金屬塑性加工

1、 金屬塑性加工的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用狀況 金屬塑性加工分類 本章目的及內(nèi)容緒 論金屬塑性加工原理 一、金屬塑性加工的定義、特點(diǎn)、應(yīng)用狀況1. 定義： 金屬塑性加工是利用金屬的塑性，通過外力使金屬鑄錠、金屬粉末或各種金屬坯料發(fā)生塑性變形，成為具有所需形狀、尺寸和性能的制品的加工方法。 2.特點(diǎn) 材料利用率高。 生產(chǎn)效率高。 產(chǎn)品質(zhì)量高，性能好，缺陷少。 加工精度和成形極限有限。 模具、設(shè)備費(fèi)用昂貴。 3.應(yīng)用二、金屬塑性加工分類 軋制 體積成形 擠壓 拉拔 鍛造 剪切 板料成形 彎曲 拉深 脹形 體積成形：坯料一般為棒材或扁坯，坯料經(jīng)受很大的塑性變形，坯料的形狀或橫截面以及表面積與體積之比發(fā)生顯著的

2、變化。 板料成形：坯料是各種板材或用板材預(yù)先加工成的中間坯料，板材的形狀發(fā)生顯著變化，但其橫截面形狀基本上不變。軋制示意圖板 材管 材拉拔示意圖實(shí)心空心擠壓示意圖正擠反擠復(fù)合擠鍛造示意圖鐓粗開式閉式鐓頭拔長拉深示意圖脹形示意圖彎曲示意圖形彎脹彎輥彎剪切示意圖修 邊切 斷剁 切剝 皮三、本章目的及內(nèi)容目 的 掌握基本理論、基本知識，能夠正確選擇加工方法。內(nèi) 容1. 塑性加工基本理論：應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)分析，屈服準(zhǔn)則等。2. 軋制、擠壓、拉拔、鍛造和板材成形簡介。第一節(jié) 塑性加工基礎(chǔ) 任務(wù)：闡明金屬在各種塑性成型時的共同性； 目的：為下面的工藝分析作理論準(zhǔn)備，也為合理制訂塑性成型工藝規(guī)范及選擇設(shè)備、設(shè)

3、計(jì)模具奠定理論基礎(chǔ)。對金屬塑性成型工藝應(yīng)提出如下要求：(1)使金屬具有良好的塑性；(2)使變形抗力小；(3)保證塑性成型件質(zhì)量：組織均勻、晶粒細(xì)小、強(qiáng)度高、殘余應(yīng)力小等；(4)能了解變形力，以便為選擇成型設(shè)備、設(shè)計(jì)模具提供理論依據(jù)。要求：講述塑性成型的物理基礎(chǔ)和力學(xué)基礎(chǔ)，即掌握金屬塑性變形體內(nèi)的應(yīng)力場、應(yīng)變場、應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系及塑性變形時的力學(xué)條件。一、金屬在塑性加工過程中的塑性行為1. 模擬實(shí)際塑性加工過程的試驗(yàn)方法： （1）偏心軋輥軋制矩形試樣 （2）杯突試驗(yàn)2. 影響金屬塑性的因素：（1）金屬的化學(xué)成分和組織（2）變形溫度（3）應(yīng)變速率（4）變形力學(xué)條件：應(yīng)力狀態(tài)：在主應(yīng)力狀態(tài)下，壓應(yīng)

4、力個數(shù)越多、數(shù)值越大，金屬的塑性越好。應(yīng)變狀態(tài)：壓縮應(yīng)變有利于塑性的發(fā)揮，拉伸應(yīng)變對塑性不利。3. 提高金屬塑性的基本途徑（1）提高材料成分和組織的均勻性（2）合理選擇變形溫度和應(yīng)變速率（3）選擇三向壓縮性較強(qiáng)的變形方式 擠壓、開式模鍛、自由鍛（4）減少變形的不均勻性二、塑性加工過程受力分析1.正壓力的分析要點(diǎn) 正壓力是指工具與工件接觸面上的垂直作用力。 注意：塑性變形過程中接觸面的變化以及約束 面上存在著的反壓力。同時注意塑性變形整個過程中的受力, 而不是僅關(guān)注瞬時的受力。2.摩擦力的分析要點(diǎn)（1）塑性加工過程中摩擦的特點(diǎn) a. 伴隨有變形金屬的塑性流動 b. 各處摩擦力方向可能不同 c.

5、接觸面上壓強(qiáng)高 d. 真實(shí)接觸面積大 e. 不斷有新的摩擦面產(chǎn)生 f. 常在高溫下發(fā)生摩擦 （2）摩擦對塑性加工過程的影響 有利的一面：軋制咬入、開式模鍛金屬充填、板料拉深防裂 不利的一面： a. 增加能量消耗 b. 改變應(yīng)力狀態(tài)，增加變形抗力，影響金屬流動性及其充填過程 c. 引起變形不均勻 d. 加劇模具的磨損，降低了模具的壽命（3）描述接觸面上摩擦的數(shù)學(xué)模型 a. 庫侖定律： 摩擦應(yīng)力 摩擦系數(shù) 摩擦面上的正應(yīng)力 b. 常摩擦力假設(shè) mK m摩擦因子，取值01 K金屬的屈服剪切強(qiáng)度3. 工具形狀對作用力的影響4. 關(guān)于內(nèi)力的分析要點(diǎn) 內(nèi)力產(chǎn)生情況： 為了平衡外力 工件中變形區(qū)與非變形區(qū)之

