CC BY
16
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
МЕТ^^БРД^К)!
УДК 621.774
Исследование силовых параметров
процесса внедрения жесткого клинового инструмента
в прокат
С. Г. Карнаух, Д. С. Карнаух, Н. В. Чоста, А. А. Бегунов
Ключевые слова: внедрение, клин, конус, ломка изгибом, пирамида, прокат, сила.
Интенсивный рост потребления мерных заготовок на машиностроительных предприятиях предопределил развитие безотходных способов разделения сортового проката на мерные заготовки. Среди безотходных способов раскроя проката особый интерес представляет холодная ломка изгибом. В данном случае инструментом является хрупкая трещина, которая по своим потенциальным возможностям является почти идеальным средством для безотходного разделения твердых материалов на части. Широкому внедрению холодной ломки изгибом препятствует нестабильный характер распространения трещины. Неотъемлемая часть процесса ломки — нанесение концентратора напряжений. Способ создания и форма концентратора существенно влияют на зарождение трещины и условия разрушения [1].
С точки зрения обеспечения производительности и автоматизации процесса разделения перспективным является механический способ нанесения концентратора напряжений клиновым ножом. Очевидно, использовать в полной мере преимущества ломки изгибом можно только при условии, что приняты дополнительные меры для радикального улучшения качества скола и уменьшения энергоемкости процесса. Для этого необходимо провести исследования условий нанесения эффективного концентратора напряжений. Поскольку теоретические расчеты в теории квазистатических трещин недостаточно подкреплены практическими рекомендациями, экспериментальные исследования процесса нанесения концентратора напряжений при холодной ломки изгибом являются актуальными. Данная статья посвящена экспериментальным исследованиям в целях определения силовых параметров процесса внедрения жесткого клинового инструмента в прокат.
Техника эксперимента
Определение величины возникающего при ударе усилия представляет известную проблему ввиду весьма малой длительности соударения. Для проведения эксперимента разработана оснастка, конструкция которой представлена на рис. 1. Она состоит из станины 10, в которой установлен ползун 6, совершающий возвратно-поступательные движения, на нем закрепляется инструмент 7 клиновидной формы. Данные о форме и размерах инструмента приведены в табл. 1. В пазах станины располагается образец 8, который укладывается на опору 9. В глухом отверстии ползуна 6 установлена мес-доза 5, к ползуну с помощью рычага 1 жестко прикреплена ползушка 4, которая совершает возвратно-поступательные движения относительно направляющей 3 катушки сопротивления 2 с диаметром проволоки 0,08 мм.
Рис. 1. Конструктивная схема экспериментальной оснастки
МЕТАЛЛООБРАБОТКА
LfUU_ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
Таблица 1
Параметры клиновидного инструмента
Форма Высота h, мм Угол при вершине а, град. Ширина клина B, мм Длина клина L, мм Диаметр основания конуса D, мм Сторона основания пирамиды S, мм
Клин 7 43 13 7 - -
Конус 12 28 - - 13 -
Пирамида 11 31 - - - 13
Сдвоенный клин 5 33 13 13 - -
а)
6
б)
Рис. 2. Клиновидный инструмент:
а — клин; б — конус; в — пирамида; г — сдвоенный клин
Механические свойства материалов образцов
1 f —О \
л / Л
1
4 i >г \ ) <—
—> L/2 L/2
Таблица 2
IX
h
Марка стали Форма Предел текучести стт, МПа Временное сопротивление разрыву МПа Твердость по Бринеллю HB Относительное удлинение 5, % Относительное сужение у, %
20 Цилиндрическая 287 471 131 30 63
45 » 408 688 187 20 49
40Х » 695 879 255 16 56
ШХ15 » 487 692 207 25 61
20 Прямоугольная 245 440 167 25 55
Д16 » 264 392 129 10 16
АД1 » 73 108 25 25 28
В эксперименте использовались характерные цилиндрические и прямоугольные образцы материалов в пластическом и хрупком состоянии с сечением 16 мм. Их механические свойства представлены в табл. 2.
С учетом поставленных задач исследований разработана частная методика измерения силы внедрения и перемещения инструмента с помощью тензометрирования. В эксперименте использовались фольговые тензорезисторы ФКТК 10-200С-1, включенные по мостовой схеме.
Тарировка месдозы производилась на гидравлическом прессе при статическом нагружении в рабочем диапазоне до 30 кН. Для регистрации на компьютере был установлен специализированный модуль SDI-ADC16-32 (Analog Devices, Inc.), который позволяет производить измерения по 16 дифференциальным каналам с гальванической развязкой от электрических цепей компьютера.
При проведении эксперимента использовались два параллельных канала для построения
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ
а)
F, кН 20 и
50
б)
F, кН 3025 20 15105
0
в)
F, кН
30
25 20 15 10 5
Н, мм
Н, мм
F, кН 20
15 10 5
0
100
200
300
0 1 2 3 4 5
Н, мм
Рис. 3. График изменения силы внедрения от перемещения инструмента F = ДН) при внедрении: а — конуса в образец из стали 20; б — пирамиды в образец из сплава Д16; в — клина — в образец из стали 20; 1 — расчет; 2 — эксперимент
400 с>т, мПа
Рис. 4. Зависимость силы внедрения клина от предела текучести материала F = Дст) (глубина внедрения — 2,2 мм)
по известным математическим моделям [2], представлены в виде кривых F = ДН) (рис. 3). Зависимость значения силы внедрения клинового ножа в образцы из материалов с разными механическими свойствами F = Дст) показана на рис. 4.
Выводы
Результаты экспериментальных исследований удовлетворительно согласуются с теоретическими расчетами, которые выполнены по известным математическим моделям [2]. Расхождения между кривыми составили не более 5-10 %.
Анализ зависимостей F = ДН), полученных при внедрении инструмента разной формы, показывает, что наиболее точные результаты математическая модель обеспечивает при внедрении конуса. При внедрении клина и пирамиды мы имеем заниженные результаты, поскольку в последних двух случаях математическая модель не учитывает упрочнение материала в области деформирования. Кроме того, необходимо более корректно выбирать значения коэффициентов трения скольжения.
Получена зависимость силы внедрения клина для различных материалов при фиксированной глубине внедрения.
1
1
зависимости «сила F — перемещение Н инструмента». Входной сигнал оцифровывался аналого-цифровым преобразователем (16 бит) с частотой до 100 кГц с возможностью усиления в диапазоне 1-1000. Регистрацию и обработку результатов измерений проводили с помощью разработанного программного обеспечения.
Результаты эксперимента
Сравнительные данные результатов экспериментов и теоретических расчетов, выполненные
Литература
1. Финкель В. М., Головин Ю. И., Родюков Г. Б.
Холодная ломка проката. М.: Металлургия, 1982. 192 с.
2. Потапкин В. Ф., Роганов Л. Л., Сатонин А. В. и др. Математическое моделирование и расчет силовых параметров при совместном внедрении двух абсолютно жестких клиньев различных высот и углов при вершине // Захист металургшних машин вщ поломок: Мiжвуз. темат. збiрник науко-вих праць. Марiуполь: пДтУ, 2000. С. 209-216.
