Производство горячеоцинкованного проката

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное  учреждение

Высшего профессионального образования

«Магнитогорский государственный  технический университет им. Г.И. Носова»

(ГОУ ВПО «МГТУ»)

 

 

 

 

Кафедра ОМД

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине:

 «ОМД и характеристики качества продукции»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Магнитогорск

2011

Содержание:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздел 1.

Деформация

Характеристики величины деформации

 

О величине деформации судят по изменению  размеров деформируемого тела, причем существует несколько вариантов характеристик. Рассмотрим их на примере деформации параллелепипеда (рис. 1).

 

 

  Рисунок 1 – Деформация параллепипеда 

 

Размеры тела до деформации:  длина  L₀, ширина b₀, толщина h₀.

После деформации соответственно: L₁, b₁, h₁.

Деформацию данного  тела можно характеризовать следующими показателями:

Абсолютные деформации:

обжатие    ∆h = h₀ - h₁

удлинение   ∆L = L₀ - L₁

уширение    ∆b = b₀ - b₁

Абсолютные показатели неполно характеризуют величину деформации, так как не учитывают размеры деформируемого изделия. Поэтому более удобны относительные показатели, часто называемые степенью деформации.

Относительные деформации первого рода:

относительное обжатие  ε_h = (h₀ - h₁)/ h₁ = ∆h/h₀

относительное уширение ε_b = (b₀ - b₁)/ b₁ = ∆b/b₀

 

 

относительное удлинение  ε_L = (L₀ - L₁)/ L₁ = ∆L/L₀

Относительные деформации второго  рода:

ε_h = ∆h/h₁

ε_b = ∆b/b₁

ε_L = ∆L/L₁

Часто относительные деформации выражают в процентах:

ε_h = (∆h/h₁)·100%

ε_b = (∆b/b₁)·100%

ε_L = (∆L/L₁)·100%

ε_h = (h₀ - h₁)/ h₁ = (∆h/h₀)·100%

ε_b = (b₀ - b₁)/ b₁ = (∆b/b₀)·100%

ε_L = (L₀ - L₁)/ L₁ = (∆L/L₀)·100%

При небольших степенях деформации разница между показателями первого  и второго рода мала.

Истинные (логарифмические) относительные деформации:

При определении истинных деформаций весь процесс деформации мысленно разбивают  на малые этапы, определяют абсолютную деформацию за этап и относят к  соответствующему размеру. Затем все  полученные относительные деформации суммируются.

истинная деформация по толщине  δ_h = ln(∆h₀/h₁)

истинная деформация по ширине δ_b = ln(∆b₀/b₁)

истинная деформация по длине  δ_L = ln(∆L₀/L₁)

δ_h + δ_b + δ_L = 0

Коэффициенты деформации:

Коэффициентами деформации называют отношение размеров тела, полученных после деформации к соответствующим размерам до деформации.

коэффициент обжатия γ = ∆h/h₀

коэффициент удлинение (вытяжка) μ = ∆L/L₀

коэффициент уширения β = ∆b/b₀

Также:

ε_h = 1 – γ

ε_b = β – 1

ε_L = μ – 1

 

Смещенный объем:

Иногда деформацию оценивают по смещенному объему. Смещенным называют объем, удаленный или прибавленный в процессе деформации в одном из направлений.

смещение V по высоте V· δ_h

смещение V по ширине V· δ_b

смещение V по длине V· δ_L

V· δ_h + V· δ_b + V· δ_L = 0.

 

Также деформацию тела могут характеризовать интегральные показатели и показатели деформации третьего рода.

 

 

 

 

 

 

 

 

Упругая и остаточная деформации

 

Под действием внешних сил в  теле первоначально возникают упругие  деформации, характеризующиеся упругими отклонениями атомов от положения  устойчивого равновесия. Чем больше деформирующая сила, тем больше упругая деформация.

Упругая деформация исчезает после  удаления причины (силы), её вызывающей, при этом атомы деформированного металла возвращаются в исходное положение устойчивого равновесия, восстанавливаются первоначальные форма и размеры деформируемого изделия. Но упругая деформация возможна лишь до определенного предела, после которого начинается пластическая деформация. Перемещения атомов становятся настолько большими, что исходные связи между ними утрачиваются, и после удаления деформирующей силы атомы возвращаются уже в новые положения устойчивого равновесия. Внешне это проявляется в появлении остаточной деформации, то есть в изменении формы и размеров деформируемого изделия, которые сохраняются после удаления деформирующей силы.

Упругие деформации, несмотря на их малую  величину важны при обработке  металлов давлением по следующим  причинам:

• С упругими деформациями связано появление напряжений, необходимых для осуществления пластической деформации. Без упругих деформаций не может быть напряжений, как и без напряжений нет упругой деформации. Поэтому упругая деформация предшествует деформации пластической и сопровождает её.
• В связи с упругими деформациями размеры деформируемого тела, инструменты и деталей машин-орудий, которые имеют место при завершении деформации, изменяются при удалении деформирующей силы. Хотя такие изменения и невелики, их приходится учитывать при изготовлении точных изделий.

Главные деформации и их схемы. Условие  постоянства объема. Закон наименьшего сопротивления.

 

Главными называют деформации, происходящие в главных направлениях. Подобно схемам главных напряжений, схемы главных деформаций дают графическое представление о наличии или отсутствии деформации в главных направлениях и их знаке без указания величины. Всего имеется три возможных схемы главных деформации (рис. 2).

