м, надзвичайно складні. Тому при дослідженні температурного поля деформованого металу та інструменту зазвичай приймають ряд спрощують припущень, що дозволяє використовувати при аналізі процесу теплопровідності феноменологічний метод.
Схематично весь комплекс явищ теплопереносу при обробці металів тиском можна представити наступним чином (на прикладі прокатки металів). Витягнута з нагрівальної печі заготівля принаймні переміщення до валків охолоджується за рахунок променистого і конвективного теплообміну з навколишнім середовищем, а так само за рахунок контактного теплообміну з рольгангамі, слітковози і т.д.
При подачі заготовки у валки відбуваються наступні процеси. З одного боку, відбувається охолодження розкату в результаті теплопередачі у валки через прошарок окалини. З іншого боку, відбувається нагрівання розкату за рахунок дисипації механічної енергії пластичного формозміни, а так само за рахунок роботи проти зовнішніх сил тертя. Вийшовши з осередку деформації, метал знову піддається променистому і конвективному теплообміну з навколишнім середовищем і т.д.
У процесі обробки тиском метал протягом пауз піддається контактному теплообміну з деякими елементами технологічного обладнання (рольгангамі, маніпуляторами, лінійками, проводками і т.д.). Однак через малість часу контакту і невисоких значень спостерігаються при цьому теплових втрат зазвичай контактної складової коефіцієнта тепловіддачі між поверхнею деформованого металу і навколишнім середовищем нехтують [20,21].
Незалежно від виду обробки тиском між поверхнею металу і робочим інструментом при деформації завжди є прошарок, що складається з оксидів деформованого металу, повітря, водяної пари і т.д. Таким чином, має місце контактний теплообмін в системі трьох тіл: деформується метал, прошарок, робочий інструмент. Основним ускладненням при аналітичному дослідженні температурного поля подібного тришарового тіла є складність визначення теплофізичних властивостей прошарку. Справа в тому, що склад і товщина прошарку залежать не тільки від виду обробки тиском, але й від цілого ряду інших факторів, таких як величина теплового опору прошарку, а так само значення коефіцієнта тепловіддачі між поверхнею деформованого металу і робочим інструментом (валками, штампом, оправленням і т.д.).
Для випадку прокатки значення коефіцієнта тепловіддачі між металом і валками може бути визначене теоретично, або експерементально [22].
Для здійснення процесу обробки металів тиском необхідно затратити певну кількість енергії. Частина цієї енергії перетворюється в тепло, а частина залишається в деформованому металі у вигляді пов'язаної потенційної енергії. Відношення кількості енергії перетворилася в тепло, до загальної кількості енергії, що витрачається на процес деформування, називають коефіцієнтом виходу тепла [].
Для стали коефіцієнт виходу тепла за даними різних авторів складає 0,84 ... 0,94 і в окремих випадках може бути дорівнює одиниці [].
За допомогою величини теплового ефекту можна розрахувати тільки підвищення середньої температури розкату. У той же час відомо, що в більшості випадків прокатки пластичні деформації по перетину розкату розподілені нерівномірно. Отже загальна енергія деформації так само розподіляється по перерізу нерівномірно. Нерівномірним буде так само і розподіл тепловиділення від енергії пластичного формозміни [20].
Нагрівання розкату за рахунок енергії пластичного формозміни можна представити як результат дії об'ємно-розподіленого теплового джерела. Визначення функції розподілу потужності теплового джерела по перетину деформівного тіла може бути важко, так як для знаходження інтенсивності зсувних деформацій потрібно вирішувати самостійну, дуже складну задачу механіки суцільних середовищ.
Пластичне формоїзмененіє, що відбувається в процесі обробки тиском, супроводжується конвективним переносом маси металу всередині деформівного обсягу. У зв'язку з цим температурне поле металу залежить як від дифузійного перенесення тепла (теплопровідності), так і від конвективного. Для врахування останнього в розрахунках температури металу при деформації необхідно мати повні дані про поле швидкостей течії часток металу. Визначення поля швидкостей течії частинок мета?? ла для кожного виду прокатки має свої особливості. У загальному випадку закономірності теплопереносу всередині деформівного обсягу описуються диференціальним рівнянням Фур'є-Кірхгофа [21,23]
Суттєвою особливістю температурного поля деформованого металу є зміна в часі положення і форми його поверхні. Протягом процесу прокатки поверхню розкату віддає тепло в навколишнє атмосферу (протягом паузи) і у валки (протягом обтиску).
У загальному випадку для вирішення диференціального рів...
