Воронцов Теория штамповки выдавливанием (1245676), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Интересно, что если из одного и того же стального прутка изготовить два одинаковых образца, один из которых получен из конца прутка, а другой из середины, то также получится хорошо известная разница результатов испытаний, обусловленная той же самой причиной неравномерного распределения механических свойств. Однако так как размер один и тот же, то никому не приходит в голову говорить о масштабном факторе, хотя если ввести поправочный коэффициент и тут, то его физическая суть ничем от масштабного фактора отличаться не будет.
Таким образом, если уж использовать такой коэффициент, то лучше назвать его коэффициентом неоднородности, что будет значительно более точно. Теперь изложим метод достаточно строгого учета исходной неоднородности, после чего математически проанализируем традиционный подход. е; Рис 3.6. Схема к определению Рис.
3.7. Кривые упрочиеиия удельной силы выдавливания слитка для разных зои слитка 91 Пусть требуется определить удельную силу выдавливания цилиндрического стакана из слитка (рис. 3.6). Так как структура слитка обычно весьма неоднородна, то будем считать, что его материал, расположенный в центральной зоне, имеет напряжение текучести, значительно отличающееся не только по начальному значению, но и по закону упрочнения (рис. 3.7), от материала, примыкающего к стенке матрицы.
В этом случае при определении напряжйнного состояния заготовки надо в каждой зоне вводить свое напряжение текучести, в результате чего, аналогично разделу 4.1, можно получить формулу, имеющую вид 0„=1,1 о;, 1+1пй+, А~+о;,11+ ' '~~+о„у~, (3.11) 1+2пЯ 1 Г 0,5+,и, 11 г(г'-1) ~ "~ 4Ь ~~ Далее по методу раздела 4.6 можно для конкретного значения рабочего хода отдельно вычислить среднее значение накопленных деформаций е1 и ез в каждой из зон, после чего по соответствующей каждой зоне кривой упрочнения найти значения напряжений текучести оп и оп .
При необходимости для более точного расчета в случае еще большей неоднородности можно разбить пластическую область слитка и на большее количество расчетных зон (рис. 3.6, справа), после чего получить аналогичные формулы и провести аналогичные расчеты. Для заготовки, полученной из прутка, обладающего значительно большей однородностью, чем слиток, в соответствии с разделом 4.1 можно написать, что Ч =сг 1,1 2+1пй+, Ь+ ' ' +д .
(3,12) 1+ 2~а 0,5+ р, 2(Я' — 1) 4Ь Для наглядности сравнения введем для слитка индекс «с» и вынесем за общую скобку в формуле (3.11) скажем напряжение текучести а,1. В результате получим: 92 цу,— — (гв ~, 1+1пй+, Ь + —" 1+ +ц,р . (3.13) Ясно, что если хотя бы одно из значений напряжений текучести оа и па будетменьше о„то удельная сила, определяемая по формуле (3.13) для слитка, будет меньше удельной силы, определяемой по формуле (3.12) для образца. В силу своей простоты и соответствующей привлекательности традиционно рекомендуется уточнить «лабораторную» формулу (3.12) путем ее умножения на поправочную константу, называемую масштабным коэффициентом.
В учебнике (1241 говорится, что этот коэффициент всегда меньше единицы, зависит от массы слитка и обозначается ~у». Корректности ради скажем, что лучше говорить, что этот коэффициент как правило меньше единицы, так как если, например, горячий слиток будет случайно облит холодной водой, то па может стать больше о„а уе больше единицы. Уточненная таким образом формула (3.12) примет вид Ч =Роо'5 1,1 2+1пЯ+ Ь+ ' ' +Ч 1+ 2,ц)1 0,5+ р, у О ю 2(Я' — 1) 4Ь Совершенно очевидно, что таким способом можно (делая, правда, допущение, что законы упрочнения в обоих случаях одинаковы) обеспечить равенство ~рва,=о,~, но принципиальноо невозможно компенсировать отличие члена который представляет собой не константу, а расположенную внутри выражения (3.13) слолемую функцию, зависящую не только от закона изменения п,2, но и от всех параметров выдавливания (см.
формулу (4.22)). Иными словами, этот член для одной и той же массы слитка будет меняться в широких 9З пределах, внося соответствующую погрешность в «уточнйнную» формулу, что и является одной из причин недоверия практиков к теоретическим зависимостям. Хотя математически очевидно, что, несмотря на наличие упомянутого члена, для какого-то частного набора параметров выдавливания можно обеспечить и равенство а .=дои„, но также ясно и то, что оно будет нарушено при любом изменении характеристик процесса, для которых подобран обеспечивший это равенство коэффициент у0.
Таким образом, можно считать математически доказанным, что распространенный подход может давать удовлетворительные результаты лишь для отдельных случаев и не является ни надежным, ни научно обоснованным. Поэтому в необходимых случаях мы рекомендуем выводить соответствующие формулы, подобные показанной выше формуле (3.11), а не умножать на поправочные коэффициенты выражения, полученные для других случаев. При затруднениях в проведении теоретических исследований можно просто использовать приводимые далее формулы, ни на что их не умножая, но зная с гарантией, что при таком подходе они дадут оценку силовых параметров в сторону запаса, что для процессов выдавливания очень важно. 3.4. СКОРОСТЬ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ЭФФЕКТ В обобщенном смысле скорость деформации — это величина, численно равная интенсивности скоростей деформации и характеризующая быстроту изменения деформированного состояния.
