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

Напряжения и разрывы в контактной поверхности поковки

При осаживании на прессе поковок из высокопла­ стичных сталей (например, конструкционных, инстру­ ментальных, нержавеющих типа Г—3X13, ЭИ961) на­ пряжения, возникающие на контактной поверхности, не приводят к образованию разрывов. При осаживании по­ ковок из малопластичных, труднодеформируемых сталей и сплавов влияние этих напряжений проявляется более

Рис. 46. Радиальные и концентрические трещины в торцовой поверх­ ности осаживаемой на прессе покопкн из сплава V группы

четко, так как они приводят к образованию на контакт­ ной поверхности поковки разрывов, радиальных и кон­ центрических (рис. 46). Первые свидетельствуют о на­ личии в контактной поверхности тангенциальных напря­ жений положительного знака, а вторые — о наличии радиальных напряжений того же знака. Глубина образо­ вавшихся разрывов достигает 20— 25 мм. Разрывы об­ разуются обычно при осаживании поковок из трудноде­ формируемых сталей и сплавов II—V групп на прессе и не возникают при осаживании поковок на молоте,

атакже при прокатке прутков из этих сплавов на стане.

На основании исследований, выполненных автором совместно с В . П . Степановым и Л . Ф. Чернышовой, был установлен следующий механизм образования торцовых

трещин (см. рис. 46):

а) подстуживание торцовой поверхности поковки

80

благодаря продолжительному контактированию с отно­

ния элементов торцовой поверхности поковки, при еп> осаживании, относительно поверхности деформирующе­ го инструмента, обусловливающего увеличение дейст­ вующих термических (радиальных и тангенциальных)' напряжений положительного знака.

Очевидно, что радиальные и тангенциальные напря­ жения положительного знака, обусловленные названны­ ми причинами, возникают в контактной поверхности' всегда. Однако к образованию разрывов они приводят лишь в случае, если материал в зоне их действия оказал­ ся охрупчениым, неспособным к пластическому течению.

Предупреждение подстукивания торцовых поверхно­ стей поковки и охрупчивания материала в этих зонах является первым важным мероприятием, устраняющим возможность образования торцовых разрывов. Оно до­ стигается с помощью:

а) применения при осаживании горячих прокладок из более мягкого материала, нагреваемых вместе с по­ ковками. Они служат в качестве теплоизолирующего ма­ териала, а большая податливость их способствует по­ вышению равномерности осаживания поковки;

б) подогрева деформирующего инструмента, при от­ сутствии горячих прокладок, до более высоких темпера-' тур: 600—900° С. Для этого инструмент следует изготав­ ливать из жаропрочного материала, позволяющего та­ кой высокотемпературный подогрев;

в) сокращения времени контактирования относитель­ но холодного инструмента с поковкой, если отсутствуют условия для выполнения требований пунктов а и б.

Для этого можно использовать более быстроходные прессы или молоты, хотя следует учитывать возмож­ ность получения более высоких растягивающих напря­ жений и большую возможность возникновения внутрен­ них разрывов в осаживаемых поковках.

При отсутствии возможности выполнения требований

а, б, в и осаживания поковки в обычных условиях реко­ мендуется уменьшить неравномерное радиальное исте­ чение металла в торцовых поверхностях. Для этого це­ лесообразно в контактные поверхности подсыпать обыч­ ный песок.

Опыты показали, что песок служит средством, тормо­ зящим течение металла в контактной поверхности и в то же время может служить, в некоторой степени, теп­ лоизолирующим материалом. Применение песка способ­

неравномерность деформации поковки. В то же время

рот, приводит к увеличению торцовых разрывов в оса­ живаемой поковке.

Способы устранения растягивающих напряжений и разрывов

Предупреждение возможности возникновения тан­ генциальных напряжений положительного знака и раз­ рывов на боковой поверхности поковки, а также внут­ ренних радиальных напряжений того же знака можно достигать с помощью различных способов.

Регулирование скорости деформирования при осажи­ вании поковки. Основано па том, что по мере повыше­

скорости, и это позволяет уменьшить степень бочкообразования в осаживаемой поковке.

Предварительное прожимание торцовых поверхностей поковки конусным или сферическим пуансоном. Оно позволяет не только уменьшить неравномерность дефор­ мации осаживаемой поковки, но и достичь необходимой деформации выше критической во всем объеме поков­ ки и в том числе в контактных зонах. Для случая оса­

82

чаях, при осаживании поковки из малопластичного ли­ того металла, — приводить к образованию разрывов в сплошном металле.

Применение бандажа для осаживания поковки ци­ линдрической формы, при достаточной толщине стенки, позволяет создать дополнительное боковое сжатие оса­ живаемой поковки, уменьшить или устранить тангеици-

Рнс. 48. Схема упаковки осаживаемой поковки в бандажи с накладками:

а — бандаж цилиндрической формы; б — бандаж конической формы (/ — листо­ вая накладка; 2 — стекло; 3 — верхняя накладка; 4 — слиток; 5 — бандаж)

альные растягивающие напряжения и образование разрывов на боковой поверхности осаживаемой поковки. Оно способствует также уменьшению или устранению внутренних растягивающих напряжений и разрывов в осевой зоне осаживаемой поковки.

