При холодном выдавливании вследствие малой подвижности атомов металла эти структурные изменения фиксируются и остаются после снятия деформирующих сил. В результате холодного выдавливания металл упрочняется. Его механические характеристики изменяются: возрастает сопротивление, деформированию, повышается твердость, понижается пластичность металла. В результате упрочнения повышается электрическое сопротивление и химическая активность (например, коррозионная активность), уменьшается теплопроводность металла. Вследствие неравномерного распределения деформаций, наличия различных по величине и знаку упругих деформаций отдельных элементов, в холоднодеформированном металле накапливаются и сохраняются после снятия внешних усилий остаточные напряжения, которые при недостаточном запасе пластичности могут привести к появлению дефектов (трещин). Поэтому при холодном выдавливании металлов применяют межоперационную термическую обработку для снятия остаточных напряжений и наклепа [6].
При нагреве металла происходит повышение энергетического потенциала его атомов, увеличение их подвижности и амплитуды колебаний. При достижении определенной температуры возможен переход атомов в положение равновесия, приводящий к значительному ослаблению наклепа (разупрочнению) и снятию остаточных напряжений. Это явление, известное под названием возврата (отдыха), наступает для чистых металлов при нагреве до температуры, составляющей 0,25—0,3 от температуры плавления, взятой по абсолютной шкале. Для реальных металлов и сплавов эта граница расположена несколько выше.
Если выдавливание выполняется при температурах возврата, то упрочнение и разупрочнение происходят параллельно и конечный результат зависит от соотношения скорости возврата и скорости деформации. Дальнейшее повышение температуры приводит к возникновению процесса интенсивной перегруппировки атомов, в результате которой взамен искаженных деформацией вытянутых зёрен образуются новые равноосные зерна. Этот процесс, называемый рекристаллизацией, для чистых металлов начинается при температуре, составляющей 40% температуры плавления по абсолютной шкале, для металлов, содержащих
растворимые примеси, – при более высоких температурах. Рекристаллизация полностью снимает эффект упрочнения. В условиях горячего выдавливания на кривошипных прессах процесс рекристаллизации успевает протекать полностью, поэтому эффект упрочнения отсутствует.
Температура заготовки в процессе деформации определяется не только ее исходной температурой, она зависит также от притока тепла в результате работы внутреннего и внешнего трения и потери тепла за счет теплопроводности инструмента. Так как выделение тепла зависит от скорости деформации, то увеличением последней можно значительно повысить температуру и, следовательно, снизить сопротивление деформированию. Однако повышение скорости деформации вызывает увеличение сопротивления деформированию. Поэтому результирующее влияние повышения скорости деформации на сопротивление деформированию зависит от конкретных условий проведения процесса [4].
2.2.2 КОНТАКТНОЕ ТРЕНИЕ И СМАЗКА
Контактное трение имеет большое значение при обработке металлов давлением. Оно вызывает касательные напряжения на поверхности деформируемого тела, которые влияют на схему напряженного состояния, увеличивают неравномерность распределения деформаций, дополнительные напряжения, сопротивление деформированию и, следовательно, потребную деформирующую силу. При выдавливании влияние контактного трения особенно велико, так как имеют место значительные перемещения металла по контактной поверхности инструмента при относительно высоких давлениях. Контактное трение является одной из причин возникновения некоторых характерных для выдавливания дефектов (например, «ерша»), а также основной причиной быстрого износа штампов, существенно снижающего экономическую эффективность технологических процессов штамповки выдавливанием. Контактное трение при пластическом течении металла представляет собой сложное явление, отличающееся по физической природе от обычного трения скольжения упругих тел, подчиняющегося закону Кулона Т=μ·N. Его следует рассматривать, как проявление суммарного эффекта комплекса физико-химических явлений, происходящих в поверхностных слоях металла и инструмента.
Несмотря на большое количество исследований, проведенных и этой области, и наличие ряда гипотез, физико-химическая природа контактного трения до конца еще не выяснена, поэтому сведения о закономерностях и количественных зависимостях, управляющих контактным трением, неполны и разрозненны. Сила контактного трения является функцией многих переменных и колеблется в широких пределах в зависимости от условий деформации. Поэтому применяемое до сих пор в практике обработки металлов давлением понятие о коэффициенте контактного трения μ, как об отношении, силы трения к нормальной силе (по закону Кулона) условно и не отражает физической сути явления.
Величина коэффициента контактного трения зависит от состояния контактных поверхностей, их микрогеометрии, наличия и природы окислов и других химических соединений на контактных поверхностях, образования новых поверхностей в результате выхода на поверхность внутренних слоев деформируемого металла, величины нормального давления, температуры контактных поверхностей, скорости скольжения металла в контактных поверхностях, характера приложения нагрузки. В процессе деформации эти факторы не остаются неизменными, поэтому и коэффициент контактного трения является переменной величиной, точное определение которой затруднительно из-за отсутствия достаточно совершенных методов, обеспечивающих получение
достоверных данных.
В первом приближении
можно считать, что при штамповке выдавливанием возможны два вида трения: сухое
и жидкостное (гидродинамическое). По закону
сухого трения, вытекающему из молекулярно-механической
теории трения, согласно Б. В. Дерягину
сила трения Т выражается формулой
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.