Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

  • Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием приложенных сил.
  • Внешние и внутренние силы приводят к возникновению в сечении тела напряжений.
  • Напряжением называется сила, приходящаяся на единицу площади сечения тела.
  • Под действием осевых растягивающих сил Р (рисунке 13) в плоскости m-n действуют нормальные растягивающие напряжения:
  • σ = P/F (H/м2 , МПа, кгс/мм2),
  • где F -площадь поперечного сечения.
  • В произвольно выбранной плоскости mi-ni площадь сечения Fa=F/Сos a, действующая сила в этом сечении Рa=Р × Cos a, нормальные напряжения
  • σa = Pa / Fa = σ × Cos2a, касательные напряжения τa=1/2 × σ × Sin2a.
  • Касательные напряжения τa, обращаясь в нуль в продольных и поперечных сечениях, имеют наибольшее значение на площадях, наклоненных под углом 450 к оси растянутого стержня: τmax = σ/2.

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

  1. Рисунок 13 — Схема образования растягивающих нормальных (σ) и касательных (τ) напряжений
  2. Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической.
  3. Упругой называется деформация, полностью исчезающая после прекращения действия вызвавших ее напряжений.

Она не вызывает заметных остаточных изменений в структуре и свойствах металла, происходит незначительное по величине и обратимое изменение расстояний между атомами в кристаллической решетке металла (рисунке 14). С увеличением межатомных расстояний значительно возрастают силы взаимного притяжения атомов. При снятии напряжений под действием сил притяжения атомы возвращаются в исходное положение и упругая деформация исчезнет. Нормальные напряжения могут вызвать только упругую деформацию.

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон
а- ненапряженная решетка; б- упругая деформация;
в, г- хрупкое разрушение путем отрыва
Рисунок 14 — Схема упругой деформации и хрупкого разрушения:

Если нормальные напряжения достигают величины сил межатомной связи, то произойдет хрупкое разрушение путем отрыва.

Пластической, или остаточной, называется деформация, остающаяся после прекращения действия сил, вызвавших ее.

В кристаллической решетке металла (рисунок 15) происходит необратимое перемещение атомов. После снятия напряжений в теле наблюдается остаточное изменение формы и размеров, причем сплошность тела не нарушается.

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон
а- ненапряженная решетка; б- деформация под действием касательных напряжений; в- пластическая деформация, напряжения сняты;
г- вязкое разрушение путем среза; mm- плоскость сдвига (среза)
Рисунок 15 — Схема пластической деформации вязкого разрушения под действием касательных напряжений

Необратимое смещение атомов на параметр решетки происходит под действием касательных напряжений. В кристаллической решетке сдвиг (скольжение) происходит по плоскостям и в направлениях с наиболее плотной упаковкой атомов. Эти плоскости называются плоскостями сдвига, или скольжения. Чем больше элементов сдвига в решетке, тем выше пластичность металла.

Наиболее легкий сдвиг по этим плоскостям и направлениям объясняется тем, что при этом величина перемещения атомов из одного устойчивого равновесного положения в узле решетки в другое такое же положение будет минимальной, а следовательно, необходимое касательное напряжение — наименьшим.

В результате развития пластической деформации происходит разрушение путем среза.

Для одновременного перемещения атомов в плоскости сдвига требуется очень большое напряжение, которое в сотни и тысячи раз превышает реальное сопротивление сдвигу (таблица 1).

Таблица 1 — Теоретическое и реальное сопротивление сдвигу для пластической деформации некоторых металлов

Металл Сопротивление сдвигу, МПа
теоретическое реальное
Железо
Алюминий
Медь
2300
1900
1540
29
1,2…2,4
1,0

Расхождения между теоретическим и реальным сопротивлением сдвигу, или между теоретической и реальной прочностью при пластическом деформировании, было объяснено дислокационным механизмом пластической деформации.

Для перемещения дислокаций (рисунок 16) требуется лишь незначительное перемещение атомов, и пластическая деформация совершается при небольшой величине касательных напряжений, что и соответствует экспериментальным данным.

При выходе дислокации на поверхность металла она перестает существовать, но процесс пластической деформации сопровождается не только движением дислокаций, но и их зарождением. Источниками новых дислокаций могут быть вакансии, дислоцированные атомы, границы блоков и зерен, сами дислокации, не способные перемещаться.

Пластическая деформация поликристалла принципиально идет по тому же механизму, что и рассмотренного выше монокристалла, но имеет некоторую особенность. В поликристаллическом металле зерна, а следовательно, и плоскости легкого скольжения имеют разную ориентировку.

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

в б а

а – начало движения дислокации; б – промежуточное положение; в — выход дислокации на поверхность металла
Рисунок 16 — Схема движения дислокации под действием касательных

Вследствие влияния соседних зерен деформирование каждого зерна не может совершаться свободно и начнется, когда напряжения превысят предел упругости.

Сначала пластическая деформация может происходить лишь в отдельных зернах, у которых плоскости легкого скольжения совпадают с направлением максимальных касательных напряжений (под углом 450 к направлению приложенных сил). Кроме сдвига происходит и поворот частей зерна.

При повороте плоскостей сдвиг облегчается. Смещение и поворот зерна приводит к повороту других зерен, в которых начинается процесс пластической деформации (рисунок 17).

В результате сдвигов и поворота плоскостей скольжения зерно (рис.

18, а) постепенно вытягивается в направлении растягивающих сил и образуется характерная ориентированная волнистая структура (рисунок 18, б), которая называется текстурой.

В этом состоянии металл имеет резко выраженную анизотропию свойств, т.е. неоднородность свойств вдоль и поперек волокон. Так, вдоль волокон металл прочнее, чем в поперечном направлении.

