Внутренние силы

Внутренние силы – это силы междуатомных связей в кристаллической решетке. До деформации силы взаимного притяжения и отталкивания между атомами уравновешены. Под действием внешней силы расстояния между атомами изменяются, одновременно изменяется соотношение между силами притяжения и отталкивания, появляется внутренняя сила, уравновешивающая внешнюю. Внутренние силы, приходящиеся на единицу площади, называют напряжением и обозначают буквой S.

Напряжение равно:

,Н/мм²,

где P– равнодействующая внутренних сил;

F– площадь выделенного внутри тела поперечного сечения, на которую действует силаP.

В приведенной формуле предполагается равномерное распределение напряжения по сечению, т. е. в любой точке сечения они одинаковы и в этом случае для определения напряжения в какой – либо точке сечения достаточно разделить внутреннюю силу Рна площадь сеченияF.

В действительности напряжения равномерно распределяются очень редко и для определения напряжений в точке берут в ее окрестности небольшую площадку ΔF, в пределах которой напряжения можно считать равномерными, и действующую на нее внутреннюю силу ΔРделят на ΔF:

.

Наиболее точно напряжение в точке определяется по формуле:

.

Напряжение текучести

Пластическая деформация тела осуществляется при действии внутренних сил.

Тело под действием внешних сил первоначально деформируется упруго. По мере увеличения внешних сил упругая деформация тела растет, растут внутренние силы, растет напряжение. Для каждой марки стали (сплава) существует свое предельное значение напряжения, по достижении которого упругая деформация тела переходит в пластическую.

Напряжение, при котором наступает пластическая деформация, называется напряжением текучести и обозначается буквой _Т. Физический смысл напряжения текучести – это сопротивление тела изменению своей формы и размеров. Иногда напряжение текучести называют сопротивлением деформации.

При горячей деформации напряжение текучести зависит от 4-х параметров: химического состава стали; температуры деформации; степени деформации; скорости деформации. Чем выше температура деформации, тем ниже значение _Т, тем легче деформировать металл. С увеличением степени и скорости деформации _Т увеличивается, деформация металла в связи с этим затрудняется.

Для определения напряжения текучести используются графики и расчетные формулы, приведенные в технической литературе.

Ниже приведен метод расчета среднего значения напряжения текучести с использованием термомеханических коэффициентов:

σ_Т= σ₀·k_t·k_ε·k_u,

где σ₀– базисное значение напряжения текучести, учитывающее химический состав металлов;

k_t,k_ε,k_u– термомеханические коэффициенты, учитывающие емпературу, степень и скорость деформации, определяются из графиков или рассчитываются по формулам.

Реактивные силы

Внешние силы, действующие на тело, называют активными. Одной из задач теории обработки металлов давлением является определение величины этих сил. Мощность двигателей машин, производящих деформацию, и величину усилий, которые должны развивать эти машины, определяют, исходя из величины усилия, которое необходимо приложить для осуществления деформации. Наряду с активными силами на деформируемое тело действуют реактивные силы, которые возникают в результате создания препятствия движению металла и приложены к инструменту.

Например, приложенная к деформируемому телу сила Р(рис. 3) стремится создать его движение вниз, но этому препятствует возникающая реактивная сила наковальниР_р, и движение тела вниз становится невозможным. В теле возникает внутренняя сила, уравновешивающая внешнее приложенное усилие и реактивное давление. В результате появления этой внутренней силы происходит деформация тела.

Рис. 3. Свободное осаживание цилиндра	Рис. 4. Осаживание металла в контейнере

Реактивное давление (инструмента на металл) возникает и в том случае, когда появляется препятствие изменению формы. Если, например, производить осаживание металла в контейнере, то благодаря препятствию, которое создают его стенки уширению металла в горизонтальном направлении, появится горизонтальное реактивное давление стенок контейнера на металл Р_г(рис. 4).

К внутренним вертикальным силам, которые уравновешивают вертикальные деформирующие силы (приложенное усилие к пуансону Ри реактивное давление дна матрицыР_р), добавятся горизонтальные внутренние силы для уравновешивания горизонтальных реактивных давленийР_г. Реактивные давления возникают всегда перпендикулярно рабочей поверхности инструмента. Поэтому в отдельных случаях направление реактивного давления может не совпадать с направлением приложенного усилия. Например, при протягивании металла через щель, образованную двумя наклонными поверхностямиААиАБ(рис. 5), направление реактивных давленийР_рне будет совпадать с направлением приложенного усилияР. Силы реактивного давления можно разложить на вертикальные и горизонтальные составляющие. Для уравновешивания приложенного тянущего усилия и горизонтальных составляющих реактивного давления возникает внутренняя сила в горизонтальном направлении. Сжимающие составляющие реактивного давления уравновешиваются внутренней силой, возникающей в вертикальном направлении.

Рис. 5. Протягивание металла через щель

Таким образом, при различных направлениях приложенного усилия и реактивного давления возникают различно направленные внутренние силы.