Процессам обработки металлов давлением присущи определенные закономерности.
Закон постоянства объема. Пластическая деформация практически не влияет на плотность металла, поэтому действует закон постоянства объема: объем тела при его пластической деформации остается неизменным:
H * B * L = h * b * l
h * b * l / H * B * L = 1
H — высота тела до деформации; B — ширина тела до деформации; L — длина тела до деформации
h — высота тела после деформации; b — ширина тела после деформации; l — длина тела после деформации
Закон применяется для расчетов объема и размеров исходной заготовки, необходимой для получения поковки с заданными размерами, а также переходов и изменения размеров заготовки в процессе деформирования.
Закон подобия. При осуществлении в одинаковых условиях одних и тех же процессов пластического деформирования геометрически подобных тел из одинакового материала отношение усилий деформирования равно квадрату, а отношение затраченных работ – кубу отношений соответствующих линейных размеров. Этот закон, основанный на принципе моделирования, используется для приближенного определения усилий деформирования и затрачиваемой работы.
Закон наименьшего сопротивления. В случае возможности перемещения точек деформируемого тела в различных направлениях, каждая точка перемещается в направлении наименьшего сопротивления. Закон позволяет учесть предпочтительное направление течения металла, определить, какая часть полости штампа заполнится быстрее, какие размеры и форму будет иметь поперечное сечение заготовки в результате ее обработки давлением.
По этому закону, при наличии трения на контактной поверхности, заготовка прямоугольного сечения при осадке будет приобретать округлую форму, имеющую наименьший периметр при данной площади. В этом случае направлением наименьшего сопротивления является кратчайшая нормаль к периметру сечения.
Деформацию принято оценивать следующими величинами:
1. Абсолютная деформация
H — h = Δh — обжатие
b — B = Δb — уширение
l — L = Δl — удлинение
2. Относительная деформация
Δh / H или Δh / h — относительное обжатие или относительная высотная деформация;
Δb / B или Δb / b — относительное уширение или относительная поперечная деформация;
Δl / L или Δl / l — относительное удлинение или относительная продольная деформация.
3. Коэффициент, определяющий изменение длины обрабатываемого изделия – μ = l / L. Его называют вытяжкой или коэффициентом вытяжки.
Согласно закону постоянства объема μ = F / f (где: F – площадь поперечного сечения до деформации, f – площадь поперечного сечения после деформации).
Скорость деформации
Скорость деформации – изменение относительной деформации в единицу времени:
ε – степень деформации; t – время
Скорость деформации следует отличать от скорости движения деформирующего инструмента и скорости течения металла при деформации. Диапазон скоростей деформации составляет 10 –1 … 10 3 , с –1.