 

 

Рисунок 2 – Схемы главных деформаций

 

 

При деформации по схеме D1 уменьшаются размеры по одному главному направлению и увеличиваются по двум другим. При схеме D2 уменьшаются размеры по одному направлению и увеличиваются по другому, по третьему главному направлению деформация отсутствует. При схеме D3 уменьшаются размеры по двум главным направлениям  и увеличиваются по третьему.

В одном и том же процессе схема  главных напряжений может не совпадать  со схемой главных деформаций. Совокупность схемы главных напряжений и схемы  главных деформаций называют механической схемой деформации.

Взаимосвязь между тремя главными деформациями устанавливается на основе условия постоянства объема, согласно которому объем тела при пластической деформации не изменяется.

Если принять, что на рис. 1 толщина, ширина и длина  параллелепипеда совпадают с  главными направлениями, то, исходя из условия постоянства объема, получаем:

δ_h + δ_b + δ_L = 0,

то есть при пластической деформации алгебраическая сумма трех главных деформаций равна нулю. Следовательно, одна их трех главных деформаций равна  сумме двух других и противоположна им по знаку. Эта деформация называется максимальной главной деформацией, по направлению она совпадает с направлением максимального (по абсолютной величине) главного напряжения.

Условие постоянства объема облегчает  решение задач по определению  размеров деформируемого тела при известных размерах исходной заготовки или, наоборот, позволяет определять размеры заготовки для получения изделия с заданными размерами.

Закон наименьшего сопротивления можно сформулировать так: «В случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях каждая точка деформируемого тела перемещается в направлении наименьшего сопротивления».

При свободной  осадке металла на молоте или прессе и при прокатке на гладких валках дополнительное сопротивление перемещению  частиц металла создается за счет действия контактного трения. Сопротивление перемещению точек металла, расположенных на контактной поверхности, будет тем больше, чем дальше удалена точка от границ контактной поверхности, поэтому движение точек направлено к ближайшей границе.

Из-за внутриметаллических связей аналогичный характер перемещения частиц наблюдается и в глубинных слоях металла, удаленных от контактной поверхности. На рис. 3 показана схема движения частиц металла при осадке прямоугольной призмы.

Исходная площадь  контактной поверхности (рис. 3, А) разделена на четыре зоны, в каждой из которых движение металла имеет одинаковое направление. Так как по направлению к ближайшей границе металл течет более интенсивно, то по мере осадки расстояния от центра контактной поверхности до её границы постепенно выравниваются (рис. 3, Б, В). Отсюда вытекает правило наименьшего периметра: при свободной осадке призматического тела поперечное сечение «стремится принять форму круга» - фигуры с наименьшим периметром.

 

Рисунок 3 - Схема движения частиц металла при осадке прямоугольной призмы

 

 

 

Неравномерность деформации

 

Деформация будет равномерной, если во всех точках деформируемого тела в каждый момент времени деформации будут одинаковы по величине и  направлению в реальных процессах равномерная деформация маловероятна.

Неравномерность деформации неизбежна, если мы хотим получить из простой  по форме заготовки сложную форму  готового изделия. Но даже если такая  задача не ставится, неравномерность  деформации все равно проявляется в связи с влиянием конкретного трения и неоднородностью физических свойств металла.

Частным случаем неравномерности  деформации является неравномерность  деформации при прокатке.

 

 

 

 

Раздел 2.

Неравномерность деформации при прокатке.

 

 

  Прокатка

 

Прокаткой называется вид обработки металлов давлением. Процесс прокатки делится на три вида:

 

 

• продольная прокатка

1 – верхний валок

2 – нижний валок

3 - заготовка

 

Рисунок 4 – Продольная прокатка

 

Заготовка пропускается через зазор между валков. Валки являются цилиндрическими телами вращения.

Таким способом получают как  горячекатаный, так и холоднокатаный лист, сортовые профили (уголки, швеллеры, двухтавровые балки и т.д.)

 

 

• поперечная прокатка

                 1,2 – верхний и нижний валки

                  3 – заготовка

                 Q – удерживающая сила

Таким способом получают различные  тела вращения  - шары, оси валов, бандажи.

Рисунок 5 – Поперечная прокатка

 

 

 

• Поперечно-винтовая (косая)

1,2 – правый и левый валок

3 – заготовка

4 – гильза

5 – оправка

6 – штанга

Рисунок 6 – Поперечно-винтовая прокатка

Таким способом получают бесшовные  трубы (заготовку для труб – гильзу).

 

Неравномерность деформации при прокатке

 

При условии равномерной деформации при прокатке толщина исходной полосы h₀ по всей ширине и длине одинакова, зазор между валками h₁ по всей длине бочки валков и сопротивление деформации прокатываемого металла по всему его объему также одинаковы. Наблюдающиеся почти всегда отклонения от этих условий приводят к неравномерной деформации. Различают неравномерность деформации по ширине, толщине и длине полосы.

Неравномерность деформации по ширине полосы:

 

Этот вид неравномерной деформации проявляется в неравномерном распределении обжатия по ширине полосы и вызывается следующими действующими совместно или порознь причинами:

1. неодинаковым зазором между валками (перекос валков, неравномерный разогрев бочки валка, выработка валка, прогиб калибры на валках имеют разную высоту по ширине);
2. неодинаковой исходной толщиной полосы по ширине.

 

Степень неравномерности деформации по ширине можно охарактеризовать диаграммами  естественных вытяжек. За естественную принимается вытяжка, которую получила бы та или иная часть полосы, если бы она деформировалась отдельно, вне связи с другими частями. Естественные вытяжки сравниваются со средней вытяжкой, которая определяется как отношение сечений до прохода и после него: λ_ср = F₀/F₁.