塑性加工時的變形條件.ppt

塑性加工時的變形條件 本章內(nèi)容:明確塑性加工時的變形條件 變形力學(xué)條件：外力、內(nèi)力及應(yīng)力、應(yīng)力狀態(tài)、 應(yīng)變狀態(tài)； 變形熱力學(xué)條件：變形程度、變形速度、 變形溫度。 變形條件不同可導(dǎo)致金屬的塑性、變形抗力、 力能消耗、產(chǎn)品性能等等的改變。,1.1 塑性加工時工件所受的外力 一表面力 作用于物體表面的外力 作用力（主動力） 由各種機(jī)械動作產(chǎn)生，迫使金屬變形的力。 特點(diǎn)：外部作用，方向與接觸工作面垂直。,反作用力（約束反力） 工具對金屬產(chǎn)生的壓力，阻止變形金屬移動的力。 正壓力 N 垂直于工具的工作表面，指向工件。 摩擦力 T 沿工具與工件接觸面的切線方向。 反作用力即正壓力與摩擦力的合力。,a) 摩擦力的方向 摩擦力的方向取決于工具與變形金屬的相對運(yùn)動， 當(dāng)工具與工件運(yùn)動方向一致時 V工具V 工件 摩擦力的方向與金屬運(yùn)動方向相同 V工具V 工件 摩擦力的方向與金屬運(yùn)動方向相反 1 b）摩擦力的大小 庫侖定律：TNf 與正壓力成正比,1,前滑區(qū)： V工具V 工件 T2 與金屬流向相反 后滑區(qū)： V工具V 工件 T與金屬流向相同,影響摩擦系數(shù) f 的因素： ）工具與工件的表面狀態(tài) 粗糙，f ）工具與工件的相對運(yùn)動速度 ，f ）單位壓力 壓力，f ）變形溫度 TTc，T，f；TTc ， T，f ,二體積力 作用于物體內(nèi)所有質(zhì)點(diǎn)并與質(zhì)量成正比的力 如：慣性力、重力、磁力等等 體積力相對于表面力來說，可忽略不計,1.2 原子間的作用力 一基本概念 原子間的作用力與原子間距有關(guān) 兩個原子間的相互作用力與原子間距的 關(guān)系 如圖1-2所示。,rr0時，斥力引力，內(nèi)力， 平衡位置，勢能最底 rr0 時，斥力引力，合力表現(xiàn)為引力 rr0時 ，斥力引力，合力表現(xiàn)為斥力,1,二彈塑性變形的特征 彈性變形 彈性：卸載后材料恢復(fù)原子形狀和尺寸的性質(zhì) 虎克定律：=E E：彈性模量 E，剛度 與原子間作用力性質(zhì)有關(guān) 與材料的結(jié)構(gòu)因素關(guān)系不大,彈性變形三個特征：可逆性 線性關(guān)系 變形值小,塑性變形 所加外力大到足以克服原子的勢壘，使原 子從一個平衡位置移到另一個平衡位置。,塑性：材料保留永久變形而不恢復(fù)原狀的 性質(zhì)。 塑性變形三個特征： 不可逆性 非線性 變形值大,彈塑性變形共存 EC段：彈性變形部分（恢復(fù)） OC段：永久變形,1.3 內(nèi)力和應(yīng)力 一內(nèi)力 定義：物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)的相互作用力。 其大小等于引力與斥力之和。 產(chǎn)生的實(shí)質(zhì)：原子偏離平衡位置，原子間 距改變的結(jié)果。,產(chǎn)生原因 由于外力的作用，為平衡外力的機(jī)械作 用將發(fā)生內(nèi)力。 由于物理及物理化學(xué)過程的作用，物體 各部分變形大小不同。 由于物體是一個整體，各部分的不均勻 變形將互相限制，因此物體內(nèi)發(fā)生了自 相平衡的內(nèi)力。,以不均勻加熱的金屬為例： 如圖1-5 左邊溫度低，右邊溫度高。右邊 受熱膨脹的延伸大，由于金屬的 整體性，使各部分不均勻變形互 相限制，因此物體內(nèi)發(fā)生了自相 平衡的內(nèi)力。,二應(yīng)力 定義： 作用在微小面素上的內(nèi)力與該面積之比的極限。 單位面積上的內(nèi)力。內(nèi)力的強(qiáng)度。,S 作用在面素F上的全應(yīng)力 作用在面素F上的法向應(yīng)力 正應(yīng)力 作用在面素F上的切向應(yīng)力 切應(yīng)力,分類 基本應(yīng)力：由于外力作用所引起的應(yīng)力 附加應(yīng)力：由于物理化學(xué)過程所引起的物體 內(nèi)部自相平衡的應(yīng)力 工作應(yīng)力：基本應(yīng)力與附加應(yīng)力的代數(shù)和 外力去除后，基本應(yīng)力消失，附加應(yīng)力以 殘余應(yīng)力的形式存留在金屬內(nèi)。,1.4 應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力圖示 一應(yīng)力狀態(tài) 物體內(nèi)的原子被迫偏離平衡位置的狀態(tài) 點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài) 物體內(nèi)任意一點(diǎn)不同方位上所承受的應(yīng) 力情況 在三個相互垂直的微分面上共作用有九個應(yīng)力 分量,點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)可用應(yīng)力張量來描述。