае гидростатического режима смазки полное усилие равно

Q=

иотношение площади пластического контакта к полной поверхно­ сти деформируемого образца

nd2

S 2 —7— 2 к — knd2

Рис. 3. Смешанный режим трения

Рис. 4. Влияние угла ф и со­ става смазки на поверхность пластического контакта

Зная полное усилие при осадке образцов для смазок с различ­ ным содержанием канифоли по формуле (7) можно определить площадь пластического контакта образца с инструментом.

На рис. 4 показана вычисленная по формуле (7) зависимость отношения площади пластического контакта от значений угла О ^ Ф ^ я/2 для различного содержания канифоли и масла в смазке (табл. 1).

Как видно из этого графика, наименьшую площадь пластиче­ ского контакта имеет смазка с содержанием 80% канифоли и 20% масла. Кривые для смазок с содержанием канифоли 10 и 90% совпали. Это объясняется тем, что для жидкой смазки с 10% ка­ нифоли большая часть этой смазки вытекла и образец имеет боль­ шую площадь пластического контакта с инструментом.

Смазка, содержащая 90% канифоли, имеет высокую вязкость и с трудом деформируется. Усилие на деформацию этой смазки и образца требуется такое же, как и для смазки, содержащей 10% канифоли. '

Слой смазки, содержащей 90% канифоли, воздействует на образец, подобно инструменту. В этих условиях пластический кон­ такт, как показывает рис. 4, аналогичен контакту со смазкой, содержащей 10% канифоли. Площадь пластического контакта,

114

подсчитанная для различных жаропрочных образцов марки ЭИ437Б, деформирумых со стеклянными защитно-смазочными покры­ тиями при различных температурах, приведена в табл. 2.

Определение коэффициента пластического трения для смешан­ ного режима. Используя известную приближенную формулу [5], для осесимметричной осадки образца, можно выразить через пло­ щадь пластического контакта коэффициент трения Прандтля.

Действительно, формула [5] с коэффициентом трения Прандтля, заданным на поверхности инструмента, имеет вид

где / — коэффициент трения Прандтля; h — высота образца в метрах; S — площадь поверхности образца, л 2; d — диаметр образ­ ца; к — пластическая постоянная материала, Н1м2, приравняв правые части (6) и (8) получим

ным путем коэффициент пластического трения. Определив площадь пластического контакта, по рис. 4 для соответствующей смазки, можно определить угол ср. Затем, подставляя эти величины и геометрические размеры осаженного образца в правую часть (9),, получим значения пластического коэффициента трения.

Пластический коэффициент трения определяется следующим спо­ собом. Выбиралось значение угла ср. По формуле (7) определялось отношение С = Sp/S, затем по формуле (9) находили пластический

На рис. 5 показана зависимость коэффициента пластического трения для смазок с различным содержанием канифоли и масла. Из этого графика видно, что для смазки с содержанием канифоли 80% коэффициент пластического трения имеет наименьшее значе­ ние. Это объясняется тем, что площадь пластического контакта для этой смазки имеет наименьшее значение. Площадь пластического контакта для смазки с 10% канифоли имеет наибольшее значение и соответственно коэффициент пластического трения для этой