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

Рисунок 17 — Схема возможных направлений плоскостей сдвига в зернах металла а — до деформации; б — после формации

Рисунок 18 — Схема пластической деформации зерна и изменение микроструктуры металла

Теоретическая и техническая прочность металлов >
Дальше >

Источник: https://dprm.ru/materialovedenie/uprugaa-i-plasticeskaa-deformacia

Пластическая деформация — это… Что такое Пластическая деформация?

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

Диаграмма, показывающая зависимость между силой приложенного усилия и деформацией пластичного металла.

Деформа́ция (от лат. deformatio — искажение) — изменение относительного положения частиц тела, связанное с их перемещением. Деформация представляет собой результат изменения межатомных расстояний и перегруппировки блоков атомов. Обычно деформация сопровождается изменением величин межатомных сил, мерой которого является упругое напряжение.

Деформации разделяют на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают[1], а пластические остаются после окончания действия приложенных сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положения равновесия; в основе пластических — необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия.

Способность веществ пластически деформироваться называется пластичностью. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности, при холодном деформировании повышается прочность.

Виды деформации

Наиболее простые виды деформации тела в целом:

  • растяжение,
  • сжатие,
  • сдвиг,
  • изгиб,
  • кручение.

В большинстве случаев наблюдаемая деформация представляет собой несколько деформаций одновременно. В конечном счёте, однако, любую деформацию можно свести к 2 наиболее простым:

  • растяжению (или сжатию),
  • сдвигу.

Изучение деформации

Деформация тела вполне определяется, если известен вектор перемещения каждой его точки.

Деформация твёрдых тел в связи со структурными особенностями последних изучается физикой твёрдого тела, а движения и напряжения в деформируемых твёрдых телах — теорией упругости и пластичности.

У жидкостей и газов, частицы которых легкоподвижны, исследование деформации заменяется изучением мгновенного распределения скоростей.

Причины возникновения деформации твёрдых тел

Деформация твёрдого тела может явиться следствием фазовых превращений, связанных с изменением объёма, теплового расширения, намагничивания (магнитострикционный эффект), появления электрического заряда (пьезоэлектрический эффект) или же результатом действия внешних сил.

Упругая и пластическая деформация

Основная статья: Упругая деформация

Основная статья: Пластическая деформация

Деформация называется упругой, если она исчезает после удаления вызвавшей её нагрузки, и пластической, если после снятия нагрузки она не исчезает (во всяком случае полностью).

Все реальные твёрдые тела при деформации в большей или меньшей мере обладают пластическими свойствами. При некоторых условиях пластическими свойствами тел можно пренебречь, как это и делается в теории упругости.

Твёрдое тело с достаточной точностью можно считать упругим, то есть не обнаруживающим заметных пластических деформаций, пока нагрузка не превысит некоторого предела.

Природа пластической деформации может быть различной в зависимости от температуры, продолжительности действия нагрузки или скорости деформации.

При неизменной приложенной к телу нагрузке деформация изменяется со временем; это явление называется ползучестью. С возрастанием температуры скорость ползучести увеличивается. Частными случаями ползучести являются релаксация и последействие упругое.

Одной из теорий, объясняющих механизм пластической деформации, является теория дислокаций в кристаллах.

Сплошность

В теории упругости и пластичности тела рассматриваются как «сплошные». Сплошность, то есть способность заполнять весь объём, занимаемый материалом тела без всяких пустот является одним из основных свойств, приписываемых реальным телам.

Понятие сплошности относится также к элементарным объёмам, на которые можно мысленно разбить тело.

Изменение расстояния между центрами каждых двух смежных бесконечно малых объёмов у тела, не испытывающего разрывов, должно быть малым по сравнению с исходной величиной этого расстояния.

Простейшая элементарная деформация

Простейшей элементарной деформацией является относительное удлинение некоторого элемента:

Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

где

  • l1 — длина элемента после деформации;
  • l — первоначальная длина этого элемента.

На практике чаще встречаются малые деформации, так что e

Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1096389

Упругая и пластическая деформация металлов. Способы обработки металлов давлением (стр. 1 из 2)

  • БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДРАСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

  • Кафедра ЭТТ
  • РЕФЕРАТ
  • На тему:
  • «Упругая и пластическая деформация металлов. Способы обработки металлов давлением»
  • МИНСК, 2008
  • Понятие об упругой и пластической деформации металлов
  • Деформация – изменение формы и размеров твердого тела под воздействием приложенных к нему нагрузок. Различают деформацию упругую (обратимую) и пластическую (необратимую)

Упругой деформацией называют такую, которая исчезает после снятия нагрузок, т.е. тело восстанавливает свою первоначальную форму.

Пластическая деформация остается после снятия внешней нагрузке, (тело не восстанавливает первоначальную форму и размеры).

Пластическая деформация сопровождается смещением одной части кристалла относительно другой на расстояние, значительно превышающие расстояния между атомами в кристаллической решетке металлов и сплавов.

Способность металлов и сплавов к пластической деформации имеет важное практическое значение, т.к. все процессы обработки металлов давлением основаны на пластическом деформировании заготовок.

Величина пластической деформации не безгранична, при определенных ее значениях может начинаться разрушение металла.

При пластической деформации изменяется не только форма, но и свойства деформируемого металла. В реальном поликристаллическом металле происходит изменение форм зерен (кристаллитов) дробление отдельных зерен, а также ориентация их определенных кристаллографических осей в направлении течения металла. Преимущественная ориентация зерен называется текстурой.

