38.Неравномерность деформации. Основные причины неравномерности деформации. Влияние внешнего трения на неравномерность деформации

Технические процессы обработки металлов давлени­ем сопровождаются неравномерностью деформации — непостоянством коэффициентов деформации по ширине, высоте и длине деформируемых изделий. Неравномер­ность деформации определяется рядом факторов: фор­мой заготовки и инструмента, неоднородностью химиче­ского состава металла и температуры по объему тела, наличием трения на контактной поверхности, упругими деформациями инструмента и др. При получении изде­лий сложной формы из прямоугольной заготовки нерав­номерность деформации является неизбежной. При оса­живании заготовки, имеющей большую высоту, боковые поверхности получаются бочкообразными в результате подпирающего действия сил трения. На контактных пло­щадках трение препятствует течению металла при оса­живании, а к середине высоты образца подпирающее действие трения уменьшается и металл получает боль­шее перемещение. Чем больше коэффициент трения на контактной поверхности, тем больше бочкообразность. При прокатке на блюминге в результате неравномерно­го напряженного состояния по высоте слитка в первых проходах пластически деформируется объем металла, прилегающий к валкам. Неравномерность напряженно­го состояния по высоте приводит к неравномерности де­формации в поперечном сечении, и раскат имеет боль­шую ширину в зоне контакта с валками и меньшую в середине высоты. Прокатка сортового металла всегда со­провождается неравномерностью деформации. При про­катке квадратной заготовки в овальном калибре в сред­ней части обжатие металла по высоте меньше, чем по краям; при прокатке той же заготовки на диагональ в ромбическом калибре средняя часть получает большее обжатие.

Части полосы, получающие большее обжатие по вы­соте, стремятся получить большую длину. Менее обжи­маемые части полосы, получая меньшую вытяжку, будуг оказывать сдерживающее влияние на части полосы, де­формация которых могла бы быть больше. Конечная длина всех частей полосы будет одинаковой. В частях полосы с большей вытяжкой возникнут напряжения сжа­тия, а в менее обжимаемых частях полосы возникнут напряжения растяжения.

Неравномерность деформации является нежелатель­ной, а в некоторых случаях должна быть строго ограни­чена. Вынужденное выравнивание длины полосы при неравномерной деформации приводит к появлению допол­нительных и остаточных напряжений по сечению изде­лий. В процессе деформации дополнительные напряже­ния растяжения приводят к возникновению трещин и разрушению металла при их критическом значении, к повышению деформирующего усилия. По окончании деформации в металле, получившем неравномерное об­жатие различных частей, возникают остаточные напря­жения, которые могут привести к нежелательным дефор­мациям готового проката.

Влияние внешнего трения на неравномерность деформации

Внешнее трение затрудняет скольжение деформируемого тела по инструменту. Действие его распространяется неодинаково по объему тела, оно наиболее сильно вблизи поверхности контакта и минимально внутри тела. Это приводит к неравномерности деформации. Например, при ковке образец принимает бочкообразную форму из-за действия сил трения. В результате их действия вблизи контактной поверхности образуется зона затрудненной деформации, распространяющаяся на некоторую глубину и имеющая форму конуса.

Максимальная степень деформации и твердость наблюдается в центре образца. Наименьшая – в зонах затрудненной деформации, средняя – в боковых (бочкообразных) частях заготовки.

При большом отношении высоты заготовки к его диаметру образуется двойная бочкообразность с цилиндрическим участком между двумя бочками. Действие сил трения затухает в пределах двух бочкообразных утолщений и в средней части по высоте имеется линейная схема сжатия.

Неравномерность деформации в результате трения приводит также к появлению дополнительных напряжений и может привести к изменению схемы напряженного состояния в отдельных частях тела. Так при ковке с момента образования бочкообразности боковые поверхности частично выходят из зоны непосредственного обжатия и начинают испытывать дополнительные напряжения растяжения. А во внутренней зоне появляются дополнительные напряжения сжатия. Этим объясняется появление трещин по образующим цилиндра.

Неравномерность деформации, обусловленная внешним трением может быть несимметричной. Так при ковке образца между плитами с различным качеством отделки поверхности цилиндрический образец примет форму близкую к трапеции в осевом сечении: основание вблизи полированной поверхности будет шире, чем вблизи шероховатой.