WYKONAWSTWO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

dla Kierunku - Metalurgia, III zaoczne

Przedmiot: Plastyczna Przeróbka Metali

A. Wpływ warunków tarcia na nierównomierność odkształcenia

Praktyczna część ćwiczenia obejmuje:

1. Wyznaczanie współczynnika tarcia metodą stożków.

Opis wykonania ćwiczenia:

Wszystkie próby wykonywane będą przy użyciu różnych zestawów narzędzi odkształcających, zabudowanych w maszynach wytrzymałościowych typu ZD100.

Część 1 - w metodzie stożków Siebela-Pompa do badań powinno się użyć 6 próbek cylindrycznych o wymiarach d_oxh_o = 20x30 mm ze stali miękkiej w gatunku St1 lub 10. Próbki posiadają na swoich powierzchniach czołowych wydrążenia stożkowe o zmiennym kącie nachylenia tworzącej α = 0^o, 1⁰30^', 2⁰30^', 4⁰30^', 5⁰30^' i 6⁰30^'. Po zmierzeniu ich średnicy, próbki ściskamy - zadając stałą siłę nacisku około 260 kN, między płytami stożkowymi o kącie, odpowiadającym kątom próbki, w następujących warunkach:

a) smarując ich powierzchnie czołowe - przy kątach α = 0^o, 1⁰30^', 2⁰30^';

b) nie smarując ich powierzchni czołowych - przy kątach α = 4⁰30^', 5⁰30^' i 6⁰30^'.

Próbki ściskamy kolejno, a po ściskaniu mierzymy średnice każdej próbki w trzech przekrojach:

• przy powierzchniach czołowych - górnej d_g i dolnej d_d,

• w przekroju środkowym d_s.

Ćwiczenie dla studiów zaocznych ograniczamy do wykonania tylko prób nr 7 i 8.

Wyniki pomiarów zestawiamy w tabeli 1. Szukamy przypadku, w którym próbka po ściskaniu nadal będzie posiadała kształt cylindryczny, gdy d_g=d_s=d_d, tj. tylko wtedy kąt tarcia ρ jest równy kątowi stożka α. Tak więc współczynnik tarcia pomiędzy ściskaną próbką, a matrycami - w warunkach tarcia na mokro lub sucho, określamy z zależności

(18.11)

Tabela 1. Pomiar współczynnika tarcia metoda stożków Siebela - Pompa

Lp.	α	d0	Warunki tarcia	Fn	dg	ds	dd	μ	Kształt próbki
-	stopnie	mm			kN	mm	mm	mm		_
1 2 3	0^o 1^030^' 2^030^'	30 30 30	ze smarem	260 260 260				_ 0,026 _	beczkowaty cylindryczny wklęsły
4 5 6	4^030^' 5^030^' 6^030^'	30 30 30	na sucho	260 260 260				_ 0,096 _	beczkowaty cylindryczny wklęsły
7	3^030^'	30	ze smarem	260				_	wklęsły
8	3^030^'	30	na sucho	260				_	beczkowaty

We wnioskach należy uzasadnić zmiany kształtu próbek w zależności od warunków tarcia na powierzchni styku między materiałem, a narzędziami odkształcającymi.

B. Parametry geometryczno-kinematyczne procesu walcowania wzdłużnego

Opis stanowiska badawczego

Doświadczalna część ćwiczenia wykonywana jest w laboratoryjnej walcarce dwu-walcowej duo φ 200 mm - budowa klatki walcowniczej (rys.15.1) wraz ze schematem kinematycznym napędu tej walcarki została omówiona w rozdziale 15.1.

Praktyczna część - do określenia wpływu kształtu strefy odkształcenia na sposób płynięcia oraz wskaźniki odkształceń i wielkość poszerzenia, należy przygotować próbki, pozwalające na symulację różnych zmian kształtu powierzchni styku, narzucających takie warunki tarcia wzdłuż i w poprzek kierunku walcowania, a zatem takie warunki płynięcia metalu w strefie odkształcenia, aby umożliwiły one określenie wpływu zmian szerokości i długości powierzchni styku w strefie odkształcenia. Walcowaniu poddajemy próbki aluminiowe, dobierając poprzez zmienne ich wymiary geometryczne różne warunki tarcia na powierzchniach styku, a zatem warunki odkształcenia, w kierunkach wzajemnie do siebie prostopadłych, z których jeden jest równoległy do osi walca, a drugi jest do niej prostopadły.

