第3章金屬塑性加工的不均勻

1、1. 均勻變形與不均勻變形均勻變形與不均勻變形 2 . 研究變形分布的方法研究變形分布的方法 3. 基本應(yīng)力與附加應(yīng)力基本應(yīng)力與附加應(yīng)力 物體不僅在高度方向上變物體不僅在高度方向上變形均勻，并且在寬度方向形均勻，并且在寬度方向上上(從而也在長度方向上從而也在長度方向上)變形也均勻時(shí)，方能稱為變形也均勻時(shí)，方能稱為均勻變形；均勻變形；即均勻變形必須同時(shí)滿足即均勻變形必須同時(shí)滿足以上兩個(gè)所確定的均勻變以上兩個(gè)所確定的均勻變形條件，否則就是不均勻形條件，否則就是不均勻變形。變形。3-1 坐標(biāo)網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)網(wǎng)絡(luò) 金屬塑性加工中，研究變形物體內(nèi)變形分布（即金屬流動(dòng)）的方法很多。常用的方法有：網(wǎng)格法；硬度法 ；

2、比較晶粒法。1 1）網(wǎng)格法網(wǎng)格法是研究金屬塑性加工是研究金屬塑性加工中的變形分布、變形區(qū)內(nèi)金屬流中的變形分布、變形區(qū)內(nèi)金屬流動(dòng)情況等應(yīng)用最廣泛的一種方法。動(dòng)情況等應(yīng)用最廣泛的一種方法。其實(shí)質(zhì)是：變形前在試樣表面或其實(shí)質(zhì)是：變形前在試樣表面或在內(nèi)部剖分平面上做出在內(nèi)部剖分平面上做出( (畫上、畫上、鑄上、嵌上等鑄上、嵌上等) )方格或者同心圓，方格或者同心圓，待變形后觀測其變化情況，來確待變形后觀測其變化情況，來確定各處的變形大小，判斷物體內(nèi)定各處的變形大小，判斷物體內(nèi)的變形分布情況。的變形分布情況。圖3-2 組合圓柱體壓縮2) 2) 螺釘法螺釘法 變形前在物體的適當(dāng)位置上鉆以螺孔，變形前在物體

3、的適當(dāng)位置上鉆以螺孔，并旋入螺釘，在變形后并旋入螺釘，在變形后 沿螺釘軸將其剖開，由測沿螺釘軸將其剖開，由測量螺距變化來了解變形情況。此方法的缺點(diǎn)是破量螺距變化來了解變形情況。此方法的缺點(diǎn)是破壞了金屬的完整性，以及由于不均勻變形使螺桿壞了金屬的完整性，以及由于不均勻變形使螺桿歪扭，往往得不到所要求的剖面。歪扭，往往得不到所要求的剖面。在變形前物體的鉆孔中緊密地插入同樣材料的芯在變形前物體的鉆孔中緊密地插入同樣材料的芯棒，于變形后沿芯棒軸剖開，通過觀測芯棒位置棒，于變形后沿芯棒軸剖開，通過觀測芯棒位置及形狀尺寸的變化。及形狀尺寸的變化。3 3) ) 硬度法硬度法 經(jīng)充分退火的金屬與合金，當(dāng)進(jìn)行冷

4、變經(jīng)充分退火的金屬與合金，當(dāng)進(jìn)行冷變形后在所研究的截面上打硬度，硬度大的部位就表示形后在所研究的截面上打硬度，硬度大的部位就表示這里的變形程度大。這里的變形程度大。 硬度法比較簡便，但是一種很粗略的方法，它只能對硬度法比較簡便，但是一種很粗略的方法，它只能對冷變形金屬定性地反映變形的分布情況。因?yàn)橹挥心抢渥冃谓饘俣ㄐ缘胤从匙冃蔚姆植记闆r。因?yàn)橹挥心切┘庸び不瘏柡Φ慕饘伲S著變形程度的增加，硬度些加工硬化厲害的金屬，隨著變形程度的增加，硬度才能發(fā)生明顯的增長。另外，硬度的變化也是非線性才能發(fā)生明顯的增長。另外，硬度的變化也是非線性的。這種情況將影響試驗(yàn)的效果與精確度。的。這種情況將影響試驗(yàn)的效果

