Experimental investigation of the process of extrusion of a technological groove in a galvanized strip

Abstract

The research on the definition of accumulated deformations in the zone of embossed roller indenter of technological grooves is made. The peculiarities of distribution of the intensity of deformation are defined. Estimates of the averaged over the cross-section of the groove values base of the deformation intensity were made.

Full Text

Необходимость выдавливания в ленте технологической дорожки (канавки) катящимся роликом с индентором обусловлено изгибом с внутренним радиусом близким к нулю, или обеспечением локализованного изгиба при использовании упрощенной формы инструмента [1, 2, 4]. При теоретическом расчете выдавливание может быть задано с помощью предварительно накопленной деформации . Допущение о том, что процесс формирования дна канавки можно представить как простую осадку, оказалось неприемлемой. В действительности, осредненное значение значительно меньше величины . Форма сечения предлагаемой канавки концентратора и ее размеры зависят от геометрических параметров изгибаемого участка (кривизны и угла изгиба). Целью экспериментальных исследований процесса является определение осредненного значения интенсивности деформации дна канавки и величины крутящего момента, необходимого для формирования канавки катящимся индентором. Процесс деформации листового металла при выдавливании канавки данным способом существенно отличается от процесса внедрения индентора одновременно по всему дну деформируемой канавки. Данные о характере процесса и об изменении механических свойств металла в литературе отсутствуют. Экспериментальное устройство для выдавливания пары канавок представлено на рисунке 1. Рисунок 1 – Экспериментальная клеть для выдавливания дорожки канавки а б Рисунок 2 – Виды инденторов для выдавливания технологической канавки Устройство содержит пару роликов 1, 2 диаметром 75 мм, шириной 36 мм, вращающихся свободно на осях 3 и 4; последние крепятся на щеках 5 и 6. Щеки закрепляются на какую-либо неподвижную, достаточно жесткую опору. В конструкции устройства предусмотрена возможность менять межосевое расстояние с помощью нажимных болтов 7 и 8. Рабочая поверхность одного из роликов – гладкая, цилиндрическая. Контур образующей другого отвечает заданной форме сечения канавки (рисунок 2). Материал роликов – сталь Х12М. Рабочие поверхности роликов закалены до твердости HRC 58…62 и отшлифованы (Ra=0,63). Для накатывания канавок экспериментальное устройство нагружалось крутящим моментом. Нагружение производилось вручную с помощью рычага. На одном из роликов выполнены цилиндрические гнезда, перпендикулярные оси вращения. Один конец рычага вводится в гнезда, другой конец нагружается силой, контролируемой с помощью динамометра, класс точности 1. Образец в виде полосы вводился между роликами, после чего с помощью болтов 7 и 8 создавали усилие, необходимое для заданного внедрения инденторов. Материал образцов – малоуглеродистая оцинкованная сталь 08 кп общей толщиной 0,64 мм. Испытание образцов из данных материалов на одноосное растяжение позволило определить механические свойства и коэффициенты кривой упрочнения для аппроксимации зависимостью . Размеры валка с тороидальным индентором (рисунок 2а): R=0,6 – радиус сечения индентора, мм; B=1.2 – ширина основания индентора, мм; D=76 – диаметр выступов ролика, мм. Размеры индентора с сечением в виде трапеции (рисунок 2б): =0,4 – ширина вершины индентора, мм; D=76 – диаметр выступа ролика, мм. После выдавливания канавки производился замер ее глубины с помощью приспособления, показанного на рисунке 3. Рисунок 3 – Приспособление для замера глубины выдавливаемой канавки Оно состоит из стойки, многооборотной рычажно-зубчатой измерительной головки типа 1 МИГ, ГОСТ 9696-75, консоли для установки индикатора и нижней опоры, имеющей форму иглы. Индикатор также снабжен игольчатым наконечником. Полоса устанавливается отпечатком напротив наконечника индикатора. Игла наконечника вводится в углубление канавки. Поворотом пластины относительно нижней опоры определяется минимальное показание индикатора, которое соответствует толщине полосы в технологической канавке . Отсюда относительная глубина канавки составляет . Измерение величины производилось с точностью до 0,005 мм. Анализ результатов эксперимента позволил получить графики зависимости крутящего момента на ролике от относительной глубины канавки (рисунок 4). Данные эксперимента показали, что при