7.3. Моделирование процессов

обработки металлов давлением

Технологии обработки металлов давлением основаны на их

способности, при определённых условиях, пластически дефор­

мироваться в результате воздействия на деформируемое тело (за­

готовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полно­

стью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия

внешних сил, то при пластических деформациях изменение

формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраня­

ется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформа­

ция характеризуется смещением атомов относительно друг друга

на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия

внешних сил атомы возвращаются в исходное положение.

507

Раздел 7. Компьютерное моделирование и автоматизация процессов производств^

При пластических деформациях атомы смещаются относи­

тельно друг друга на величины, большие межатомных расстоя­

ний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое ис­

ходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Для начала перехода атомов в новые положения равновесия

необходима определённая величина действующих напряжений

зависящая от межатомных сил и характера взаимного расположе­

ния атомов (типа кристаллической решётки, наличия и располо­

жения примесей, формы и размеров зёрен поликристалла и т.п.).

Так как сопротивление смещению атомов в новые положения

изменяется непропорционально смещению, то при пластиче­

ских деформациях линейная связь между напряжениями и де­

формациями обычно отсутствует.

Напряжения, вызывающие смещение атомов в новые положе­

ния равновесия, могут уравновешиваться только силами межа­

томных взаимодействий. Под действием сил при пластическом

деформировании деформация состоит из упругой и пластиче­

ской составляющих, причём упругая составляющая исчезает при

разгрузке (при снятии деформирующих сил), а пластическая со­

ставляющая приводит к остаточному изменению формы и раз­

меров тела.

В новые положения равновесия атомы могут переходить

в результате смещения в определённых параллельных плоскостях

без существенного изменения расстояний между этими плоско­

стями. При этом атомы не выходят из зоны силового взаимодей­

ствия, и деформация происходит без нарушения сплошности

металла, плотность которого практически не изменяется. Сколь­

жение одной части кристаллической решётки относительно дру­

гой происходит по плоскостям наиболее плотного размещения

атомов (плоскостям скольжения). В реальных металлах кристал­

лическая решётка имеет линейные дефекты (дислокации), пере­

мещение которых облегчает скольжение.

Величина пластической деформации не безгранична, при

определённых её значениях может начаться разрушение металла.

На величину пластической деформации, которую можно до­

стичь без разрушения (предельная деформация), оказывают вли­

яние многие факторы, основными из которых являются меха­

нические свойства металла (сплава), температурно-скоростные

508

7.3. Моделирование процессов обработки металлов давлением

условия деформирования и схема напряженного состояния.

Последний фактор оказывает большое влияние на значение

Предельной деформации. Наибольшая предельная деформация

достигается при отсутствии растягивающих напряжений и уве­

личении сжимающих. В этих условиях (схема неравномерного

всестороннего сжатия) даже хрупкие материалы (типа чугуна)

могут получать пластические деформации.

Схемы напряжённого состояния в различных процессах

и операциях обработки давлением различны, вследствие чего для

каждой операции, металла и температурно-скоростных условий

существуют свои определённые предельные деформации.

Существенное преимущество обработки металлов давлением

по сравнению с обработкой резанием — возможность значитель­

ного уменьшения отхода металла, а также повышения произво­

дительности труда, поскольку в результате однократного при­

ложения усилия можно значительно изменить форму и размеры

деформируемой заготовки. Кроме того, пластическая деформа­

ция сопровождается изменением физико-механических свойств

металла заготовки, что можно использовать для получения дета­

лей с наилучшими эксплуатационными свойствами (прочностью,

жёсткостью, высокой износостойкостью и т.д.) при наименьшей

их массе. Эти и другие преимущества обработки металлов дав­

лением (отмеченные ниже) способствуют неуклонному росту ее

удельного веса в металлообработке.

Совершенствование технологических процессов обработки

металлов давлением, а также применяемого оборудования по­

зволяет расширять номенклатуру деталей, изготовляемых обра­

боткой давлением, увеличивать диапазон деталей по массе и раз­

мерам, а также повышать точность размеров полуфабрикатов,

получаемых обработкой металлов давлением.

Если обработка металлов давлением выполняется при темпе­

ратуре ниже температуры рекристаллизации, то такая обработка

называется холодной.

Если обработка металлов давлением происходит при нагреве

Металлического тела выше температуры рекристаллизации, то

она называется горячей.

Основными законами обработки металлов давлением явля­

ются следующие:

509

7,3. Моделирование процессов обработки металлов давлением

Раздел 7. Компьютерное моделирование и автоматизаиия процессов производств^

— планирование схем переходов;

— Закон постоянства объёмов — объем металла до деформации

практически равен объему металла после деформации.

— Закон наименьшего сопротивления — частицы деформируе­

мого металла всегда перемещаются в направлении наименьшего

сопротивления.

Все вышесказанное показывает сложность моделируемых

процессов, и лишний раз позволяет отметить необходимость

создания специализированных технологических компьютерных

систем и программ. Образно можно сказать, что компьютерная

технологическая система — это виртуальный пресс, молот, про­

катный стан и многое другое.