Для случая осаживания поковки из сплавов II—V групп, склонных к образованию торцовых разрывов (см. рис. 46), кроме бандажей, следует применять и торцовые

прокладки. Такие упаковки показаны на рис. 48, а, б. Они разработаны совместно с И . М . Павловым, М . В. Растегаевым, А . Н . Данильченко и позволяют ус­ пешно деформировать поковки из трудиодеформнруемых сплавов. Применение бандажа конической формы (рис. 48, б) способствует созданию более значительного объемного сжатия осаживаемой поковки и улучшению

еедеформируемости.

Применение торцовых прокладок со слоем стекло­

смазки позволяет увеличить продолжительность действия прокладки и создаваемые ею условия равномерной осад­

84

ки поковки, продолжить период равномерной осадки и получать в ряде случаев осаженную поковку без вы­ раженного бочкообразовання.

Глава III Н апряж ения и разрывы

при ковке заготовки и поковки квадратного сечения

Неравномерность деформации при ковке заготовки квадратного сечения

Течение металла при однозначном 1 осаживании па­ раллелепипеда можно, в известной мере, отождествить с осаживанием части заготовки, заключенной между бойками, длина которой равна величине подачи.

Согласно закону наименьшего сопротивления под действием внешней силы частицы деформируемого ме­ талла перемещаются в направлении наименьшего со­ противления. Этому соответствует направление большей свободной поверхности. Поэтому направление течения

Рис. 49. Форма параллелепипеда:

а — до осадки; б — после осадки

металла при осадке на плоских бойках параллелепипеда или части заготовки, имеющей форму параллелепипеда, определяется его размерами и в первую очередь отноше­ нием длины исходного параллелепипеда L b к его шири­ не В 1 (рис. 49).

1 Однозначное обжатие — обжатие, производимое в данном на­ правлении за несколько частных (единичных) обжатии, без кантовок.

85

В табл. 9 приведены результаты опытов, выполнен­ ных для изучения зависимости уширения и удлинения образцов (рис. 50) от их исходных размеров и степени осадки. Из этих данных следует, что уширеипе мини­ мально на концах осаженных образцов и увеличивается по мере удаления от них. Уширение возрастает до опре­ деленного максимума, расположенного от концов образ-

Рис. 50. Изменение формы н размеров параллелепипедов, подвергну­ тых однозначному осаживанию па плоских бойках. Осадка на 40(и)

и 70% (б)

ца на расстоянии b (рис. 51), после чего (на участке I) значение уширения постоянно и соответствует макси­ мально достигнутой величине, а боковые грани заготов­ ки почти параллельны ее оси. Длина переходной зоны Ь, т. е. зоны перехода от минимального значения уширения к максимальному, определяется размерами сечения об­ разца и степенью осадки. При данном значении В\ дли­ на переходной зоны Ь возрастает по мере увеличения степени осадки.

Из данных табл. 9 следует, что при осадке со сте­ пенью, равной 40%, наибольшее значение уширения

86

Т а б л и ц а 9. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ ПО ОСАДКЕ ОБРАЗЦОВ (СТАЛЬ 1X13), ИМЕЮЩИХ ФОРМУ ПАРАЛЛЕЛЕПИПЕДА НА ПЛОСКИХ БОЙКАХ ПРИ 1050—1100° С*

П р о д о л ж ен и е табл. 9

Степень осадки 70%

* Молот с массой падающих частей 6 т.

§7

при степенях осадки 40 и 70%. Ушпрение минимально при минимальном значении отношения Д /ßj и возрас­

меньше удлинения, и поэтому происходит более интен-

ния, в результате этого уменьшается интенсивность про­ цесса вытяжки. При постоянной степени деформации уширение увеличивается до определенного критического

88

значения L i/Bl, после чего по мере дальнейшего роста этого отношения величина уширенпя практически посто­ янна. Относительное удлинение по мере роста отноше­

Li/Bi

его сечению. Наибольшей степени деформации подвер­ гается всегда центральная (осевая) зона параллелепи­ педа, а также зоны, расположенные по диагоналям се­ чения. В остальных зонах величина фактически произве­ денной деформации значительно меньше и убывает по мере приближения к контактной поверхности. В момент деформации квадратной заготовки (параллелепипеда) по диагоналям торцовой поверхности и в центре ее воз­ никают светлые линии из-за разогрева металла (эффект разогрева). Затем благодаря теплопроводности темпе­ ратура в торцовой поверхности заготовки выравнивает­ ся и светлые линии исчезают.

Повышение температуры в зонах, расположенных по диагоналям и в центре, происходит потому, что в них фактические степени деформации достигают наибольшей величины. Это явление наиболее отчетливо наблюдает­ ся при ковке аустенитных сталей в области пониженных температур (800—900°С ). При помощи исследования макроструктуры, а также по эффекту разогрева можно качественно характеризовать неравномерность деформа­ ции по сечению квадратной заготовки при однозначной осадке в плоских бойках.

При ковке с кантовкой на 90° характер неравномер­ ности деформации существенно не меняется, так как при каждой единичной или однозначной осадке паралле­ лепипеда, производимой после кантовки, неравномерная

89