Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Состояние вопроса и постановка задачи исследований . 7
Краткие выводы. 31
Задачи работы. 33
ГЛАВА II. Исследование механики формоизменения процесса ротационной вытяжки . 34
1. Особенности процесса ротационной вытяжки. 34
2. Кинематические характеристики процесса деформирования при ротационной вытяжке с утонением .
2.1. Основные положения модели. 35
2.2. Кинематические и геометрические характеристики элементов по переходам деформирования. 38
2.3. Выводы.
3. Уравнение образующей поверхности течения. 46
4. Характеристики перемещения металла в осевом, радиальном и тангенциальном направлениях. 48
5. Моделирование процесса деформирования при ротационной вытяжке с утонением
5.1. Структура очага деформации и стадийность его развития. 51
5.2. Анализ двухцентровой веерной сетки линий скольжения применительно к решению задачи вытяжки через клиновидную матрицу . 52
5.3. Задача о повороте линий тока в тангенциальном направлении.
5.3.1. Исходные положения. 57
5.3.2. Годограф скоростей и его характеристики для случая 5tj 2 sin а 58
5.3.3. Определение угла поворота линии тока в тангенциальном направлении.
5.4. Обобщенный анализ напряженно-деформированного состояния при ротационной вытяжке с утонением. 62
5.5. Моделирование процесса ротационной вытяжки. Пример расчета. 66
5.6. Выводы. Перспективы дальнейшего развития модели. 66
ГЛАВА III. Экспериментальные исследования деформированного состояния при ротационной вытяжке . 69
1.3адачи исследования. 69
2. Методы исследования деформированного состояния при ротационной вытяжке. 69
2.1. Исследование деформированного состояния в зоне деформации с помощью метода делительных сеток . 69
2.2. Исследование деформированного состояния испытанием твердости. 72
2.3.Исследование деформированного состояния на слоистых моделях. 74
2.4. Исследование деформированного состояния с использованием образцов, армированных
проволочками. 76
2.4.1.Методика экспериментального исследования и обработки данных. 76
2.4.2.Результаты эксперимента. Образец армированный проволочками в осевом направлении. 79
Образец армированный проволочками в радиальном направлении. 85
2.5. Выводы. 89
2.6. Анализ эмпирических данных. 91
Прикладные задачи технологии ротационной вытяжки цилиндрических деталей . 98
1. Постановка вопроса. 98
2. Характеристики схем деформирования. Технологические особенности несимметричных схем деформирования. 99
2.1. Цели исследования. 99
2.2.Элементы контактной поверхности. 101
2.3.Критерии для разработки методики расчета элементов схем деформирования.
2.4. Равенство радиальных составляющих усилия деформирования как условие стабильности процесса деформирования. 105
2.5. Методика расчета элементов схемы деформирования по равенству радиальных составляющих усилия деформирования. 108
3. Определение характеристик заготовок, обеспечивающих заданную конструктивную прочность деталей . 109
3.1. Постановка задачи. 109
3.2. Методика расчета. П0
3.3. Исследование механических характеристик металла заготовок на основных этапах изготовления гильз . 112
3.4. Испытание разрушающим давлением. Исследование упругих и остаточных деформаций.
4. Оценка режимов деформирования при ротационной вытяжке цилиндрических деталей по данным пассивных экспериментов. 114
5. Ротационное редуцирование цилиндрических заготовок .
5.1. Область применения. 121
5.2. Оценка изменения толщины стенки при свободном ротационном редуцировании. 122
5.3. Геометрия зоны деформации при свободном редуцировании. 123
5.4. Редуцирование по оправке. 125
6. Пакет прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз". 126
6.1. Назначение и структура пакета прикладных программ. 126
6.2. Проектирование технологического процесса ротационной вытяжки высокоточных гильз. 129
Основные выводы по работе. 132
Приложения. 134
Список литературы. 145
- Кинематические характеристики процесса деформирования при ротационной вытяжке с утонением
- Анализ двухцентровой веерной сетки линий скольжения применительно к решению задачи вытяжки через клиновидную матрицу
- Исследование деформированного состояния в зоне деформации с помощью метода делительных сеток
- Исследование механических характеристик металла заготовок на основных этапах изготовления гильз
Введение к работе
1.1. Актуальность.
