Actual Problems in Machine Building 2015 No. 2

Актуальные проблемы в машиностроении. 2015. №2 Инновационные технологии в машиностроении ____________________________________________________________________ 133 Теория и методы Как известно [1], взаимосвязь кинематических и силовых условий на контактных поверхностях и в объеме очага деформации при плоском деформировании качественно описывается выражением: , (1) где А, А 1 и А 2 – соответственно полная работа деформации, работа внутренних сопротивлений и работа сил контактного трения; – напряжение сдвига; Г – интенсивность деформации сдвига; – касательные напряжения трения; – контактное скольжение металла по оси Х; S – контактные поверхности заготовки; R – радиус контактной поверхности заготовки. При плоской осесимметричной деформации в условиях торможения контактных смещений с учетом равенств ; имеем: , (2) где и - относительная линейная деформация соответственно вдоль осей Х и Z; – полная сдвиговая деформация. Из выражений (1) и (2) следует, что при малом контактном скольжении металла сдвиговая деформация существенно увеличивает интенсивность деформации сдвига, что обуславливает неравномерность деформации в объеме металла и рост работы внутренних сопротивлений А 1 . Одновременно уменьшается работа сил трения А 2 (рис. 1; ). Согласно принципу минимума полной энергии деформации в объеме металла и на контактных поверхностях заготовки осуществляется такая кинематика течения металла, при которой А 1 + А 2 = А min . Поэтому при развитом контактном скольжении металла сдвиговая деформация , а интенсивность деформаций сдвига Г ≈ 2 , что соответствует равномерной деформации в объеме металла (рис. 1; ). Эти положения реализованы, например, при обратном выдавливании тонкостенных стаканов (рис. 2) [2]. Качественная зависимость деформирующего усилия от схемы активизации контактных сил трения и степени утонения дна изделия (t/z; z – толщина стенки стакана) представлена на рисунке 3. В результате активизации контактных скольжений на дне матрицы посредством вращения выталкивателя деформирующее усилие может быть снижено до 18%. При этом за счет существенного уменьшения сдвиговой деформации и интенсивности Г (соответственно и работы А 1 ) возможно значительное утонение дна стакана, что позволяет сократить расход штампуемого металла, в том числе объем избытка металла, и получать тонкостенные изделия в виде металлических оболочек. Рис. 1. Зависимость касательных напряжений ( ) от контактных смещений ( ) и давлений ( Р )