6、間的相互作用 變形區(qū)的各部分變形不均（1）受拉與受壓 （2）徑向應(yīng)力與切向應(yīng)力小結(jié)：薄壁回轉(zhuǎn)體受均勻的徑向應(yīng)力時，必產(chǎn)生絕對值大得多的切向應(yīng)力。內(nèi)側(cè)受力r與異號，外側(cè)受力r與同號。（3）工件上近自由表面處的內(nèi)力三、應(yīng)力和應(yīng)力狀態(tài)1. 外力和應(yīng)力 面力或接觸力 體積力：重力、磁力、慣性力 內(nèi)力：在外力作用下，物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生相互作用的力。 應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力，稱為應(yīng)力。 S= 2+ 2 0=S0=P/F0 =Pcos/A=Pcos/(F0/cos)=0cos2 =Psin/A=Psin/(F0/cos)= 0sin cos S = 0cos 小結(jié)：在單向均勻拉伸的情況下，通過一點(diǎn)的不同切

7、面上，應(yīng)力是不同的。只要已知過一點(diǎn)一個切面上的應(yīng)力，就可確定過任意切面上應(yīng)力。復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下描述一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的必要條件：一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)表示方法： x xy xz 在法線方向?yàn)閤的面上所作用的應(yīng)力 yx y yz 在法線方向?yàn)閥的面上所作用的應(yīng)力 zx zy z 在法線方向?yàn)閦的面上所作用的應(yīng)力 應(yīng)力作用線沿z軸方向 應(yīng)力作用線沿y軸方向 應(yīng)力作用線沿x軸方向 xy yx xz zx yz zy x xy xz 1 0 0 y yz 0 2 0 z 0 0 3 小結(jié)：描述一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的必要條件為過該點(diǎn)三個互相垂直坐標(biāo)上的六個獨(dú)立應(yīng)力分量或三個主應(yīng)力。2. 任意斜面上的應(yīng)力 描述一點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)的充分條

8、件可以證明：只要已知受力物體上過某一點(diǎn)的一組三個互相垂直坐標(biāo)面上的六個應(yīng)力分量或主坐標(biāo)面上的三個主應(yīng)力，則與三個坐標(biāo)軸任意傾斜的平面上的應(yīng)力都可求出。2222zyxSSSSzxyxxxOABOCAOBCSABCnmlSzxyxxxnmlszyyxyynmlszzyxzznSmSlSzyxn)( 2222nlmnlmnmlzxyzxyzyxn222nnS3. 應(yīng)力張量、主應(yīng)力及應(yīng)力不變量 張量：指由一組坐標(biāo)系變換到另一組坐標(biāo)系時，研究對象的分量若能按照一定規(guī)律變化，則稱這些分量的集合為張量。222nslsxmsynsz0)(0)(0)(nmlnmlnmlzyzxyzyyxyzxyxx0zyzxz

9、zyyxyzxyxx032213JJJ)(2)(222322221xyzzxyyzxzxyzxyzyxzxyzxyxzzyyxzyxJJJ求主應(yīng)力的特征方程主應(yīng)力狀態(tài)圖：雙向三向單向應(yīng)力張量不變量：第一不變量：J1 1+ 2+3第二不變量：J2（ 1 2+ 2 3 + 3 1）第三不變量：J3 1 23 應(yīng)力張量不變量的意義： J1平均應(yīng)力J1的數(shù)值J10 J10J10V2 3，則max（31）/2對塑性變形有決定性的作用。222nnS5. 八面體應(yīng)力與等效應(yīng)力 平均應(yīng)力 232221nmln22322212232222212)(nmlnmln31nml)(3132182132322218)(

10、)()(31)()()(212321323222186. 應(yīng)力偏量 m （ x+ y +z）/3 x xy xzij yx y yz zx zy z x - m xy xz m 0 0 yx y - m yz + 0 m 0 zx zy z - m 0 0 m 應(yīng)力偏量 ij 應(yīng)力球張量 應(yīng)力偏量的三個主值： 應(yīng)力偏量的主剪應(yīng)力： 23（ 23）/2 （ 23）/2 31（31）/2 （31）/2 12 （12）/2 （12）/2mmm332211 應(yīng)力偏量的三個不變量：第一不變量：J1 1+ 2+3 1+ 2+33 m0第二不變量： J2（ 1 2+ 2 3 + 3 1） (1- 2 )2+(2 -3 )2+(3 -1)2/6第三不變量：J3 1 23 (21- 2 - 3 ) (22 -3 - 1) (23 -1- 2 )/27塑性變形主要與應(yīng)力偏量有關(guān)。J2反映變形體內(nèi)切應(yīng)力的綜合影響，屈服準(zhǔn)則用到。J3決定應(yīng)變類型。 (s=(3J2)1/2)J2值J2s2/3受應(yīng)力點(diǎn)所處狀態(tài)彈性初始屈服加工硬化J32 s3/272 s3/27 02 s3/27 J300 J3 2 s3/27應(yīng)變類型簡單拉伸類d1=d3=d2/2簡單壓縮類d1=d2=d3/2平面應(yīng)變類d20拉伸類d10d20d30d20d3