Файл: Сопротивление материалов пластическому деформированию Инженерные расчеты процессов конечного формоизменения материалов..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 255
Скачиваний: 3
второй период (период утонейия стенки полуфабриката) — от конца первого периода до того момента, когда полуфабрикат пол ностью выйдет из очка матрицы.
При этом оказывается, что во время первого периода мате риальная частица в зоне верхней внутренней кромки (см. точку А на рис. 22 и 24), претерпевает деформацию простого сжатия в тан генциальном направлении. Направление; перпендикулярное ме ридиональному сечению, совпадает с направлением наиболее быстрого укорочения, т. е. с третьей главной осью скорости де формации и напряженного состояния.
Во время второго периода деформация рассматриваемой ча стицы в тангенциальном направлении практически запрещена (в силу контакта внутренней кромки с жестким пуансоном). Тан генциальное направление совпадает со второй главной осью ско рости деформации, а направление нормали к внутренней поверх ности — с направлением наиболее быстрого укорочения матери альных волокон, т. е. с третьей главной осью скорости деформации.
Если принять допущение (подтверждаемое экспериментом), что компонент деформации в направлении, параллельном касатель ной к меридиональному сечению внутренней поверхности полу фабриката, в верхней его части постоянен по толщине стенки, то можно вывести простые по написанию расчетные формулы для вычисления степени деформации каждой операции, а также всего технологического процесса вытяжки полых осесимметричных изде лий (стаканов, колпачков и пр.) из круглой листовой заготовки. Этими формулами удобно пользоваться как при определении числа переходов проектируемого технологического процесса, так и при определении некоторых основных размеров формоизменяющего инструмента для каждого перехода.
В тематику СМПД необходимо также включить задачи, свя занные с выяснением причин брака изделий при обработке метал лов давлением. Так, в целях выяснения причин появления поверх ностных трещин на свободной от внешней нагрузки поверхности деформируемого металла при холодной обработке давлением нами разработаны экспериментальные методы анализа характера про текания процесса деформации частиц на и вблизи поверхности металлических деталей. Путем многократного измерения размеров ячеек сетки, предварительно наносимой на поверхность заготовки, выясняется, можно ли считать деформацию рассматриваемой по верхностной частицы монотонной, или, если нельзя, то как изме нялся вид ее напряженного состояния по мере увеличения степени деформации.
Сложность чисто теоретического решения многих задач СМПД приводит к необходимости применения различных эксперимен тальных методов анализа напряженного состояния пластически деформируемых тел.
Одним из полноценных методов является метод моделирования процессов пластической деформации, т. е. осуществления в лабо-
138
раторных условиях процессов, геометрически подобных изучае мому. Такое моделирование может быть осуществлено при оди наковом материале модели и натуры, но в более мелком масштабе, или (в других случаях) модель может быть изготовлена из мате риала, менее сопротивляющегося пластической деформации, чем материал натуры. Выяснение возможностей решения практиче ских задач методами моделирования прямо относится к тематике СМПД (см. пятый раздел).
Определение потребных усилий и мощности машин-орудий инженерными методами, рекомендуемыми в СМПД, характери зуется значительным многообразием приемов постановки и ре шения данной задачи.
Это обстоятельство представляет несомненное преимущество инженерных методов перед другими, даже более строгими мето дами расчета. Методы сопротивления материалов являются до статочно гибкими для того, чтобы, использовав специфические особенности каждой конкретной задачи, пренебрегать факторами, которые в данной задаче могут быть отнесены к категории второ степенных.
Некоторые характерные приемы.
1.Использование условий равновесия мысленно выделенных частиц тела, не все размеры которых весьма малы. Так, при рас смотрении условий равновесия выделяемого элемента тела два его размера полагаются сколь угодно малыми, а третий прини мается равным полной высоте деформируемого тела (в задаче оса живания плоскопараллельными бойками третий размер прини мается равным текущему расстоянию между бойками).
Е. А. Попов в своих исследованиях [70,711 по вопросам теории листовой штамповки рассматривает равновесие элементов осе симметричной оболочки, выделенных двумя меридиональными сечениями, составляющими между собой малый угол, и двумя коническими поверхностями (образующие которых ортогональны срединной поверхности оболочки), отстоящими друг от друга на бесконечно малом расстоянии. Размер элемента в направлении нормали к срединной поверхности принимается конечным, равным толщине листа.
2.Использование некоторой условной схематизации кинема тики процессов деформации при решении задач горячей обработки металлов давлением упрощенными методами теории пластического течения физического вещества.
3.Использование равнодействующей касательных напряжений по криволинейным сечениям, прямолинейные образующие которых параллельны ходу инструмента.