5、與精確度。圖圖3-3 3-3 各種不同變形程度下各種不同變形程度下鐓粗圓柱體的不均勻變形鐓粗圓柱體的不均勻變形 圖圖3-4 3-4 冷鐓粗鋁合金后垂冷鐓粗鋁合金后垂直斷面上洛氏硬度變化直斷面上洛氏硬度變化 4) 4) 比較晶粒法比較晶粒法 預(yù)先的變形量對再結(jié)晶退火后晶粒的大小預(yù)先的變形量對再結(jié)晶退火后晶粒的大小幾乎是正比關(guān)系的影響。變形越大，再結(jié)晶后晶粒越小。所幾乎是正比關(guān)系的影響。變形越大，再結(jié)晶后晶粒越小。所以，可以根據(jù)冷變形后經(jīng)過再結(jié)晶退火的試樣各處晶粒的大以，可以根據(jù)冷變形后經(jīng)過再結(jié)晶退火的試樣各處晶粒的大小，來判斷該物體內(nèi)在加工變形時(shí)變形分布的情況。小，來判斷該物體內(nèi)在加工變形時(shí)變形

6、分布的情況。此方法也是只能在定性方面將變形分布情況顯示出來。利用此方法也是只能在定性方面將變形分布情況顯示出來。利用再結(jié)晶圖，可以近似地得出變形體內(nèi)某點(diǎn)處的變形程度。應(yīng)再結(jié)晶圖，可以近似地得出變形體內(nèi)某點(diǎn)處的變形程度。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)變形程度較大時(shí)，隨著變形程度的增加，晶粒大當(dāng)指出，當(dāng)變形程度較大時(shí)，隨著變形程度的增加，晶粒大小的變化已不明顯，此時(shí)比較晶粒法將不能適用。小的變化已不明顯，此時(shí)比較晶粒法將不能適用。 金屬變形時(shí)體內(nèi)變形分布不均勻，不但使物金屬變形時(shí)體內(nèi)變形分布不均勻，不但使物體外形歪扭和內(nèi)部組織不均勻，而且還使變形體外形歪扭和內(nèi)部組織不均勻，而且還使變形體內(nèi)應(yīng)力分布不均勻。此時(shí)，除基

7、本應(yīng)力外還體內(nèi)應(yīng)力分布不均勻。此時(shí)，除基本應(yīng)力外還產(chǎn)生附加應(yīng)力。產(chǎn)生附加應(yīng)力。 圖圖3-6 3-6 在凸形軋輥上軋制矩形坯產(chǎn)生的附加應(yīng)力在凸形軋輥上軋制矩形坯產(chǎn)生的附加應(yīng)力l la a若邊緣部分自成一體時(shí)軋制后的可能長度若邊緣部分自成一體時(shí)軋制后的可能長度 l lb b若中間部分自成一體時(shí)軋制后的可能長度若中間部分自成一體時(shí)軋制后的可能長度l l 整個(gè)軋制后的實(shí)際長度整個(gè)軋制后的實(shí)際長度l圖圖3-7 3-7 相鄰晶粒的變形相鄰晶粒的變形圖圖3-8 3-8 擠壓時(shí)金屬流動(dòng)擠壓時(shí)金屬流動(dòng)(a)(a)及縱向應(yīng)力分布及縱向應(yīng)力分布(b)(b)、(c)(c)圖圖 (b)(b)附加應(yīng)力較小時(shí)；附加應(yīng)力較小

8、時(shí)；(c)(c)附加應(yīng)力較大時(shí)附加應(yīng)力較大時(shí) 基本應(yīng)力；基本應(yīng)力； - - - - - - 附加應(yīng)力；附加應(yīng)力； - - 工作應(yīng)力；工作應(yīng)力；d di i- -變形區(qū)某截面的直徑變形區(qū)某截面的直徑 摩擦影響的摩擦影響的實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)：由于摩擦力的作用，在一定程度上改變了金屬的流動(dòng)特性并使應(yīng)力分布受到影響。 圖圖3-9 圓柱體鐓粗時(shí)摩擦力圓柱體鐓粗時(shí)摩擦力 對變形及應(yīng)力分布影響對變形及應(yīng)力分布影響 圖圖3-10用塑料鐓粗時(shí)用塑料鐓粗時(shí) 單位壓力分布圖單位壓力分布圖 圖5-9 平行六面體不均勻鐓粗時(shí)粘著區(qū)及難變形區(qū)圖示 圖5-9 平行六面體不均勻鐓粗時(shí)粘著區(qū)及難變形區(qū)圖示 圖5-9 平行六面體不均勻鐓粗

