Физические основы пластической деформации, страница 11

е. скорости деформации и деформирования существенно выше, чем при испытаниях.С увеличением скорости деформации напряжение текучести материала возрастает, а пластичность падает. Прихолодной деформации это влияние скорости на механические характеристики материала значительно ниже, чем пригорячей обработке. Поэтому формулы, описывающие зависимость свойств от скорости деформации, разные для холодного и горячего деформирования.При полном и неполном упрочнении, что соответствует холодной и неполной холодной деформации:σ s  σ s0  nlnε.ε 041При полном и неполном разупрочнении, что соответствует горячей и неполной горячей обработке:σ s  σ s0 (ε m) ,ε 0где s и s0 - напряжения текучести соответственно при скоростях деформации  и 0, m и n - константы, определяемые экспериментально для различных материалов.8.3.

Закон неравномерности деформаций и дополнительныхнапряженийРавномерной называется деформация, показатели которой не зависят от координат. Пример равномерной деформации - осадка цилиндрической заготовки на плоских бойках при отсутствии контактного трения.Однако большинство операций обработки давлением характеризуются неравномерностью деформации, котораявызывается следующими факторами:1.

Геометрические факторыРассмотрим поперечную осадку цилиндра диаметром D (рис.61). Из-занесоответствия формы заготовки и инструмента абсолютная деформация вразличных вертикальных сечениях заготовки получается неодинаковой: всечении А0А2 деформация максимальна (H), в окрестностях точки В телосовсем не деформировано (точка В просто переместилась в точку В1): А =h / h0 ,В = 0.Рассмотрим другой пример, где осадка производится в коническихбойках (рис.

62).Рис.62Здесь форма заготовки полностью соответствует форме инструмента. Однако, особенности самой формы бойков делают относительную деформацию неравномерной по радиусу заготовки, хотя абсолютная деформация h одинакова длявсех точек. На периферии 0 = h / h0 , а в центре 1 = h / h01 .Т.к. h01 h0 , то 1   0.В практике из-за несоответствия форм инструмента и заготовки чаще всего встречаются случаи, когда неравномерны и абсолютная и относительная деформации.Неравномерность деформации, обусловленная действием геометрических факторов, проявляется в операцияхлистовой штамповки. Например, при гибке волокна получают разную деформацию по радиусу r и по знаку (рис.63).Как видно из рисунка, наружные волокна имеют длину L1 большую, а внутренниеволокна длину L2 меньшую, чем длина L0 нейтрального волокна.ε1 L1  L 0,L0ε2 L2  L0L0Другой пример, при пробивке отверстия очаг пластической деформации сосредоточен вузкой зоне у самой кромки пуансона и матрицы, причем интенсивность деформации на самой кромке настолько велика, что приводит к местному разрушению заготовки.422.Физические факторыПри осадке плоской заготовки на плоских бойках форма заготовки соответствует форме инструмента, и все сечения заготовки получают одинаковые абсолютные и относительные деформации  = h / h0.Однако, опыт показывает, что деформация по объему заготовки распределяется неравномерно.

Вблизи торцов локальная относительная деформация л намного меньше, чем средняя по объему (рис. 64):ср = (Нo - Н) / Но , а в средней части заготовки она, наоборот, значительнопревосходит ср . Это объясняется влиянием трения на контактных поверхностях.Для оценки неравномерности деформации пользуются коэффициентомКн = л / ср, где л = а / а - относительная локальная деформация, а - базакоординатной сетки, а - изменение базы после деформации ( рис.65).аакРис.65Другой показатель неравномерности - градиент неравномерности деформации Гн = tg , где  - угол наклонакасательной к кривой л = f (z) вточке А.

Однако, для определения Кн и Гн необходимо знать эту функцию.Неравномерность деформации связана с неравномерным необратимым изменением отдельных частей тела.Пусть в деформируемом теле (рис.66, а) две части А и В разграничены условной поверхностью mn. Предположим, что эти две части в результате приложения внешней силы получают различные изменения размеров. Если быэлементы А и В могли изменять свою форму обособленно друг от друга, то в результате деформации они приняли бывид, как на рис. 66, б. Однако, т.к.

при деформации соблюдается условие сплошности тела, частицы «к» элемента Авзаимодействуют с частицами «к» элемента В.Поэтому элемент В передает на элемент А силы Та, стремящиеся увеличить размеры А, а элемент А, наоборот,передает на элемент В силы Тв, стремящиеся сдержать его деформацию (рис.66, в).Таким образом, в теле на границе элементов, деформирующихся с разной интенсивностью, возникают взаимноуравновешивающиеся внутренние напряжения  и  (рис.66, г).

