1.2 Схемы напряженного и деформированного состояний

Схемы напряженного состояния графически отображают наличие и направление главных напряжений в рассматриваемой точке тела.

Напряжения в точке изображаются как напряжения на трех бесконечно малых гранях куба, соответственно перпендикулярных главным осям.

Возможны девять схем напряженного состояния , (Рисунок 9). Напряженное состояние в точке может быть линейным, плоским или объемным. Схемы с напряжениями одного знака называют одноименными, а с напряжениями разных знаков – разноименными. Условно растягивающие напряжения считают положительными, сжимающие – отрицательными.

Рисунок 9 - Схемы напряженных состояний: 1 – линейное напряженное состояние; 2 – плоское; 3 – объемное

Схема напряженного состояния оказывает влияние на пластичность металла. На значение главных напряжений оказывают существенное влияние силы трения, возникающие в месте контакта заготовки с инструментом, и форма инструмента. В условиях всестороннего неравномерного сжатия при прессовании, ковке, штамповке сжимающие напряжения препятствуют нарушению межкристаллических связей, способствуют развитию внутрикристаллических сдвигов, что благоприятно сказывается на процессах обработки металлов давлением. В реальных процессах обработки давлением в большинстве случаев встречаются схемы всестороннего сжатия и состояния с одним растягивающим и двумя сжимающими напряжениями.

Схема деформированного состояния графически отображает наличие и направление деформации по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Возможны три схемы деформированного состояния, Рисунок 10.

При схеме уменьшаются размеры тела по высоте, за счет этого увеличиваются два других размера, при осадке и прокатке.

При схеме происходит уменьшение одного размера, чаще высоты, другой размер (длина) увеличивается, а третий (ширина) не изменяется.

Рисунок 10 - Схемы деформированных состояний

Например, прокатка широкого листа, когда его ширина в процессе прокатки практически не изменяется. Это схема плоской деформации.

Наиболее рациональной с точки зрения производительности процесса обработки давлением является схема , размеры тела уменьшаются по двум направлениям, и увеличивается третий размер (при прессовании, волочении).

На Рисунке 11 показано различие двух схем деформации образца (отожженная медь), на опыте проведенным С.И. Губкиным.

Образец заложили в матрицу, и к нижнему концу приложили усилие, начался процесс волочения. При достижении высоты образца в матрице, равным , усилие волочения в этот момент по прибору равнялось . Опыт остановили, и в место растягивающего усилия приложили сжимающие усилие, для этого сверху матрицы поместили пуансон и приложили к нему нагрузку с верху. Опыт продолжался, но уже методом прессования. Требуемая нагрузка, для того, что бы металл начал течь, оказалась равной . Нагрузка при прессовании оказалась в три раза больше чем при волочении.

В этих двух случаях на образец в матрице действовали три взаимно перпендикулярных главных напряжения, только в первом случае, при волочении, одно из напряжений, , было растягивающим, а во втором случае сжимающим. Отсюда можно сделать вывод о том, что повышение приложения нагрузки, при деформировании, произошло исключительно из за разных схем напряженного состояния металла в рабочем пространстве. В обоих случаях механические свойства металла были неизменными, но сопротивление деформации было разным.

Отсюда делаем вывод о том, что сопротивление деформации и пластичность металла это не свойство, как например текучесть, а состояние. Сопротивление деформации и пластичность металла зависят не только от природы металла но и от способа его деформирования, а так же от температуры и скорости деформации.

Рисунок 11- Влияние схем напряжений в металле и его сопротивление деформации