Текстура металлов обусловливает анизотропию их механических, магнитных и электрических свойств. В общем случае анизотропия свойств металла отрицательно сказывается при дальнейшей его обработки и эксплуатации изделий.

В некоторых случаях специально стремятся создать максимально текстурованный в определенных направлениях для повышения механической прочности или магнитно-электрических свойств.

Сущность холодной и горячей обработки металлов давлением

В зависимости от температурно-скоростных условий деформирования различают холодную и горячую деформацию.

Холодная деформация
характеризуется изменением формы зерен, которые вытягиваются в направлении наиболее интенсивного течения металла. При холодной деформации формоизменение сопровождается изменением механических и физико-химических свойств металла. Это явление называют упрочнением (наклепом).

Изменение механических свойств состоит в том, что при холодной пластической деформации по мере ее увеличения возрастают характеристики прочности, а характеристики снижаются. Металл становится более твердым, но мене пластичным.

Упрочнение возникает вследствие поворота плоскостей скольжения, увеличение искажений кристаллической решетки в процессе холодного деформирования (накопление дислокаций у границы зерен).

Изменение, внесенные холодной деформацией в структуру и свойства металла не обратимы. Они могут быть устранены, например с помощью термической обработки (отжигом).

В этом случае происходит перестройка, при которой за счет дополнительной тепловой энергии, увеличивается подвижность атомов и в твердом металле без фазовых превращений из множества центров растут новый зерна заменяющие собой вытянутые “деформированные зерна”.

Явление зарождения и роста, новых равнооснах зерен взамен деформированных, вытянутых, происходящее при определенных температурах, называется рекристаллизацией
. Для чистых металлов рекристаллизация начинается при абсолютной температуре, равной 0,4 абсолютной температуре плавления металла.

Горячая обработка металлов металлов давлением производится при температурах, значительно превышающих температуру их рекристаллизации, когда скорость процесса упрочнения, вызванного деформацией. При этом микроструктура металла после обработки давлением оказывается равноосной, без следов упрочнения.

Зерна в металле получаются тем мельче, чем больше степень деформации.

Перед горячей обработкой давлением металлы и стали нагревают до определенной температуры (начало горячей обработки давлением) для повышения их пластичности и уменьшения сопротивления деформации. Однако в процессе обработки температура металла понижается.

Минимальная температура, при которой можно производить обработку, называется температурой окончания обработки давлением.

Область температуры между началом и окончанием, в которой металл или сплав обладает наилучшей пластичностью, наименьшей склонностью к росту зерна и минимальным сопротивлением деформированию, называют температурным интервалов горячей обработки давлением.

При этом температура нагрева металла выбирается такой, чтобы не возник, пережег либо перегрев. Пережег, характеризуется окислением металла на границе зерен, в результате чего он становится хрупким и при ударе разрушается. Перегрев сопровождается резким ростом размеров зерен, вследствие чего ухудшаются механические свойства.

Каждый металл и сплав имеет свой строго определенный температурный интервал горячей обработки давлением. Например, алюминиевый сплав АК4 – 470-350С; медный сплав БрАЖМц – 900-750С; титановый сплав Вт8 -1100-900С; сталь 45 – 1200-750С.

Заготовка должна быть равномерно нагрета по всему объему до требуемой температуры. Нагрев осуществляется в различных печах и нагревательных устройствах. Выбор способа нагрева заготовок определяется технико-экономических соображениями.

Способы обработки металлов давлением

Обработка металлов давлением дает возможность получить изделие, которое получает окончательную форму после дополнительной обработки, или готовое изделие, не нуждающееся в дальнейшем изменении размеров.

Обработка давлением обеспечивает массовое производство деталей одинакового размера с минимальными затратами времени и труда.

Этот вид обработки имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами в отношении производительности и экономии металла, поскольку в результате однократного приложения усилия можно значительно изменить форму и размеры деформируемой заготовки.

Кроме того, пластическая деформация сопровождается изменением физико-механических свойств металла, заготовки, что можно использовать для получения деталей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью, жесткостью, высокой износостойкостью и т.д.) при наименьшей их массе.

К примеру: при обработке резанием за один час работы револьверного станка можно получить 20 болтов (без резьбы) диаметром 12 мм и длиной 25 мм, на четырехшпиндельном автомате можно получить 80 таких же станков. Болтовысадочная ковочная машина за час дает 4200 штук таких же болтов.

  1. При современных методах холодной штамповки, чеканки, калибровки, а также холодной высадке можно получить заготовки, почти не требующие обработки резаньем.
  2. К основным способам обработки металлов давлением относятся процессы прокатки, волочения, прессования (выдавливания), свободной ковки, горячей и холодной объемной штамповки, а также листовой или холодной штамповки.
  3. Прокатка

  4. Сущность процесса прокатки заключается в деформировании (обжатии) металла между вращающимися валками, зазор между которыми меньше толщины обжимаемой заготовки.
  5. Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон

Рис. 1. Прокатка

  • В результате обжатия поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина и ширина увеличивается. Деформацию заготовки обычно определяют относительным обжатием, % :
  • Пластическая деформация материалов: методы, процесс, закон
    , (1)
  • где — высота заготовки.

Практика производится гладкими цилиндрическими волоками и волоками, имеющими на своей поверхности особые проточки, называемые ручьями. При плотном соприкосновении волоков их ручьи образуют закрытые контуры, называемые калибрами. Комплект практичных волоков со станиной называют рабочей клетью.

Практика гладкими волоками дает листы и ленты, а ручьевыми волоками – различные прокатные профили.

