Содержание к диссертации
Введение
Введение 4
I. Краткий обзор исследований устойчивости процессов пластического деформирования тел. Постановка задачи .7
1-І. Устойчивость процессов формоизменения жесткопласти
I 2.Локальная устойчивость процессов деформации... .9
1.3 .Объект исследований и постановка задачи.. ,... .12
1.4.Обоснование выбранного направления исследований 14
1,5 .Выводы по главе... —... 15
2.. Определение локаяьнои устойчивости процессов деформации при объемном пластическом формообразовании , 16
2.1.Выбор критерия устойчивости 16
2.2. Одноосное растяжение 17
2.3. Трехосное напряженное состояние 21
2.4. Устойчивость растяжения образца с шейкой. 29
2.5.Выводы по главе... 34
3. Методика исследования процессов деформации на устойчивость. Обработка методики на модельном эксперименте .35
3.I.Структура построения методики 35
3.2. Определение процессов деформации для расчета на устойчивость и выбор модельного эксперимента 36
3.3.Получение зависимости О-О (г) и определение параметров ее аппроксимации по результатам испытаний на одноосное сжатие 37
3.4 Определение локальных параметров напряженного состояния при осадке цилиндрических образцов .46
3.5.Получение зависимостей эквивалентного напряжения от на копленной деформации по измерениям твердости 53
3,6 Методика экспериментального исследования процессов деформации на устойчивость при осадке цилиндрических образ-
3.7. Экспериментальное подтверждение метода определения критических деформации 58
3 8 Выводы по главе 71
4. Применение теоретико-экспериментального метода расчета на устойчивость к исследованию процессов холодного пластического формообразования 73
4.1. Исследование процессов холодного формообразования шариков 73
4.2. Разработка рациональных условий процесса холодного формообразования шариков 85
4.3. Внедрение нового процесса холодного формообразования заготовок шариков 95
4.4. Выводы по главе 102
Заключение 104
Литература. 106
Приложение 115
- Устойчивость процессов формоизменения жесткопласти
- Устойчивость растяжения образца с шейкой.
- Определение процессов деформации для расчета на устойчивость и выбор модельного эксперимента
- Исследование процессов холодного формообразования шариков
Введение к работе
Одной из важнейших задач десятой и одішадцатой пятилеток является повышение качества продукции п эффективности производства. Ее решение связано с созданием экономичных технологических процессов пластического формообразования, обеспечивающих выпуск изделий высокого качества.
Разработка таких процессов должна основываться на современных достижениях теории пластического деформирования.
Сохранение локальной устойчивости процессов является одним из основных условий получения высококачественной цродукции, обеспечивающим формоизменение изделий без образования сосредоточенных деформаций и соответственно локальных разрушений.
Такие разрушения имеют место при изготовлении подшипников качения, которые занимают значительное место в машиностроении. Повышение качества, надежности и долговечности выпускаемых машин неразрывно связано с повышением качества подшипников качения.
К заготовкам подшипников качения и, в частности, шариков предъявляются высокие требования в отношении точности размеров, наличия дефектов и механических свойств. В связи с этим, при создании новых процессов и анализе существующих должно уделяться большое внимание технологическим расчетам и экспериментальным методикам, отвечающим задаче получения точных бездефектных заготовок. Они применяются как на стадии проектирования этих процессов, так и на стадии отладки.
Основными задачами расчетов являются анализ изучаемого процесса формоизменения и оптимальное использование пластичности в том или ином технологическом процессе.
Среди изготовляемых деталей подшшшнков видное место занимают шарики, заготовки которых массовой и крупносерийной номенклатуры диаметром от І до 28 мм получают холодным формообразованием.
В процессе холодного формообразования заготовок шариков возникают сложные поля напряжений и скоростей, и вследствіш пластического деформирования тлеет место брак по локальным трещинам, особенно часто встречающихся при получении заготовок шариков подшипников специального назначения из сталей с низкой пластичностью.
Возможность бездефектного осуществления того или иного процесса холодного формообразования определяются технологичностью оснастки и свойствами материала.
Технологичность оснастки характеризуется условиями пластического течения, теплообмена, смазки и т.д.
