Введение 5 Кристаллическое строение вещества icon

Введение 5 Кристаллическое строение вещества


НазваниеВведение 5 Кристаллическое строение вещества
страница5/5
Дата публикации18.04.2013
Размер0.85 Mb.
ТипРеферат
1   2   3   4   5

8.2. Условие постоянства объема. Смещенный объем. Скорость деформации


Поскольку плотность металла в результате пластической деформации меняется незначительно, считается, что объем тела до деформации равен объему тела после деформации. В этом состоит закон постоянства объема.

Однако, в процессе деформации объем тела уменьшается, т. к. пластическая деформация всегда сопровождается упругой деформацией. После окончания деформации упругая деформация исчезает, и тело восстанавливает прежний объем. Зависимость упругой деформации от напряжения подчиняется закону Гука :  = Е.


А

Р На диаграмме «сила-деформация» (рис. 58):

К ОС - полная деформация при нагрузке Р,

ОВ - пластическая (остаточная) деформация после снятия нагрузки,

О В С  ВС - упругая деформация.


Рис.58

После снятия нагрузки длина растянутого образца уменьшается на величину упругой деформации ВС.

Величина tg  КОВ = tg  АВС называется модулем Юнга.

В большинстве операций обработки давлением при значительной пластической деформации упругой деформацией можно пренебрегать. Однако в ряде операций, например, при гибке вхолодную, упругую деформацию необходимо учитывать, задавая угол в инструменте (штампе) отличным на угол пружинения от требуемого угла готовой детали.

Рассмотрим тело до и после деформации (см. рис. 59).





Из равенства объемов

Zи V = Хд Yд Zд = Xи Yи Zи

Zд следует :

gif" align=left hspace=12> Yи Yд

Xи Xд


Рис.59


После логарифмирования получим:

или x + y + z = 0,

где x = ln ; y = ; z = ln

Величины x, y, z называются действительными или истинными степенями деформации.

Для оценки степени деформации можно пользоваться и другими величинами.

Относительные степени деформации: x = ; y =; z=;

В обеих оценках положительной степени деформации соответствует растяжение, отрицательной - сжатие.

Величины  и  связаны между собой

.

Разложим выражение в ряд: x = ln ( 1 + x ) = x - x2/2 + x3/3 - ...

Этот ряд при x  1 - сходящийся. Отбросив все члены, кроме первого, получим x  x.

Для степеней деформации, меньших 0,1 (т. е. для малых деформаций) можно считать x = x.

Соответственно, x + y + z = 0, т.к. x + y + z = 0.

Умножив равенство на объем деформированного тела, получим для всех степеней деформации Vx+ Vy + Vz= 0,

а для малых степеней деформаций Vx +Vy +Vz = 0.

Произведения объема тела на степени деформации представляют собой смещенные объемы Vc по соответствующим направлениям. Таким образом, сумма смещенных объемов равна нулю: Vcx + Vcy + Vcz = 0.

Скоростью деформации называется изменение степени деформации в единицу времени или относительное смещение объема в единицу времени.

= d/dt = dVс / Vdt.

Для малых степеней деформации  = d / dt.

При постоянной скорости , а также для средней скорости:

=  / t и  =  / t.

От скорости деформации следует отличать скорость деформирования (скорость движения деформирующего инструмента), а также скорость смещения тех или иных точек тела в процессе деформирования.

Рассмотрим растяжение двух образцов разной длины Zи1 Zи2 (рис. 60)

при одинаковой скорости деформирования, т.е. за одно и то же время зажи-

мы машины переместились на одно и то же расстояние Z. Zд1 - Zи1 = Zд2 - Zи2 = Z

Если промежуток времени t принять за единицу, то 1=  / t = Z / Zи1·1,

2=  / t = Z / Zи2·1 или , т. е. мы получили, что скорости деформации разные (при одинаковой скорости деформирования).

Если промежуток времени принят за единицу, имеем также:

Vдеф = Z / t = Z / 1 = Z , откуда Z = Vдеф

где Vдеф – скорость деформирования.

Но из 1= Z / Zи1·1, откуда Z = 1Zи1 и тогда получаем зависимость между скоростью деформации, скоростью деформирования и размером образца: 1 = Vдеф / Zи1 и 2 = Vдеф / Zи2.

Скорости перемещения точек рассматриваемых тел изменяются по высоте образца линейно от нуля в месте закрепления до максимума на верхних торцовых плоскостях.





Z Z

Zи1 Zи2

Zд1 Zд2










Рис.60


Рассмотрим влияние скорости деформации на пластичность и сопротивление деформированию.

Обычно определение механических свойств металла проводят на испытательных машинах при скоростях деформирования порядка 10 мм/с.

Реальные технологические процессы проводят на прессах со скоростями 100-500 мм/с, а на молотах 5 - 10 м/с, т. е. скорости деформации и деформирования существенно выше, чем при испытаниях.

С увеличением скорости деформации напряжение текучести материала возрастает, а пластичность падает. При холодной деформации это влияние скорости на механические характеристики материала значительно ниже, чем при горячей 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: .

При полном и неполном разупрочнении, что соответствует горячей и неполной горячей обработке: ,

где 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 дополнительных

напряжений


Равномерной 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, которая вызывается следующими факторами:

1. Геометрические факторы



Рассмотрим поперечную осадку цилиндра диаметром D (рис.61). Из-за несоответствия формы заготовки и инструмента абсолютная деформация в различных вертикальных сечениях заготовки получается неодинаковой: в сечении А0А2 деформация максимальна (H), в окрестностях точки В тело совсем не деформировано (точка В просто переместилась в точку В1): А = h / h0 , В = 0.

Рассмотрим другой пример, где осадка производится в конических бойках (рис. 62).



Рис.62

Здесь форма заготовки полностью соответствует форме инструмента. Однако, особенности самой формы бойков делают относительную деформацию неравномерной по радиусу заготовки, хотя абсолютная деформация h одинакова для всех 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 операциях листовой 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 внутренние волокна длину L2 меньшую, чем длина L0 нейтрального волокна.

,

Другой пример, при пробивке отверстия очаг пластической деформации сосредоточен в узкой зоне у самой кромки пуансона и матрицы, причем интенсивность деформации на самой кромке настолько велика, что приводит к местному разрушению заготовки.


  1. Физические факторы


При 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, значительно превосходит ср . Это объясняется влиянием трения на контактных поверхностях.

Для оценки неравномерности деформации пользуются коэффициентом Кн = л / ср, где л = а / а - относительная локальная деформация, а - база координатной сетки, а - изменение базы после деформации ( рис.65).




а а к








Рис.65


Другой показатель неравномерности - градиент неравномерности деформации Гн = tg , где  - угол наклона касательной к кривой л = f (z) в

точке 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 бы элементы А и В могли изменять свою форму обособленно друг от друга, то в результате деформации они приняли бы вид, как на рис. 66, б. Однако, т.к. при деформации соблюдается условие сплошности тела, частицы «к» элемента А взаимодействуют 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 взаимно уравновешивающиеся 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 следствие разницы 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 подстуживание 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 процессов

обработки давлением


Постановка 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 и натуры), 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 сходст-

венных размеров,

-работы деформации соотносятся, как кубы отношений сходственных разме-

ров.

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 должны быть одинаковыми в исходном состоянии и в любой момент деформации,

  • температурные режимы деформации модели и натуры должны быть оди-

наковыми в любой момент деформации,

  • скорости и степени деформации модели и натуры должны быть одинако-

выми,

  • трение на контактных поверхностях модели и натуры должно быть одина-

ковым.

Это требование выполняется, если материал и шероховатость рабочих поверхностей штампов, качество смазки, скорость скольжения материала по инструменту одинаковы для модели и натуры. Отсюда вытекает необходимость равенства скоростей деформирования модели и натуры.