Część 2 - określenie wpływu kształtu strefy odkształcenia na sposób płynięcia oraz wskaźniki odkształceń i wielkość swobodnego poszerzenia metalu w strefie odkształcenia przy walcowaniu profili płaskich na zimno.

a) przy określaniu wpływu zmian oporów płynięcia na szerokości powierzchni styku przyjmuje się próbki o wymiarach b_oxh_oxl_o = 15(20,25)x10x100 mm, czyli o zmiennym współczynniku kształtu przekroju poprzecznego δ_p= b_o/h_o= 1,5÷2,5. Walcowanie prowadzimy ze stałym gniotem względnym ε_h = 20 % =const, co zapewnia zmniejszanie się wskaźnika δ_s od 0,95 do 0,55. Takie warunki powodują, iż powierzchnia styku ma stałą długość, lecz zmienną szerokość, a zatem zmienne warunki płynięcia na swej szerokości.

b) przy określaniu wpływu zmian oporów płynięcia na długości powierzchni styku należałoby przy stałym gniocie ε_h =20% zastosować zmienne promienie walców R_w od 50 mm do 185 mm, co wymagałoby kolejnych wymian walców w klatce, będąc uciążliwym w realizacji prób. Dlatego przyjmuje się próbki o wymiarach b_oxh_oxl_o = 20x10x100 mm, czyli o stałym współczynniku kształtu przekroju poprzecznego δ_p=b_o/h_o=2=const. Walcowanie prowadzimy ze zmiennym gniotem względnym ε_h =15, 25 i 35%. Powoduje to, iż wskaźnik δ_s = l_d/b_o jest rosnący od 0,5 do 0,9. Takie warunki powodują, iż powierzchnia styku ma stałą szerokość, lecz zmienną długość, a zatem zmienne opory płynięcia na długości obszaru styku. Wszystkie próbki mierzymy dokładnie w trzech przekrojach przed i po walcowaniu. W oparciu o nie obliczamy osiągnięte wielkości gniotu bezwzględnego Δh i względnego ε_h, kąta chwytu α i długości l_d oraz współczynników gniotu γ, poszerzenia β i wydłużenia λ. Wyniki pomiarów i obliczeń parametrów geometrycznych i odkształceniowych zestawiono w tabeli 2.

Obliczamy również wskaźniki, charakteryzujące wielkość poszerzenia:

a) poszerzenie bezwzględne zmierzone, Δb_p = b₁ - b_o,

b) poszerzenie bezwzględne określone teoretycznie, przy czym nowe metody obliczania parametrów poszerzenia wzorami Wusatowskiego Δb_W, Sparlinga Δb_Sp i Sandera Δb_Sa, dla omawianych przypadków walcowania, należy zestawić w tabeli 3.

Tabela 2. Parametry geometryczne i odkształceniowe procesu walcowania prostego przy zmiennym kształcie powierzchni styku

Lp.	ho	bo	lo	h1	b1	l1	Δh	δp	δs	ld	γ	β	λ
		mm			mm			mm	_	_	mm	_			_
1 2 3	10,0 9,9 9,9	15,0 20,4 24,5	100,0 102,2 100,4	7,5 7,5 7,5	16,1 21,3 25,2	124,2 129,2 128,8	2,5 2,4 2,4	1,50 2,06 2,47	1,05 0,76 0,63
4 5 6	9,7 9,8 9,8	20,0 20,1 20,2	99,5 99,6 99,0	8,5 7,5 6,7	20,5 21,0 21,6	110,8 124,6 135,4	1,2 2,3 3,1	2,06 2,05 2,06	0,55 0,75 0,87

Tabela 3. Poszerzenie przy zmiennym kształcie powierzchni styku metalu z walcem

Wskaźniki odkształceń	Lp. - numer kolejny próbki:
		1	2	3	4	5	6
δp δs	1,50 1,05	2,06 0,76	2,47 0,63	2,06 0,55	2,05 0,75	2,06 0,87
Δbp ΔbW ΔbSp ΔbSa	1,1	0,9	0,7	0,5	0,9	1,4

Rys.1. Nomogramy zmian poszerzenia bezwzględnego Δb przy różnych kształtach powierzchni styku, uzyskane przez zmiany jej wymiarów na: a - szerokości, b - długości, obliczone wzorami: 1 - Sandera, 2 - Wusatowskiego, 3 - Sparlinga dla stałych parametrów: R=100 mm, próbki Al, μ=0,15

Aby określić wpływ zmiennych oporów płynięcia w strefie odkształcenia na sposób płynięcia metalu zestawiamy potrzebne dane (tab.3), odczytując je bezpośrednio z nomogramu (rys.1), nie dokonując obliczeń analitycznych.

Na podstawie uzyskanych wyników pomiarów i obliczeń sporządzamy następujące wykresy:

- dla próbek nr 1-3:

γ_p; β_p; λ_p = f (δ_p); Δb_p; Δb_W; Δb_Sp; Δb_Sa = f (δ_p)

- dla próbek nr 4-6:

γ_p; β_p; λ_p = f (δ_s); Δb_p; Δb_W; Δb_Sp; Δb_Sa = f (δ_s),

w oparciu o które należy uzasadnić przebieg płynięcia metalu w zależności od kształtu powierzchni styku metalu z walcem roboczym.

W sprawozdaniu należy przedyskutować uzyskane wyniki badań, uzasadniając zmiany w sposobie płynięcia metalu przy walcowaniu na płaskiej beczce.

.........................................

dr inż. Jerzy KAJTOCH

---