Охрименко Я. М. и Тюрин В. А. Теория процессов ковки. Учеб. пособие для вузов. М., «Высш. школа», 1977. 295 с. с ил.



В книге изложены вопросы теории процессов ковки металлов и сплавов, дан анализ условий протекания конкретных технологических этапов ковки на базе современных представлений теории обработки металлов давлением, физики твердого тела, механики сплошных сред и экспериментальных данных. Приведена характеристика показателей деформации кузнечных заготовок, рассмотрены причины неравномерности пластического течения металла, сформулированы основы построения технологических процессов ковки. Книга является учебным пособием по курсам теории обработки металлов давлением и теории процессов кузнечно-штамповочного производства для студентов, специализирующихся в области обработки металлов давлением. Курс теории процессов кузнечно-штамповочного производства введен в новые учебные планы металлургических вузов впервые. Учебное пособие является первым изданием по этому курсу.
Авторы стремились изложить основные понятия и углубить представления об основных элементах кузнечного технологического процесса, раскрыв сущность отдельных операций и проанализировав многочисленные возможности совершенствования производства деталей машин. Особое внимание уделено вопросам постановки и методам решения задач ковки; введены специальные разделы, расширяющие сведения студентов о кинематических и механических условиях процесса ковки. В книге значительное место занимает характеристика граничных условий течения металла при ковке; систематизирован обширный материал о закономерностях макротечения металла при ковке, в том числе и о неравномерности деформации.
При написании пособия поставлена цель не только восполнить недостаток учебной литературы по указанным курсам, но и дать учебный материал, технологические рекомендации по построению режимов в процессах ковки на основе научного анализа поведения металлов и сплавов при пластической деформации, в частности макроанализа очага деформации. В пособии использованы современная научная, учебная и техническая литература в области теории, расчетов и проектирования процессов ковки, оптимизации производства поковок.
Авторы с признательностью примут все замечания и пожелания, которые могут послужить улучшению пособия.
Деформации в кузнечных процессах, как и соответствующие им напряжения и силы, являются предметом изучения теории обработки металлов давлением и, в частности, теории ковки. Эти курсы в свою очередь базируются на теории пластичности, механике сплошных сред и физике твердого деформируемого тела. Основное содержание теории ковки заключается в аналитическом и экспериментальном исследованиях напряженно-деформированного состояния проковываемого металла в зависимости от силовых, скоростных, деформационных, контактных и тепловых условий деформирования. В теории ковки большое место занимают исследования деформационной способности металлов и прежде всего их способности к обработке в нагретом состоянии, разработка методов оценки технологической пластичности и способов повышения допустимых разовых обжатий заготовок без их разрушения.
В теории ковки рассматривается также характер протекания процесса деформирования заготовок при различных операциях в целях установления наиболее благоприятных соотношений между размерами и формой заготовок и поковок. Влияние обработки давлением на механические и физические свойства металлов в теории ковки связывают с результатами исследования свойств готовых изделий (например, деталей машин), зависящих от технологических режимов ковки. В связи с возможностью получения заданных эксплуатационных характеристик кованых деталей комплекс прикладных наук о металлах рассматривает в основном две следующие задачи:
1. Изучение межатомных, межмолекулярных и структурных процессов при пластическом течении и их влияния на механические свойства металлов.
2. Создание расчетных методов, позволяющих предсказывать особенности и рассчитывать силовые и деформационные параметры пластического течения металлов, в целях создания на этой основе новых процессов ковки-штамповки.
Определить усилие деформирования можно на основе одномерных теорий пластического формоизменения, основанных на усреднении полей напряжений и скоростей; при этом обычно используется гипотеза «плоских» сечений. Распределение напряжений и деформаций в сечениях заготовки анализируют, применяя теории двухмерного течения. Большинство задач ковки связано с определением течения металла по трем направлениям пространства. Они решены методами, основанными на экстремальных принципах пла-
стического течения, которые дают возможность получения приближенных решений с определением двусторонних оценок.
О правомерности теоретических предпосылок судят по результатам экспериментальных проверок. В свою очередь методы теоретического исследования (например, метод планирования эксперимента) позволяют наметить направления рациональных решений и ограничить объем опытов. Однако эмпирическое исследование сохраняет и самостоятельное значение, так как некоторые решающие факторы, обеспечивающие качество и производительность ковки (например, геометрия рабочей поверхности инструмента), не имеют до сих пор методики расчета. Исследования механического поведения металлов, природы и эффектов, сопутствующих течению металла при ковке, а также исследования контактных условий позволяют формулировать физически обоснованные и математически корректно поставленные задачи.
Применение достижений теории обработки металла давлением к анализу течения металла в конкретных кузнечных операциях позволило получить решения, в которых учтены условия реальных процессов.
Известны решения ряда технологических задач плоской деформации: осадка полосы, истечение в щель, прямое прессование, закрытая прошивка, боковое выдавливание. Предложено несколько классов полей, построенных от начальных круговых дуг или логарифмических спиралей; для каждого класса полей решение выражено и в аналитическом виде через системы специальных функций. Для некоторых практически важных задач осесимметричной деформации полные решения получены методом характеристик. Нестационарное температурное поле с учетом теплопередачи и тепловыделения при пластическом деформировании рассчитано с применением ЭВМ и представляет решение другого класса задач ковки. Построены графики зависимости удельных усилий от величин обжатий, приведено распределение нормальных напряжений по линии контакта инструмента с деформируемым металлом. Представления механики сплошных сред и теорий пластичности позволяют составить замкнутую систему дифференциальных уравнений в частных производных для заготовок из материалов с идеализированными физико-механическими свойствами. Однако эту систему удается проинтегрировать лишь для простых задач ковки, а для решения технологических задач разрабатываются приближенные методы.