Возможности обеспечения конструктивной прочности, высокой точности и качества деталей обусловлены технологией их изготовления. Ротационная вытяжка предоставляет уникальные возможности обеспечения и регулирования требуемых характеристик деталей посредством выполнения одной технологической операции. Вместе с тем, недостаточная изученность процесса и отсутствие строгих математических зависимостей режимов и параметров процесса от требуемых геометрических и механических характеристик изготавливаемых деталей, ограничивают область применения и повышают трудоемкость его внедрения в производство. Исследование механики пластического деформирования, как основы для изучения, дальнейшего развития и внедрения процесса в производство является актуальной задачей для машиностроительных предприятий.
1.2. Цель работы.
Цель работы заключается в исследовании механики пластического течения при ротационной вытяжке и создании, на базе результатов, методологических и научно-практических основ проектирования и реализации технологических процессов ротационной вытяжки высокоточных гильз.
1.3. Научная новизна работы:
-
Предложена математическая модель пластического течения для идеального, жест-копластического тела с учетом основных особенностей процесса ротационной вытяжки: объемная схема деформирования; локальный характер деформаций; влияние режимов деформирования на параметры процесса. В качестве обобщенной характеристики процесса, отражающей его основные закономерности, предложена поверхность течения. Установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния при ротационной вытяжке.
-
Предложена методика исследования деформированного состояния в очаге деформации при ротационной вытяжке с использованием образцов, армированных штифтами в радиальном и осевом направлениях, и затем деформированных с одинаковыми режимами и параметрами процесса.
-
Решен ряд технологических задач, имеющих важное практическое значение. Разработана методика расчета схем установки деформирующего инструмента, которая обеспечи-
вает изготовление деталей с минимальными отклонениями от прямолинейности оси. Предложена методика обеспечения заданной конструктивной прочности гильз за счет реализации упрочнения металла при ротационной вытяжке заготовки. Разработаны статистические модели оценки режимов деформирования для одно- и двухпроходной ротационной вытяжки по обратному способу.
4. Разработан пакет прикладных программ "Технология ротационной вытяжки высокоточных гильз", реализующий весь комплекс технологических , расчетов. Пакет включает информационное, сервисное обеспечение, средства укрупненного технико-экономического анализа принимаемых решений.
1.4. Практическую значимость работы представляют:
разработка и внедрение в производство технологии изготовления высокоточных гильз с использованием ротационной вытяжки;
методика укрупненного технико-экономического анализа принимаемых технологических решений;
методики расчета характеристик промежуточных заготовок, параметров и режимов процесса обеспечивающих технологически заданную точность и конструктивную прочность деталей;
методика расчета характеристик схемы установки деформирующего инструмента, которая обеспечивает минимальные отклонения от прямолинейности оси изготавливаемых деталей;
технологические рекомендации и критерии включенные в базу данных для информационного обеспечения пакета прикладных программ;
1.5. Реализация результатов работы.
Результаты работы реализованы при изготовлении высокоточных гильз: с точностью по внутреннему диаметру на уровне 7-10 квалитетов точности; шероховатостью наружной поверхности до Ra 1,6, внутренней поверхности до Ra 0,2. Обеспечение конструктивной прочности деталей за счет использования упрочнения материала, полученного при холодном пластическом деформировании заготовки, позволяет существенно уменьшать толщины стенок гильз. За счет этого металлоемкость изготовления деталей уменьшена на 30... 50%, сокращение трудоемкости в 3...5 раз.
