Неравномерность деформации
При равномерной (однородной) деформации напряженное состояние во всех точках тела одинаково, компоненты тензора напряжений и направление главных осей не изменяются при переходе от одной точки тела к другой, плоскости и прямые линии в теле не изменяются.
При неравномерной (неоднородной) деформации напряженное состояние и деформация различны в различных частях тела. При ОМД деформация всегда неравномерна. Однако, при решении практических задач деформацию принимают равномерной по всему объему тела или тело разбивают на отдельные объемы, в пределах которых деформацию можно принять равномерной.
Основные причины неравномерности деформации:
несоответствие формы инструмента форме деформируемого тела;
внешнее трение;
неоднородность физических свойств деформируемого тела.
Неравномерность деформации при обработке давлением в большинстве случаев нежелательна, т.к. приводит к появлению дополнительных напряжений в процессе деформации, которые снижают пластичность, повышают необходимое усилие, искажают форму тела. Неравномерность деформации приводит к остаточным напряжениям и неоднородности свойств готовых изделий.
Влияние формы инструмента и заготовки на неравномерность деформации
В большинстве процессов ОМД форма заготовки отличается от формы готового изделия, определяемой формой инструмента. Обычно форма заготовки проще формы изделия, что приводит к неодинаковому обжатию отдельных частей заготовки, т.е. к неравномерной деформации. Так при штамповке форма штампа и поковки отличаются от формы заготовки; при прокатке фасонных профилей форма калибров отличается от формы заготовки. Только в некоторых процессах ОМД форма инструмента совпадает с формой заготовки (ковка, прокатка листа, волочение проволоки).
Н
еравномерное
обжатие ведет к неоднородности структуры,
особенно на заключительных стадиях
обработки. В результате неравномерной
деформации в разных частях изделия
образуются зерна разной величины,
появляются дополнительные напряжения.
Если распределение напряжений, вызванных
внешними силами (основных), вызовет
такое изменение формы, которому будет
препятствовать целостность тела, то в
различных частях тела появятся
дополнительные напряжения разных
знаков.
Например, при прокатке крестообразного профиля из прямоугольной заготовки центральная часть обжимается незначительно, а края получают большое обжатие. Внешние силы создают схему всестороннего сжатия: по вертикали от усилий обжатия, по горизонтали – от сопротивления трения. Если бы участки 1 и 2 могли деформироваться независимо. Они бы получили разную вытяжку. Но они представляют собой единое целое. Слабообжимаемый участок сдерживает вытяжку сильнообжимаемых участков, а они в свою очередь увеличивают его вытяжку. В результате длина всех участков получается одинаковой. На участке 1 возникнут дополнительные напряжения растяжения, а на участке 2 – сжатия.
Основные напряжения, суммируясь с дополнительными, составляют результирующие напряжения. Дополнительные напряжения могут быть достаточно большими, сравнимыми с основными и оказывать существенное влияние на схему напряженного состояния.
Принудительная вытяжка участка 1 вызывает перетекание металла из сильнообжимаемых участков 2 в участок 1. При сильновыраженной неравномерности обжатия металл участка 1 может отстать от валков, а металл на участках 2 устремиться в стороны (вынужденное уширение). Дополнительное напряжение утяжки может вызвать разрывы, поперечные трещины на участке 1 и волны на участке 2.
Неравномерность деформации возникает и тогда, когда инструмент или заготовка не имеют оси симметрии, например, в валках переменного диаметра.