金属塑性成型力学基础

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1、《金属塑性成形原理》江西理工大学材料成形与控制工程教研室赵鸿金教授2009年4月8/15/20211江西理工大学目录绪论第一篇塑性变形的力学基础第二篇塑性变形的流动规律第三篇塑性变形的物理基础第四篇塑性成形的力学解析8/15/20212江西理工大学塑性力学(塑性理论)研究金属在弹性状态下的力学行为称为弹性理论或弹性力学。研究金属在塑性状态下的力学行为称为塑性理论或塑性力学。均属连续介质力学的范畴。8/15/20213江西理工大学基本假设连续性假设变形体内均由连续介质组成，即整个变形体内不存在任何空隙。这样，应力、应变、位移等

2、物理量都是连续变化的，可化为坐标的连续函数。均匀性假设变形体内各质点的组织、化学成分都是均匀而且是相同的，即各质点的物理性能均相同，且不随坐标的改变而变化。各向同性假设变形体内各质点在各方向上的物理性能、力学性能均相同，也不随坐标的改变而变化。8/15/20214江西理工大学基本假设初应力为零物体在受外力之前是处于自然平衡状态，即物体变形时内部所产生的应力仅是由外力引起的。体积力为零体积力如重力、磁力、惯性力等与面力相比是十分微小，可忽略不计。体积不变假设物体在塑性变形前后的体积不变。8/15/20215江西理工大学塑性理论

3、的研究思路静力学角度从变形体中质点的应力分析出发，根据静力平衡条件导出应力平衡微分方程。几何学角度根据变形体的连续性和匀质性假设，用几何的方法导出小应变几何方程。物理学角度根据实验和基本假设导出变形体内应力与应变之间的关系式，即本构方程。建立变形体由弹性状态进入塑性状态并使继续进行塑性变形时所具备的力学条件，即屈服准则。8/15/20216江西理工大学第一篇塑性变形的力学基础1应力分析2应变分析3屈服准则4本构关系5真实应力-应变曲线6平面问题和轴对称问题8/15/20217江西理工大学应力分析的目的求变形体内的应力分布，即

4、求变形体内各点的应力状态及其随坐标位置的变化，这是正确分析工件塑性加工有关问题的重要基础。一个物体受外力作用后，其内部质点在各方向上都受到应力的作用，这时不能以某一方向的应力来说明其质点的受力情况，于是就需要引入一个能够完整地表示出质点受力情况的物理量——应力张量。8/15/20218江西理工大学1应力分析1.1外力和应力1.2点的应力状态1.3张量和应力张量1.4主应力、应力张量不变量和应力椭球面1.5主切应力和最大切应力1.6应力偏张量和应力球张量1.7八面体应力和等效应力1.8应力莫尔圆1.9应力平衡微分方程8/15/

5、20219江西理工大学1.1外力和应力1.1.1外力1.1.2应力8/15/202110江西理工大学1.1.1外力塑性成形是利用金属的塑性，在外力的作用下使其成形的一种加工方法。1.1.1.1外力分析1.1.1.2外力分类8/15/202111江西理工大学1.1.1.1外力分析镦粗8/15/202112江西理工大学拉拔8/15/202113江西理工大学挤压8/15/202114江西理工大学轧制8/15/202115江西理工大学1.1.1.2外力分类作用力：为使工件产生塑性变形而由工具的可动部分对工件所施加的外力。常用P表示。

6、约束反力：塑性变形时工件的流动受到工具的阻碍而所受到的外力。正压力：作用于工件表面法线方向的约束反力。常用N表示。摩擦力：作用于工件表面切线方向的约束反力。常用T表示。表面力：作用在金属表面上的力。体积力：作用在金属物体每个质点上的力。体积力是与变形体内各质点的质量成正比的力，如重力、磁力和惯性力等。8/15/202116江西理工大学关于惯性力对一般的塑性成形过程，由于体积力与表面力相比要小得多，可以忽略不计。因此，一般都假定是在表面力作用下的静力平衡力系。在高速成形时，如高速锤锻造、爆炸成形等，惯性力不能忽略。在锤上模锻时

7、，坯料受到由静到动的惯性力作用，惯性力向上，有利于金属填充上模，故锤上模锻通常将形状复杂的部位设置在上模。8/15/202117江西理工大学思考题分析异步轧制时工件所受的外力。8/15/202118江西理工大学1.1.2应力在外力作用下，物体内各质点之间就会产生相互作用的力，叫做内力。单位面积上的内力称为应力。1.1.2.1基本概念1.1.2.2单向受力下的应力及其分量1.1.2.3多向受力下的应力分量1.1.2.4切应力互等定理1.1.2.5圆柱面坐标系中的应力分量1.1.2.6球面坐标系中的应力分量8/15/202119

8、江西理工大学1.1.2.1基本概念截面法8/15/202120江西理工大学全应力、正应力、切应力8/15/202121江西理工大学1.1.2.2单向受力下的应力及其分量单向均匀拉伸斜面应力分量8/15/202122江西理工大学1.1.2.3多向受力下的应力分量塑性成形时，变形体一般是多向受