Технология внедрена на Новосибирском производственном объединении "Сибсель-маш" с 1991 года (ГУП "Машиностроительный завод"). Детали, изготавливаемые по предложенной технологии использованы в изделиях Кемеровского авторемонтного завода (длинномерные гильзы для автомобильных подъемников L=2700mm, 07ОН9), Омского завода транспортного машиностроения (гильзы 08ОН9, 011ОН9, длиной L=350...1200mm), АО
"Энерпред" г. Иркутск (гильз гидродомкратов 045Н8, L=250mm, 05ОН8, L=430mm, 063Н7, L=415mm, 01ООН8 и 014ОН8, L=260mm), СП "Саянал", г. Саяногорск (тонкостенные шпули 075... 152мм), Ошский машиностроительный завод, г. Ош, Кыргызстан и АО Тидромаш", г. Новосибирск (корпуса статоров глубинных насосов 08ОН1О, 013ОН11 длиной до L=1700mm), АО ИПФ (гильзы 0100), НПО "Сибсельмаш", г. Новосибирск (гильзы гидроцилиндров 09ОН9, 0125Н9, 014ОН9 длиной до L=1500 мм для подъемника монтажного и горно-шахтного оборудования).
За период с 1994 по 1997 г.г. только по деталям Омского завода транспортного машиностроения получена экономия металла более 139 тонн.
1.6. Публикация и апробация работы.
Основные результаты работы опубликованы в трех статьях, тезисах докладов, 2 информационных листках, защищены 2 изобретениями.
Положения работы доложены на семинарах и конференциях:
-
Семинар "Прогрессивные технологии в объемной и листовой холодной штамповке", Центр научно-технических услуг "Информатика" при Новосибирском правлении Союза научно-инженерных обществ СССР, 21-22 марта 1991 г.
-
Научно-технический семинар "Прогрессивные процессы и оборудование листовой и объемной штамповки", НПО "АНИТИМ", г.Барнаул.1991 г.
-
Международная конференция "Авангардные технологии, оборудование, инструмент и компьютеризация производства оптико-электронных приборов в машиностроении", СГГА, г. Новосибирск, 1995 г.
1.7. Структура и объем работы.
Кинематические характеристики процесса деформирования при ротационной вытяжке с утонением
При определении процесса важно выделить значимые признаки процесса, выражающие его сущность и отличающие его от других процессов обработки металлов давлением. Наиболее точным является определение Е.И. Исаченкова, определившего, что сущность процесса состоит в суммировании элементарных деформаций плоского или объемно-пластического истечения под действием локальной нагрузки и распространении их по винтовой образующей детали.
Процесс ротационной вытяжки, будучи известным с начала XX века [4], широкое развитие получил в течение последних 30-40 лет. Этот факт отражает тенденцию в обработке металлов, направленную на локализацию деформации и распространении ее по объему заготовки по определенной траектории, определяемой кинематической схемой вытяжки. Принципиальные схемы ротационной вытяжки систематизированы по исполнительным движениям и областям применения [3].
Многообразие схем реализации процесса расширяет его технологические возможности, делает его более универсальным (по оснастке и возможностям управления). Во многом этим определяется область применения процесса. При определенных условиях ротационная вытяжка по производительности и экономичности превосходит штамповку [42], что позволяет использовать его в условиях единичного, серийного и даже массового производства (Рис.2). Процесс используют для изготовления широкой номенклатуры изделий приборо - и машиностроения, авиакосмической промышленности, товаров народного потребления, объединяемых классом полых осесимметричных деталей как с прямолинейной (цилиндры, конусы), так и с криволинейной образующей (включая детали с вьшукоо-вогнутыми поверхностями). Холодной ротационной вытяжкой изготавливают детали с внутренним диаметром до 6 метров [42], толщиной стенки от сотых долей миллиметра [4] до 20 ... 30 миллиметров (из стали) и длиной до 30 метров [1]. Обрабатываемые металлы и сплавы включают углеродистые стали с различным содержанием углерода, низко-, средне- и высоколегированные стали, сплавы алюминия. Ротационная вытяжка является перспективным способом изготовления деталей из никеля, вольфрама, молибдена, ниобия, тантала, титана и их сплавов [3], что объясняется благоприятной схемой напряженного состояния.
