材料成型工艺（塑性成型-镦粗、拔长）演示-2

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1、§5-2自由锻工艺一、金属塑性变形概述1、金属塑性变形所遵循的规律⑴体积不变规律ε1+ε2+ε3=0⑵屈服准则最大剪应力不变条件若σ1＞σ2＞σ3→∣σ1–σ3∣=σs弹性形变能不变条件(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2=2σs2⑶最小阻力定律如果在变形过程中物体内质点具有向各个方向移动的可能性时，则物体内各质点将向阻力最小方向移动。影响因素：摩擦状态、坯料尺寸（l0/b0）、一次压下量等。2、影响金属塑性变形流动的几个基本因素⑴加载情况(工具对坯料的作用）整体加载（镦粗），局部加载（拔长、冲孔、扩孔）拉伸或压缩，对称加载或非对称加载⑵受力情况（加载引起的坯料受力

2、状态或导致塑性变形的依据）整体受力（整体加载或局部加载-冲孔）局部受力（局部加载-拔长）⑶变形情况（加载引起的坯料变形状态）整体塑性变形；局部塑性变形（变形区和外端）。3、局部加载时沿加载方向的应力分布规律局部加载时，沿加载方向正应力的绝对值随受力面积不断增加而逐渐减小。适用条件：加载方向；加载面积较小（局部）；弹、塑性状态。4、金属塑性变形的不均匀性原因：金属自身性质（成分、组织）不均匀，受力不均（温度、摩擦、坯料尺寸等）→变形不均。结果：变形程度不均；变形不同时发生；产生附加和残余应力。害处和益处：附加和残余应力导致裂纹产生；可以实现变形工艺和组织性能上的某些要求。5、塑性变形

3、时金属的流动方向几种观点：古布金的观点—变形体内各质点朝距周边最短方向流动。塔尔诺夫斯基的观点—考虑摩擦状态应有三种流动情况。综合观点—应综合考虑摩擦状态、坯料尺寸相对比例、一次压下量等对质点流动的影响；微体塑性变形和位移取决于金属质点的流动，质点流动方向取决于整个变形体的应力场情况。⑴塑性变形区金属流动规律塑性变形时，在主轴方向，质点沿主应力增大方向流动；在空间，质点沿三个主应力的合成方向流动；在σ1σ2平面上，质点主要向最大主应力σ1增大方向流动（非轴对称情况下，向σ2方向有所偏移）；在σ2σ3平面上（子午面上），质点主要向较大主应力σ2增大方向流动；在均匀应力场下（轴对称情况

4、下），若取几何轴线为坐标轴，质点主要在最大主应力σ1的方向背离坐标轴（σ2）流动。锻造工艺塑性变形区金属流动规律：在三向压应力作用下，金属质点主要向最小阻力（增大）的方向流动。⑵确定金属流动方向的一般步骤①据变形条件和受力情况对应力、应变进行分区；②画出应力、应变状态图，标出最大主应力；③据受力情况确定最大主应力增大方向，从而定出金属流动方向。⑶各种变形工序金属流动方向的分析拉拔变形区是轴对称的。不分区。σ2=σ3矩形坯料在平砧间镦粗拔长环形件镦粗中性面偏于内侧。二、镦粗镦粗—使坯料高度减小，横截面增大的成形工序。分类：整体镦粗，局部镦粗；平砧镦粗，垫环镦粗。用途：增大截面积；准备

5、冲孔坯料，平整坯料端面；提高下步的拔长比；提高力学性能，减小其各向异性；破碎碳化物且使其均匀分布(消除网状碳化物的又一措施）。坯料类型：圆截面，矩形截面和方形截面。1、变形流动特点可见，坯料在镦粗过程中，鼓形不断变化，开始时逐渐增大，达到最大值后又逐渐减小。2、质量特点⑴产生的缺陷主要有：侧表面易产生纵向或45°方向的裂纹；锭料镦粗后上、下端常保留铸态组织；高坯料镦粗时常由于失稳而弯曲；锻件各处组织的晶粒不均。⑵原因分析坯料内部变形不均引起。一般高度坯料（H0/D0≤1）区域Ⅰ（难变形区）：摩擦影响最大，温降最快，变形最困难。区域Ⅱ（大变形区）：摩擦影响和温降小，三向压应力有益于变

6、形，变形程度最大。区域Ⅲ（小变形区）：摩擦影响较小，较Ⅱ区温降快，且应力状态为一拉二压，变形程度居中。此时，切向拉应力为Ⅱ区金属外流时对Ⅲ区金属所施加的压应力所致，愈靠近表面，切向拉应力愈大。变形不均导致的组织缺陷：Ⅰ区—粗大的铸态组织保留。Ⅲ区—切向拉应力导致纵向或45°方向裂纹(低塑材料)。Ⅱ、Ⅲ区—晶粒不均（前小、后大）。影响变形不均的原因：工具与坯料接触面的摩擦影响；（应力状态）与工具接触所引起的金属内部温降的不同。（变形抗力）①高坯料（H0/D0=1.5~2,0）常先产生双鼓形，而后随H/D的减小，转变为单鼓形。②更高的坯料（H0/D0≥3）容易失稳弯曲。③矮坯料（H0/

7、D0≤0.5）鼓形较小，Ⅱ、Ⅲ区变形较均匀。镦粗初期，端面尺寸增大主要靠侧表面金属翻上去的。3、缺陷消除措施使用润滑剂和采用工具预热措施采用凹形毛坯（低塑性材料）采用软金属垫采用铆镦、叠镦和套环内镦粗采用反复镦粗拔长的工艺使难变形区在拔长过程中得到变形，使整个坯料各处变形均匀。4、矩形截面坯料在平砧间镦粗时的变形分布5、镦粗时注意事项H0/D0≤2.5～3，料端平整且垂直轴线，加热均匀，转动镦粗且发生弯曲时及时校正压缩量小于塑性允许范围，禁止终锻温度以下镦粗对有皮下缺