Свойства материала определяют его способность к деформированию без разрушения, т.е. соответственно устойчивостью процессов деформации этого материала.
На устойчивость процессов деформации влияют и условия пластического течения, т.е. и технологичность оснастки.
Данная работа выполнена по запросам промышленности и посвящена решению вопросов, связанных с исключением брака по трещинам при холодном формообразовании заготовок шариков из сталей с низкой пластичностью и соответственно с увеличением производительности труда,экономией металла и повышением качества готовых шариков.
Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:
Изучить состояние вопроса по исследованшо устойчивости в процессах холодного формообразования таті.
Обосновать, разработать и проверить критерий локальной устойчивости процессов деформации.
Определить условия локальной неустойчивости для напряженных состояний, возникающих в заготовках шариках при холодном формообразовании.
Разработать методики исследования и изучить процессы деформации, при которых имеют место локальные разрушения в процессах формообразования заготовок шариков.
Определить характеристики упрочняемости исследуемых подшипниковых сталей.
Найти условия и причины потери локальной устойчивости и соответственно образования трещин в процессах получения заготовок шариков.
Разработать и внедрить новый технологический процесс формообразования заготовок шариков без брака по трещинам.
Устойчивость процессов формоизменения жесткопласти
Внимание к проблеме неустойчивости пластических тел было привлечено явлением образования шейки при растяжении образца. Впервые понятие возникновения пластической неустойчивости тел под действием растягивающей нагрузки введено в работе Консидера [i] . Было выдвинуто предположение, что устойчивость процесса растяжения теряется тогда, когда упрочнение материала не может компенсировать разупрочнения, возникающего из-за изменения размеров образца. Математически такое предположение означает, что потеря устойчивости возникает при достижении растягивающим усилием максимального значения.
Исследования, выполненные Г.Заксом и Д.Лубаном позволили им сделать предположение о обобщении этого критерия на случай действия нескольких внешних нагрузок [2] .
Вследствие простоты критерий максимума одной из внешних нагрузок нашел широкое применение в инженерных расчетах [з - II , 27 -34] . Например, этот критерий был положен в основу расчета устойчивости процесса двухосного растяжения листовых материалов и тонкостенных оболочек, находящихся в условиях пропорционального нагруже-ния [б , 7 , II] . Его обобщение на случай анизотропных тел дано в работах [27 - 34J . Отметим, что теоретические величины критических деформаций, полученных в этих работах хорошо согласуются с экспериментом в случае действия нормальных растягивающих нагрузок , 10 , 55 , 64] .
Но использование критерия в случае действия на тело сшмающих и растягивающих нагрузок показывает, что критические деформации мало зависят от напряженного состояния и близки к их значениям при одноосном растяжении. Однако, это утверждение противоречит эксперименту и физическому смыслу [12, 14, 15, 16, 90]. Также следует отметить, что экспериментальные результаты по проверке этого критерия в условиях деиствіш на тело нормальных и касательных усилий (труба под действием осевой силы, внутреннего давления и крутящего момента) были неудовлетворительными [15, 24].
Свифт [l7] выдвинул другой критерий для определения устойчивости процессов деформации жесткопластических тел. Согласно этому критерию при потере устойчивости скорость эквивалентного напряжения, соответствующая внешнему воздействию, превосходит скорость эквивалентного напряжения, которую приобретает материал за счет упрочнения при сообщенном ему возмущении. При решении по указанному критерию принималось, что в момент возникновения неустойчивого состояния все внешние нагрузки, действующие на тело, достигают максимума.
Аналогичные критерии устойчивости предложены в работах [l8,19. Они получили экспериментальное подтверждение [14,15,16,20-23/, хотя не имели ясного физического толкования.
Дальнейшее развитие теории пластической устойчивости дано в работах [24,38J, основанных на использовании критерия устойчивости механических систем [25, 2б]. Существо этих работ состоит в том, что процесс деформирования тел считается устойчивым в случае положительности работы добавочных нагрузок на вызванных ими дополнительных перемещениях.