Обычно относительное обжатие заготовки за один проход не превышает даже для горячего металла 70 – 30 %, поэтому окончательный профиль продукта получается многократным процессом повторения обработки заготовки при постепенном уменьшении зазора между волоками. При каждом пропуске заготовки площадь её поперечного сечения уменьшается, а форма и размеры постепенно приближаются к требуемым.

При горячей прокатке стали гладкими волоками угол захвата равен 15-24°, при холодной – 3-8°, сортового металла 25-27°.

Технологический процесс современного прокатного производства, не зависимо от вида получаемой продукции, состоит из нескольких этапов: подготовки исходного материала, нагрев его (в случае горячей прокатки), прокатки и отделки. Кроме того, на всех стадиях прокатки осуществляется контроль за ходом процесса и состоянием оборудования.

Волочение

При волочении заготовку протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемое волокой
. При этом сечение отверстия меньше исходного сечения заготовки.

Источник: https://mirznanii.com/a/190711/uprugaya-i-plasticheskaya-deformatsiya-metallov-sposoby-obrabotki-metallov-davleniem

Сущность процесса пластического деформирования

Пластичность — это свойство твердых тел изменять свою форму и размеры под действием внешних сил и сохранять их в виде остаточной деформации после снятия нагрузки.

Способ основан на изменении размеров и формы детали за счет перераспределения металла самой детали. Способ обработки пластическим деформированием может быть применим только для деталей, изготовленных из пластичных материалов.

Сущность способа восстановления деталей пластическим деформированием состоит в том, что металл под действием внешних сил перемещается в требуемом направлении к изношенной поверхности детали, восстанавливая ее размеры и геометрическую форму без разрушения при напряжениях выше предела упругости. Объем восстанавливаемой детали при этом остается без изменений.

Степень и необходимое усилие деформирования зависят от пластичности материала, температуры нагрева, скорости деформирования и схемы главных напряжений.

Пластичность материала зависит от химического состава и структуры металла. Наибольшей пластичностью обладают химически чистые металлы. С увеличением содержания углерода в металле пластичность уменьшается. Содержание кремния свыше 0,35 %, а марганца свыше 0,8 % также приводит к снижению пластичности.

Размер зерна металла оказывает заметное влияние на пластичность при холодном деформировании. Чем меньше зерно, тем прочнее металл, а следовательно, меньше его пластичность.

При горячем деформировании размер зерна не оказывает существенного влияния на пластичность, но оказывает влияние на прочность детали, так как при определенной температуре и степени деформирования для данного материала детали размер зерна достигает максимального значения.

Такую степень деформирования называют критической, так как она приводит к понижению прочности детали.

Различают два вида пластического деформирования: холодное и горячее.

Пластическое деформирование, протекающее при температуре ниже температуры рекристаллизации и вызывающее упрочнение (наклеп) металла, называется холодным.

Деформирование, протекающее при температуре выше температуры рекристаллизации, при которой не происходит упрочнения металла, называется горячим.

Температура, при которой вследствие изменения структуры металла при нагреве происходит резкое снижение твердости и повышение пластичности, называется температурой рекристаллизации.

Минимальная температура рекристаллизации составляет примерно 0,4 от абсолютной температуры плавления металла.

Нагрев детали до температуры ковки снижает сопротивление деформированию в 10—15 раз по сравнению с процессом холодного деформирования. Однако такой нагрев целесообразен только для значительных пластических деформаций. Для углеродистых сталей целесообразен нагрев в интервале 350—750 °С.

Скорость деформирования оказывает ощутимое влияние на пластичность. Увеличение скорости снижает пластичность в условиях горячего деформирования и оказывает незначительное влияние на пластичность при холодном деформировании. Скорость деформирования на гидравлических прессах составляет 0,01—0,1 м/с; на механических — 0,25—0,5 м/с; на молотах (в момент удара) — 4—8 м/с.

Пластическое деформирование может выполняться для восстановления:

  • размеров изношенных поверхностей деталей
  • первоначальной формы детали
  • механических свойств детали (усталостной прочности, жесткости и др.)

Источник: https://ustroistvo-avtomobilya.ru/to-i-tr/sushhnost-protsessa-plasticheskogo-deformirovaniya/

Основы обработки металлов методами пластической деформации

Обработкой металлов давлением, основанной на пластической деформации, изготовляют заготовки и. изделия массой от нескольких граммов до сотен тонн посредством прокатки, волочения, прессования, ковки и штамповки.

Под пластической понимают такую деформацию, которая не исчезает после того, как снята нагрузка.

Кроме вышеназванных традиционных методов применяются новые: использование ультразвука, использование энергии взрыва, электрогидравлическая штамповка и др.

На формообразование заготовки влияет пластичность материалов, т.е. способность твердых тел изменять форму (в холодном или горячем состоянии) под воздействием внешних сил не разрушаясь и сохранять полученную форму после прекращения действия силы.

Прокатка — самый распространенный способ обработки металлов методами пластической деформации; прокатке подвергается до 90% всей выплавляемой стали. Она представляет собой процесс обжатия и вытяжки металла заготовки вращающимися валками прокатного стана. Основными методами прокатки являются: продольная, поперечная и поперечно-винтовая.

При продольной прокатке заготовка ( 1 ) деформируется между двумя валками ( 2 ), вращающимися в разные стороны, и перемещается перпендикулярно осям валков (рис. 11).

Поперечную и поперечно-винтовую прокатку применяют для изготовления изделий, имеющих форму тел вращения: поперечную — для прокатки заготовок с периодически изменяющимся по длине профилем; поперечно-винтовую — для прокатки бесшовных труб и т.д.

Форма поперечного сечения прокатного изделия называется его профилем. Совокупность различных профилей разных размеров называется сортаментом.

