книги из ГПНТБ / Дзугутов, М. Я. Напряжения и разрывы при обработке металлов давлением

заторможенной деформации. В остальных зонах сечения слитка исходная литая структура сохраняется полно­ стью в результате отсутствия в них деформации, необхо­ димой для протекания процесса рекристаллизации.

Таким образом, при ковке круга на плоских бойках металл, находящийся под контактными поверхностями, подвергается деформации раньше, чем в других зонах.

ѵ///ж ////л

штт W/.

Рис. 79. Изменение ширины кон­ тактной поверхности в процессе

рабочего хода бойка (одиозпач-

п п г п п б ж я т н я )‘

Но это не значит, что в зоне заторможенной деформации нарушено тормозящее действие внешнего трепня. Д ей­ ствие внешнего трения в этих зонах сохраняется полно­ стью, так же как и при ковке квадратной заготовки на плоских бойках, но деформация металла начинается здесь раньше, т. е. до образования зоны заторможенной деформации п до распространения на него действия внешнего трения. Основная разница заключается в том, что при ковке квадрата зоны заторможенной деформа­ ции образуются сразу же после соприкосновения пло­ ского бойка II начала рабочего хода его. При ковке кру­ га на плоских бойках в начале рабочего хода образуют­ ся контактные линии (рис. 79, а) и лишь затем по мере дальнейшего хода бойка (рис. 79, б) ширина их увели­ чивается в результате последовательного приращения к ним смежных слоев металла по мере увеличения ра­ бочего хода бойка. Смежные слои по мере увеличения рабочего хода бойка сначала деформируются, а затем после распространения на них действия внешнего тре­ ния увеличивают зоны заторможенной деформации.

140

При возрастании величины единичного или однознач­ ного обжатия деформация распространяется также и на более глубокие слои деформируемой круглой заготовки.

Напряжения и течение металла при ковке круглой заготовки на плоских бойках

При ковке круглой заготовки на плоских бойках на­ блюдается сложное течение металла. Оно происходит в направлении оси заготовки и в направлении, нормаль­ ном к лей. Преимущество того или иного направления течения определяется величиной подачи.

Чтобы выяснить характер течения металла при по­ перечной ковке — обкатке (см. рис. 77,6), были проведе­ ны опыты по обкатке круглых заготовок из разных ста-

пературах на пневматическом молоте (масса падающих частей 250 кГ) путем постепенного вращения заготовок вокруг их оси, 'после каждого удара бойка (рис. 80). Р е­ зультаты опыта приведены в табл. 10.

Из приведенных данных следует, что в результате обкатки уменьшаются диаметр и сечение образцов. Од­ новременно вместо увеличения длины оси заготовки про­ изошло значительное уменьшение ее почти во всех слу­ чаях. Значительное приращение длины (L— 10) получили периферийные зоны, расположенные ближе к контакт­ ной поверхности образца.

Если обозначить уменьшение объема металла в осе­ вой зоне из-за утяжки через Ѵу (см. рис. 80), а прираще­ ние объема металла в зонах, расположенных под кон-

141

Т а б л и ц а 10. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБКАТКИ КРУГЛЫХ ОБРАЗЦОВ НА ПЛОСКИХ БОПКАХ

* Нарушений сплошности ие наблюдалось. ** Происходил разрыв в центре заготовки.

тактной поверхностью, через Кщ, (Ѵа на рис. 80), то по закону постоянства объема для случаев, когда после об­ катки D~p>d, можно написать УпР> У у , т- е- объем метал­ ла, течение которого происходит в направлении удлине­ ния, всегда больше объема металла, двигающегося из осевой зоны к периферии. Эта разность образуется за счет уменьшения диаметра заготовки (У с). При D = d смещенный объем Уо= 0 , а образование Упр происходит лишь за счет утяжки Уу, т. е. Ущ >=Уу. В случае D > d различают три вида течения металла при деформирова­ нии круглой заготовки или поковки ковкой на плоских бойках. '

142

Рис. 81. Течение металла и изменение формы цилиндрического образца

ирезультате обкатки:

а— Л</0; б — /1=/о» о — ЛС>/о

Все три вида расчета объема металла справедливы в том случае, если в деформируемой заготовке не обра­ зуется внутренняя полость. В случае образования в об­ катанной заготовке полости объем ее УПол следует учи­ тывать особо. Так, например, после образования полости процесс обкатки может не сопровождаться уменьшени­ ем диаметра заготовки или ее оси, а приращение объема

d = D

дить течение металла из осевой зоны заготовки в пери­ ферийные, и в результате этого длила периферийной зоны заготовки увеличивается и одновременно уменьша­ ется длина ее оси. Плоские торцы заготовки после по­ перечной обкатки приобретают вогнутую форму.

