Основные законы пластической деформации

 

Физическое представление о пластической деформации объясняет некоторые общие ее закономерности, называемые основными законами пластической деформации. Их учет при разработке процессов пластического деформирования имеет первостепенное значение.

Закон постоянства объема практически основывается на том, что плотность металла, уже подвергнутого первичной горячей обработке давлением, изменяется пренебрежимо мало (при деформировании литого металла плотность его несколько возрастает за счет ликвидации газовых и усадочных микропустот). Поэтому при расчетах в обработке давлением обычно принимают закон: объем пластически деформированного тела до пластической деформации равен его объему после деформации.

Если взять параллелепипед в координатных осях X, Y, Z (рис. 1) с ребрами, имеющими исходные размеры X_о, Y_о, Z_о, и считать, что после деформации параллелепипед сохраняет форму, но имеет размеры X_д, Y_д, Z_д, то по условию постоянства объема можно записать:

 

следовательно:

 

 

Величины  носят названия истинных, действительных или логарифмических степеней деформации. Таким образом: , т.е. сумма логарифмических степеней пластической деформации по трем взаимно перпендикулярным направлениям равна нулю. Одна из степеней деформации должна иметь знак, противоположной знаку двух других, а по абсолютной величине быть равной их сумме.

Степень деформации можно выразить так же, как отношение приращения размера к начальному размеру;

Поэтому величины   и    связаны между собой:

Разложив  в ряд:

 и т.д.

Можно увидеть, что при степенях деформации, меньше 0,1, разница между δ и ε меньше 5%, поэтому для малых деформаций, которые реализуются в процессах восстановления деталей пластическим деформированием: ≈ .

Условие постоянства объема не означает, однако, что в момент самого деформирования при нагрузке тела внешними силами его объем остается неизменным. Необходимо учитывать другой закон пластического деформирования: пластическая деформация всегда сопровождается упругой деформацией тела, зависимость которой от напряжения определяется законом Гука. Следовательно, размеры тела в конечный момент его нагружения отличаются от его размеров после снятия нагрузки. И если при горячей обработке давлением при больших пластических деформациях упругой деформацией можно пренебрегать, то при холодной деформации, чаще используемой в процессах восстановления деталей, упругая деформация бывает очень заметной.

Закон наименьшего сопротивления был сформулирован русским ученым С.И. Губкиным следующим образом:

«В случае возможности перемещения точки деформируемого тела в различных направлениях, каждая точка деформируемого тела перемещается в направлении наименьшего сопротивления».

Для практического использования этого закона надо знать для каждой данной точки направление, в котором сопротивление течению будет наименьшим. При осадке между параллельными плитами, когда по плоскостям контакта действует трение, каждая точка тела в плоскости, перпендикулярной к действию внешней силы, перемещается по кратчайшей нормали к периметру сечения. Таким образом, любая форма поперечного сечения тела при его пластической осадке с наличием контактного трения стремится принять его форму, имеющую при данной площади наименьший периметр, т.е. в пределе стремится к кругу.

При обработке металлов давлением, как правило, деформации по объему тела неоднородны, в связи с чем отдельные слои и части пластически деформируемого тела стремятся к различному изменению размеров. Но в это же время эти части тела взаимосвязаны и не могут изменить свои размеры независимо друг от друга. Из этого следует следующий закон пластического деформирования – закон дополнительных напряжений: «при любом пластическом изменении формы в слоях и частях тела, стремящихся к большему изменению размеров, возникают дополнительные напряжения, знак которых отвечает уменьшению размеров, а в слоях и элементах тела, стремящихся к меньшему изменению размеров, возникают дополнительные напряжения, знак которых отвечает увеличению размеров». (Губкин С.И.)

Дополнительные напряжения подразделяют трех родов:

1 – уравновешивающиеся между отдельными слоями тела;

2 – уравновешивающиеся между отдельными кристаллитами;

3 – уравновешивающиеся между отдельными элементами кристаллитов.

Возникновение в деформируемом теле дополнительных напряжений может вызвать снижение пластичности и увеличение сопротивления деформированию, если эти напряжения остаются в виде так называемых «остаточных напряжений». Но дополнительные напряжения могут быть сняты либо пластической деформацией тех слоев и элементов, в которых они возникли, либо за счет нарушения целостности тела, т.е. образования микро- и макротрещин.

Неоднородности деформаций при пластическом деформировании способствуют:

- неоднородность свойств обрабатываемого металла, определяемая ликвацией (химической неоднородностью); неоднородность размеров зерен металла; неравномерной температурой заготовки;

- степень различия формы исходной заготовки и требуемой детали, чем больше она отличается от исходной, тем больше неоднородность деформаций;

- контактное трение между обрабатываемой заготовкой и деформирующим инструментом.

Практическое значение имеет закон подобия, позволяющий на основании испытаний модели заготовки определить параметры деформирования настоящей заготовки. Закон подобия можно сформулировать следующим образом: если производить процессы пластического деформирования геометрически подобных тел из одинакового материала в подобных условиях, то необходимые удельные усилия деформирования будут равны между собой, отношения полных усилий деформирования будет равно квадрату, а отношение затрачиваемых работ – кубу отношений соответственных линейных размеров.

К основным условиям подобия процессов пластического деформирования относят:

- геометрическое подобие, заключающееся в том, что отношение соответствующих размеров модели и настоящей заготовки одинаковы и равны масштабу моделирования;

- формы рабочей части инструментов для деформирования должны быть геометрически подобны;

- степени деформации в сравниваемые моменты должны быть одинаковы;

- модель и настоящая заготовка должны быть физически подобны;

- коэффициенты трения между деформируемым металлом и инструментом должны быть одинаковыми.

Однако точное моделирование практически трудно осуществимо, т.к. полное физическое подобие не может быть достигнуто уже потому, что отношение поверхности к объему у подобных моделей и настоящей заготовки будут различным. Таким образом, основная задача заключается в установлении методов приближенного моделирования.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: