- •1 Москва 2' «машиностроение» I 19 7 7
- •Глава 1
- •1.1. Понятия о пластической деформации
- •1.2. Строение металлов
- •1 Кроме атомов, расположенных на поверхности тела, на границах зерен и внутри зерен при нарушении в них правильности кристаллического строения (см. Стр. 21).
- •1.3. Холодная пластическая деформация монокристалла
- •1.4. Элементы теории дислокаций
- •1.4.5. Скорость движения дислокаций
- •1.4.6. Взаимодействие дислокаций
- •2 М. В. Сторожев 33
- •1.5. Холодная пластическая деформация поликристалла
- •1.6. Упрочнение при холодной деформации
- •1.7. Кривые упрочнения
- •Глава 2
- •2.1. Деформация при повышенных температурах;
- •2.2. Виды деформации при обработке металлов давлением
- •2.3. Влияние температуры на сопротивление деформированию и пластичность
- •2.4. Влияние горячей деформации на свойства металла
- •2.5. Условие постоянства объема
- •2 Это так называемый закон наличия упругой деформации при пластическом деформировании.
- •2.6. Степень деформации и смещенный объем
- •3 М. В. Сторожев 65
- •2.7. Скорость деформации
- •2.8. Влияние скорости деформации на пластичность и сопротивление деформированию
- •2.9. Сверхпластичность
- •Глава 3 напряжения
- •3.1. Общие понятия
- •3.2. Напряжения в координатных площадках
- •3.3. Напряжения в наклонной площадке
- •3.4. Главные нормальные напряжения
- •3.5. Понятие о тензоре напряжений
- •3.6. Эллипсоид напряжений
- •3.7. Главные касательные напряжения
- •3,8. Октаэдр и чес кие напряжения
- •3.9. Диаграмма напряжений мора
- •4 М. В. Сторожев 97
- •3.10. Условия равновесия для объемного напряженного состояния
- •3.11. Осесимметричное напряженное состояние
- •3.12. Плоское напряженное и плоское
- •Глава 4
- •4.1. Компоненты перемещений и деформаций в элементарном объеме
- •4.2. Неразрывность деформаций
- •4.3. Скорости перемещений и скорости деформаций
- •4.4. Однородная деформация
- •Глава 5
- •5.1. Условие пластичности
- •5.2. Физический смысл условия пластичности
- •5.3. Геометрический смысл энергетического условия пластичности
- •5.4. Частные выражения условия пластичности
- •5.5. Влияние среднего по величине главного нормального напряжения
- •5.6. Связь между напряжениями и деформациями при пластическом деформировании
- •5.7. Механическая схема деформации
- •5.8. Принцип подобия
- •5.9. Контактное трение при пластическом деформировании
- •5.9.1S Особенности пластического трения
- •5,9.2. Факторы, влияющие на величину сил контактного трения
- •6 М. В. Сторожев 161
- •5.9.3. Определение касательного напряжения на контактной поверхности
- •5.10. Принцип наименьшего сопротивления
- •5.11. Неравномерность деформаций
- •1 В литературе иногда вместо термина «остаточные напряжения» применяют неправильный термин «внутренние напряжения», не считаясь с тем, что «внешних» напряжений не существует.
- •Глава 6
- •6.1. Общие положения
- •1 Интеграл (6.1) можно также записать в форме f
- •6.2. Решение дифференциальных уравнений равновесия совместно с условием пластичности
- •6.3. Основы метода расчета деформирующих усилий по приближенным уравнениям равновесия и условию пластичности
- •6.4. Метод линий скольжения
- •1 Более точные доказательства см. В работах [34, 73, из]. 7 м. В. Сторожев
- •1 Строгий вывод системы (6.22) см. В работах [33, 34, 1031.
- •2 Изложение методов численного интегрирования уравнений характеристик выходит за пределы настоящего учебника и требует от читателя знаний по математике, превышающих программу втузов.
- •6.5. Понятие о методе верхней оценки*
- •6.6. Метод сопротивления материалов пластическим деформациям
- •6.7. Метод баланса работ
- •6.8. Понятие о визиопластическом методе
- •1 Желающим изучить метод рекомендуем обратиться к литературе [102].
- •2 Примеры решений, выполненных визиопластическим методом, см. В работе [106].
- •6.9. Краткое сопоставление различных методов
- •7.1. Осадка
- •1 Здесь, как и везде в этой книге, принимается алгебраическая величина напряжений.
- •1 Берем далее абсолютные величины напряжений, поскольку знак минус для удельных усилий (средних давлений) не имеет значения, т. Е. Их можно считать всегда положительными.
- •1 Формула (7.22) приведена в [108] в другой, несколько более сложной форме. 9 м. В. Сторожев 257
- •7.2. Толстостенная труба под равномерным давлением
- •7.3. Протяжка
- •7,3.2, Протяжка заготовки круглого сечения
- •7.4. Выдавливание
- •10 М. В. Сторожев
- •7.5. Прошивка
- •7.5.2. Удельное усилие деформирования при внедрении пуансона в полупространство
- •11 М. В. Сторожен 321
- •2K Точка х
- •2 Подробнее см. В работе
- •7.7. Скручивание
- •Глава 8
- •8.1. Дополнительные данные по методике анализа
- •8.2. Гибка
- •8.3. Вытяжка без утонения стенки
- •8.4. Отбортовка
- •8.5. Обжим
- •8.6. Вытяжка с утонением стенки
- •8.7. Вырубка и пробивка
- •174, 320 Гун г. 229 Давиденков н. Н. 6 Де—Пьер в. 165
- •247, 257, 263, 280, 306 Фангмайер э. 288 Форд X. 216 Франк ф. К. 29, 32 Френкель я. И. 21 Хан в. 314
- •288, 342 Ходж ф. Р. 185, 203, 288 Христиапович с. А. 6, 185, 193
- •287, 320, 330, 358 Штэк э. 314 Эйлер л. 364 Эйсбейн в. 288 Эйхингер а, 94
5.8. Принцип подобия
Принцип подобия имеет очень большое значение, так как дает возможность по испытанию модели (образца) определять соответствующие параметры для осуществления процесса деформирования натуры, т. е. моделировать процессы обработки металла давлением.
Принцип подобия можно сформулировать следующим образом: если осуществлять в подобных условиях одинаковые процессы пластического деформирования геометрически подобных тел из одинакового материала, то необходимые удельные усилия деформирования 1 будут равны между собой, отношение полных усилий деформирования будет равно квадрату, а отношение затрачиваемых работ — кубу отношений соответственных линейных размеров.
Этот принцип выдвинут И. Барба и Ф. Киком в 1885 г. и представляет собой распространение на пластическую деформацию закона подобия, сформулированного В. Л. Кирпичевым (1874 г.) для упругой деформации. Однако к пластическому деформированию, в особенности нагретого металла, нельзя непосредственно применить закон подобия В. Л. Кирпичева, так как пластическая деформация, представляя собой значительно более сложное явление, требует и более сложного комплекса условий, обеспечивающих подобие процессов.
Изучению условий подобия и методов моделирования процессов пластического формоизменения посвящен ряд работ С. И. Губкина [12, 13, 18], А. А. Ильюшина [32], Н. М. Золотухина [30, 55], Е. Н. Мошнина [53, 54], С. А. Довнара [21], Ю. М. Чижи-кова [115] и др.
Рассмотрим главнейшие условия подобия процессов пластического деформирования.
1
Под удельным усилием деформирования
или средним давлением деформирования
условимся понимать отношение потребного
для деформирования активного усилия
к площади проекции поверхности металла,
подвергнутой с помощью инструмента
непосредственному воздействию этого
усилия. Проекция берется иа плоскость,
нормальную к направлению этого усилия.
Более точное определение см. на стр.
178
(длины, ширины, высоты и т. п.) натуры и модели были одинаковы:
A = fBf ит.д. = л; (5.37)
1м им пы
здесь п назовем масштабом моделирования. При этом отношение соответственных поверхностей натуры и модели равны квадрату, а отношение объемов — кубу масштаба моделирования п.
Следует отметить, что отношения величины той или иной поверхности F к объему V у натуры и модели различны. С увеличением масштаба моделирования п отношение F/V у натуры уменьшается обратно пропорционально этому масштабу.
Формы рабочей части инструментов для деформирования натуры и модели должны быть геометрически подобны, а отношения их соответственных (сходственных) размеров (например, закругления матрицы и т. п.) равны масштабу моделирования и.
Степени деформации модели и натуры в сравниваемые моменты должны бьпь одинаковы:
Соблюдение этого требования, е одной стороны, обеспечивает геометрическое подобие натуры и модели в сравниваемые моменты деформирования, а е другой стороны, при прочих равных условиях предопределяет одинаковую степень упрочнения или разупрочнения.
4. Условия трения между соприкасающимися (контактными) поверхностями деформирующего инструмента и металла должны быть одинаковы. Для этого необходимо, чтобы были одинаковы материал и обработка рабочих поверхностей инструмента, технологическая смазка, а также температура t Ц контактных поверхностей модели и натуры и скорости скольжения vc металла по контактным поверхностям:
^км = ^кн5 (5.38)
vCM = vcu. (5.39)
Последнее равенство требует, в свою очередь, равенства скоростей деформирования, т. е. скоростей движения рабочего инструмента модели и натуры:
vu = vu. (5.40а)
Тогда для скоростей деформации е и времени деформирования t модели и натуры на основании уравнения (2.16) необходимо соблюдение соотношений
ём = пгн (5.406)
и
L = 4-1„. (5.40в)
Если допустить, что при деформировании нагретого металла условия теплоотдачи со свободных поверхностей и контактных при наличии смазки близки между собой, то скоростные условия по уравнениям (5.40) будут определять также и равенство (5.38) температур поверхности модели и натуры при деформировании [53 ].
