книги из ГПНТБ / Сегал, В. М. Исследование пластического формоизменения металлов методом муара

Рис. ПО. Распределение скоростей деформации при выдавливании через клиновые матрицы:

174

на оси. На оси изделия qp увеличивается с увеличением обжатия. В поверхностном слое максимальное значение qp оказывается при обжатии к = 2, а минимальное — при обжатии X = 4.

Неравномерность распределения накопленных деформаций наи­ большая для обжатия к = 4/3. Это явление, которое может пока­ заться неожиданным, связано с наличием областей «мертвого» металла в углах матрицы при обжатиях к = 4/3 и к = 2. При движении вдоль границ указанных областей частицы материала, выходящие на наруж­ ные слои изделия, испытывают значительные сдвиговые деформа­

на поверхности имеют большие значения в обоих случаях. Настоя­ щее рассмотрение показывает, что энергетически выгодные схемы деформации могут оказаться неблагоприятными для достижения высоких и однородных свойств прессованных изделий.

Для оценки влияния упрочнения на напряженное состояние деформируемого образца по вычисленным значениям qp определяли неоднородность пластических свойств по формуле (234) и выпол­ няли построение поля напряжений. Вычисления показали, что характер распределения напряжений не меняется, а компоненты напряжений увеличиваются на 10—20%. Для сравнения на рис 105, б показаны штриховые кривые, которые характеризуют распределение напряжений при выдавливании алюминиевого сплава Д1 с обжатием к = 4. Значения напряжений отнесены к пределу текучести на сдвиг

1 Например, анализ по схеме жесткопластического тела дает приращение дефор­ мации сдвига для соответствующих частиц, равное бесконечности.

178

исходного материала, а коэффициенты в формуле (234) принимали k 0 - 1, А 0,12, п = 0,71 [105J.

Влияние контактного трения на распределение деформаций и связанное с ними изменение свойств прессованных изделий можно видеть из сравнения рис. 119, 120, где показаны линии равного уровня qP для выдавливания через гладкую и шероховатую кониче­ ские матрицы с обжатием X = 4/3. В скобках вдоль линий уровня указаны соответствующие значения относительного предела теку­ чести на сдвиг klk0, вычисленные для сплава Д1. В первом случае деформации qp распределены равномерно в поперечных сечениях

0,55(1,08)

0„52((085)

иплавно нарастают вдоль оси. Для второго случая характерна край­ няя неравномерность распределения вблизи контактной поверхности

ипо направлению к углу матрицы в выходном сечении.

Характер распределения деформаций в прессованном изделии показан на рис. 121. Для гладкой матрицы накопленные деформа­ ции qP и гх максимальны на оси симметрии и несколько снижаются к поверхности. Для шероховатой матрицы на оси сохраняются при­ мерно те же значения qP, однако они резко возрастают вблизи поверх­ ности. Деформации гх меняют знак и вблизи поверхности соответ­ ствуют сжатию продольных волокон, а сдвиговая деформация уху в поверхностных слоях достигает больших значений. Необходимо отметить, что изменение характера распределения пластической неоднородности, связанной с упрочнением, в случае гладкой матрицы приводит к выравниванию распределения напряжений вблизи выходного сечения и снижению величины растягивающих напряже­

выдавливания в области развитых пластических деформаций анало­ гичны соответствующим точным решениям [101]. В частности, характер поля линий скольжения при выдавливании через прямую

матрицу с обжатиями X = 4/3 и X, — 2 совпадает с полями линий скольжения, соответствующими решению Хилла, а при выдавлива­ нии через гладкую матрицу с обжатием X ---- 4 — с решением Джон­ сона Ц01]. Особенно наглядно сравнение экспериментальных гра­ ниц пластической области, выявленных методом муара (см. рис. 116), с границами полей линий скольжения точных решений.

Проведенное исследование позволяет сделать некоторые выводы о характере разрушения металла в процессе выдавливания. В связи с разнообразием свойств металлов и условий деформирования, в процессе прессования могут обнаруживаться различные виды раз­ рушения. Для материалов, чувствительных к хрупкому разрушению,

Рис. 120. Линии равных qP для выдав­ ливания через шероховатую клиновую матрицу

w

наиболее опасной является область вблизи ВЫХОДНОГО се-

_

чения, где возникают растягивающие напряжения поряд­

ка (0,5—1) к. Анализ вязкого разрушения должен быть связан с рас­ смотрением неустановившейся стадии, соответствующей доведению процесса от начального состояния до стационарного. Материалы с весьма низкой пластичностью могут разрушаться в областях, близких к линиям SS, SS' S'S" на картинах распределения уровней

# г, являющихся проекциями на плоскость течения линий водораздела поверхности Я (- (х, у). Для достаточно пластичных материалов положение области вероятного разрушения определяется распре­ делением и величиной накопленных деформаций qp, которые обычно достигают больших значений в поверхностных слоях. Соответствую­ щее разрушение может возникать на границе области течения и рас­ крываться после выхода из очага деформации (на практике этот вид разрушения известен как образование «ерша»). Эффективные ме­ тоды предотвращения разрушения при прессовании [106] заклю­ чаются в выравнивании распределения Нt и qp по сечению и сниже­

180

нию их значений в поверхностных слоях, что достигается уменьше­ нием контактного трения и применением матриц специального про­ филя.

Приведенные примеры иллюстрируют специфику и возможности экспериментального исследования процессов пластического течения методом муара с обработкой результатов на ЭВМ. Выбор задач ограничивался процессами плоского деформированного состояния, для которых известны точные решения полей линий скольжения в рамках модели жесткопластического тела.

Как неоднократно отмечалось при обсуждении результатов, сравнение экспериментальных и аналитических решений обнаружи­ вает большое сходство в структуре поля линий скольжения, харак­ тере распределения напряженного и деформированного состояний. В области развитого пластического течения хорошее совпадение является не только качественным, но и количественным. В то же время очевидно определенное различие между решениями, которое состоит в возможности существования и описания разрывов скоро-

стей, деформаций и напряжений в реальных материалах. В дей­ ствительности, линии разрыва скоростей, особые точки и жесткие области, предсказываемые точным решением, являются существенно «размазанными». Можно указать несколько причин этого явления:

1)различие механического поведения реального тела и жестко­ пластической модели, являющейся крайней идеализацией свойств металлов при пластическом течении;

2)необходимость выполнения конечного этапа для определения

параметров мгновенного деформированного состояния (скоростей, скоростей деформации);

3) искажения, вносимые способом обработки (сглаживания, диф­ ференцирования) исходной информации.

181