9、時(shí)粘著區(qū)及難變形區(qū)圖示 圖圖3-12 3-12 平行六面體不均勻平行六面體不均勻鐓粗時(shí)粘著區(qū)及難變形區(qū)圖鐓粗時(shí)粘著區(qū)及難變形區(qū)圖示示 變形區(qū)的幾何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影響變形和應(yīng)力分布很重要的因素。 圖圖 3-13 鋼球壓縮時(shí)的流線鋼球壓縮時(shí)的流線 圖圖 3-14 3-14 受塑壓時(shí)物體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)受塑壓時(shí)物體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)滑移變形的近似模型滑移變形的近似模型 圖圖3-15 3-15 當(dāng)鐓粗高件時(shí)不當(dāng)鐓粗高件時(shí)不同應(yīng)力狀態(tài)分布區(qū)圖示同應(yīng)力狀態(tài)分布區(qū)圖示 工具（或坯料）形狀是影響金屬塑工具（或坯料）形狀是影響金屬塑性流動(dòng)方向的重要因素。工具與金屬形性流動(dòng)方向的重要因素。工具與金屬形狀的差異

10、，是造成金屬沿各個(gè)方向流動(dòng)狀的差異，是造成金屬沿各個(gè)方向流動(dòng)的阻力有差異，因而金屬向各個(gè)方向的的阻力有差異，因而金屬向各個(gè)方向的流動(dòng)（即流動(dòng)（即變形量變形量）也有相應(yīng)差別。）也有相應(yīng)差別。 圖圖3-16 3-16 型鉆中拔長型鉆中拔長 圖圖3-17 3-17 沿孔型寬度上延伸分布圖沿孔型寬度上延伸分布圖 a) a) 圓型砧圓型砧 b) Vb) V型砧型砧 c) c) 凸型砧凸型砧 圖圖3-18 3-18 邊緣部分壓下量比中部大時(shí)軋件產(chǎn)生中部破裂邊緣部分壓下量比中部大時(shí)軋件產(chǎn)生中部破裂(a)(a)和邊部皺紋和邊部皺紋(b)(b)的情況的情況4 變形物體的溫度不均勻，會(huì)造成金屬各部分變形和流動(dòng)的差

11、異。變形首先發(fā)生在那些變形抗力最小的部分。一般，在同一變形物體中高溫部分的變形抗力低，低溫部分的變形抗力高。 外端：外端：是指在變形過程中的某瞬間，不直接承受工是指在變形過程中的某瞬間，不直接承受工具作用而處于變形區(qū)以外的部分具作用而處于變形區(qū)以外的部分。外端又稱為外區(qū)或剛。外端又稱為外區(qū)或剛端。外端端。外端對變形區(qū)金屬的影響主要是對變形區(qū)金屬的影響主要是阻礙變形區(qū)金屬流阻礙變形區(qū)金屬流動(dòng)動(dòng)，進(jìn)而，進(jìn)而產(chǎn)生或加劇附加的應(yīng)力和應(yīng)變產(chǎn)生或加劇附加的應(yīng)力和應(yīng)變。 圖圖3-20 3-20 在封閉形外端作用條件而產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象在封閉形外端作用條件而產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象 1-1-變形區(qū)；變形區(qū)；2-2-外端；外

12、端；3-3-加工工具加工工具圖圖3-21 3-21 局部塑壓時(shí)外端對延伸及寬展的影響局部塑壓時(shí)外端對延伸及寬展的影響1 1工具；工具；2 2外端；外端；3 3變形區(qū)變形區(qū)（a）（b） 變形金屬中的化學(xué)成分、組變形金屬中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、夾雜物、相的形態(tài)等分織結(jié)構(gòu)、夾雜物、相的形態(tài)等分布不均會(huì)造成金屬各部分的變形布不均會(huì)造成金屬各部分的變形和流動(dòng)的差異。和流動(dòng)的差異。 圖圖3-19 3-19 鋁鋁鋼雙金屬軋制時(shí)由不均勻變形產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象鋼雙金屬軋制時(shí)由不均勻變形產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象1 1鋁；鋁；2 2鋼鋼正確選定變形的溫度正確選定變形的溫度- -速度制度速度制度 ：變形溫度應(yīng)保：變形溫度應(yīng)保證物體在單相區(qū)完成塑性變形，并在整個(gè)物體內(nèi)證物體在單相區(qū)完成塑性變形，并在整個(gè)物體內(nèi)分布均勻。變形速度制度的選擇也應(yīng)使變形在物分布均勻。變形速度制度的選擇也應(yīng)使變形在物體內(nèi)分布均勻。體內(nèi)分布均勻。減小金屬表面上的外摩擦減小金屬表面上的外摩擦：為減小接觸表面上的：為減小接觸表面上的摩擦系數(shù)，應(yīng)提高和保持工具表面的光潔度和采摩擦系數(shù)，應(yīng)提高和保持工具表面的光潔度和采用適宜的潤滑劑。（超聲振動(dòng)加工）用適宜的潤滑劑。（超聲振動(dòng)加工）合理設(shè)計(jì)加工工具形狀合理設(shè)計(jì)加工工具形狀：要正確選擇與設(shè)