Модель разрушения металла при холодной ОМД

Пластичностью называют способность металла изменять свою форму под действием внешней нагрузки (инструмента) без разрушения.

Ранее за количественную характеристику пластичности принимали разные величины:

1) n – число оборотов до разрушения при кручении образца;

2) - относительное удлинение при появлении трещины (испытание на растяжение); ( - длина образца в момент разрушения);

3) – предельная степень деформации при появлении трещины (испытание на осадку); ( - высота образца в момент разрушения);

4) N – число перегибов образца до разрушения.

Все эти величины трудно сопоставить между собой и использовать для количественной оценки опасности разрушения при анализе конкретных технологических процессов.

Колмогоров В.Л. предложил использовать для количественной оценки пластичности величину - степень деформации сдвига, накопленную металлом к моменту разрушения. Величину будем называть коротко - пластичность.

Степень деформации сдвига (здесь - продолжительность деформирования частицы, - текущее время). Она подсчитывается за весь промежуток времени деформирования вдоль траектории перемещения частицы.

в момент разрушения. До тех пор, пока накопленная частицей степень деформации сдвига не достигнет предельной величины , разрушения не произойдет.

Пластичность данной марки стали существенно зависит от напряженного

состояния. Например, при растяжении в области шейки образца имеет место зона трехосного растяжения (все главные напряжения растягивающие; рис. 3.29) . Образец из высоколегированной стали разрушается при очень малой

Рис. 3.29. Схема напряженного состояния при растяжении образца с

предварительно выточенной шейкой

деформации ( ). При волочении по двум осям действуют напряжения сжатия и только по одной – растяжения (рис. 1.7, ж). В этом случае до разрушения образец может выдержать значительную деформацию ( .

Схема напряженного состояния может быть «мягкая» - преобладают сжимающие напряжения и «жесткая» - преобладают растягивающие напряжения.

Для оценки схемы напряженного состояния используют так называемый показатель напряженного состояния .Здесь К<0 – преобладают сжимающие напряжения, К>0 – преобладают растягивающие напряжения. Пластичность для рассматриваемой марки металла зависит от К: .

Показатель напряженного состояния К в процессе деформации меняется, то есть зависит от времени :

.

Величину , определяемую по формуле

, (3.6)

называют степенью использования запаса пластичности. В момент разрушения (вообще ).

Как получили (3.6): на малом этапе пластической деформации, происходящем за промежуток значение К не меняется (форсировано). Можно определить приращение степени использования запаса пластичности

. (3.7)

Для определения степени использования запаса пластичности за много этапов необходимо просуммировать: (здесь n – количество малых этапов деформирования). В предельном переходе при сумма может быть заменена интегралом. Получим выражение (3.6).

Итак, условие деформирования металла без разрушения имеет вид

, (3.8)

где интеграл подсчитывается для отдельной частицы деформируемого тела вдоль траектории ее движения; , - результаты решения задачи по расчету деформированного (значений ) и напряженного (значений ) состояния. То есть необходимо определить как в конкретном техпроцессе в наиболее опасном с точки зрения разрушения месте заготовки вдоль траектории частицы меняются Н и К. Зависимость - известная из экспериментов функция.

Н и К определяют в тех местах заготовки, где деформация наибольшая и напряжения растягивающие. Например, при высадке (операция холодной объемной штамповки (ХОШ)) разрушение может произойти на свободной боковой поверхности высаживаемой головки (жирная точка на рис. 3.30).

Рис. 3.30. Высадка головки заготовки:

1 – исходная заготовка; 2 – высаживаемая головка; 3 – пуансон; 4 - матрица