ВВЕДЕНИЕ
Обработка металлов давлением основана на способности металлов и сплавов пластически деформироваться, т.е. необратимо изменять форму и размеры тела под действием внешних сил. Она относится к наиболее распространенным и эффективным методам металлообработки. Такие процессы, как прокатка, прессование, волочение, ковка и штамповка, отличаются высокой производительностью и экономичностью, легко поддаются механизации и автоматизации. Пластическая деформация успешно применяется и для улучшения качества поверхности металла — уменьшения шероховатости, упрочнения поверхностных слоев, создания желательного распределения остаточных напряжений (процессы дорнования, обкатки шариками, роликами и т.д.).
Научной основой проектирования технологических процессов является теория обработки металлов давлением. Эта прикладная инженерная дисциплина должна обеспечить оптимальность технологических процессов по определенным показателям — производительности агрегатов, себестоимости или качеству изделий, возможности получения изделий заданной формы, размеров, возможности обработки специальных материалов и т.д.
Основы современной теории обработки металлов давлением заложены в трудах выдающихся советских ученых — А. А. Ильюшина, С. И. Губкина, Г. А. Смирнова-Аляева, А. Ф. Головина, А. И. Целикова, И. М. Павлова, П. И. Полухина, Е. П. Унксова, К. Н. Шевченко, И. Я. Тарковского, В. С. Смирнова, А. П. Чекмарева, А. В. Крупина, И. Л. Перлина, В. Н. Выдрина, Н. Н. Малинина, Е. В. Попова. Следует отметить большой вклад ученых Г. Генки, Р. Хилла, Т. Кармана, В. Джонсона, В. Прагера.
Теоретические методы решения задач обработки металлов давлением интенсивно развиваются в работах советских ученых А. А. Поздеева, В. Л. Колмогорова, А. К. Григорьева, В. М. Сегала, Л. Г. Степанского и других исследователей.
Решение проблемы оптимизации технологических процессов в настоящее время не может ограничиться различными полуэм-пирическими подходами, построенными на обобщении производственного опыта. В связи с этим развитие теории обработки металлов давлением идет в направлении создания методов достаточно точного количественного описания технологических процессов с учетом большого числа факторов, т.е. их математического моделирования и оптимизации.
Опираясь на достижения механики сплошных сред, металлофизики, химии, теория обработки металлов давлением развивается по трем основным направлениям: механико-математическому, физическому и физико-химическому.
В первом из них, как правило, не рассматриваются какие-либо конкретные модели и механизмы микропроцессов, происходящих при пластической деформации металлов и сплавов. На основании опытов по нагружению макрообразцов устанавливаются конкретные реологические свойства сплошной среды — абстрактной модели реального металла. Такой подход называется феноменологическим. В результате исследование процесса пластической деформации обрабатываемого тела сводится к анализу решения некоторой краевой задачи математической физики, т.е. к изучению распределения напряжений и деформаций, температурных полей, условий разрушения. Применение методов теории управления системами с распределенными параметрами позволяет поставить задачу об оптимизации в некотором смысле (например, по производительности, точности геометрии, качеству поверхности и т.д.) процесса обработки металлов давлением.
Физическое направление изучает механизм пластической деформации моно- и поликристаллов. Исследуются структура совершенной кристаллической решетки и различного рода дефекты, присущие реальным кристаллам. Особое внимание уделяется изучению дислокаций — линейных дефектов кристаллической решетки, образование и движение которых тесно связано с пластической деформацией и разрушением металлов.
Наконец, физико-химическое направление устанавливает связь химического состава и фазового состояния вещества с его пластическими свойствами.
По-видимому, на определенном уровне развития теории обработки металлов давлением возникнет полное слияние этих направлений, что обеспечит единый подход к описанию сложного комплекса явлений, сопровождающих пластическую деформацию тела. При этом произойдет стыковка микро- и макропредставлений о механическом поведении материалов, т. е. будет установлена количественная связь макроскопических механических свойств твердых тел (например, предела текучести, временного сопротивления, пластичности образца конечных размеров) с параметрами их микроструктуры. Решающая роль в реализации такой стыковки будет принадлежать статистической теории пластичности и прочности твердых тел, основанной на современных физических представлениях о дефектах кристаллической решетки и механизме пластической деформации и разрушения, учитывающей неоднородность развития этих процессов, связанную с неоднородностью структуры реальных металлов.
Построение такой теории — дело будущего. В настоящее время наиболее законченный характер имеют исследования в области механико-математической теории пластического формоизменения металлов.