Приведенные требования физического подобия противоречивы. Например, равенство степеней и скоростей деформации 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 (из-за разных объемов и площадей поверхностей). Есть и другие противоречия.

Например для тождественного распределения температуры в модели и натуре необходимо, чтобы время их деформации удовлетворяло условию tм = tн / n2, т. к. время деформации пропорционально поверхности, а поверхно- сти модели и натуры соотносятся как n2. Отсюда следует равенство мº = ºн / n2, 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 коэффициентами несоответствия, 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 = qмс ; qн = qмм .


^ 9. Контактное трение


9.1. Понятие контактного касательного напряжения.
Парность сил трения



При взаимодействии деформируемого тела с инструментом на контактных поверхностях возникают силы трения, которые оказывают большое влияние на силы деформирования, на характер формоизменения, качество детали и т.д. Например, при осадке цилиндрической заготовки, чем больше шероховатость бойков, тем больше величина образующейся бочки. При осадке кольцевой заготовки на шероховатых бойках внутренний диаметр уменьшается, а на гладких смазанных - увеличивается и др.

Контактное трение - это механическое взаимодействие двух тел, препятствующее их относительному перемещению в плоскости соприкосновения тел.


Рд течение

металла

T T Rз



Тз Ти

Fи




Fз

Рд

Rи

Рис.67


Рассмотрим осадку образца силами Рд , на торцовых плоскостях которого действуют силы трения Т (см. рис. 67) .

Сила взаимодействия элементов заготовки и инструмента на площадках Fз и Fи в общем случае направлена под углом  к нормали. Касательная составляющая Т силы взаимодействия R называется силой трения. В соответствии с 3-м законом Ньютона силе Rз, действующей на заготовку, соответствует такая же сила Rи, действующая на инструмент.

Таким образом, на контактной поверхности заготовки Fз возникает сила трения Тз сопротивления перемещению заготовки относительно инструмента, а на контактной поверхности Fи инструмента возникает сила трения Ти активного действия, которая стремится увлечь инструмент в направлении движения заготовки.

Сила Тз влияет на качество поверхности заготовки, а сила Ти влияет на износ инструмента. Это положение известно, как закон о парности сил контактного трения сопротивления и активного действия. Силы трения относят к единице площади поверхности трения и величину к = lim T/F при F 0

называют контактным касательным напряжением.

При анализе силового режима и формоизменения заготовки оперируют напряжением кз, действующим со стороны инструмента на заготовку, при анализе нагрузки на инструмент оперируют напряжением ки , действующим со стороны заготовки на инструмент.

Трение в обработке давлением качественно отличается от трения в машинных парах. Во-первых, при пластическом деформировании контактная поверхность детали и инструмента непрерывно обновляется, т.к. увеличивается площадь контактной поверхности. Во-вторых, относительное перемещение деформируемого тела и инструмента в большинстве операций значительны и различны для различных точек контактной поверхности. В-третьих, при обработке металлов давлением имеют место высокие давления и температуры на контактных поверхностях.

Например, если в подшипниках и направляющих машин общего назначения контактные давления не превышают 20-40 МПа, в тяжелонагруженных парах трения кухнечно-штамповочного оборудования они возрастают до 50-100 МПа, то при холодной пластической деформации на контактных поверхностях давления доходят до 2000-2500 МПа. При горячей обработке металлов давления ниже, но на контактных поверхностях действует высокая температура - 800-1000 0С и более. Совместное влияние высоких давлений и температур вносит еще более существенное изменение в процесс взаимодействия инструмента с заготовкой по сравнению с трением в машинных парах.


^ 9.2. Виды трения


В процессах обработки давлением различают три вида трения: сухое, жидкостное и граничное.

Сухое трение возникает между заготовкой и инструментом, когда их контактные поверхности не разделены каким-либо третьим телом (смазка, окислы, воздух и др.). В момент контакта поверхность соприкосновения небольшая, т. к. соприкосновение осуществляется по вершинам выступов микронеровностей (см. рис.68).

