Неравномерность деформации при осадке

Неравномерность деформации представляет собой неодинаковость степеней деформации в разных зонах заготовки, в которых локальную степень деформации можно определить по величине изменения размера ячейки координатной сетки, шага резьбы винта и т.п. (рис. 9):

или ,

где – относительная и i– истинная степени деформации i-й ячейки;

_О и – периоды ячейки до и после деформации.

Рис. 9. Неравномерная деформация при осадке

При осадке силы трения затрудняют течение металла в контактных плоскостях и приводят к значительным изменениям характера деформирования образца, вызывая появление его бочкообразности, служащей признаком и мерой неравномерности деформации (рис. 10).

Рис. 10. Влияние сил трения на неравномерность деформации при осадке

Бочкообразность заготовки увеличивается с возрастанием степени деформации и повышением коэффициента трения.

Средняя величина коэффициента неравномерности деформации равна отношению объема бочкообразной части заготовки W_Б к ее исходному объему W_О:

,

где W_О = F_О Н_O – исходный объем образца;

W_Б = W_О – W_Т – объем бочкообразной части образца;

D_О, Н_O, F_О – исходные диаметр, высота и площадь поперечного сечения образца соответственно;

W_Т – объем цилиндра между торцами образца, равный

W_Т = F_Т Н,

где D_Т, F_Т – диаметр и площадь поверхности торца образца соответственно;

H – текущая высота образца.

Коэффициент неравномерности деформации зависит не только от сил трения, но и от отношения D_СР / H.

Показатель D_СР / Н (см. рис. 10)представляет собой отношение площади контактной поверхности идеального цилиндра (2 F_СР) к площади его боковой поверхности (S_Б) и называется коэффициентом контактной поверхности:

,

где D_СР– средний диаметр образца, который равен диаметру цилиндра объемом W_O и высотой H.

Величина D_СР находится из средней площади поперечного сечения F_СР образца:

,

где

F_СР = W_O / H.

Коэффициент неравномерности деформации λ достигает λ_max при

D_СР/Н≈1,1 для всех марок материала независимо от шероховатости поверхности инструмента и наличия смазки (рис. 11).

Рис. 11. Влияние отношения D_СР / Н на неравномерность деформации λ

Наличие λ_max объясняется тем, что при отношении D_СР / Н ≤1,1 весь объем заготовки участвует в формировании ее бочкообразной части. При отношении же D_СР / Н > 1,1 не весь объем заготовки участвует в формировании ее бочкообразной части (рис. 12).

Рис. 12. Схема бочкообразования при D_СР / Н >1,1

При D_СР / Н >1,1 картина резко изменяется. В этом случае величину неравномерности деформации λ (для отличия обозначенная как λi) надо подсчитать по формуле

i= ,

где W_λ– объем образца за вычетом объема W_Х,

т.е.

W_λ =W_О–W_Х ,

где W_Х – объем образца, не участвующий в образовании бочки.

Подставив значения W_Б и W_λв предыдущее выражение, получим

i= .

Показатель λiотражает величину неравномерности деформации физически более объективно.

Отношение D_СР/Н характеризует также объемное напряженное состояние образца. В реальных условиях, при коэффициенте трения μ > 0, объемное напряженное состояние усиливается с ростом отношения D_СР / Н.