CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ
ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА им. С. М. КИРОВА_
Том 183 1968
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНТАКТНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ ПЛОСКОЙ ОСАДКЕ ПО РАСПРЕДЕЛЕНИЮ ТВЕРДОСТИ
Э. С. ВАКСМАН, Г. Д. ДЕЛЬ
(Рекомендована к печати научной конференцией механического факультета)
Для аналитического исследования пластической деформации при обработке металлов давлением и расчете рабочего инструмента на прочность необходимо знать напряжения, возникающие в контакте обрабатываемого металла и инструмента. В настоящее время определение удельных сил трения и удельных давлений осуществляется методом тензометрии [1]. Ниже излагается методика определения контактных напряжений по распределению твердости в обрабатываемом металле. По этой методике изучено распределение нормальных напряжений в контакте в некоторых случаях плоской осадки.
В работе [2] изложена методика определения напряжений в пластической области по распределению твердости. Для этого путем испытания на осевое сжатие со смазкой и последующего измерения твердости сжатых до различной степени деформации образцов строится тарировочный график, связывающий интенсивность касательных напряжений К с твердостью. Измеряя затем в различных точках деформированного тела твердость, с помощью тарировочного графика определяют функцию К(х, у).
Напряжения рассчитываются путем численного интегрирования дифференциальных уравнений равновесия с учетом установленного распределения К. В некоторых случаях этим методом удается определить и контактные напряжения. Условия на контакте изучались при радиальном сжатии цилиндра и осадки полос из ряда материалов с различным соотношением размеров. Длина образцов втрое превышала их ширину, вследствие этого деформация в средней по длине части считалась плоской. Твердость деформированных образцов измерялась в плоскости деформации, испытуемая поверхность тщательно полировалась. Измерения производились алмазной пирамидой под нагрузкой 30 кг (при испытании алюминиевых образцов—10 кг). У каждого образца производилось 100—150 измерений. Результаты измерений твердости усреднялись проведением изоскляр — линий равных твердостей.
Для построения тарировочных графиков из изучаемых материалов изготовлялось по 8—10 образцов диаметром 15 мм и высотой 23 мм. Твердость сжатых образцов измерялась в достаточно удаленных от торцов точках меридиональных сечений.
Методика расшифровки подробно освещена в работе [2]. На рис. 1 •приведены эпюры контактных напряжений при различной осадке призм из стали Х18Н9Т с начальной высотой /г = 24 мм и шириной поперечного сечения в=16 мм. Особенностью эпюр является возрастание неравномерности распределения напряжений с увеличением осадки. Интенсив-30
мое возрастание контактных напряжений г.близи периферии образца сопровождалось лишь незначительным увеличением напряжений на оси
бу тт ?
Рис. 1. Влияние степени осадки на распределение нормальных контактных напряжений
№ кривой Материал Осадка в % Факт. Расчет. Погрешность расчета в %
1 Х13Н9Т 1,5 10 84Ю0 " 75000 10
2 Х13Н9Т 1,5 20 123000 I20000 2,5
3 Х13Н9Т 1,5 30 1930,0 184000 5
симметрии. Полученные зпюры характерны только для узких полос и -качественно согласуются с результатами исследований авторов [3], [4].
Рис. 2-а. Влияние упрочняемости материала на распределение нормальных контактных напряжений
К возрастанию неравномерности приводит и повышение упрочняемости материала (рис. 2 а). У высокоупрочняющихся сталей Х18Н9Т и ЩХ15 неравномерность больше, чем у слабоупрочняющихся Ст. 3.
ЗМЬ кривой Материал Осадка в % Факт. Расчет. Погрешность расч. в %
1 Ст.—3 1,5 30 170000 140000 17
2 Ст.—15 1,5 30 220000 203000 8
3 Х18Н9Т 1,5 30 193000 184000 5
В процессе пластической деформации упрочняемость металла уменьшается. То, что, несмотря на эго неравномерность распределения оу возрастает с увеличением осадки, объясняется, по-видимому, преобладающим влиянием возрастающего в процессе деформирования трения. Последнее подтверждается результатами, приведенными на рис. 2 б. Кривая 1 получена при смазке торцев осаживаемого образца смесью коллоидального графита и глицерина с одновременным использованием прокладок из свинцовой фольги толщиной 0,05 мм. Кривая 2 (как и все прочие эпюры) получена при сжатии образца между шлифованными пластинками без смазки.
Рис. 2-6. Влияние условий в контакте на распределение нормальных контактных напряжений
№ кривой Материал Осадка в % Условия в контакте Факт. Расчет. Погрешность расч. в %
I Х18Н9Т 20 Осадка без смазки 123 120 2,5
2 Х18Н9Т 20 Осадка со смазкой 120 130 8
Результаты, приведенные на рис. 4, показывают, что величина контактных напряжений выше у более прочных материалов, однако характер эпюры оу практически одинаков у материалов разной прочности.
На рис. 3 приводится распределение контактных напряжений при радиальной осадке на 30% цилиндра из стали Х18Н9Т и Ст. 3 диаметром 30 мм и длинами 60 и 90 мм соответственно. Расчет выполнен в предположении об отсутствии трения на границе контактной площадки. И в этом случае в средней части контактной площадки нормальные напряжения ниже, чем на периферии.
Полученные эпюры контактных напряжений проверялись путем сопоставления расчетных деформирующих усилий, определяемых как произведение площади эпюры на длину образца, с фактическим значением
этих усилий. Как видно из таблиц, при осадке расхождение расчетных усилий с действительными не превышало .18%.
Рис. 3. Распределение нормальных контактных напряжений при радиальном сжатии цилиндра
№ кривой Материал Осадка в % Факт. Расчет. Погреши, расч. в %
1 Ст. 3 30 175 143 18-
2 Х18Н9Т 30 275 250 9
ЛИТЕРАТУРА
1. М. И. Поксеваткин, И. Я. Тарновский, А. Н. Леванов. Новая методика измерения контактных напряжений при прокатке, Известия высших учебных заведений, Черная металлургия, № 4, 1954.
2. Г. Д. Дель. Исследование пластической деформации измерением твердости. Известия Томского политехнического института, том 138, 1965.
3. Г. А. С м и р н о в-А л я ев, А. П. Олехвер. Исследование контактных напряжений и деформированного состояния при плоском осаживаний. Дузнечно-штамповоч-ное производство, ЛЬ 9, 1965.
4. А. Д. Томлен о в. Механика процессов обработки металлов давлением. Маш-гиз, 1963.
3. Заказ 4000.