Фактическая поверхность контакта Fкф в момент соприкосновения значительно меньше номинальной площади Fкн. Поэтому пластическая деформация начинается на поверхностях фактического контакта, например Fi. После достижения предела текучести начинается деформация гребешков и приработка поверхности заготовки к поверхности инструмента.

В области выступов в условиях больших контактных давлений и значительной местной деформации образуются так называемые «узлы схватывания», т. е. поверхности Fi , на которых вследствие агдезии образуется металлическое соединение трущихся тел. При сухом трении прочность такого металлического (местного) соединения в узле схватывания в большинстве случаев выше, чем прочность материала заготовки. Поэтому дальнейшее относительное перемещение заготовки по поверхности инструмента возможно лишь при разрушении материала заготовки.




Z Fкн

И Fi Fi+1`



З



Х

Рис.68


Рассмотрим процесс на площадке Fi (см. рис. 69).




В начальный момент контакта деформация локализуется у вершины выступа, т.к. в этом месте площадь наименьшая и, следовательно, напряжения наибольшие. По мере увеличения площадки от Fи до Fд очаг пластической деформации распространяется вглубь выступа по нормали n. Деформация сопровождается упрочнением, поэтому напряжение текучести на сдвиг s в объеме выступа является переменным. У поверхности контакта s больше, чем вглубь выступа, т.е. градиент механических свойств - отрицательный. В этих условиях внешнее трение переходит в трение внутреннее, и дальнейшее перемещение заготовки и инструмента в направлении ux возможно только, если узел схватывания разрушится по поверхности среза «ав», для которой произведение sFав (сила сопротивления срезу) будет наименьшим.

Если деформируемый металл и металл инструмента близки друг к другу по своим механическим характеристикам, то узел схватывания на поверхности контакта очень прочен, и при трении поверхностей материал заготовки налипает на инструмент. Особенно это характерно при повышенных температурах, при которых материалы более легко образуют металлическое соединение в узлах схватывания (адгезия).

Если сродство материалов инструмента и заготовки невелико, то металлический контакт при низких температурах непрочен, и с повышением температуры его прочность изменяется незначительно.

Поэтому в случае деформирования инструментом, свойства которого сильно отличаются от свойств заготовки, сопротивление срезу по поверхности «ав» больше, чем по поверхности «cd» границы раздела. В этих условиях схватывание происходит, но налипания не наблюдается.

Сухое трение приводит к резкому ухудшению качества поверхности заготовки, повышенному износу инструмента. В чистом виде сухое трение возникает только при обработке в вакууме. В обычных условиях деформации без смазки на поверхностях инструмента и заготовки всегда имеются оксиды, пленки влаги, газовые прослойки, различные загрязнения. Поэтому условия, близкие к сухому трению, существуют лишь на отдельных участках поверхности, главным образом тех, которые образовались в результате увеличения общей площади контакта и выхода на поверхность глубинных слоев металла заготовки.

^ Гидродинамическое трение (чаще называемое жидкостным трением)

возникает при холодной пластической деформации при обильной смазке поверхностей. Особенность такого трения состоит в том, что во всех точках контактные поверхности разделены толстой (более 10-4 мм) пленкой смазки. Для этого вида трения контактные касательные напряжения определяются формулой Ньютона

где s - динамическая вязкость смазки, dVс / dn - градиент скорости в слое смазки в направлении нормали к контактной поверхности ( рис. 70).

d Vс

dn


Рис.70


При использовании эффективных смазок толщина слоя пленки оказывается достаточно большой, трущиеся поверхности надежно разделены, и контактные касательные напряжения оказываются минимальными, примерно на 2 порядка ниже, чем при сухом трении. В результате резко снижается деформирующая сила, повышаются качество поверхности изделия и стойкость инструмента.

^ Граничное трение встречается чаще, чем другие виды трения и характеризуется тем, что поверхности заготовки и инструмента разделены тончайшим слоем смазки (не более 10-6 - 10-4 мм). Контактные касательные напряжения при граничном трении на порядок больше, чем при жидкостном.

Большое значение при граничном трении имеют свойства смазки и состояние трущихся поверхностей.

Причины значительного повышения к при граничном трении по сравнению с жидкостным, состоят в следующем:

-смазочные пленки толщиной менее 10-4 мм (граничный слой) качественно отличаются от нормальной жидкости, из которой они образованы.

-неровности контактирующих поверхностей местами прерывают смазочную пленку, образуя узлы схватывания. Если пленка имеет малую механическую прочность, то количество узлов схватывания может быть большим, и граничное трение приближается к сухому.


^ 9.3. Граничные условия. Законы Амонтона-Кулона и Зибеля


Для теоретического анализа процессов обработки металлов давлением необходимо задать закон, по которому изменяются касательные напряжения на контактных поверхностях инструмента и заготовки. Этот закон входит в число граничных условий.

В зависимости от состояния контактных поверхностей граничные условия задаются по-разному.

По закону Амонтона-Кулона контактные касательные напряжения распределяются пропорционально нормальным напряжениям в плоскости контакта (рис. 71): к =  n, где n - нормальное напряжение на контактной поверхности.

Рассмотрим площадку Fз в окрестности т. А с координатами x, y, z. Пусть n = s и  = 0,4, что соответствует реальным значениям в условиях горячей пластической деформации.

Тогда к = 0,4 s .

При пластической деформации существует закон:

мах - мин = 2мах = s , откуда мах = s / 2 .

Очевидно, что к должно быть меньше мах, следовательно, закон Амонтона - Кулона (граничные условия к =  n) можно применять, если по условиям техпроцесса на поверхности контакта действуют нормальные напряжения n, при которых  n < s / 2.


n

Rз

n




к



Fз


Рис.71

Для деформации в условиях граничного трения сопротивление сил трения на площадке F зависит не только от сопротивления сдвигу самого деформируемого металла, но и от сопротивления сдвигу граничной смазки:

T = sFс + смF см

где Fc - часть площадки F, по которой происходит сухое трение, а F см - часть площадки, по которой заготовка и инструмент взаимодействуют через слой смазки.

Обозначим Fс / F см=  и учтем, что s = s / 2

Разделим почленно T на выражение F = Fc + Fcм:



,




где , т.е. мы пришли к формуле вида ,

известной в литературе, как формула Э.Зибеля.

Здесь коэффициент  можно считать коэффициентом трения. Физическая сущность коэффициентов трения , входящих в формулы Амонтона- Кулона и Э.Зибеля, различна. Поэтому формулы можно привести к виду:

к = nn и к = s s , где n  s . Приравнивая к , получим соотношение n = s (s / n)

Формулу к = nn следует применять для теоретического анализа процессов обработки металлов давлением, в которых преобладают растягивающие напряжения и выполняется условие ns, т.е. для волочения, вытяжки листового металла, прокатки толстых листов с небольшими обжатиями, начальной стадии осадки высоких заготовок.

Формулу к = ss следует применять для анализа операций, характеризующихся схемой всестороннего сжатия с большим отрицательным средним напряжением  n  s - это прокатка тонких листов с большим обжатием, осадка тонких заготовок, объемная штамповка.

В сомнительных случаях следует провести предварительные расчеты по формуле к = nn, построить эпюры к ,n и сравнить к с s.

Если к  0,5s , то расчет можно считать правильным.

Экспериментальные исследования показывают, что коэффициент контактного трения является функцией координат контактной площадки, температуры, степени деформации, шероховатости заготовки и др.

Теоретически вид этой функции установить очень сложно, поэтому, в первом приближении принимают, что силы трения равномерно распределены по контактной поверхности.


    1. ^ Основные факторы, влияющие на контактное трение.


Сродство материалов инструмент- заготовка тем меньше, чем больше различаются параметры их кристаллических решеток. При малом сродстве мостики трения (выступы шероховатости) разрушаются по границе инструмент-заготовка, и налипания материала заготовки на инструмент не происходит даже при отсутствии смазки.