143

тельных внутренних радиальных растягивающих напря­ жений, возникающих в осевой зоне деформируемой заго­ товки.

Изучение знака радиальных напряжений производи­ ли на круглых образцах (диаметр 250 мм, толщина 60 м м ), изготовленных из стали Ш Х15, со вставленными прутками (рис. 82, а). Образцы нагревали до 1100° С, затем обкатывали на плоских бойках молота с массой падающих частей 2 т. Достигнутые суммарные линейные обжатия образцов находились в пределах 7—21%.

В результате обкатки уменьшилась длина осп образ­ ца вследствие утяжки металла из осевой зоны в перифе­ рийную. При 7% деформации увеличился диаметр отвер­ стий, расположенных в центральной зоне образца, в ре­ зультате чего вставленные в них нруткп выпали из образцов (рис. 82, б). При достижении 2,1% обжатия диагметры отверстий значительно увеличились (рис. 82, в), причем наибольшее увеличение диаметра достигается в центральной части образца. Диаметр двух других от­ верстий, расположенных ближе к контактной поверхно­ сти, не только не увеличился, а, наоборот, уменьшился, вследствие этого прутки оказались плотно зажатыми в отверстиях.

Следовательно, при обкатке круглой заготовки на плоских бойках металл осевой зоны перемещается к пе­ риферии под действием внутренних радиальных растя­

Наоборот, диаметр отверстия не увеличивается в зонах, где такого рода внутренние растягивающие напряжения отсутствуют полностью (3, 4).

В табл. 11 приведены данные изменения размеров от­ верстий шайб в процессе обкатки их на плоских бойках. Из них следует, что по мере удаления от осевой зоны величина радиальных растягивающих напряжений уменьшается и в некоторой точке значение их достигает нуля. Величина радиальных сжимающих напряжений в этой точке также равна нулю. Однако по мере даль­ нейшего удаления от осевой зоны величина сжимающих

144

напряжений увеличивается и достигает наибольшего значения у поверхности обкатываемой заготовки.

Продольные напряжения, возникающие в продольной (осевой) плоскости, изучали в производственных усло­ виях на круглых образцах (сталь ШХ15) со вставленны­ ми нормально к оси заготовки стержнями (рпс. 83),

Т а б л и ц а II. ИЗМЕНЕНИЕ ДИАМЕТРА ОТВЕРСТИЙ ШАЙБ

ИЗ СТАЛИ ШХ15 В РЕЗУЛЬТАТЕ ОБКАТКИ ИХ НА ПЛОСКИХ БОЙКАХ

146.

мере дальнейшей обкатки, в торцы заготовки внутрен­ ние разрывы выходят лишь в редких случаях: после

Рис. 84. Форма и размеры образцов со стержнями:

а — до обкатки; б — после обкатки в плоских бойках

длительной обкатки и образования в торцах глубоких лунок.

В процессе обкатки в .поверхностной зоне круглой за­ готовки действуют тангенциальные сжимающие на­ пряжения, вследствие чего контакт между стенками от­ верстия и стержнями в тангенциальном направлении не нарушается.

Количественно течение металла в плоскости, распо­ ложенной нормально к осп круглой заготовки, в процес-

148

се ее обкатки на 'плоских бойках определяли при помощи ввинченных стержней. Для этого в круглых образцах (поковках) из стали Ш Х І5 сверлили отверстия, в кото­ рые ввинчивали стержни диаметром 14 мм. Образцы

Рис. 85. Поперечные макрошлифы образцов Кч 12—1G (л— е соответственно), представленных на рис. 84

(рис. 84, а) нагревали до 1150° С и обкатывали на пло­ ских бойках до различных размеров. Внешняя форма образцов после обкатки (рис. 84, б) существенно изме­ нилась: уменьшилась длина оси образца и одновременно увеличилась длина периферийной зоны.

мальное уменьшение шага нарезки происходит на неко­ тором расстоянии (примерно 15 мм) от поверхности образца. Далее к центру образца шаг нарезки возраста­ ет, достигая исходной величины, и затем значительно увеличивается. Изменение шага нарезки вдоль радиуса

149