金属塑性加工的宏观规律

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§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实际应用分析起凡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。图3-1开式模锻的金属流动图3-2最小周边法则图3-3正方形断面变形模式（a）（b）B-B剖面（c）图3-4拔长坯料的变形模式图3-5不同宽度坯料轧制时宽展情况图3-6轨辊直径不同时轧件变形区纵横方向阻力图（D′＞D，B′2＞B2）§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3.2.1摩擦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。图3-7圆柱体镦粗时摩擦力对变形及应力分布影响图3-8用塑料镦粗时单位压力分布图图3-9圆环镦粗的金属流动a)变形前b)摩擦系数很小或为零c)有摩擦3.2.2变形区的几何因素的影响变形区的几何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影响变形和应力分布很重要的因素。图3-10钢球压缩时的流线图3-11受塑压时物体内部质点滑移变形的近似模型图3-12h2为各种数值时的情况3.2.3工具的形状和坯料形状的影响工具（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。图3-13型钻中拔长图3-14沿孔型宽度上延伸分布图a)圆型砧b)V型砧c)凸型砧3.2.4外端的影响外端（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。图3-15拔长时外端的影响（a）（b）图3-16开式冲孔时的“拉缩”图3-17弯曲变形对外端的影响3.2.5变形温度的影响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形抗力低，低温部分的变形抗力高。图3-18铝—钢双金属轧制时由不均匀变形产生的弯曲现象1——铝；2——钢3.2.6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、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。§3.3不均匀变形、附加应力和残余应力3.3.1均匀变形与不均匀变形3.3.2研究变形分布的方法3.3.3基本应力与附加应力3.3.4残余应力3.3.1均匀变形与不均匀变形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，发展方向及应变量的大小都相同，这个体积的变形可视为均匀的。不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。因此，凡是影响金属塑性流动的因素，都会对不均匀变形产生影响。3.3.2研究变形分布的方法金属塑性加工中，研究变形物体内变形分布（即金属流动）的方法很多。常用的方法有：网格法；硬度法；比较晶粒法。图3-19各种不同变形程度下镦粗圆柱体的不均匀变形图3-20冷镦粗铝合金后垂直断面上洛氏硬度变化3.3.3基本应力与附加应力金属变形时体内变形分布不均匀，不但使物体外形歪扭和内部组织不均匀，而且还使变形体内应力分布不均匀。此时，除基本应力外还产生附加应力。图3-21在凸形轧辊上轧制矩形坯产生的附加应力la—若边缘部分自成一体时轧制后的可能长度lb—若中间部分自成一体时轧制后的可能长度l—整个轧制后的实际长度l图3-22相邻晶粒的变形图3-23挤压时金属流动（a）及纵向应力分布（b）、（c），其中（c）为摩擦很大时应力分布；（一—）基本应力；（——）附加应力；（-—-—-）工作应力假想应力，×9.8N/mm2φ18φ20图3-24拉伸实验曲线1）带缺口试样δ=2%2）未带缺口试样δ=35%变形程度ε应力σσsbσsn图3-25拉伸时真应力与变形程度的关系1)无缺口试样拉伸时的真应力的曲线2）有缺口样拉伸的真应力曲线3.3.4残余应力1．残余应力的来源2．变形条件对残余应力的影响3．残余应力所引起的后果4．减小或消除残余应力的措施5．研究残余应力的主要方法§3.4金属塑性加工诸方法的应力与变形特点3.4.1金属在平锤间镦粗时的应力及变形特点3.4.2平辊轧制时金属的应力及变形特点3.4.3棒材挤压时的应力及变形特点3.4.4棒材拉伸时的应力及变形特点3.4.1金属在平锤间镦粗时的应力及变形特点1．镦粗时组合件的变形特点2．基本应力的分布特点3．第一类附加应力的分布特点3.4.2平辊轧制时金属的应力及变形特点1．基本应力特点2．变形区内金属质点流动特点3．平辊轧制时，第一类附加应力的分布特点3.4.3棒材挤压时的应力及变形特点1．棒材挤压时的基本应力状态2．棒材挤压时的金属流动规律3．棒材挤压时的附加应力3.4.4棒材拉伸时的应力及变形特点1．棒材拉伸时的基本应力状态2．棒材拉伸时金属的流动规律3．棒材拉拔时的附加应力§3.5塑性加工过程的断裂与可加工性3.5.1塑性加工中的常见裂纹3.5.2金属断裂的物理本质3.5.3塑性-脆性转变3.5.4金属的可加工性