В некоторых случаях хороших результатов можно достичь применением покрытий, например, хромированием матриц для вытяжки листовых заготовок.

Второй важнейший фактор - это смазка. Подбором соответствующих смазок можно снизить силу тем значительнее, чем больше отношение контактной поверхности ко всей поверхности деформируемой заготовки

Шероховатость поверхности инструмента играет важную роль, поскольку способствует удержанию смазки и созданию режима, приближающегося к жидкостному трению. Стремиться к высокой чистоте поверхности инструмента нецелесообразно из-за того, что интенсифицируется процесс образования узлов схватывания и ухудшаются условия смазывания. Шероховатость поверхности, механически обработанной на станке резанием, имеет рельеф с преимущественной ориентировкой. Поэтому трение на контактной поверхности инструмента, как правило, бывает анизотропным, зависящим от направления. Сопротивление течению вдоль рисок механообработки даже после шлифования на 20% меньше, чем поперек рисок.

Вид обработки поверхности заготовки имеет значение лишь в начальный момент деформирования (в момент контакта). При дальнейшем развитии деформации контактная поверхность заготовки сглаживается и становится отпечатком поверхности инструмента.

На трение оказывает влияние характер нагружения. Например, при вибрационной осадке образца усилие деформирования снижается в 1,5 - 2 раза, бочкообразность уменьшается, что свидетельствует о значительном снижении трения.

Контактное трение снижается также при наложении на деформируемую заготовку ультразвуковых колебаний. Это объясняется тем, что при пульсирующей нагрузке, когда инструмент в результате упругого восстановления отходит от поверхности деформируемой заготовки, сплошность смазочной пленки восстанавливается, а силы трения снижаются. Применяемые смазки рассматриваются в курсе ковки и штамповки.


    1. ^ . Активные силы контактного трения


В ряде технологических операций силы трения могут играть положительную роль.

На рис. 68 показана схема процесса обратного выдавливания детали типа стакан, где обозначено: V- скорость течения металла, Vм - скорость движения матрицы, Р- направление действующей силы, к - силы трения, z, r,  - напряжения в элементарном объеме. При выдавливании по схеме 68 а, где матрица неподвижна, трение на поверхности матрицы приводит к тому, что в очаге деформации имеет место схема всестороннего неравномерного сжатия.

Эта схема, повышая пластичность, увеличивает силу деформирования. Чтобы использовать трение для снижения деформирующей силы, матрице сообщают движение по направлению z со скоростью Vм  V ( схема 68 в). В этом случае встречное относительное движение металла заготовки и матрицы заменяется попутным движением. Силы трения к меняют знак, в очаге пластической деформации схема напряженного состояния может стать сжато-растянутой. В этом случае потребуется значительно меньшая сила деформирования, а, следовательно, повысится стойкость инструмента.


Р P

V V  z V V Vм z




r r





к к к к










а в


Рис.72

Активные силы трения можно использовать и при осадке цилиндрических заготовок, если между бойками и заготовкой помещать мягкие прокладки из материала с меньшим пределом текучести, чем у материала заготовки (см. рис. 69). Тогда деформация начнется с прокладок и, вытекая из зазора между инструментом и заготовкой со скоростью Vп, прокладка увлечет за собой торец заготовки и предотвратит образование бочки.



Vп Vп

кк


Рис.73


Снизить силу и предотвратить образование бочки можно также придавая вращение верхнему бойку (см. рис. 70). Тогда вектор касательного напряжения в любой точке можно разложить на радиальный и тангенциальный: к2 = кr2 + к2 .

Вредное влияние оказывает радиальное касательное напряжение кr, т. к. оно сдерживает радиальное течение металла.

Поэтому, увеличивая значение к изменением скорости вращения бойка, можно снизить значение кr , оказывающего сопротивление течению металла. Это явление используется при осадке плоских поковок (типа вагонных колес) на прессах для штамповки поворачивающимся бойком.




