Внешние и внутренние силы. Понятие о напряжении

Пластическая деформация в большинстве случаев протекает под действием внешних (приложенных) сил, возникающих на поверхности контакта деформируемого металла и инструмента. Иногда деформация может происходить и без приложения внешних сил, например от термических напряжений, при неравномерном нагреве и охлаждении металла. Причинами, вызывающими появление внешних сил, являются действия машин – молотов, прокатных станов и т.д. Силы от действия машин направлены нормально к контактной поверхности, а силы трения действуют в плоскости контактной поверхности по касательной к ней.

Внешние силы разделяют на:

1. Активные – силы, совершающие деформацию;

2. Реактивные – силы, препятствующие перемещению частиц металла при деформации;

Рисунок 19 – Схема действия активных и реактивных сил.

Напряжение – интенсивность внутренних сил. Величина напряжения равна отношению силы к площади поперечного сечения, на которую он воздействует: ,

где Р – сила, кг;

F – площадь поперечного сечения, ;

При обработке металла давлением возникают внутренние напряжения. Напряженное состояние в любой точке тела выражается главными нормальными напряжениями.

Главными нормальными напряжениями называют такие направления, действие которых совпадает с главными осями координат.

Всего существует 9 схем напряженного состояния:

1. Линейные схемы – если сила, действующая на тело, проецируется на одну ось координат, то имеет место линейное напряженное состояние.

2. Плоские схемы – если сила, действующая на тело, проецируется на две оси координат, то имеет место плоское напряженное состояние.

Рисунок 21 – Плоские схемы напряженного состояния: - двухосное сжатие; - разноименная схема; - двухосное растяжение;

Плоские схемы встречаются крайне редко и являются переходными, от линейных, к объемным.

3. Объемные схемы – если сила, действующая на тело, проецируется на три оси координат, то имеет место объемное напряженное состояние.

При волочении =

Рисунок 24 – Схема напряженного состояния при волочении.

Прокатку с натяжением применяют, чтобы снизить давление в очаге деформации и повысить устойчивость раската между клетями. При прокатке с натяжением возникает за счет давления валков на металл; возникает за счет сил трения, препятствующих уширению; возникает за счет натяжения переднего и заднего конца.

Рисунок 25 – Схема напряженного состояния при прокатке с натяжением.

Схема 03 практического применения не получила, но возможна в некоторых частях деформируемого тела при ковке и штамповке.

Схема 04 имеет место при испытании образца на разрывной машине в момент образования шейки, а так же при прокатке круглой заготовки на прошивном стане (бесшовные трубы).