Их называют дополнительными напряжениями,т.к. они не зависят от схемы напряженного состояния, определяемой внешними силами, а возникают, как следствиеразницы в деформациях отдельных элементов тела.Это положение известно, как закон неравномерности деформации и дополнительных напряжений.Дополнительные напряжения, так же, как и остаточные, разделяют на три рода (аналогично остаточным).Для снижения неравномерности деформаций стремятся, чтобы заготовка соответствовала форме инструмента,используют современные нагревательные устройства и средства механизации подачи заготовок, исключающие под-43стуживание заготовок (избегают неравномерности температурного поля), силы контактного трения уменьшают подбором смазок.Для того, чтобы уменьшить стадию доштамповки (окончательное формоизменение), с помощью заготовительных ручьев приближают форму заготовки к форме готовой детали, при проектировании штампов избегают резких переходов между поверхностями поковки.8.4.

Закон подобия и моделирование процессовобработки давлениемПостановка эксперимента на натурных изделиях сопряжена с большими затратами. Поэтому часто исследования проводят на моделях, размеры которых значительно меньше размеров изделия, и переносят результаты на процесс, подлежащий освоению.Чтобы данные, полученные в лаборатории на модели, можно было распространить на натурный объект, необходимо выполнить ряд условий, вытекающих из закона подобия.Закон подобия устанавливает соответствие силовых условий деформации двух тел разных размеров (модели инатуры), если тела геометрически и физически подобны, а их формоизменение осуществляется в определенных условиях.При деформации модели и натуры:-удельные силы должны быть одинаковы,-деформирующие силы соотносятся, как квадраты отношений сходственных размеров,-работы деформации соотносятся, как кубы отношений сходственных размеров.Тела считаются геометрически подобными, если имеют одинаковую форму и постоянное отношение сходственных размеров:Lн / Lм = Bн / Bм = Hн / Hм = n.Величина n называется константой подобия.

Отношение поверхностей натуры и модели равно квадрату, а объемов - кубу константы подобия.Геометрическое подобие должно выполняться для всех стадий процесса деформирования. Требование геометрического подобия модели и натуры приводит к необходимости геометрического подобия деформирующих инструментов.Физическое подобие включает следующие требования:- физико-химические ( химсостав, микро и макроструктуры) и механические свойства модели и натуры должныбыть одинаковыми в исходном состоянии и в любой момент деформации,- температурные режимы деформации модели и натуры должны быть одинаковыми в любой момент деформации,- скорости и степени деформации модели и натуры должны быть одинаковыми,- трение на контактных поверхностях модели и натуры должно быть одинаковым.Это требование выполняется, если материал и шероховатость рабочих поверхностей штампов, качество смазки, скорость скольжения материала по инструменту одинаковы для модели и натуры.

Отсюда вытекает необходимостьравенства скоростей деформирования модели и натуры.Приведенные требования физического подобия противоречивы. Например, равенство степеней и скоростейдеформации требует равенства времени деформации. Если времена не равны, то процессы упрочнения и рекристаллизации при горячей деформации в модели и натуре протекают неодинаково. Поэтому при деформации с нагревом соблюдение условие равенства времен деформации необходимо. Но, с другой стороны, при равенстве времен нельзя выполнить требование одинаковости температур, т.к. имеет место разная теплоотдача модели и натуры в инструмент (изза разных объемов и площадей поверхностей). Есть и другие противоречия.Например для тождественного распределения температуры в модели и натуре необходимо, чтобы время ихдеформации удовлетворяло условиюtм = tн / n2, т.

к. время деформации пропорционально поверхности, а44поверхно- сти модели и натуры соотносятся как n2. Отсюда следует равенствомº = ºн /2n , которое противоречит требованию о равенстве скоростей деформации.Таким образом, точное моделирование операций пластического деформирования неосуществимо. Погрешность, вносимая при невыполнении каких- либо требований физического подобия может быть учтена коэффициентаминесоответствия, т.е. поправочными коэффициентами, которые определяются опытным путем.Например, несоответствие в скоростях деформации модели и натуры можно учесть скоростным коэффициентом с , а различия в условиях теплопередачи и температуры конца деформации - с помощью масштабного коэффициента м .qн = qмс ;qн = qмм .9.