Виды необратимых деформаций

Смятие или локальная пластическая деформация элементов поверхности деформирующего инструмента — наиболее распространенный вид необратимых деформаций при эксплуатации инструмента. При смятии происходит изменение формы и размеров наиболее нагруженных инструментов сверх допускаемых. Процесс смятия наиболее интенсивно развивается в местах совместного действия максимальных температур и давлений, затрагивая значительные объемы металла инструмента.

При смятии уменьшается высота выступающих элементов инструмента, увеличиваются размеры полости ручьев в плане, искажается их конфигурация; наблюдается также изгиб пуансонов, игл, оправок, деформация хвостовиков и блоков под рабочие вставки. Например, при штамповке осадкой наблюдается смятие стенок матрицы, знака, выталкивателя и выступов матрицы и пуансона. «Поднутрение» знака неизбежно приводит к застреванию поковок.

Деформирующий инструмент выходит из строя не только из-за смятия, но и из-за образования единичных трещин и последующего хрупкого разрушения в связи с динамическим и циклическим воздействием сил. На рабочих поверхностях инструмента сложной конфигурации с глубокими вырезами обычно обнаруживаются единичные мелкие и глубокие трещины в углах, на вертикальных стенках, в основании углублений. Если трещины неглубокие, то работоспособность инструмента будет определяться скоростью их распределения в длину и глубину. Образование глубоких трещин и разрушение характерны для хрупкого инструмента. Образование единичных трещин и хрупкое разрушение инструмента вызывается главным образом концентрацией напряжений в местах резких переходов, неблагоприятной схемой напряженного состояния, наличием в металле инструмента металлургических дефектов. Например, молотовые штампы часто выходят из строя в результате образования усталостных трещин и последующего разрушения в местах сопряжения хвостовика с заплечиками под действием ударно-циклических нагрузок.

Современная теория разрушения металлов рассматривает разрушение не как мгновенный акт, а как процесс развития трещины под действием напряжений. Причем, хрупкое разрушение, вызываемое периодическими пластическими сдвигами, наступает тогда, когда исчерпан весь ресурс вязкости металла инструмента. Впервые такое предположение выдвинул Гриффитс. Он рассмотрел напряженное состояние плоской плиты единичной толщины со сквозной трещиной эллиптического сечения. Такая трещина обладает определенной поверхностной энергией. Вблизи трещины упругой механической решетки снимается и освобождается упругая энергия.

Рисунок 25 -

Трещина обладает поверхностной энергией ,

где S – значение удельной поверхностной энергии.

Растягивающие напряжения снижают упругую энергию поля на величину . По можно найти h_кр трещины, после которой трещина начинает беспрепятственно расти при W_У > W_П .

Найдем экстремум функции .

Рисунок 26 - График зависимости длины трещины от энергии.

Опуская промежуточные выводы: удельную энергию S заменим на работу пластической деформации – А, при которой происходит разрушение металла. Тогда и для сопоставления двух материалов .