Устойчивость растяжения образца с шейкой
В качестве примера использования расчета на устойчивость рассмотрим процесс растяжения плоского образца с шейкой (рис.6). Пластина является достаточно широкой. Считается, что деформация в плоскости шейки однородна. ОДНШЇ ИЗ двух предельных случаев пластической деформации такой пластины, рассмотренных П.Бриджменом [90] , является случай, когда длина пластины велика и влияние каких-либо зажимов, при помощи которых приложено растягивающее напряжение на концах, в центральной области не сказывается.
Определение процессов деформации для расчета на устойчивость и выбор модельного эксперимента
Основными задачами диссертации являются выяснение причин появления локальных дефектов (локальных разрушений) при холодном формообразовании заготовок шариков, определение уровня деформаций, предшествующих появлению этих дефектов и разработка технологии получения бездефектной продукции.
Указанные задачи решались применительно к изготовлению заготовок шариков из стали марок 95ХІ8Ш и ЭИ-347Ш.
С целью выбора процессов деформации для расчета на устойчивость, моделирующих штамповку заготовок шариков обратимся к экспериментальным данным.
На рис.9 показано образование трещин на заготовках шариков на стадии свободной осадки. Каждый вид локального разрушения показан при увеличениях хЮ, х200, х2000. Глубина визуально фиксируемых трещин в момент обнаружения составила 0,3-0,4 мм. Локальные разрушения при холодной штамповке шариков происходили по экваториальной плоскости с выходом на свободную поверхность.
Можно отметить, что аналогичная картина возникновения разрушения имела место при сжатии цилиндрических образцов [71,72,73,74] .
В связи с изложенным в качестве процесса, моделирующего стадию свободной осадки заготовок шариков был принят процесс осадки цилиндрических образцов. При этом исследовались процессы деформации элементов-, расположенных по экваториальной плоскости. На свободной поверхности образца имеет место плоское напряженное состояние, в под поверхностных слоях - объемное напряженное состояние. Диапазон изменения отношения исходной высоты заготовки к ее диаметру Q при холодной штамповке обычно составляет от 1,2 до 2,2.
Для сжимаемых образцов это отношение было принято равным I и 1,5.
Дальнейшее увеличение отношения уг могло привести к продоль ному изгибу при сжатии в плоских бойках [71,72,73,95,96] . При штамповке шариков продольный изгиб заготовок не возникает вследствие того, что их нагружение, в отличии от осадки образцов, осуществляется под утлом [85, 8б]. Углы между поверхностями штампов и заготовок составляют 60.
Осадка цшиндрических образцов осуществлялась при различных условиях контактного трения на поверхностях нагружения, что существенно меняло локальные параметры исследуемых процессов деформации.
Исследование процессов холодного формообразования
Исследования процессов холодного Формообразования шариков из сталей 95X18Ш и ЭИ-347Л проводили на универсальной,20-ти., тонной испытательной машине модели 1251,Фирмы "Инстрон"(Англия) .Рісходя из мощности машины для исследования была выбрана заготовка шарика $ 11/32".Для сравнения проттессов деформации заготовок различных размеров на прессе ПГ-100 был отштампован шарик 0 7/16".Процессы деформации обеих заготовок практически не отличались. Конструкции штампов, имеющие сферическую Форму, размеры исходных и отштампованных заготовок (рис.27) были взяты по действующему техпроцессу на ГПЗ-4 в соответствии со стандартом предприятия СТЇЇ-247180000.
Полуматрипы с твердосплавными вставками для штамповки заготовок шариков имели наружный диаметр 50 мм. Для получения соосности при лабораторных исследованиях процесса Формообразования шариков изготовили направляющую втулку, обеспечивающую движение полуматрип по скользящей посадке (рис.28).Экспериментальные исследования выполняли по методике,изложенной в разделе 3.6.Но так, как было ясно(раздел 3.7),что перемещения поверхностного и под поверхностного элементов практически отличаются незначительно, то зависимость Q 8Q (Z) получали на основании измерений перемещений поверхностного элемента.
Каждый эксперимент повторяли три раза. Для каждой марки стали исследовались обе выбранные плавки(табл.Іприложения).На основании полученных данных измерений на поверхности определяли зависимости s Laf y] для выделенных элементов.
Похожие диссертации на Разработка метода расчета процессов деформации на локальную устойчивость и его внедрение применительно к процессам холодного пластического формообразования заготовок шариков