Механические схемы деформации характерные для различных процессов обработки металлов давлением; аналогия с процессом ротационной вытяжки: /,//- обратная ротационная вытяжка [6]JII - -рямая яотационная явтяжка [6]JV- прямая ротационная вытяжка [29]; V- аналогия, основанная на экспериментах Калпаксиоглу [6].
Ротационная вытяжка - высокоэффективный процесс обработки металлов давлением, обладающий важными преимуществами, в сравнение с другими способами обработки металлов давлением.
Ввиду упрочнения металла заготовки при холодной ротационной вытяжке появляется явно выраженная анизотропия механических характеристик материала. Ориентация деформированных волокон по контуру оправки является более предпочтительной: повыщается усталостная прочность и предел прочности на растяжение [4], повыщается поверхностная твердость и, следовательно сопротивление истиранию
При минимальных затратах времени на переналаживание оборудования ротационная вытяжка открывает возможность многовариантного выполнения операции.
Ротационная вытяжка позволяет обнаруживать дефекты металла, которые при других способах обработки могли оказаться скрытыми.
Одним из основных преимуществ ротационной вытяжки является возможность изготовления высококачественных полых деталей с минимальными допусками на толщину стенки и внутренний диаметр (не более 0,025 мм), шероховатостью внутренней поверхности на уровне 9-10 класса (Ra 0,15 ... 0.2), и шероховатостью наружной поверхности Ra 0,8... 1,6 и при необходимости выше [4]. Поэтому процесс можно считать идеальным для изготовления высокоточных полых осесимметричных деталей, в том числе тонкостенных. Известны многочисленные оригинальные приложения процесса к изготовлению полых деталей без оправки, решетчатых (с дополнительным травлением) [4], листов из высокопрочных сталей (с дополнительной разрезкой и разверткой) [1], многослойных труб и других деталей, раскрывающих потенциальные возможности процесса ротационной вытяжки [66,70,73,74,78].
Одним из факторов сдерживающих широкое внедрение процесса в производство является его недостаточная изученность и отсутствие точных расчетных зависимостей для определения режимов и параметров процесса [1]. Установлены лишь общие закономерности влияния тех или иных характеристик на процесс деформирования и на их основе разработаны рекомендации, нашедшие отражение в литературе [1,4,6], отраслевых стандартах, руководящих мате /і риалах, там же содержатся рекомендации по экспериментальной отработке режимов и параметров процесса. Трудоемкость последнего этапа непосредственно зависит от степени изученности процесса.
Н.И. Могильным [42] сформулированы основные направления дальнейшего исследования процесса ротационной вытяжки, которые достаточно точно отражают требования теории и практики внедрения процесса в производство: - изучение закономерностей механики течения при ротационной вытяжке; - изучение закономерностей формирования очага деформации; - изучение напряженно-деформированного состояния, условий формоизменения заготовки; - анализ энергосиловых параметров и режимов деформирования; - разработка методов математического моделирования процесса ротационной вытяжки; - изучение и совершенствование принципиальных кинематических схем формообразования заготовок; - разработка банка данных для развития и совершенствования базы технологических знаний и систем автоматизированного проектирования ротационной вытяжки; - исследование способов развития промежуточной заготовки с целью поиска оптимальных технологических решений. Наименее исследованными, из перечисленных, оказываются вопросы, касающиеся теории процесса ротационной вытяжки - исследование закономерностей формоизменения и формирования напряженно-деформированного состояния в очаге деформации и внеконтактных зонах.