заданной ширине канавки необходимый крутящий момент на роликах практически не зависит от формы инденторов. Для определения накопленной деформации и свойств материала в зоне канавки использовался метод твердости Деля [3]. Сущность его заключается в возможности оценки накопленной материалом деформации по значению его твердости. Рисунок 4 – График зависимости крутящего момента на ролике от относительной глубины канавки: 1 – индентор трапецевидной формы; 2 – индентор тороидальной формы Рисунок 5 – Изменение осредненного значения деформации от относительной глубины технологической канавки Образец с канавкой, выдавленной катящимся индентором, разрезался в поперечном направлении. На срезе приготавливался микрошлиф, и в зоне деформации измерялась микротвердость. Испытания проводились на приборе ПМТ-3. В качестве вдавливаемого индентора применена алмазная пирамида с квадратным основанием и углом при вершине между противолежащими гранями =136°. При испытании измеряется длина диагонали отпечатка и подсчитывается число твердости Н. Для выбора нагрузки применены следующие критерии: 1. В сечении образца необходимо сделать не менее 5 замеров твердости в одном направлении с учетом того, чтобы расстояния между двумя соседними замерами были не менее трех длин диагонали отпечатков, а от края шлифа - не менее двойной длины диагонали отпечатков; 2. Нагрузка задавалась максимальной, чтобы снизить погрешности, связанные с неоднородностью материала, поверхностным наклепом, оставшимся от обработки микрошлифа, и неточностью измерения. В результате вышеизложенного для определения микротвердости была применена нагрузка для данной толщины и свойств исходного материала - 0,2 Н. Для определения интенсивности деформации по твердости образца использовали тарировочный график. Его строили по результатам испытания образцов, подвергнутых растяжению. Определение микротвердости в образце с канавкой и в растянутых образцах производилось с одной и той же нагрузкой. Для определения микротвердости производилось не менее 10 замеров на каждом образце. Обработка экспериментальных данных проводилась по формулам математической статистики, которая позволила установить, что достоверность полученных значений твердости составляет 90%. Результаты исследований показали, что распределение твердости по сечению канавки неравномерное. Кроме того, характер распределения твердости значительно меняется при возрастании относительной глубины канавки в материале. При относительно небольшой глубине канавки ( ) наибольшая твердость имеет место над срединной поверхностью, а наименьшая твердость наблюдается вблизи внешних поверхностей. Это явление можно объяснить наличием застойных зон в деформируемом материале, которые возникают вследствие возникающего трения между инструментом и деформируемым листом. При относительной глубине канавки значение максимальной твердости находится на срединной поверхности. Она убывает в направлениях к внешним поверхностям. Твердость не остается постоянной и по ширине канавки. Наибольшая твердость имеет место по оси канавки и ее значения постепенно снижаются к границам канавки. Имея данные о распределении твердости по сечению канавки и тарировочный график зависимости изменения твердости от величины накопленной деформации, определялась интенсивность деформации в точках замера твердости. График зависимости осредненного по площади сечения значения интенсивности деформации от относительной глубины представлен на рисунке 5. Из него видно, что зависимость имеет нелинейный характер, и поэтому допущение о том, что процесс формирования дна канавки можно рассматривать как простую осадку, неприемлемо. Практический интерес представляет определение интенсивности деформации при относительной глубине внедрения равной 0,30. Такая величина относительной глубины внедрения является оптимальной, так как в этом случае изгиб происходит только в зоне канавки. Для данной глубины канавки интенсивность деформации составляет приблизительно 0,24. Заключение При профилировании оцинкованной ленты с внутренним радиусом, близким к нулю, целесообразно выдавливать технологическую канавку глубиной 0,27-0,3 толщины профилируемого материала. При этом величина накопленной деформации будет равна ~ 0,24. Данной методикой определения накопленной деформации при сложном нагружении целесообразно пользоваться и при других технологических процессах [6-8]. Точность данного метода несколько снижается при определении деформации у поверхностных слоев материала [9, 10]