Предельные значения касательных напряжений предполага ются заранее известными, что вполне реально, поскольку при всех условиях значения касательных напряжений в любых се чениях тела не могут по абсолютной величине превзойти предел, определенный для заданного материала при заданном температур-
но-скоростном режиме процесса. Это положение, которое может быть названо условием ограниченности значений касательных напряжений, действующих в различных сечениях тела, позволяет во многих случаях судить, используя элементарные формулы, о предельно возможных величинах усилий машин-орудий при осуществлении тех или иных процессов обработки металлов давле нием. Сюда относятся операции вырубки, обрезки облоя, про шивки и пр.
Теми же элементарными формулами, но при условии введения в них поправочных коэффициентов, оказывается возможным вос пользоваться в случае приближенного расчета усилия выдавлива ния глубокого рельефа при наличии подкладных плит — прием ников, отверстия в которых несколько меньше площади проекции выдавливаемого углубления на плоскость, перпендикулярную ходу инструмента.
4. Использование для отдельных зон деформируемого тела так называемого метода характеристик.
Свойства характеристик, т. е. линий скольжения при плоской деформации, были, как известно, исследованы и применены к при кладной теории пластичности Ильюшиным [28], Соколовским [74], Томленовым [77], Ренне [55] и другими авторами.
Применяя эти исследования в расчетах усилий для некоторых операций обработки металлов давлением, многие авторы вводили ряд упрощений. Так, Томленое отметил, что угол поворота ка сательной к линии скольжения, соединяющей некоторую точку А контакта деформируемого тела с инструментом с некоторой точ кой В на свободной поверхности этого тела, может быть определен чисто геометрически, без каких-либо вычислений, во многих слу чаях как плоского, так и осесимметричного формоизменения (если компонент деформации в направлении нормали к меридиональ ному сечению является алгебраически средним главным компо нентом).
Пользуясь известным свойством характеристик, Томленое получает при этом значение приращения полусуммы двух главных напряжений на участке характеристики от точки Б на свободной поверхности до любой заданной точки А. Это позволяет ему опре делить приближенное значение удельного усилия на инструмент
вточке А контакта инструмента с изделием.
5.Определение напряженно-деформированного состояния не всего тела в целом, а только в каких-либо характерных точках его сечения, с последующий приближенным определением напряжен ного состояния во всем объеме тела путем элементарной интер поляции.
В тех случаях, когда анализ напряженного состояния дефор мируемого тела встречает значительные затруднения или связан
сотносительно громоздкими вычислениями, рекомендуется ис пользование ЭВМ и различного рода вспомогательных расчетных таблиц и графиков. Этим приемом с еще большим эффектом можно
но
воспользоваться в тех случаях, когда рассматриваемый процесс относится к типовому. Составление на основании приближенного теоретического расчета и экспериментальной проверки таких вспо могательных таблиц, графиков и номограмм для некоторых типо вых процессов обработки металов давлением является одной из наиболее актуальных задач СМПД.
9. К оценке точности результатов решения задач методами СМПД
Перечисляя во введении основные требования, которые могут быть предъявлены к дисциплине СМПД, мы указали на требование точности (достоверности) результатов расчета, продиктованное потребностями практики.
Естественной представляется та значительная роль, которую играют в этом вопросе: точность исходных расчетных параметров задачи (исходные механические свойства материалов, фактические размеры деформируемых тел до и после формоизменения, соблю дение температурно-скоростного режима деформации и др.); удовлетворение условиям задачи принятыми гипотезами и допуще ниями (гипотеза сплошности строения, идеализация механических свойств и др.); возможная точность постановки поверочного экспе римента (точность замера размеров, усилий, температуры, скоро стей и др.) в целях сопоставления расчетных данных с данными опыта.
Разумная продиктованная практикой степень приближения результатов расчета к результатам опыта, т. е. фактическая точ ность наших расчетов, построенных на принятии тех или иных упрощающих допущений, является, по-видимому, единственным критерием приемлемости этих упрощений — идеализированных структуры и механических свойств материалов. Однако прежде чем перейти к оценке рассмотренных упрощающих идеализаций на основании сопоставления полученных результатов наших рас четов с результатами проверочного эксперимента и по степени их расхождения судить о приемлемости этих упрощающих допуще ний, нам естественнее всего начать с выяснения возможной точно сти постановки самого проверочного эксперимента. Тогда, оценив реально достижимую точность проверки, можно, во-первых, ее учесть при сопоставлении результатов проверочного эксперимента с данными расчета и, во-вторых, эту точность можно иметь в виду при проведении самих вычислений.
Попробуем оценить возможную точность определения основных параметров проверочного эксперимента, к которым следует отне сти: размеры деформируемых образцов, заготовок, деталей и пр, (до и после эксперимента); усилия машин-орудий; механические свойства материалов (исходные и приобретенные и результате пластического формоизменения), их напряженно-деформирован ное состояние.