Перечень не учитывает множества узких специфических задач, ждущих своего решения. Анализ предшествующих исследований по перечисленным направлениям позволил конкретизировать задачи. В части изучения закономерностей механизма ротационной вытяжки анализ показал, что основой большинства теоретических работ по изучению процесса является допущение о плоскодеформированном состоянии в меридиональном сечении зоны деформации.
Основанием явились опыты Калпаксиоглу [6] по сравнению образцов с координатными сетками в меридиональном сечении, деформированных с одинаковыми степенями деформации способами выдавливания и обкатки (ротационной вытяжки). Неплохое соответствие характера ис-кажения координатных сеток для двух названных методов позволило провести аналогию между процессами ротационной вытяжки и выдавливания (или волочения - в зависимости от способа ротационной вытяжки). Однако тот же исследователь (при ротационной вытяжке конусов) отметил смещение металла заготовки относительно оси оправки, в направлении противоположном направлению вращения оправки [6]. Уэлс [28], собственными исследованиями, подтверждает основные выводы, полученные Калпаксиоглу. Указывая, что течение металла происходит в направлении перпендикулярном к направлению обкатки роликом, он отмечает значительные сдвиговые деформации во всех направлениях. Таким образом, и Калпаксиоглу и Уэлс отмечали наличие деформации в окружном направлении, однако допущение о плоской деформации в меридиональном сечении на многие годы определило методологию изучения процесса. Исследования деформированного состояния при ротационной вытяжке, проведенные Казаковой А.И. и другими [29] с использованием микроструктурного метода позволили установить, что волокнистая структура в зоне деформации ориентирована по винтовой линии в направлении обкатки заготовки роликом.
Анализ двухцентровой веерной сетки линий скольжения применительно к решению задачи вытяжки через клиновидную матрицу
С целью установления закономерностей изменения геометрических и кинематических характеристик кинематических элементов проведен эксперимент с продольными рисками, нанесенными на наружную (индекс V) и внутреннюю (индекс "вн") поверхности исходной заготовки. Рис.11. Фактически сохранив прямолинейность, риски в зоне деформации повернулись в направлении, противоположном направлению вращения заготовки. Углы X\Ja и \/г - суть один и тот же угол, взятый в различных сечениях зоны деформации. Очевидно, что в данной постановке задачи, в пределах зоны деформации риски являются линиями тока.
Угол поворота риски, нанесенной на внутреннюю поверхность заготовки значительно меньше и, в первом приближении, его можно считать равным нулю. Принимая во внимание положение линий тока на наружной и внутренней поверхностях зоны деформации, а так же допуская линейный характер изменения характеристик кинематических элементов в поперечном сечении зоны деформации, приходим к выводу, что в поперечном сечении зоны деформации линии тока располагаются согласно спирали Архимеда. Распространяя этот вывод на всю зону деформаций, получаем поверхность, названную поверхностью течения. Рис.12. Эта поверхность является геометрическим местом линий тока первоначально расположенных в едином радиальном сечении.
Описание поверхности течения возможно с использованием геометрических характеристик кинематических элементов, поскольку их взаимное положение друг
Характеристики вектора перемещения в прямоугольной системе координат. относительно друга определено их геометрическими размерами. Это позволяет определять характеристики спирали образующей поверхность течения. Геометрические характеристики кинематических элементов известны, поскольку задаются изначально. Текущие значения характеристик определяют на основе зависимостей (6),(7). В соответствии с принятым допущением характеристики кинематических элементов по толщине стенки определяются выражениями: et St-d- j/m ); Arij=8t,-j St,,; i/n]=4/;-(i-j/m), где і - характеристика поперечного сечения очага деформации (номер перехода) j- номер слоя ()=1 ..ш). Из характеристик кинематического элемента неизвестной остается характеристика перемещения в окружном направлении - l/rH (рещение этой задачи рассмотрено в параграфе
Результаты эксперимента и анализ кинематики процесса деформирования в поперечном сечении зоны деформации позволили сформулировать обобщенную модель процесса ротационной вытяжки, геометрическим выражением которой является поверхность течения.
