Вопросы для самоконтроля:

1. Перечислите основные виды обработки металлов давлением.

2. Что такое предел текучести и предел прочности металла?

3. Что такое обжатие?

4. Что такое вытяжка?

5. Как определяется суммарная вытяжка нескольких операций ОМД?

6. Сформулировать закон постоянства объема.

7. Виды напряженного состояния деформируемого тела?

8. Чему равны касательные и нормальные напряжения при пластической деформации при том или ином виде напряженного состояния?

9. Сформулировать энергетическое условие пластичности.

10.Что такое наклеп металла?

11. Что такое рекристаллизация?

2 Основы теории и технологии прокатки

2.1 Скорость деформации

Скорость деформации в ОМД определяется относительным изменением размеров тела в единицу времени.

При осадке параллелепипеда (Рисунок 13) скорость деформации определится:

, (21)

где − текущее уменьшение высоты;

− высота параллелепипеда;

− относительная деформация.

Рисунок 13- Схема к расчету скорости деформации.

Выражение является, ни что иное как, линейная скорость деформации, то есть скорость продвижения инструмента в направлении деформации:

. (22)

Подставляя полученное выражение в формулу определения скорости деформации, получим:

. (23)

При прокатке (Рисунок 14) средняя степень деформации:

Рисунок 14 - Схема к определению скорости деформации.

Время прокатки равно длине очага деформации поделенной на окружную скорость валков: , тогда

. (24)

На основании многочисленных исследований можно считать, что при горячей обработке влияние скорости деформации на пластичность металлов определяется совокупным действием двух факторов. С одной стороны, с ростом скорости деформации пластичность понижается, поскольку увеличивается интенсивность упрочнения. С другой стороны, при увеличении скорости деформации возрастает нагрев. Значительная часть энергии деформации превращается в теплоту, что повышает температуру обрабатываемого тела. Это стимулирует разупрочнение и, следовательно, увеличение пластичности.

В условиях холодной обработки малые скорости деформации слабо проявляют свое влияние на пластичность металлов. Высокие скорости способствуют нагреву деформируемого тела, что приводит к разупрочнению и увеличению пластичности, что можно учитывать скоростным коэффициентом .

2.2 Внешнее трение

Трение может быть полезным и вредным - эту аксиому человек освоил еще на заре цивилизации. Ведь два самых главных изобретения - колесо и добывание огня - связаны именно со стремлением уменьшить и увеличить эффекты трения. Однако понимание природы трения и законов, которым подчиняется это явление, возникло не так уж давно и, к сожалению или к счастью, еще далеко от совершенства.

Первым, кто описал закон трения, был Леонардо Да Винчи, годы жизни 1452-1519, утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке, силе прижатия, направлена против направления движения и не зависит от площади контакта. Модель Леонардо была переоткрыта через 180 лет Г. Амонтоном и получила окончательную формулировку в работах Ш.О. Кулона (1781). Амонтон и Кулон ввели понятие коэффициента трения как отношения силы трения к нагрузке, придав ему значение физической константы, полностью определяющей силу трения для любой пары контактирующих материалов:

, (25)

где − сила трения;

− нормальное усилие, сила прижатия;

− коэффициент трения.

Значения коэффициента трения для различных материалов (сталь по стали, сталь по бронзе, чугун по коже и т.д.) входят в стандартные инженерные справочники и служат базой для традиционных технических расчетов.

В ОМД смещенный объем стремится переместиться по поверхности инструмента. При этом возникают силы трения, препятствующие этому движению. Такое трение называется контактным или внешним.

Контактное трение, в ОМД, выполняет две функции:

- полезная – без контактного трения невозможна прокатка;

- вредная – препятствие свободному заполнению металлом рабочего пространства инструмента.

Переходя к элементарной площадке контакта закон Амонтона можно записать:

, (26)

где − удельная сила трения;

− нормальное удельное давление.

Если тело находится в условиях пластической обработки, то удельное усилие в тонких слоях деформируемого тела и на поверхности инструмента ограничено пределом текучести при сдвиге отсюда .

Отсюда видно, что максимальное удельное усилие трения определяется не состоянием контактируемых поверхностей, а механическими свойствами обрабатываемого металла. Скольжение с предельным трением происходит как на поверхности касания, так и в поверхностном деформируемом слое, толщина которого определяется состоянием контактирующих поверхностей.

Кроме коэффициента трения в ОМД применяют понятие угол трения . При движении контактируемых тел, Рисунок 15, суммарная реакция нормального усиления и силы трения смещается на угол от вертикали (нормали).

Рисунок 15- Схема определенного угла трения.

Тогда и при малых углах

Природу трения можно объяснить как результат взаимного зацепления неровностей инструмента и деформируемого тела. При контактировании эти неровности сминаются, истираются, образуются новые поверхности. Эти поверхности сближаются, образуются условия молекулярного взаимодействия соприкасающихся металлов.

Параметрами, определяющими коэффициент трения являются: состояние поверхностей контактируемых тел, их количественный состав, температура и скорость деформации, удельные усилия, смазка.

При увеличении шероховатостей инструмента коэффициент трения увеличивается. Шероховатость при ОМД не остается постоянной, поэтому изменяется и коэффициент трения.

Состояние поверхности деформируемого тела, определяется видом предварительной обработки (горячая или холодная деформация, наличие окалины, травление) существенно влияет на коэффициент трения. При тщательной очистке поверхности коэффициент трения падает и в условиях больших давлений возможно даже сваривание поверхностей.

Химическое сродство деформируемого тела и металла инструмента определяет величину коэффициента трения. При этом, чем мягче металл, тем выше коэффициент трения. Смазка контактных поверхностей уменьшает коэффициент трения и влечет за собой заметное падение энергосиловых параметров ОМД, снижает износ инструментов. Смазка заполняет шероховатости поверхностей, образует адсорбционную пленку, снижает прилипание.

По мере роста температуры металла коэффициент трения увеличивается. Это связано с облегчением заполнения шероховатостей рабочего инструмента деформируемым металлом. Однако для сталей при температуре выше происходит снижение коэффициента трения.

Рисунок 16 - Зависимость коэффициента трения от .

Это объясняется увеличением податливости металла в приконтактной зоне, облегчением смятия и отрыва металла от выступов.

Скорость относительного смещения инструмента и деформируемого тела оказывает существенное влияние на коэффициент трения. Чем выше скорость, тем меньше коэффициент трения.