|
15 1.1. Уравнения механического состояния Анализ процессов горячего формоизменения металлов связан с привлечением уравнений состояния механики нелинейно вязких сред. Нелинейные уравнения механического состояния и построенные на них аналитические методы расчета достаточно широко разработаны для анализа поведения под нагрузками элементов конструкций Ю.Н. Работновым, А.А. Ильюшиным, Н.Н. Малининым, Л.М. Качановым, М.А. Колтуновым и другими учеными [32,45-47, 69]. Для теоретического анализа процессов горячего деформирования эффективно использование теории кратковременной ползучести и технических теорий ползучести. Ряд расчетных методов, построенных на этих теориях, развиты Н.Н. Малининым и К.И. Романовым [45-47, 70]. Методы расчета некоторых процессов заготовительно-металлургического производства на основе нелинейной теории наследственности разработаны А.А. Поздеевым, В.И. Тарновским, В.И. Еремеевым, В.С. Баакашвили. Механика горячего деформирования металлов приведена также в работах Г.Я. Гуна, И.Я. Тарновского, В.Л. Колмогорова, В.М. Сегала, Г.Д. Деля, О.М. Смирнова. В общем случае штамповка с нагревом сопровождается пластическими и вязкими деформациями, упрочняющими и разупрочняющими процессами. Феноменологический учет этих факторов должен определяться связью напряжение скорость деформации деформация, что принципиально возможно лишь в рамках нелинейной теории наследственности. Уравнения линейной наследственности Больцмана Вольтерра могут быть интерпретированы применительно к нелинейной среде, какой является горячий металл. Уравнения теории наследственности учитывают влияние истории нагружения, эффекты обработки, связанные с протеканием упрочнения и разупрочнения. Использование уравнений этой теории в виду их сложности ограничивает применение последней. Наиболее простыми являются уравнения |
12 Необходимость использования таких процессов вызвана возможностью достижения высоких степеней деформаций и значительным снижением удельных сил обработки, в том числе и для материалов, плохо поддающихся формоизменению при обычных условиях. Диапазон скоростей деформирования связан в общем случае с требуемыми степенями деформации, силами, температурой, стойкостью оснастки и другими факторами. Вязкость деформируемых сплавов может проявляться уже при достаточно кратковременных процессах, длящихся от нескольких секунд до минут. л Сказанное выше относится, прежде всего, к формоизменению заготовок из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов. Деформирование их существенно зависит от температурно-скоростных условий. Стали, как правило, менее чувствительны к скорости деформирования. В работах [33, 60-62, 72, 82, 85, 91, 111, 123-125, 133-136] выполнен теоретический анализ процессов горячего формоизменения металлов с привлечением уравнений состояния механики нелинейно вязких сред. Однако теория обработки давлением, построенная на механике пластичности и развитая в трудах Е.П. Унксова, А.Д. Томленова, Е.А. Попова, Е.И. Семенова, Л.Г. Степанского, В.Д. Головлева, А.Г. Овчинникова, И.П. Ренне и других ученых не учитывает реономных свойств металла в процессах горячего деформирования. Интенсивность напряжений принимается величиной постоянной, определяемой средними величинами степени и скорости деформации в очаге деформации при фиксированной температуре. Нелинейные уравнения механического состояния и построенные на них аналитические методы расчета достаточно широко разработаны для анализа поведения под нагрузкой элементов конструкций Ю.Н. Работновым, А.А. Ильюшиным, Н.Н. Малининым, Л.М. Качановым, М.А. Колтуновым и другими [39, 41, 60-62, 86, 87]. 13 Одни из первых постановок технологических задач линейного вязкого пластического деформиро А.Ю. Ишлинскому. принадлежат Г. Генки, А.А. Ильюшину, Для теоретического анализа процессов горячего деформирования перО спективно использование теории кратковременной ползучести и технических теорий ползучести. Ряд расчетных методов, построенных на этих теориях, развит Н.Н. Малининым и К.И. Романовым [60-62, 91]. Методы расчета некоторых процессов заготовительно-металлургического производства на основе нелинейной теории наследственности разработаны А.А. Поздеевым, В.И. Тарновским, В.И. Еремеевым, В.С. Баакашвили [82]. Механика горячего деформирования металлов приведена также в работах Г.Я. Гуна, И.Я. Тарновского, В.Л. Колмогорова, В.М. Сегала, Г.Д. Деля, О.М. Смирнова [25, 27, 46-49, 82, 100]. Для учета влияния вязких свойств горячего металла необходима функциональная ной стороны, скоростью деформации, степенью деформации и температурой с другой. Обычно такие зависимости устанавливают различными способами при одноосном напряженном состоянии. В общем виде зависимость содеформации деформации е, скорости деформации ё и температуры Т описывается уравнением типа d(jc = —-dz -I--------dz -I--------dT, dz dz dT определяющим температурно-скоростную диаграмму упрочнения. Имеются многочисленные частные виды зависимости, учитывающие как процессы упрочнения, так и разупрочнения. Расчетные схемы на базе температурно-скоростных диаграмм упрочнения, однако, не имеют достаточно универсального характера и требуют большого объема экспериментальных данных. 14 Упругую, пластическую или упругопластическую среду, проявляющую вязкие свойства, можно представить с помощью механических моделей сложных сред, описанных в работах [41, 61, 86, 87]. Такие модели широко известны для линейной вязко-упругости: среды Максвелла, Фойхта, Кельвина и др. Существуют модели вязкопластического тела (среды Бингема, Швет дова). Вязкопластическое тело представляется в виде параллельного соединения вязкого и пластического элементов, ползуче-пластическое последовательным соединением. В общем случае штамповка с нагревом сопровождается пластическими * и вязкими деформациями, упрочняющими и разупрочняющими процессами. Феноменологический учет этих факторов должен определяться связью "напряжение скорость деформации деформация", что принципиально возможно в рамках нелинейной теории наследственности. Уравнения линейной наследственности Больцмана-Вольтерра могут быть интерпретированы применительно к нелинейной среде, какой является горячий металл. Уравнения теории наследственности учитывают влияние истории нагружения, эффекты обработки, связанные с протеканием упрочнения и разрушения. Однако практическое использование этих уравнений ввиду их сложности затруднительно. Самыми простыми являются уравнения теории старения, которые описывают деформационное упрочнение и разупрочнение, феноменологически связанное с ползучестью. Процессы медленной изотермической штамповки реализуют при высоких температурах. При этом пластические деформации и связанное с ними упрочнение малы, упрочнение от деформации ползучести также практически отсутствует. Влияние истории нагружения незначительно, величина скорости деформации зависит от напряжения в данный момент времени. В силу этих факторов для расчета процессов изотермической штамповки при высоО ких температурах возможно использование технической теории ползучести |