Сформирована механическая модель процесса деформирования при ротационной вытяжке, основанная на рассмотрении п-шагового процесса деформирования дискретных элементов заготовки. Обоснован выбор исходных геометрических характеристик и формы элементов. В соответствие с кинематикой процесса ротационной вытяжки определены закономерности изменения геометрических характеристик элементов и характеристик положения. Показана зависимость величины частного обжатия элемента от характеристик его положения.
Отличительной чертой предлагаемой модели от существующей [48] является описание кинематики деформирования в продольном сечении зоны деформации в виде п-шагового процесса с заданным параметром дискретности (определяющим точность расчета). Модель позволяет перейти к рассмотрению элементов, перемещения которых в осевом направлении бесконечно малы и, следовательно, допустим переход к решению плоской задачи в поперечном сечении зоны деформаций (например, о волочении листа через гладкую клиновидную матрицу). Такой подход позволяет исследовать особенности тангенциального течения металла в очаге деформации и исследовать напряженно-деформированное состояние в поперечном сечении очага деформации. С другой стороны, основываясь на результатах предшествующих исследований [6,28], возможно принять допущение о плоской деформации в меридиональном сечении зоны деформаций. Вновь задача о волочении (выдавливании) листа является эффективной моделью для исследования процесса. Здесь поверхность оправки должна рассматриваться как центральная ось листа. Заметим что вне зависимости от процесса волочения или выдавливания (аналогов прямой и обратной ротационной вытяжки) граничные условия влияющие на пластическую зону удовлетворяют полю линий скольжения использованному в задаче о волочении листа [11]. Рис.5. Таким образом, определен принципиальный подход и инструменты дальнейшего исследования закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния при ротационной вытяжке. Одновременно, решение задачи непосредственно связано с определением характеристик поверхности течения и, в частности, с определением угла поворота линий тока в окружном направлении.
Исследование деформированного состояния в зоне деформации с помощью метода делительных сеток
На основе описанной вьшю методики разработана программа моделирования характеристик процесса ротационной вытяжки. С использованием кинематических характеристик процесса деформирования в продольном сечении (параграф 2.2, глава П),для выбранного пути деформирования ведется анализ п-шагового процесса деформирования в поперечном сечении очага деформации.
Пример контрольного расчета приведен в приложении 1. Предложена математическая модель процесса деформирования при ротационной вытяжке для случая 6ti 2tki sin а (без учета трения).
Модель позволяет определять характеристики направленности линий тока в наружном слое зоны деформации и вести оценку напряженно-деформированного состояния на основе численных экспериментов.
На основе допущения о прямолинейности линии тока ей в соответствие поставлен вектор, характеризующий перемещение материальной частицы в наружном слое зоны деформации. Обосновано применение, в первом приближении, линейных зависимостей основных характеристик деформирования по толщине стенки и ширине зоны деформации
Для детального рассмотрения характеристик деформирования и перемещения введено понятие кинематического элемента. Такой подход позволил рассматривать п-шаговый процесс деформирования в его развитии и, по сути, отражает процесс суммирования локальных деформаций.
Установлено, что частное обжатие является величиной переменной по ширине зоны деформации и определяется геометрией инструмента, характеристиками и режимами деформирования заготовки.
Учет объемного пластического течения позволил вскрыть механизм тангенциального течения металла, установив его закономерности для случая t, 2tki sin а . Объяснен механизм появления эффекта опережения и отставания в поперечном сечении очага деформации. Установлено, что с увеличением коэффициента проработки угол поворота линии тока в окружном направлении уменьшается и происходит изменение направления поворота (изменение направления тангенциального течения). Определен метод описания течения металла в очаге деформации при ротационной вытяжке, позволяющий решать задачи в более общем виде (включающем, так называемый случай, длинной матрицы 5tj 2tM sin а ). Ее решение выходит за рамки представленной работы.