5. Модель и натура должны быть физически подобны, т. е. во всех соответственных точках иметь одинаковый химический состав, одинаковые микро- и макроструктуры, фазовое состояние, степени упрочнения и разупрочнения. Все это в конечном итоге должно определить одинаковые механические свойства или одинаковое распределение их по объему модели и натуры.
Для физического подобия при прочих равных условиях прежде всего необходима одинаковая длительность процесса деформирования модели и натуры
= (5-41а)
что, в свою очередь, обусловливает равенство скоростей деформации
ём = 8И (5.416)
и в п раз меньшую скорость деформирования модели
fM = -77u»' (ЬАЩ
Эти требования определяются необходимостью поставить сравниваемые тела в одинаковые условия по времени протекания физических и физико-химических процессов, сопровождающих пластическую деформацию [13], как, например, процессов рекристаллизации, залечивания межкристаллитных повреждений и т. п. Вместе с тем эти требования ставят испытуемые тела в одинаковые условия в отношении влияния скорости деформации на сопротивление, что особенно важно при деформировании с нагревом.
Для обеспечения физического подобия кроме соблюдения скоростных условий, выражаемых уравнениями (5.41), необходимо тепловое подобие модели и натуры. Для теплового подобия недостаточно одинаковой начальной температуры деформирования.
Из практики и опытов известно, что при обработке давлением геометрически подобных заготовок из одинакового материала, нагретых до одной и той же начальной температуры, удельное усилие деформирования падает с увеличением размеров заготовки. То же, но в меньшей степени, наблюдается и в условиях холодного деформирования при больших скоростях движения инструмента.
Это явление прежде всего можно объяснить тем, что одинаковая начальная температура не обеспечивает одинаковых температур и тождественного их распределения в процессе самой деформации, так как происходит теплообмен между деформируемым телом и окружающей средой, инструментом, в частности.
У тела малого размера, геометрически подобного телу большого размера, отношение поверхности к объему больше, а следовательно, при прочих равных условиях будет больше теплоотдача и меньше температура в процессе деформации, что и должно вести к увеличению удельного усилия.
Если принять, что при деформировании нагретых заготовок теплоотдача происходит только с контактных поверхностей и притом чистых от окалины и смазки, то тепловое подобие будет существовать при следующем скоростном условии деформирования [32 3:
t* = -z?tBi ' (5-4 2а)
е„ = лЧ; (5.426)
vM = nvu. (5.42в)
Сравнивая скоростные условия (5.40), (5.41) и (5.42), легко видеть, что подобие трения и физическое подобие не могут быть достигнуты одинаковыми скоростными условиями. Кроме того, условия (5.41) и (5.42), необходимые для обеспечения физического подобия, несовместимы.
Из сказанного можно сделать вывод, что точное моделирование практически вряд ли осуществимо, и основная задача заключается в установлении методов приближенного моделирования.
По одному из таких методов [30] предлагается, отказавшись от выполнения требования полного теплового подобия модели и натуры, т. е. одинаковых температур в сходственных точках,выполнять горячее деформирование при равенстве средних по объему температур модели и натуры и соблюдении скоростного условия (5.41). Однако этот метод требует деформирования модели в печи для поддержания ее температуры на требуемом уровне, что вызывает затруднения. Предложены и другие методы приближенного моделирования [21; 53; 115 и др. ], однако общепринятой методики моделирования пока еще нет.
Несмотря на практическую невозможность создания полностью подобных условий, принцип подобия все же приходится применять даже при их нарушении, используя экспериментально устанавливаемые коэффициенты.
Одним из последних является скоростной коэффициент i|)c, о котором говорилось ранее (стр. 72). Другой носит название масштабного или объемного. Этот коэффициент г|50 (меньше единицы) учитывает нарушение подобных условий, возникающее при деформировании тел увеличивающегося объема.
Как будет видно в дальнейшем, во все формулы для вычисления удельных усилий деформирования, полных деформирующих усилий и работ деформации входит величина os как основная константа. Эту величину (или другие ее заменяющие, например ов — стр. 123) определяют в лабораторных условиях на малых образцах. Для использования в формулах значения константы, определенного в лабораторных условиях, необходимо помножить его на коэффициенты г|)с и %.
По данным С. И. Губкина, при увеличении деформируемого объема от 25 до 25 ООО см3 коэффициент г|50 уменьшается от 1 до 0,4.
Е. Н. Мошнин и Н. М. Золотухин для внесения поправки в расчетные значения удельных усилий, деформирующих сил и работ при операции горячей осадки стальных слитков рекомендуют следующие значения коэффициента г|)0 в зависимости от массы слитков [54, 55]:
Масса слитка, т |
0,5 |
6,0 |
20 |
50 |
100 |
% |
0,80 |
0,70 |
0,60 |
0,55 |
0,50 |
За температуру слитка при осадке принята средняя температура в его поперечном сечении.
