Методы оценки деформируемости металлов в различных процессах обработки давлением основываются на теории деформируемости, которая учитывает влияние нагрузок на интенсивность накопления повреждений. Следует отметить, что теория деформируемости позволяет получить количественную оценку влияния параметров технологического процесса на вероятность разрушения [1].

Интенсивность пластической деформируемости в значительной степени зависит от характера нагружения, например, при знакопеременной деформации.

В работе [2] экспериментально установлено, что дефекты вызывают ухудшение физико-механических характеристик материала деталей, что снижает их эксплуатационные характеристики. Это свидетельствует про актуальность проблемы оценки пластичности не только с точки зрения получения восстановленных деталей путем пластической деформации, а также с точки зрения их надежных эксплуатационных характеристик.

Весьма важными являются вопросы эффективности технологических процессов восстановления путем минимизации ресурса пластичности и его равномерного распределения по всему объему детали.

Основы теории деформируемости металлов рассмотрены в работах , , -Аляева, , и др.

В основе современной теории деформируемости лежит положение о зависимости пластичности от схемы нагруженного состояния, которая характеризуется, как минимум, двумя показателями нагруженного состояния: инвариантом тензора напряжений и безразмерными инвариантными характеристиками.

Выбор показателей напряженного состояния должен предусматривать возможность преобразований, которые позволяли бы учитывать упрочнение металла при пластической деформации.

Актуальной является проблема оценки деформируемости металлов при немонотонном (вибрационном) нагружении. Следует отметить работы в этом направлении , , Р. Хила и др.

Вибрационная обработка металлов позволяет снизить остаточные напряжения, которые при взаимодействии с напряжениями от внешних нагрузок, являются причиной снижения ресурса деталей в процессе эксплуатации. Следует отметить, что распределение по объему и уровень остаточных напряжений зависят как от параметров процесса обработки давлением, так и от последовательности и характеристик процессов окончательной механической обработки.

Теоретические и экспериментальные исследования процесса пластической деформации сводятся к разработке математических моделей для оптимизации и управления процессом пластического формоизменения. Математическая модель должна описывать структурные свойства материалов, от смены которых зависит механизм упрочнения обрабатываемого металла.

Основным теоретическим направлением, с помощью которого решается задача выбора оптимальных условий пластической деформации, является технологическая механика и дислокационная теория, раскрывающие физическую природу изменения физико-механических свойств обрабатываемого металла. В технологической практике используется теория зависимости пластичности от вида нагружения, определяемого возникающими напряжениями.

Пластическая деформация характеризуется способностью металла изменять свою форму без разрушения. Если по мере увеличения деформации происходит упрочнение материала, то для дальнейшего развития пластической деформации необходимо увеличивать напряжение. Пластическое состояние наступает, когда в процессе обработки интенсивность напряжений достигает величины, равной напряжению текучести при линейном пластически напряженном состоянии, соответствующему скоростным условиям деформирования и степени деформации, т. е. σі = σs. При увеличении степени деформации напряжение текучести σs вследствие упрочнения увеличится, а следовательно, возрастет и необходимая величина σі для поддержания пластического состояния.

Для определения σs можно использовать результаты испытаний образцов на сжатие при различных видах нагружения. Однако во всех случаях следует учитывать необходимость внесения поправок для учета разницы в скоростях деформации при испытаниях и осуществлении реального процесса деформирования.

При пластическом состоянии возникающие касательные напряжения τ0 и интенсивность касательных напряжений τі могут быть определены:

; (1)

. (2)

Правую часть выражения (2) обычно обозначают:

, (3)

где k – постоянная пластичности.

Условие пластичности может быть определено через потенциальную энергию деформации Аn:

, (4)

где Ао – потенциальная энергия изменения объема; Аф – потенциальная энергия изменения формы.

Отсюда

. (5)

В главных осях деформаций можно записать:

. (6)

Из сопротивления материалов известно, что:

, (7)

где μ – коэффициент Пуассона.

Следовательно, решая совместно выражения (2) и (3), получим:

. (8)

Используя известные выражения деформации, можно записать:

. (9)

Подставляя выражения (8) и (9) в уравнение (5), имеем:

. (10)

Данное уравнение позволяет определить величину удельной потенциальной энергии упругой деформации формы в момент начала пластической деформации.

При вибрационном нагружении вследствие отрыва обрабатывающего инструмента от обрабатываемой поверхности материала детали величина σs будет иметь меньшее значение, чем при обычной (монотонной) обработке. Следовательно, потребуется меньше энергии изменения формы, что способствует увеличению упрочнения обрабатываемого материала.

Литература

1. Сторожев обработки металлов давлением / , . М.: Машиностроение, 1977. – 423 с.

2. Богатов пластичности металлов при обработке давлением / , , . – М.: Металургия, 1984. – 144 с.