к

к


кr


Рис.74


ЗАКЛЮЧЕНИЕ


В настоящем учебном пособии освещены процессы пластической деформации на, так называемом, дискретном уровне. На этом уровне, когда исследователь как бы заглядывает внутрь пластически деформируемой заготовки, объясняются природа, механизм и сопутствующие пластической деформации явления. Это – физические основы пластической деформации.

Изучив эти основы, можно переходить к рассмотрению деформируемого материала, как сплошной среды. В виде сплошной среды материал описывается уравнениями механики. Из приведенного в данном учебном пособии списка литературы рассмотрение основ механики сплошной среды может быть начато с прочтения соответствующих разделов книги [ 6 ].

В целом механика сплошной среды – это обширная наука, правильно ориентироваться в которой специалист в области обработки давлением может, только изучив физические основы пластической деформации, изложенные в данном учебном пособии.


ЛИТЕРАТУРА


1. Зарубин В.С., Овчинников А.Г. Природа пластической деформации: Учебное пособие по курсу «Физико-математическая теория ковки и штамповки».ч.1 / Под редакцией А.Г Овчинникова. М.: Изд-во МГТУ, 1990. 136 с.

2. Материаловедение: Учебник для вузов. / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин и др. Под общей редакцией Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина.-

3-е изд.- М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. 648 с.

3. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов: Учебное пособие для вузов.- Изд.2-е. М.: Металлургия, 1975. 208 с.

4. Павлов. П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела: Учебное пособие для вузов.- М.: Высшая школа, 1985. 384 с.

5. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы

пластической деформации: Учебное пособие для студентов вузов.- М.: Металлургия,1982. 584 с.

6. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением: Учебник для вузов. Изд. 4-е. М.: Машиностроение, 1977. 423 с.





1   2   3   4   5



Похожие:

Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconВведение 5 Кристаллическое строение вещества
При этом следует иметь в виду, что к одному и тому же результату можно прийти разными путями, т е технологический процесс в обработке...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconЭкзаменационные вопросы по дисциплине «Материаловедение. Технология конструкционных материалов»
Кристаллическое строение материалов. Элементарная кристаллическая ячейка. Типы кристаллических решеток
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconОтветы к 1 и 2 Вопросу Строение вещества
Хviii в и получила дальнейшее развитие в XIX в. Возникновение представлений о строении вещества позволило не только объяснить многие...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconКонтрольная работа №1 по теме «Строение вещества»
Атом углерода имеет степень окисления -3 и валентность 4 в соединении с формулой
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconВещества построены из атомов и молекул. Атом электри-чески нейтрален и состоит из «+» ядра и «-» электронов, вращ по орбитам вокруг ядра. Атом, лишившийся валент-ного электрона, становится «+» ионом, а присоединивший лишний электрон «-» ионом
Строение вещества. Понятия нейтрального атома, положительного и отрицательного ионов. Виды химических связей между атомами и молекулами....
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconМеханика тема Кинематика
История атомистических учений. Наблюдения и опыты, подтверждающие атомно-молекулярное строение вещества. Масса и размеры молекул
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconРазпределение Мѣр Перехода
«уточнённость в направленности», «местопребывание в области», «половая принадлежность участка вещества», «количество участков вещества»,...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconКожа Строение кожи
Строение кожи. Кожа — наружный покров организма. Общая площадь кожи взрослого человека составляет 1,5—2 учитывая происхождение, строение...
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconВещества
Установите соответствие между формулой гомологического ряда и названием вещества, принадлежащего к нему
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconСтроение и состав нуклеиновых кислот : Нуклеиновые кислоты- полимеры, полинуклеотиды
Цель урока: Закрепить знания по строению белковых молекул и их физическим и химическим свойствам. Изучить строение рнк и ДНК
Введение 5 Кристаллическое строение вещества iconТеоретические основы работы гелий-неонового лазера Введение
Этот эффект является результатом взаимо­действия электромагнитной волны с атомами вещества, через которое проходит волна. В 1962–1963...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы