金属塑性加工的宏观规律

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1、第二章金属塑性加工的宏观规律2.1最小阻力定律2.2影响金属塑性流动和变形的因素2.3不均匀变形、附加应力和残余应力2.1最小阻力定律金属塑性加工时，质点的流动规律可以应用最小阻力定律分析。最小阻力定律可表述为：变形过程中，当变形体中的质点有可能沿着不同的方向发生流动时，质点将向着阻力最小的方向流动。即“做最少的功，走最短的路”。最小阻力定律实际上是力学质点流动的普遍原理，它可以定性地用来分析金属质点的流动方向。利用最小阻力定律可以推断，任何形状的物体只要有足够的塑性，都可以在平锤头下镦粗使坯料逐渐接近于圆形。这是

2、因为在镦粗时，金属流动距离越短，摩擦阻力也越小。图2-1所示方形坯料镦粗时，沿四边垂直方向摩擦阻力最小，而沿对角线方向阻力最大，金属在流动时主要沿垂直于四边方向流动，很少向对角线方向流动，随着变形程度的增加，断面将趋于圆形。由于相同面积的任何形状总是圆形周边最短，因而最小阻力定律在镦粗中也称为最小周边法则。图2-1镦粗时的变形趋向图2-2矩形断面棱柱体镦粗时的金属流动模型通过调整某个方向的流动阻力来改变某些方向上金属的流动量，以便合理成形，消除缺陷。例如，在模锻中增大金属流向分型面的阻力，或减小流向型腔某一部分的阻

3、力，可以保证锻件充满型腔。图2-3开式模锻的金属流动模型接触面上的外摩擦变形区的几何因素工具与工件的轮廓形状变形体内部温度分布不均变形体的外端金属性质不均的影响2.2影响金属塑性流动和变形的因素接触面上的外摩擦在工具和变形金属之间的接触面上必然存在摩擦。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。镦粗时的分区圆柱体镦粗时，由于接触面上有摩擦存在，在接触表面附近金属流动困难，圆柱形坯料转变成鼓形。在此情况下，可将变形金属整个体积大致分为三个区：Ⅰ区表示由外摩擦影响而产生的难变形区；Ⅱ区表示

4、与作用力成45°角的最有利方位的易变形区；Ⅲ区表示变形程度居于中间的自由变形区。镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响变形区的几何因素在金属塑性加工中存在着外摩擦，变形的不均匀分布情况与变形区几何因素(如H/d、H/L、H/B等)有密切关系。实验表明：镦粗圆柱体时，当试样原始高度与直径比H/d<2.0时才发生上述的单鼓形不均匀变形。当坯料高度较大且变形程度甚小时(当H/d＞2.0时)，则往往只产生表面变形，而中间层的金属不产生塑性变形或塑性变形甚小，结果导致形成双鼓形。图2-11h2值对变形的影响工具与工件的轮廓形状工

5、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。如图所示，在圆形砧或V型砧中拔长圆断面坯料时，工具的侧面压力使金属沿横向流动受到很大的阻碍，被压下的金属大量沿轴向流动，这就使拔长效率大大提高。当采用图c所示的工具时，则产生相反的结果，金属易于横向流动。abc变形体内部温度分布不均变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形和流动的差异。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

6、形抗力低，低温部分的变形抗力高。这样，在同一外力的作用下，高温部分变形量大，低温部分变形量小。而变形物体是一整体，限制了物体各部分不均匀变形的自由发展，从而产生相互平衡的附加应力。在变形体内因温度不同所产生热膨胀的不同而引起的热应力，与由不均匀变形所引起的附加应力相叠加后，有时会加强应力的不均匀分布，甚至会引起变形物体的断裂。在热轧中常见到轧件轧出后会出现上翘或下翘现象，产生此现象原因之一就是轧件的温度不均所造成的。铝—钢双金属轧制时由不均匀变形产生的弯曲现象金属性质不均的影响变形金属中的化学成分、组织结构、夹杂物

7、、相的形态等分布不均会造成金属各部分的变形和流动的差异。例如，在受拉伸的金属内存在一团杂质，由于杂质和其周围晶粒的性质不同，出现应力集中现象，结果这种缺陷周围的晶粒必须发生不均匀变形，并会产生晶间及晶内附加应力。第二章金属塑性加工的宏观规律第三节不均匀变形、附加应力和残余变形变形不均匀的基本概念变形不均匀的防止措施残余应力3.1变形不均匀的基本概念均匀变形与不均匀变形基本应力与附加应力研究变形分布的方法均匀变形与不均匀变形均匀变形若变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们相应的各个轴向上变形的发生情况、发展方向及应

8、变量的大小都相同，这个体积的变形可视为均匀的。均匀变形的特点：变形前体内的直线和平面，变形后仍然是直线和平面；变形前彼此平行的直线和平面，变形后仍然保持平行；任何一个二阶曲面变形后仍为二阶曲面，其中变形前的球体于变形后变为椭球体；两个几何相似且位置相似的单元体，于变形后仍保持几何相似。均匀变形的条件：变形物体的物理性质必须均匀且各向同性；整个物体任何瞬间承受