1. Введение
Содержание и задачи курса. Связь с другими дисциплинами
Теория кузнечно-штамповочного производства рассматривает и изучает основные элементы кузнечного технологического процесса, раскрывает сущность отдельных операций и анализирует многочисленные возможности совершенствования производства поковок.
Задачи курса:
Дать технологам научно обоснованные данные по проектированию и отладке технологических процессов;
Установить необходимое усилие или работу деформации для осуществления этих операций с целью выбора оборудования и прочностного расчёта рабочего инструмента.
Основной базой для теории КШП является теория ОМД, теория пластической деформации металлов. Эти науки развиваются совокупно в трёх взаимно связанных основных направлениях, имеющих одинаково важное значение:
Физика процесса пластической деформации металла. Это направление изучает экспериментально и теоретически механизм пластического формоизменения металла, устанавливает влияние различных факторов на этот процесс, в основном температуры, степени и скорости деформации и вида напряжённого состояния;
Физико-химия процесса деформации, рассматривающая связь пластических деформаций с химическим составом и фазовым состоянием металлов;
Механика пластической деформации, математически разрабатывающая вопросы напряжённо-деформированного состояния.
Краткий исторический обзор развития теории КШП
В России первый научный труд, где упоминается ковка появился в 1763 году. Это была книга М.В. Ломоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел». Глава первой книги начиналась словами «…Металлом называется светлое тело, которое ковать можно». Первыми зарубежными работами, положившими начало научной теории пластичности, можно считать работы французского учёного Г. Треска, который в конце 60-х годов XIX века начал экспериментально изучать поведение металла при пластическом течении и высказал утверждение, что пластическая деформация начинается при возникновении в металле максимального касательного напряжения определённой величины, постоянной для данных условий.
Дальнейшее развитие теория пластичности получила лишь в начале ХХ столетия благодаря работам М. Губера, Р. Мизеса, Г. Генки, Л. Прандтля, Т. Кармана, А. Надаи, Г. Гейрингер и др., и с тех пор теория пластичности непрерывно развивается (р. Хилл, В. Прагер и др.).
Заглавный лист книги Ломоносова «Первые основания металлургии, или рудных дел», СПБ, 1763
В области физики и физико-химии пластической деформации капитальные труды создали В.Д. Кузнецов, Н.С. Курнаков, который является зачинателем физико-химической теории пластичности, С.И. Губкин, обобщивший основные положения физико-химической теории пластичности, и ряд других учёных.
В области механики пластической деформации отечественным учёным также принадлежит ведущая роль. Здесь надо указать, для примера, такие имена, как С.А. Христианович, развивший применение метода характеристик к плоской задаче теории пластичности, А.Ю. Ишлинский, решивший осесимметричную задачу, А.А. Ильюшин, придавший законченную форму теории малых упругопластических деформаций, В.В. Соколовский, Л.М. Качанов и др.
Основоположником теории обработки металлов давлением по справедливости следует считать Д.К. Чернова, который не только поставил, но и научно решил ряд вопросов, касающихся существа обработки металлов давлением, и предугадал направление их разрешения в будущем. После годичной работы в молотовом цехе Обуховского завода Д.К. Чернов опубликовал статью «О выделке стальных осей для подвижного состава железных дорог» (1867 г.), высказав в ней мысли, которые и ныне лежат в основе правильного подхода к рациональному выполнению ряда процессов обработки металлов давлением. «Постепенность нагревания, - пишет Д.К. Чернов, - необходима для того, чтобы не было большой разницы в деформации внешних и внутренних слоёв», - принцип, на котором строятся режимы нагрева. «Кругление на вырезной наковальне имеет большие преимущества перед подобною работой на плоской наковальне, в последнем случае, как доказано опытом, центральные части металла разрыхляются, образуя столб рыхлости» - теперь мы говорим о схеме всестороннего сжатия как условии максимальной пластичности материала.
Теория КШП создана трудами многих учёных. Среди зарубежных учёных можно в первую очередь указать Э. Зибеля, Г. Закса, Т. Кармана, В. Джонсона, Э. Томсона и др. К плеяде отечественных учёных относятся С.И. Губкин, Е.П. Унксов, И.М. Павлов, А.И. Целиков, Н.И. Корнеев, В.П. Северденко, Г.А. Смирнов-Аляев, В.С. Смирнов, И.Л. Перлин, А.Д. Томленов, Л.А. Шофман, В.Т. Мещерин, И.А. Норицын, И.Я. Тарновский, И.П. Ренне, О.А. Ганаго и др.
Значение этих трудов нельзя переоценить. Они обеспечили создание научной базы технологии обработки металлов давлением как инженерной дисциплины, позволяющей творчески и осмысленно совершенствовать технологические процессы, поднимать на более высокую ступень технику нашей промышленности.
Роль теории КШП в отечественной промышленности будет неуклонно возрастать в связи с непрерывно растущим значением кузнечно-прессового производства.
Объекты анализа и изучения теории КШП
В процессе осуществления процессов КШП решаются различные технологические задачи, являющиеся по характеру физическими, реологическими, механическими и металловедческими. К числу главных из них относятся следующие: придание поковке заданной формы и требуемых размеров достаточной точности; обеспечение высокого уровня механических свойств после термообработки; получение заданных механических свойств у поковки, отвечающей условиям нагружения детали.
Наиболее сложные из этих задач связаны с формообразованием – преобразованием заготовки простой формы в поковку сложной формы, обеспечивающей высокие служебные качества соответствующей детали машины.
К числу изучаемых в курсах процессов ОМД относятся: ковка, прессование, выдавливание, объёмная и листовая штамповки. Представлен также анализ разделительных операций при резке прутков и резке листового материала.
Таким образом, в теории КШП рассматриваются вопросы, связанные с течением металла по схемам различной сложности в результате взаимодействия инструмента и деформируемого металла, и силовая и энергетическая стороны деформирования применительно к отдельным процессам КШП. Важными элементами теории являются разбор различных процессов с позиций формы очага деформации и силовой или энергетической оценки операций.