金属塑性加工技术 2-金属塑性加工的流动与变形规律

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1、金属塑性加工原理PrincipleofPlasticDeformationinMetalsProcessing第二篇金属塑性加工的流动与变形规律第3章金属塑性加工的宏观规律§3.1塑性流动规律（最小阻力定律）§3.2影响金属塑性流动和变形的因素§3.3不均匀变形、附加应力和残余应力§3.4金属塑性加工诸方法的应力与变形特点§3.5塑性加工过程的断裂与可加工性(归入金属学基础)§3.1塑性流动规律（最小阻力定律）概念：最小阻力定律最小周边法则实际应用分析最小阻力定律变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动。即做最少的功，走最短的路。与应力应变增

2、量理论相一致(应变增量与应力偏量成正比)修磨圆角，减少阻力增加飞边阻力图3-1开式模锻的金属流动俯视图，外力P方向向里接触面上质点向周边流动的阻力与质点离周边的距离成正比质点向距离最短的周边移动→分成四个区流动的结果是变成椭圆形图3-2最小周边法则方锭变圆（a）（b）B-B剖面（c）图3-3正方形断面变形模式宽展多于延伸，拔长效率低延伸多于宽展，拔长效率高(俯视图)图3-4拔长坯料的变形模式（D′＞D，B′2＞B2）小辊径大辊径小辊径D延伸变形区大大辊径D′宽展变形区大H、h、B1相同时B′2＞B2图3-6辊径不同时轧件变形区纵横方向阻力图轧件坯料宽

3、度不同B1＜B2H、h、D相同时：宽展部分相同而窄板延伸＜宽板延伸其结果导致窄板宽展率大，延伸率小图3-5不同宽度坯料轧制时宽展情况§3.2影响金属塑性流动和变形的因素3.2.1摩擦的影响3.2.2变形区的几何因素的影响3.2.3工具的形状和坯料形状的影响3.2.4外端的影响3.2.5变形温度的影响3.2.6金属性质不均的影响摩擦影响的实质：由于摩擦力的作用，在一定程度上改变了金属的流动特性并使应力分布受到影响。3.2.1摩擦的影响镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响接触面附近摩擦力，中心大，边部小变形分成三个区难变形区、易变形区、自由变形区三个区的主

4、应力图有区别，主变形图不同σ1=σ2=σ3ε1=ε2=ε3=00>σ2=σ1>σ3ε3＜0ε1=ε2=-ε3/2σ1>0>σ3σ2=0ε1=-ε3ε2=？0思考：没有摩擦力，怎么变形？圆柱镦粗时接触表面单位压力分布图用有孔的玻璃锤头压缩塑料发现中间进入圆孔的塑料高度高于边部从边缘到中心应力逐渐升高，边缘应力等于屈服应力试样高/径比h/d越小，应力分布越不均匀思考：高向怎么变化？a)变形前b)摩擦系数很小或为零c)有摩擦圆环镦粗时金属的流动无摩擦力σ2=σ1=0σ3＜0ε3＜0ε1=ε2=-ε3/2有摩擦力σ2、σ1<0σ3＜0出现中性面变形区的几何因

5、子（如H/D、H/L、H/B等）是影响变形和应力分布很重要的因素。描述变形区的几何形状的参数3.2.2变形区的几何因素的影响球压缩时的流线45度角剪切最大，屈服准则，滑移带形成正交网线形成变形锥随变形程度，滑移带向内、外扩展向外深入，上下变形锥相交内部质点滑移变形的近似模型变形锥模型向内，难变形区，摩擦力影响，静水压力大向外：当H/D很大时，滑移锥不相交，离接触面越远，滑移线不容易到达中间难变形，形成双鼓形当H/D较小时，滑移锥相交，难变形区不变形，易变形区和自由变形区变形形成单鼓形当H/D很小时，滑移锥相互干涉最严重，相互插入难变形区，变形较均匀，

6、需要很大的变形力h2为各种数值时的情况变形锥之间距离h对变形模式的影响接触面是否产生滑动与摩擦力和变形因子有关？变形几何因子的思考变形是否深入取决于H/D接触面是否滑移与H/D密切相关可以解释几何因子影响变形力，即变形力随H/D减少而增加工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向的重要因素。工具与金属形状的差异，是造成金属沿各个方向流动的阻力有差异，因而金属向各个方向的流动（即变形量）也有相应差别。3.2.3工具的形状和坯料形状的影响a)圆型砧（zhen）b)V型砧c)凸型砧图3-13型钻中拔长圆型砧和V型砧不利于宽展拔长效率高凸型砧利于宽展，拔长效率

7、低图3-14沿孔型宽度上延伸分布图方形坯入椭圆形轧孔，沿宽向的延伸不均匀，易造成制品歪扭外端（未变形的金属）对变形区金属的影响主要是阻碍变形区金属流动，进而产生或加剧附加的应力和应变。外端是指临接变形区，而未变形的金属因为金属塑性变形要保持整体性和连续性，因此外端会影响到变形区内金属的流动。3.2.4外端的影响图3-15拔长时外端的影响外端限制宽展当送料比l/a大时，宽展<延伸当送料比l/a小时，宽展增大图3-16开式冲孔时的“拉缩”造成非变形区金属变形图3-17弯曲变形对外端的影响造成非变形区金属变形变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形和流动

8、的差异。变形首先发生在那些变形抗力最小的部分。一般，在同一变形物体中高温部分的变形抗力低，低温部分的变形抗力