Сортамент всех профилей разделяют на четыре основные группы; сортовой прокат, листовой, трубы и специальные виды проката.

Сортовой прокат подразделяют на 2 группы: простой геометрической формы — квадратный (а), круглый (б), шестигранный (в), полосовой (г) и фасонный — швеллер (д),- тавр (е), двутавр (ж), уголок (з), рельс (и) (рис. 12).

К специальным видам проката относятся колеса, кольца, периодические профили. Периодические профили — заготовки, форма и площадь поперечного сечения которых периодически изменяются вдоль оси.

Волочение. При волочении заготовку (I) протягивают через постепенно сужающееся отверстие в инструменте, называемом волокой (рис. 13). Волочение осуществляется в холодном состоянии.

Исходными заготовками служат прокатные или прессованные прутки и трубы из стали, цветных металлов и их сплавов. Волочением получают проволоку от 4 до 0,01 мм в диаметре, калиброванные валки, прутки, трубы к .т.п.

Волочение обеспечивает получение точных размеров заготовок, высокого качестваих поверхности, не требующей дальнейшей обработки.

Прессование. При прямом методе прессования нагретый металл. (I) вдавливается из замкнутого пространства контейнера (2) через отверстие в матрице (3) пуансоном (4) с пресс-шайбой (5) (рис. 14).

Методом прессования (прямого и обратного) получают прутки различного профиля и размеров, трубы. Процесс прессования обеспечивает по сравнению с прокаткой более точные размеры и позволяет получать профили сложных форм.

Недостаток метода — большие остатки металла в контейнере (до 40%), т.к. весь металл не может быть выдавлен.

Ковка. Различают два вида ковки; свободную ковку и ковку в штампах — штамповку. Изделие, полученное ковкой, называют поковкой.

Под свободной ковкой понимают пластическую деформацию нагретого металла с помощью бойков молота или пресса, при которой течение металлане ограничивается заранее изготовленными формами.

Свободную ковку применяют в единичном и мелкосерийном производствах. Операциями свободной ковки являются; осадка, протяжка, гибка, прошивка, отверстий, рубка.

Ковочные молоты по роду привода подразделяются на пневматические и паровоздушные. Основной характеристикой молота является масса падающих частей (у пневматических молотов от 75 до 1000кг.Число ударов молота 70-190 в минуту).

Штамповка.При штамповке металл деформируется в заранее изготовленных формах — штампах на штамповочных молотах, прессах или ковочных машинах.

Производительность штамповки в 5-10 раз больше свободной ковки и дает более точные заготовки. Но изготовление штамповки требует значительных затрат на проектирование, изготовление и содержание штампов.

Поэтому метод штамповки становится экономически целесообразным при серийном и массовом видах производства.

Штамповка в зависимости от исходной заготовки подразделяется на объемную и листовую и может выполняться в горячем или холодном состоянии. Основным инструментом для горячей объемной штамповки является штамп (рис.

15), состоящий из двух частей: нижней (матрица) (I), которая устанавливается на столе пресса (2) и верхней (пуансон) (3), которая крепится на ползуне пресса (4). Полости внутри штампа называют ручьями (5).

Внутрь штампа вставляется разогретая заготовка (6), пуансон опускается и осуществляется процесс штамповки.

Прогрессивна безоблойная объемная штамповка, т.е. без образования облоя, что экономит металл. Облой — излишний металл, выдавленный из ручья штампа, который подлежит удалению. Точность современных методов весьма велика.

При применении чеканки (штамповка в холодном состоянии при малых объемных деформациях) точность размеров достигается до сотых долей миллиметра.

После чеканки дальнейшая механическая обработка почти полностью исключается, необходимы только некоторые мелкие доводочные работы (нарезание резьбы, шлифовка и т.п.).

При обработке металлов давлением, как известно, отсутствуют потери металла, уходящего в стружку. Поэтому за последние годы все яснее определяется тенденция на широкое развитие высокопроизводительного и ресурсосберегающего кузнечно-прессового оборудования, расширение сортамента проката, что позволяет все большую часть деталей получать с помощью безотходных и малоотходных технологий.

Источник: https://studopedia.su/13_84463_osnovi-obrabotki-metallov-metodami-plasticheskoy-deformatsii.html

2.2. Основные законы пластической деформации. — Техн.и технологии 1 — Конспект лекций

2.2. Основные законы пластической деформации.

Закон постоянства объема.

В некоторых случаях пластическая деформация сопровождается незначительным изменением объема металла. Например, при деформации литого металла его объем несколько уменьшается в результате уничтожения в нем неплотностей (усадочной рыхлости, газовых пузырей).

При дальнейшей обработке давлением металл, уже уплотненный ранее, сохраняет постоянную плотность. Холодная обработка давлением, т.е. обработка в условиях отсутствия рекристаллизации, когда происходит наклеп металла, вызывает очень небольшое уменьшение плотностей.

Однако при рекристаллизации плотность металла восстанавливается.

Поскольку, кроме случаев уплотнения литого металла, плотность изменяется очень мало, допускают, что объем металла при обработке давлением остается постоянным. Уравнение постоянства обычно широко используют в расчетах изменения формы при всех процессах обработки давлением.

Закон наименьшего сопротивления.

При пластической деформации каждая точка тела перемещается в том направлении, где она встречает наименьшее сопротивление.

Течению металла по поверхности соприкосновения с деформирующим инструментом препятствуют силы трения, которые для каждой перемещающейся точки тем больше, чем длиннее траектория ее пути.

Поэтому каждая точка движется в направлении, перпендикулярном к ближайшей грани, и квадратное сечение постепенно изменяет свою форму, стремясь к кругу.