已知這九個 應(yīng)力分量，就可根據(jù)靜力平衡關(guān)系求出任意方向 上的應(yīng)力。,主平面 主方向 主應(yīng)力 主平面切應(yīng)力等于的平面 主方向主平面的法線方向 主應(yīng)力主平面上的法線應(yīng)力 用1、2、3 表示 并按代數(shù)值順序 ,應(yīng)力張量 T可分成二個部分： T TS TD TS ： 應(yīng)力球張量，引起體積變化的應(yīng)力 張量，與平均應(yīng)力有關(guān)。 m1/3（ 123 ） TD ： 應(yīng)力偏張量，引起形狀變化的應(yīng)力 張量，與偏差應(yīng)力有關(guān)。 i m,主切平面 切應(yīng)力有極大值的平面。與主平面的夾角為45和 135。,靜水壓力 m1/3（ 123 ） 為壓縮應(yīng)力，負(fù)值 則：P m 1/3（ 123 ） 稱為靜水壓力,二應(yīng)力圖示 定義 在單元立方體的面上用箭頭表示有無主應(yīng) 力存在的圖示。 拉應(yīng)力，用“”表示，箭頭向外 壓應(yīng)力，用“”表示，箭頭向里,應(yīng)力圖示共有九種： 線應(yīng)力狀態(tài)：二種 常在拉伸試驗(yàn)或變形區(qū)邊緣出現(xiàn),面應(yīng)力狀態(tài)：三種 沖壓變形常見,體應(yīng)力狀態(tài)：四種 大多數(shù)壓力加工中出現(xiàn),塑性加工過程中常見的是體應(yīng)力圖示。 如圖1-1所示 (a) 平錘下的鍛造 三向壓應(yīng)力圖示 (b) 通過?？椎臄D壓 三向壓應(yīng)力圖示 (d) 平輥間的板材軋制 三向壓應(yīng)力圖示 (c) 拉拔 一向拉伸、二向壓縮的應(yīng)力圖示,影響因素 外力的方向 工具的形狀 工件的形狀 不均勻變形 外摩擦 變形前的殘余應(yīng)力,作用 能定性判斷材料在變形過程中塑性高低 拉應(yīng)力易導(dǎo)致材料破壞 壓應(yīng)力則有利于減少或抑制破壞的發(fā)生 和發(fā)展 應(yīng)力圖示中，壓應(yīng)力比重越大，材料塑 性越高 靜水壓力 P，塑性,能定性判斷材料在變形過程中單位變形力的 大小 max（） 當(dāng)max k 時，材料才能產(chǎn)生塑性變形。 應(yīng)力同號， max小，要達(dá)到k值，須要較大 的單位變形力。 應(yīng)力異號， max大，用較小的單位變形力就可 達(dá)到k值。,1.5 變形程度與變形圖示 一變形程度 一般以絕對值最大的主變形程度作為整個變 形過程中的 表示法 設(shè)工件為平行六面體，變形前尺寸：H、B、L 變形后尺寸：h、b、l,絕對變形：在主應(yīng)力方向上，物體變形 前后的尺寸差 絕對壓下量：hHh 絕對寬展量：bbB 絕對延伸量：l lL,相對變形：絕對變形與變形前尺寸之比 相對壓下量：eh(Hh)/H100% 相對寬展量: eb( bB)/B100% 相對延伸量：el (lL)/L100% 相對變形不能表示變形瞬間的真實(shí) 變形程度,真實(shí)相對變形：用各階段的相對變形 之和來表示 真實(shí)延伸量：llnl/L 真實(shí)寬展量：blnb/B 真實(shí)壓下量：hlnh/H 反映了工件的真實(shí)變形程度，稱真變形,變形系數(shù) 壓下系數(shù)：H/h 寬展系數(shù)：b/B 延伸系數(shù)：l/L,討論 為什么說真變形更能反映變形 的真實(shí)情況？ 真實(shí)變形體現(xiàn)了體積不變定律 真實(shí)變形體現(xiàn)了相對移動體積的概念 真實(shí)變形具有可加性 真實(shí)變形具有可比較性 應(yīng)用,二變形圖示 定義 在單元立方體的面上用箭頭表示三個主變形 是否存在的圖示。 不表示變形大小。 伸長箭頭向外 縮短箭頭向里 表示方法 由于塑性加工中工件體積不變，變形圖示只能 有三種。,第一類變形圖示 一向縮短 二向伸長 如：自由鍛造、有寬展的軋制 第二類變形圖示 一向縮短 一向伸長 無寬展的軋制 第三類變形圖示 二向縮短 一向伸長 如：擠壓、拉撥,應(yīng)力圖示與變形圖示的關(guān)系 變形圖示中的主變形是指塑性變形而不包 括彈性變形，它對應(yīng)的是應(yīng)力偏張量。 im 與變形圖示相對應(yīng)，應(yīng)力為(1m)、 (2m)和(3m)的圖示也只有三種,1.6 變形速度 一一般概念 變形速度單位時間內(nèi)的變形程度 單位時間內(nèi)的相對移動體積,總結(jié)： 明確塑性加工的變形條件 應(yīng)力狀態(tài)的概念 確定變形體內(nèi)的應(yīng)力圖示、變形圖示、 變形力學(xué)圖示 主平面、主切平面、主變形的特點(diǎn) 變形速度的表示方法,思考題: