金屬壓力加工的變形力學基礎(chǔ)(修)綜述

第二章金屬壓力加工的變形力學基礎(chǔ)2.1外力、內(nèi)力和應力外力：受力物體之外的物體施加給受力物體的力。外力可分為兩類：接觸力和體力。接觸力分為作用力和約束反力。體力：作用在物體每個質(zhì)點上的力，如重力磁力及慣性力。作用力：塑性加工設備的可動工具部分對工件所作用的力也叫主動力。約束反力：工件在主動力的作用下，其運動將受到工具所阻礙而產(chǎn)生變形的力。主要有正壓力和摩擦力。內(nèi)力：物體受外力作用產(chǎn)生變形時，內(nèi)部各部分因相對位置改變而引起的相互作用力。分析內(nèi)力用切面法。應力（全應力）：單位面積上的內(nèi)力。全應力可分解成兩個分量，正應力σ和剪應力τ外力、內(nèi)力和應力2.2應力狀態(tài)和主應力圖示一、應力狀態(tài)過一點所有不同方位的截面上的應力集合稱為該點的應力狀態(tài)。取六面體中三個相互垂直的表面作為微分面，如果這三個微分面上的應力為已知，則該單元體任意方向上的應力分量都可以定出。這說是說，可以用質(zhì)點在三個相互垂直的微分面上的應力完整地描述該質(zhì)點的應力狀態(tài)。

三個相互垂直微分面上的應力都可以按坐標軸的方向分成三個分量。三個應力分量中有一個是正應力分量另外兩個則是剪應力分量。ABCD面叫x面，CDEF面叫y面，CFGB面叫z面。每個應力分量的符號都帶有兩個下角標。第一個角標表示該應力分量的作用面，第二個角標則表示它的作用方向。

按以上的規(guī)則，共需九個應力符號：

三個正應力

六個剪應力

它們統(tǒng)稱為一點的應力分量。

主應力：

沒有剪應力的微分面稱為過該點的主平面,主平面作用的正應力稱為主應力。主平面的法線方向稱為該點應力主方向或應力主軸。對應于任一點的應力狀態(tài)，一定存在相互垂直的三個主方向、三個主平面和三個主應力。若選三個相互垂直的主方向作為坐標軸，那么可以使問題大為簡化。三個主應力用σ1

、σ2

、σ3

表示。二、主應力圖示表示一點主應力的有無和方向的應力狀態(tài)圖示。主應力圖示共有九種。四個為三向主應力圖，三個為平面主應力圖，二個為單向主應力圖示。三、影響應力狀態(tài)和主應力圖示的因素（1）接觸表面摩擦的影響（2）變形物體形狀的影響（3）工具形狀的影響（4）不均勻變形的影響2.3主變形和主變形圖示一、主變形主變形：主應力方向的變形。(1)絕對主變形：壓下量寬展量延伸量主變形的表示方法(2)相對主變形：

相對壓下量相對寬展量相對延伸量(3)真實相對主變形：三個主變形間的關(guān)系：結(jié)論：①物體變形后其三個真實相對主變形之代數(shù)和等于零；②當三個主變形同時存在時，則其中之一在數(shù)值上等于另外兩個主變形之和，且符號相反。即③當一個主變形為0時，其余兩個主變形數(shù)值相等符號相反。即

二、主變形圖示在小立方體素的面上用箭頭表示三個主變形是否存在和方向，但不表示變形大小的圖示。

主變形圖示有以下三種：（1）一向縮短兩向伸長，如軋制和自由鍛壓。（2）一向伸長一向縮短，如軋制寬板帶鋼。（3）兩向縮短一向伸長，如擠壓和拉拔。2.4彈性變形和塑性變形一、彈性變形當使物體發(fā)生變形的因素去掉之后變形即行消失，這種變形稱為彈性變形。彈性變形的特征為：（1）應力與應變是直線關(guān)系。（2）外力只改變原子間的距離，而不破壞原子間的聯(lián)系。（3）彈性變形過程材料的基本性質(zhì)不變。二、塑性變形當使物體發(fā)生變形的因素去掉之后，物體不能恢復原來的形狀，這種變形稱為塑性變形。塑性變形的特征為：（1）塑性變形是在彈性變形的基礎(chǔ)上發(fā)生的。（2）應力與應變不是直線關(guān)系。（3）外力不但改變原子間的距離，而且破壞了原來的原子間聯(lián)系。（4）塑性變形能改變材料的力學性能和物理化學性質(zhì)。2.5塑性變形的不均勻性一、變形和應力不均勻分布的原因引起變形和應力不均勻分布的原因主要有接觸面上的外摩擦、變形區(qū)的幾何形狀和尺寸、工具和變形體的輪廓形狀、變形物體的外端、變形體內(nèi)溫度不均勻分布、金屬本身性質(zhì)的不均勻、化學成分及性質(zhì)不均等等。（1）接觸面外摩擦的影響鐓粗圓柱體時，由于接觸表面外摩擦的影響，使接觸表面附近變形金屬流動困難，使圓柱體坯料轉(zhuǎn)變成鼓形。在此種情況下，可將變形金屬整個體積大致分為三個區(qū)域。圖5-2鐓粗時摩擦力對變形及應力分布的影響Ⅰ表示由于摩擦影響而產(chǎn)生的難變形區(qū)；Ⅱ表示與外作用力約成45°的最有利方位的易變形區(qū)；Ⅲ表示變形程度居于中間的自由變形區(qū)。圖5-2鐓粗時摩擦力對變形及應力分布的影響（2）工具形狀和坯料形狀的影響工具（或坯料）形狀是影響金屬塑性流動方向的重要因素。工具與金屬形狀的差異，造成金屬沿各個方向流動的阻力有差異，因而金屬向各個方向的流動（即變形量）也有相應差別。（3）變形溫度的影響變形物體的溫度不均勻，會造成金屬各部分變形和流動的差異。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。1——高溫2——低溫（4）金屬性質(zhì)不均的影響變形金屬中的化學成分、組織結(jié)構(gòu)、夾雜物、相的形態(tài)等分布不均會造成金屬各部分的變形和流動的差異。二、附加應力和基本應力基本應力：由外力作用所引起的應力叫基本應力。附加應力：在物體中，由于各部分的變形不均勻受到物體的整體性限制而引起的相互平衡的應力。附加應力的種類:第一類附加應力（宏觀）存在于物體的局部之間第二類附加應力（微觀、晶粒之間）存在于物體內(nèi)的晶粒之間第三類附加應力（微觀、晶粒內(nèi)部）存在于滑移面或滑移帶之間三、不均勻變形引起的后果及克服措施（1）使單位變形力增大（2）使塑性降低（