В соответствии с разделом 3.1 скорость деформации определяет изменение накопленной деформации в единицу времени и имеет размерность с От этого понятия следует отличать скорость деформирования, которая представляет собой скорость перемещения деформирующего инструмента и имеет размерность м/с. Это отличие важно подчеркнуть, поскольку в литературе име- ет место некоторая путаница этих понятий: например, в книге 194] скорость деформации называется скоростью деформирования, а в книге 195] как одно, так и другое — скоростью деформации.
Скорость деформирования входит в зависимости, определяющие скорость деформации, и таким образом непосредственно влияет на эту величину. Опыты показывают, что в случае холодной пластической деформации изменение скорости деформации практически не влияет на величину напряжения текучести большинства материалов, в том числе сталей 194, 124].
Однако при повьппенных температурах такое влияние может быть весьма существенным и его следует учитывать. Для этого традиционно рекомендуют уточнять расчетные формулы для определения удельной силы деформирования путдм их умножения на скоростной коэффициент, который показывает, во сколько раз увеличивается напряжение текучести при том или ином увеличении скорости деформации [124].
То есть считается, что с увеличением скорости деформации напряжение текучести возрастает, в связи с чем рекомендуемые скоростные коэффициенты всегда больше единицы 1124]. он оя2 Рис. 3.8. Влияние скорости деформации на напряжение текучести стали СтЗ Рис. 3.9, Влияние скорости де- формирования на изменение удельной силы по ходу холод- ного выдавливания стали 1О 95 Рекомендуемый учет влияния скорости деформации путем умножения аналитической формулы на константу имеет те же недостатки, что и подробно рассмотренное в разделе 3.3 использование масштабного коэффициента. Опыт показывает, что зависимость напряжения текучести от скорости деформации носит сложный характер, и для разных материалов и температур может не только увеличиваться, но и уменьшаться 194$ что наглядно показано на рис.
3.8. Следовательно, вопреки известным рекомендациям, для одного и того же материала скоростной коэффициент при штамповке с нагревом может быть не только больше, но и меньше единицы. А при холодном выдавливании этот коэффициент должен быть меньше единицы практически во всех реальных случаях. Это поясняют представленные на рис. 3.9 результаты опытов А. М. Дмитриева и А. Л. Воронцова по холодному выдавливанию стаканов в матрице с диаметром рабочей полости 20 мм, из которых видно, что при повышении скорости деформирования можно найти такое ее значение, зри котором сила имеет незначительный пик в начале выдавливания и далее остается практически постоянной (пунктирная кривая на рис.
3.9). Постоянство силы объясняется уменьшением напряжения текучести от разогрева очага пластической деформации вследствие температурного эффекта; при данной скорости теплоотдача в штамповый инструмент и окружающие очаг жесткие области заготовки не успевает произойти, и разогрев компенсирует упрочнение заготовки. Будем называть выдавливание, в процессе которого сила остается практически постоянной, квазистационарным (подробное обоснование этого термина будет приведено в разделе 4.5).
При ешли большей скорости наблюдалось даже снижение силы по ходу выдавливания (штрих-пунктирная кривая на рис. 3.9). Для дополнительной проверки высказанного предположения о компенсации упрочнения температурным эффектом А. М. Дмитриев и А. Л. Воронцов провели эксперимент по холодному вьщавливанию стаканов из стали 10 коническим 96 пуансоном (<х=45', гс=0,75) диаметром 40 мм в матрице с диаметром рабочей полости 53,3 мм. В ходе выдавливания процесс прерывали на 5...8 секунд, после чего выдавливание продолжали.
Для сравнения выполнили выдавливание без прерываний. Результаты эксперимента представлены на рис. 3.10. Установлено, что после прерывания сила выдавливания резко возрастает, давая характерный пик на кривой силы по ходу деформирования, а Я затем падает до силы выдавливания без прерываний. Последнее обуслов- 2 150 лено тем, что заготовка вновь получает разогрев от температурного эффекта 40 б0 л мм дефоРмации. ПРи этом пик силы после паузы при ходе рис.
3.10. Влияние температурного 40 мм значительно превыэффскта на удельную силу выдав- шает пик при ходе 20 мм, лнвапивствли10: — — пспрсРыв- что объясняется большей пос выдавливание; ----- — выдввлпввпис после 1 и 2 пауз, прпводяшпх к величиной накопленной пстываппю деформпруемого металла деформации и, соответственно, упрочнения, которое надо преодолеть. Установленный результат позволяет сделать важный выпод: для труднодеформируемых материалов вероятно подобрать такую скорость деформирования, при которой будет квазистационарное выдавливание, сила которого определяетс» величиной напряжения текучести начала выдавливания. '!'ак как с помощью предварительной термообработки можно снизить величину начального напряжения текучести, то вышеизложенное предопределяет возможность выдавливания труднодеформируемых материалов при допустимой величине удельной деформирующей силы на пуансоне. Изложенное показывает, что зависимость удельной силы от скорости деформации носит сложный функциональный характер, определяемый обрабатываемым материалом, 97 температурой штамповки, а при холодном выдавливании— температурным эффектом, а также скоростью деформированин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