При сжатии тел, имеющих в плане любую форму, наблюдается та же картина — сечение постепенно приобретает форму круга. Например, из прямоугольника сначала образуется эллипс, а при больших степенях деформации — круг.

Закономерность изменения формы поперечных сечений тела при осадке была замечена давно.

В связи с этим был высказан принцип наименьшего периметра: любая форма поперечного сечения призматического или цилиндрического тела при осадке его в пластическом состоянии с наличием контактного трения стремится принять форму, имеющую при данной площади наименьший периметр, т.е. в пределе стремится к кругу.

Закон дополнительных напряжений.

Деформация не бывает однородной, так как степень деформации разных частей тела неодинакова. При неравномерной деформации размеры отдельных слоев и элементов пластически деформируемого тела изменяются по — разному, что в свою очередь влияет на соседние слои и элементы.

Поэтому в металле возникают внутренние напряжения, которые называют дополнительными.

При неравномерной деформации в более обжимаемых частях тела, которые стремятся получить большую продольную деформацию, возникают сжимающие напряжения, а в менее обжимаемых частях тела, которые стремятся получить меньшую продольную деформацию, возникают растягивающие напряжения.

  • Причинами дополнительных напряжений могут быть:
  •    неравномерность деформации по ширине, приводящая к образованию дополнительных напряжений растяжения на кромках и сжатия посередине или сжатия на кромках и растяжения посередине;
  •    поверхностная деформация, при которой внутренние слои не деформируются, в результате чего в поверхностных слоях появляются дополнительные напряжения сжатия, а в средних слоях — напряжения растяжения;
  •    форма деформируемого инструмента (валков);
  •    неравномерность свойств полосы;
  •    неравномерный нагрев.

Дополнительные напряжения являются взаимно уравновешенными; после окончания пластической деформации они часто сохраняются в виде остаточных напряжений. При горячей обработке дополнительные напряжения могут сниматься в результате процессов отдыха и рекристаллизации. После холодной обработки снятие дополнительных напряжений иногда сопровождается разрушением тела.

Дополнительные напряжения подразделяют на напряжения первого рода, которые уравновешиваются между отдельными частями тела ; второго рода, которые уравновешиваются между отдельными зернами; третьего рода, которые уравновешиваются внутри отдельных зерен.

Процесс деформации во всех случаях надо вести так, чтобы дополнительные напряжения были минимальными.

  1. Закон подобия.
  2. Геометрически подобными могут быть тела, у которых отношение объемов равно кубу линейных размеров, а отношение площадей равно квадрату линейных размеров.
  3. На основании закона подобия работы, затрачиваемые на геометрически подобные изменения геометрически подобных тел из одного и того же материала и в одинаковых условиях, прямо пропорциональны объемам или их массам
  4. A1/A2=V1/V2=G1/G2,
  5. где А1 и А2 — работы, затрачиваемые на деформацию двух геометрически подобных тел; G1 и G2 -массы этих тел.

Из этого закона следует, что усилия Р1 и Р2, требующиеся для геометрически подобной деформации геометрически подобных тел, пропорциональны площадям поперечного сечения S0 и S1 этих тел, т.е.

Р1/Р2=S0/S1.

Применение закона подобия требует точного определения условий подобия деформаций не только геометрических, но также механических и физических.

Трение при пластической деформации.

На поверхностях соприкосновения металла с рабочим инструментом возникают внешние силы трения, которые оказывают влияние на ход пластической деформации. Трение определяет характер напряженного состояния при деформации металла.

Сила трения повышает сопротивление деформации металла, увеличивает расход энергии. С повышением сопротивления деформации увеличиваются напряжения в деформирующем инструменте. Силы трения возникают также и на контактных поверхностях, здесь их влияние наибольшее. По мере удаления от контактных поверхностей влияние этих сил уменьшается.

Силы трения зависят от коэффициента трения, который в свою очередь зависит от состояния соприкасающихся поверхностей (степени механической обработки) и от температуры.

Большое влияние оказывает смазка, применяемая при обработке давлением. Наибольшее распространение она получила при холодной прокатке, способствуя охлаждению

валков. В качестве смазки применяют различные растительные и минеральные масла. Для  холодной прокатки, при больших нагрузках, применяют эмульсии, в состав которых входят вода, минеральное масло и мыло.

12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Источник: http://bookwu.net/book_tehn.i-tehnologii-1_760/24_2.2.-osnovnye-zakony-plasticheskoj-deformacii.

Законы пластической деформации

  • ID: 25760
  • Название работы: Законы пластической деформации
  • Категория: Лекция
  • Предметная область: Производство и промышленные технологии
  • Описание: Если деформация, вызванная внешними силами, исчезает при прекращении действия внешних сил и твердое тело полностью восстанавливает свои исходные форму и размеры, то такую деформацию называют упругой. Если же при прекращении действия внешних сил твердое тело не полностью восстанавливает свои исходные форму и размеры
  • Язык: Русский
  • Дата добавления: 2014-10-16
  • Размер файла: 94 KB
  • Работу скачали: 17 чел.
  1. Лекция 14
  2. Законы пластической деформации.
  3. 1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ

1.1. Условие постоянства объема

Если деформация, вызванная внешними силами, исчезает при прекращении действия внешних сил и твердое тело полностью восстанавливает свои исходные форму и размеры, то такую деформацию называют упругой.

Если же при прекращении действия внешних сил твердое тело не полностью восстанавливает свои исходные форму и размеры, то такую деформацию называют пластической.

Как та, так и другая происходят без разрушения деформируемого тела или отдельных его участков, т.е. без нарушения сплошности.