Введено понятие поверхности течения как совокупности линий тока, наглядно демонстрирующей основные закономерности течения металла в очаге деформации, и потому являющейся обобщенной характеристикой процесса ротационной вытяжки. Представлено аналитическое описание образующей этой поверхности.
Линеаризация линий тока позволила перейти к упрощенной форме поверхности течения и предложить соотношения для оценки смещения металла в очаге деформации по трем направлениям. Определены основные геометрические характеристики очага деформации, установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния в очаге деформации и внеконтактных зонах и его зависимость от режимов процесса.
Предложенная модель раскрывает сущность процесса ротационной вытяжки и позволяет его исследовать с приемлемой для практики точностью. Темой дальнейших исследований является использование векторного анализа для обобщения характеристик поверхности течения и совершенствование критериального аппарата процесса ротационной вытяжки.
Ограничением для применения метода координатных сеток является вращение заготовки при деформировании, что исключает использование разъемных (в продольном Р м а сечении заготовки) образцов. К исследованию был принят образец, представляющий собой две восстановленного из треугольного элемента метрической резьбы. Материал заготовок - сталь 35. Заготовки в образце соединены посредством метрической резьбы MTOxl. Наружный диаметр образца - 83 мм, внутренний - 63 мм. Образец деформировали с относительной степенью деформации 38%. Режимы обработки: число оборотов шпинделя N=148 об/мин,
Для исследования деформированного состояния в поперечном сечении зоны деформации использован пакет кольцевых образцов Рис.20. Материал - сталь 35. Наружный диаметр пакета - 83.8 мм, внутренний - 65.4 мм, толщина кольца - 2 мм. Количество колец в пакете - 11 штук. На одном из торцев каждого образца была нанесена сетка в виде концентрических окружностей с постоянным шагом и радиальных лучей, делящих окружность на п равных сегментов. Образцы штифтовались с целью совмещения сегментов. В качестве узловых точек делительной сетки предполагалось использовать по три узловые точки образованной сетки, четвертую предполагалось получить путем построения элемента в виде параллелограмма. Образец деформировали по обратному способу с относительной степенью деформации 56%. Режимы: N=141 об/мин, 8=0.27 мм/об.
Исследование механических характеристик металла заготовок на основных этапах изготовления гильз
После деформирования радиально армированного образца, около каждой из проволочек сверлилось базовое отверстие, относительно которого измерялось окружное смещение проволочки по толщине стенки. Вторая координата текущего положения проволочки -смещение в осевом направлении определялась по ее расстоянию от торца недоката. Зона деформации после каждого обмера протачивалась - толщина стенки уменьшалась примерно на 1 мм. На последнем этапе (толщина стенки 4,5 мм) были определены характеристики направления осей деформации.
После деформирования образца армированного в осевом направлении на внутреннюю поверхность были нанесены дополнительные осевые риски (в области каждой проволочки), служащие базами для измерения окружных перемещений проволочек. Заготовка по зоне деформации разрезалась на кольца, при этом фиксировались осевые координаты каждого реза (относительно торца недоката) и толщины колец. После чего пересчитывались положение каждого из поперечных сечений относительно начала зоны деформации. Кольца фотографировали с двух сторон с введением в кадр части кольца с элементом деформированной проволочки, единицы масштаба и метки, направленной на базовую риску, для измерения окружных перемещений проволочки. Рис.23. Применялась трехзначная нумерация кадров: номер кольца, стороны, элемента. Измерение координат элементов проводилось при десятикратном увеличении. Фиксировались следующие данные: положения в поперечном геометрических характеристик элемента и сечении зоны деформации. 2.4.2. Результаты эксперимента. Образец армированный проволочками в осевом направлении. Характеристики положения и формоизменения исследуемых элементов представлены в таблицах 2,3. Анализ изменения угловых характеристик элементов по длине зоны деформации (Таблица 4) показывает: 1. Коэффициент линейной корреляции для смещения элемента в окружном направлении относительно осевого перемещения находится в пределах. R=0,91.0,99, что свидетельствует о приемлемости допущения о прямолинейности линии тока в пределах зоны деформации. Рис.24. 2. Угол поворота линий тока в окружном направлении \уа уменьщается в направлении от наружной поверхности зоны деформации к внутренней. 3. Изменение угла поворота линий тока по толщине стенки подчиняется линейному закону. Экстерполяцией получено значение угла поворота линии тока для наружной поверхности- i/a = 21,8 .
Экспериментально определенное и усредненное для зоны деформации значение этого угла - 22,2 . Относительная погрешность 1,8%, что подтверждает приемлемость допущения о линейном характере изменения углов поворота линий тока от максимального значения на наружной поверхности зоны деформации до минимального (нулевого) значения на внутренней поверхности.
Исследованием углов наклона линий тока в продольном сечении зоны деформации (таблица 5) установлено: 1. Положение элементов линии тока по длине зоны деформации может быть описано линейной зависимостью. Коэффициент корреляции между характеристиками осевого и радиального положения элементов линий тока в пределах зоны деформации К=0,95...0,99. 2. Экстерполяцией определен угол наклона линии тока принадлежащей наружной поверхности - 18,3. Экспериментально определенное и усредненное значение этого угла -19,8.
Тэ - радиальная координата центра деформированного элемента, выраженная через толщину стенки Хэ - координата центра деформированного элемента в окружном направлении. Примечание: Значения,выделенные жирным курсивом признаны резко отклоняющимися и исключены из анализа.
Причиной отклонений являются недостаточная контрастность элементов на фотогафиях и неточность установки метки базовой линии (для данных ЛТ 6) при фотографировании образца. Таблица 3. Поперечное сечение зоны деформаций:характеристики деформации и направления главных осей деформации .
Смещения линий тока в окружном направлении по длине зоны деформации. Линии сглажены с использованием сплайнов.
Относительная погрешность - 7,6%, что свидетельствует о приемлемости допущения о линейном характере изменения угла наклона линий тока в продольном сечении зоны деформации от максимального значения (а ср) на наружной поверхности до нулевого на внутренней поверхности заготовки. Анализ характеристик положения деформированных элементов в поперечном сечении зоны деформации (таблица 6): 1. Параметр спирали Архимеда - к (определен с учетом зависимости (8)) уменьшается к выходному сечению, что свидетельствует об уменьшении шага спирали. 2. Характеристика относительного положения элемента по толщине стенки Т/Г вдоль линии тока постоянна. Относительное отклонение 0,56...2,95%. Следовательно, закон распределения обжатий кинематических элементов по толщине стенки - линейный. 3. Коэффициент корреляции зависимости угла поворота \\)т от изменения толщины стенки фактически равен 1, что подтверждает выражение (11): относительное изменение толщины стенки вдоль линии тока равно относительному углу поворота линии тока. 4. При исключении резко отклоняющихся значений, параметр спирали Архимеда (к) для всех сечений зоны деформации имеет относительное отклонение от средних значений в пределах 5...32% (как правило, не превышает 16%). Наибольшие отклонения получены для входного сечения Причиной этих отклонений являются погрешности измерения которые в большей степени сказываются при больших шагах спирали - малые изменения VTJ13. при значительных изменениях Осідиус-векторя С приемлемой для практики точностью образующей поверхности течения можно считать спираль Архимеда.
В связи с тем, что направления всех главных осей деформации не установлены, количественная оценка деформаций только по данным поперечного сечения зоны деформации будет некорректной. Возможно лишь исследование проекций главных осей деформации на продольное и поперечное сечения зоны деформации.