Пластическая деформация литого металла сопровождается незначительным (1-3 %) изменением объема, в результате чего плотность его несколько возрастает за счет ликвидации имеющихся в нем пустот.

Это изменение не имеет практического значения при решении задач, связанных с определением напряжений и деформаций, поэтому им в технологических расчетах пренебрегают и считают, что объем тела до пластической деформации равен его объему после деформации.

Математически условие постоянства объема можно записать в виде

Vi = const

Это выражение является частным случаем закона сохранения массы m=ρV=const, когда плотность металла в процессе пластической деформации не изменяется.

Условие постоянства объема неразрывно связано с рассматриваемым в некоторых случаях в теории ОМД условием несжимаемости, согласно которому алгебраическая сумма логарифмических степеней деформации по трем взаимно перпендикулярным направлениям равна нулю. При этом по крайней мере одна из степеней деформации имеет знак, противоположный знаку двух других.

1.2. Условие постоянства секундных объемов

С его помощью устанавливают взаимосвязь между скоростью движения металла и изменениями размеров поперечного сечения деформируемой заготовки при непрерывном режиме обработки. Так, например, при реализации прямого метода прессования (рис. 1.

1), когда направление выдавливания металла совпадает с направлением движения пресс-штемпеля, скорость истечения получаемого профиля заданного сечения будет напрямую зависеть от скорости перемещения пресс-штемпеля через рабочую втулку контейнера определенного диаметра.

  • Формулируется закон постоянства секундных объемов следующим образом: объем металла, проходящий в единицу времени через определенное сечение очага деформации, формируемого рабочим инструментом, не меняется при переходе от одного сечения к другому при непрерывном режиме обработки.
  • Математически закон постоянства секундных объемов выражается соотношением:
  • Vi  Fi = const,
  • где Vi – средняя скорость движения металла в i-ом сечении очага деформации площадью Fi.
  • Для приведенного выше примера прямого прессования это выражение может быть записано в виде
  • Vпр Fконт = Vист Fизд,
  • где Vпр – скорость прессования (перемещения пресс-штемпеля);
  • Fконт – площадь поперечного сечения втулки контейнера;
  • Vист – скорость истечения металла из матрицы;
  • Fизд – площадь поперечного сечения прессуемого профиля.

1.3. Закон подобия

Для того, чтобы закономерности и количественные данные, полученные в лабораторных условиях, можно было бы распространить на производственные условия, необходимо соблюдать подобие этих процессов.

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 будут равны между собой, отношение полных усилий деформирования будет равно квадрату, а отно шение затрачиваемых работ — кубу отношения соответственных линейных размеров.

  1. Под удельным усилием деформирования понимают отношение потребного для деформирования активного усилия Р к площади проекции поверхности металла F на плоскость, нормальную к направлению действия этого усилия:
  2. Удельное усилие деформирования почти всегда можно представить как
  3. где σS — сопротивление металла пластической деформации; m — некоторый безразмерный коэффициент, зависящий от вида осуществляемого процесса деформирования, относительных размеров и формы де- формируемой заготовки, а также от условий контактного трения.
  4. Рассмотрим основные условия подобия процессов пластического деформирования.

1. Согласно формулировке принципа, деформируемые тела должны быть геометрически подобны. Для этого необходимо, чтобы отношения соответственных (сходственных) размеров натуры и модели были одинаковы. Например, если даны два прямоугольных параллелепипеда с размерами сторон, соответственно, hH, bH, lH и hM, bM, lM то они будут геометрически подобны, если:

где m — масштаб моделирования.

2. Степени деформации модели и натуры в сравниваемые моменты времени должны быть одинаковы:

3. Условия трения между соприкасающимися (контактными) поверхностями деформирующего инструмента и металла должны быть одинаковы.

4. 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.

Если все перечисленные выше условия соблюдаются, то

где — соответственно, удельные усилия, полные усилия и работы, затрачиваемые на деформирование натуральной заготовки и модельного образца.

1.4. Принципы наименьшего сопротивления, кратчайшей нормали и наименьшего периметра

При обработке металлов давлением иногда необходимо знать соотношение между перемещениями металла в разных направлениях.

Качественно направление течения металла определяют на основании принципа наименьшего сопротивления, который можно сформулировать следующим образом: в случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях каждая его точка перемещается в направлении наименьшего сопротивления.

Для практического применения закона наименьшего сопротивления необходимо знать направление траектории, по которой для точек, на ней расположенных, сопротивление течению будет наименьшим.

Для случая сжатия призматических и цилиндрических тел между параллельными плитами при наличии трения по плоскостям контакта эти траектории определяются по принципу кратчайшей нормали, заключающемуся в том, что перемещение любой точки тела в плоскости, перпендикулярной к направлению действия внешней силы, происходит по кратчайшей нормали к периметру сечения.

Пусть, например, осаживается призма с прямоугольным основанием, некоторое сечение которой в виде плоскости, нормальной к направлению действующего усилия, представлено на рис.1.2.

Рис. 1.2. Направление движения точек при осадке призмы

с прямоугольным основанием в условиях значительного трения

Согласно указанному принципу, прямоугольник можно разделить на два треугольника и две трапеции линиями, представляющими собой граничные линии или линии раздела сечения, поскольку длина профилей к периметру сечения по обе стороны из каждой точки, лежащей на этих линиях, будет одинаковой. Направление движения точек показано на рис. 1.2 стрелками.

Траектория, по которой движутся точки деформируемого тела, подчиняется принципу наименьшего периметра, который можно сформулировать так: любая форма поперечного сечения призматического или цилиндрического тела при осадке его в условиях максимального контактного трения стремится принять форму фигуры, имеющей при данной площади наименьший периметр, т.е. в пределе стремится к кругу.

Этот принцип позволяет наиболее рационально подбирать форму поперечного сечения исходных заготовок для конкретных случаев пластического деформирования.

Следует отметить, что последние два принципа справедливы для случая, когда трение на поверхностях контакта металла с инструментом изотропно, т.е. одинаково по всем направлениям, и значительно.

При осадке же, например, прямоугольного параллелепипеда плоскими бойками без контактного трения движение частиц в плоскостях, нормальных к направлению действия внешней силы, носит радиальный характер, и поперечные сечения в процессе деформации будут оставаться подобными исходным (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Направление движения точек при осадке призмы

с прямоугольным основанием в условиях минимального трения

1.4. Закон неравномерности деформации.

Деформация будет равномерной, если во всех точках деформируемого тела в каждый момент времени деформации будут одинаковы по величине и направлению в реальных процессах равномерная деформация маловероятна.

Неравномерность деформации неизбежна, если мы хотим получить из простой по форме заготовки сложную форму готового изделия. Но даже если такая задача не ставится, неравномерность деформации все равно проявляется в связи с влиянием конкретного трения и неоднородностью физических свойств металла.

Частным случаем неравномерности деформации является неравномерность деформации при прокатке.

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=25760

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Метод пластических деформаций основан РЅР° взаимосвязи РЇСЃР¶ Рё размеров отпечатков РЅР° бетонной поверхности, которые характеризуют пластическую или упругопластическую деформацию бетона РїСЂРё вдавливании или ударе штампа РїРѕРґ нагрузкой. РџСЂРё обследовании используют эталонный молоток Кашка-СЂРѕРІР°, молоток Физделя, РїСЂРёР±РѕСЂ РџРњ-2, РїСЂРёР±РѕСЂ РќР�Р�Р–Р± Рё РґСЂ. Опытные специалисты используют даже слесарный молоток ( массой РґРѕ 800 Рі) Рё зубило.  [2]

Метод пластической деформации, применяемый для накатывания зубьев, имеет следующие преимущества: дает высокую производительность; позволяет пользоваться универсальным инструментом Рё оборудованием; требует меньшего расхода материала; дает повышенную прочность Рё износоустойчивость зубьев колес.  [3]

Метод пластических деформаций заключается РІ том, что Рѕ прочности бетона СЃСѓРґСЏС‚ РїРѕ величине пластических деформаций, полученных РѕС‚ вдавливания РІ бетон наконечника шаровидной РґРёСЃРєРѕРІРѕР№ или РєРѕРЅСѓСЃРЅРѕР№ формы. Для проведения испытаний методом пластических деформаций используются РїСЂРёР±РѕСЂС‹ трех типов: ударные молотки СЃ заданной энергией удара, гидравлические штампы, ударные молотки СЃ эталонным стержнем.  [5]

Методом пластической деформации металла РЅР° станке фирмы Гроб РїСЂРѕРёР·РІРѕРґСЏС‚ накатку РІ холодном состоянии соосных шлицев РЅР° РѕР±РѕРёС… концах тракторных валов, рулевой колонки автомобиля Рё зубьев шестерен авиационного двигателя. Р—Р° РѕРґРёРЅ цикл продолжительностью 40 сек накатывается 16 прямоугольных шлицев.  [7]

  • Переработка методом пластической деформации ( без снятия стружки) Материал переводится РІ требуемую форму РїСЂРё температуре выше температуры размягчения.  [8]
  • Р�зготовление методом пластической деформации впадины РЅР° боковых сторонах шлицев РЅР° валу первой передачи Рё заднего С…РѕРґР° обеспечивает надежное фиксирование шестерни РІ нужном положении.  [9]
  • Р�звестным неудобством метода пластической деформации образца является также нелинейность его нагрузочных характеристик.  [10]

Обработка металлов методом пластической деформации имеет за собой меоговековый путь развития.

Разнообразные предметы древности РёР· Р±СЂРѕРЅР·С‹ Рё железа свидетельствуют Рѕ том, что еще РЅР° заре развития человеческой культуры люди умели изготовлять металлические изделия путем горячей Рё холодной обработки.  [11]

Заготовки, полученные методом пластической деформации в холодном или горячем состоянии, обычно имеют неоднородную твердость и неблагоприятную для резания структуру металла.

Для устранения указанных недостатков заготовки перед механической обработкой подвергают нормализации, улучшению, отжигу, отпуску.

Наилучших результатов при обработке заготовок из легированных сталей достигают при изотермическом отжиге.

После изотермического отжига заготовки имеют крупнозернистую ферритно-перлитную структуру СЃ твердостью РќР’ 156 — 207 Рё пределом прочности РїСЂРё растяжении ств 520 — f — 686 РњРџР°.

Если заготовки имеют пониженную твердость, то РїСЂРё обработке зубьев металл налипает РЅР° режущие РєСЂРѕРјРєРё инструмента, параметр шероховатости поверхности повышается. Слишком твердый материал вызывает повышенное изнашивание инструмента.  [13]

Процесс накатки резьбы методом пластической деформации металла РІ холодном состоянии был запатентован еще РІ 1831 Рі., Р° промышленное применение РѕРЅ, РїРѕ существу, нашел только спустя примерно 100 лет.  [14]

Чистовая тонкая обработка методом пластической деформации поверхностного слоя применяется при изготовлении деталей из стали.

Обработке подвергаются РІ большинстве случаев наружные Рё внутренние цилиндрические поверхности; РїСЂРё этом придание поверхностным слоям стали чистоты высокого класса ( V8 — VlO) сопровождается РёС… упрочнением.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Источник: https://www.ngpedia.ru/id148484p1.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector