金屬塑性成形與流動(dòng)問題課件

金屬塑性成形與流動(dòng)問題金屬塑性成形與流動(dòng)問題§18.1塑性流動(dòng)方向（最小阻力定律）

§18.2影響金屬塑性變形和流動(dòng)的因素§18.3不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力

§18.4金屬塑性成形中的摩擦和潤(rùn)滑金屬塑性成形與流動(dòng)問題第一節(jié)

塑性流動(dòng)方向

(最小阻力定律)概念：最小阻力定律最小周邊法則實(shí)際應(yīng)用分析金屬塑性成形與流動(dòng)問題最小阻力定律

變形過程中，物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)。即做最少的功，走最短的路。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題開式模鍛的金屬流動(dòng)圖最小周邊法則圖金屬塑性成形與流動(dòng)問題正方形斷面變形模式

（a）（b）B-B剖面（c）拔長(zhǎng)坯料的變形模式

金屬塑性成形與流動(dòng)問題不同寬度坯料軋制時(shí)寬展情況

軌輥直徑不同時(shí)軋件變形區(qū)縱橫方向阻力圖（D′＞D，B′2＞B2）

金屬塑性成形與流動(dòng)問題第二節(jié)

影響金屬塑性流動(dòng)

和變形的因素

2.1摩擦的影響2.2變形區(qū)的幾何因素的影響2.3工具的形狀和坯料形狀的影響2.4外端的影響2.5變形溫度的影響

2.6金屬性質(zhì)不均的影響金屬塑性成形與流動(dòng)問題2.1

摩擦的影響

摩擦影響的實(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。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題

圓柱體鐓粗時(shí)摩擦力對(duì)變形及應(yīng)力分布影響

用塑料鐓粗時(shí)單位壓力分布圖

金屬塑性成形與流動(dòng)問題圓環(huán)鐓粗的金屬流動(dòng)

a)變形前b)摩擦系數(shù)很小或?yàn)榱鉩)有摩擦

金屬塑性成形與流動(dòng)問題2.2

變形區(qū)的幾何因素的影響

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。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題鋼球壓縮時(shí)的流線

受塑壓時(shí)物體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)滑移變形的近似模型

金屬塑性成形與流動(dòng)問題h2

為各種數(shù)值時(shí)的情況

金屬塑性成形與流動(dòng)問題2.3

工具的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(dòng)方向的重要因素。工具與金屬形狀的差異，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)方向的流動(dòng)（即變形量）也有相應(yīng)差別。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題

圖型鉆中拔長(zhǎng)圖沿孔型寬度上延伸分布圖

a)圓型砧b)V型砧c)凸型砧

金屬塑性成形與流動(dòng)問題2.4

外端的影響

外端（未變形的金屬）對(duì)變形區(qū)金屬的影響主要是阻礙變形區(qū)金屬流動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生或加劇附加的應(yīng)力和應(yīng)變。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題圖拔長(zhǎng)時(shí)外端的影響

（a）（b）金屬塑性成形與流動(dòng)問題

圖開式?jīng)_孔時(shí)的“拉縮”圖彎曲變形對(duì)外端的影響

金屬塑性成形與流動(dòng)問題2.5

變形溫度的影響

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。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題鋁—鋼雙金屬軋制時(shí)由不均勻變形產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象1——鋁；2——鋼金屬塑性成形與流動(dòng)問題2.6

金屬性質(zhì)不均的影響

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)等分布不均會(huì)造成金屬各部分的變形和流動(dòng)的差異。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題第三節(jié)不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力

3.1不均勻變形

3.2附加應(yīng)力

3.4殘余應(yīng)力

金屬塑性成形與流動(dòng)問題3.1

不均勻變形

若變形區(qū)內(nèi)金屬各質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)相同，即它們相應(yīng)的各個(gè)軸向上變形的發(fā)生情況，發(fā)展方向及應(yīng)變量的大小都相同，這個(gè)體積的變形可視為均勻的。不均勻變形實(shí)質(zhì)上是由金屬質(zhì)點(diǎn)的不均勻流動(dòng)引起的。因此，凡是影響金屬塑性流動(dòng)的因素，都會(huì)對(duì)不均勻變形產(chǎn)生影響。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題3.2

附加應(yīng)力

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。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題在凸形軋輥上軋制矩形坯產(chǎn)生的附加應(yīng)力la—若邊緣部分自成一體時(shí)軋制后的可能長(zhǎng)度lb—若中間部分自成一體時(shí)軋制后的可能長(zhǎng)度l—整個(gè)軋制后的實(shí)際長(zhǎng)度相鄰晶粒的變形金屬塑性成形與流動(dòng)問題擠壓時(shí)金屬流動(dòng)（a）及縱向應(yīng)力分布（b）、（c），其中（c）為摩擦很大時(shí)應(yīng)力分布；（一—）基本應(yīng)力；（——）附加應(yīng)力；（-—-—-）工作應(yīng)力金屬塑性成形與流動(dòng)問題假想應(yīng)力，×9.8N/mm2φ18φ20拉伸實(shí)驗(yàn)曲線1）帶缺口試樣δ=2%2）未帶缺口試樣δ=35%

變形程度ε應(yīng)力σσsbσsn拉伸時(shí)真應(yīng)力與變形程度的關(guān)系1)無缺口試樣拉伸時(shí)的真應(yīng)力的曲線2）有缺口樣拉伸的真應(yīng)力曲線金屬塑性成形與流動(dòng)問題3.3

殘余應(yīng)力1．殘余應(yīng)力的來源2．變形條件對(duì)殘余應(yīng)力的影響3．殘余應(yīng)力所引起的后果4．減小或消除殘余應(yīng)力的措施5．研究殘余應(yīng)力的主要方法

金屬塑性成形與流動(dòng)問題第四節(jié)金屬塑性成形中的摩擦

和潤(rùn)滑

§4.1金屬塑性加工時(shí)摩擦的特點(diǎn)及作用§4.2塑性加工中摩擦的分類及機(jī)理§4.3摩擦系數(shù)及其影響因素§4.5測(cè)定摩擦系數(shù)的方法§4.6塑性成形中的潤(rùn)滑

金屬塑性成形與流動(dòng)問題§4.1金屬塑性加工時(shí)摩擦

的特點(diǎn)及作用塑性成形時(shí)摩擦的特點(diǎn)在高壓下產(chǎn)生的摩擦較高溫度下的摩擦摩擦副（金屬與工具）的性質(zhì)相差大在接觸面上各點(diǎn)的摩擦也不一樣金屬塑性成形與流動(dòng)問題外摩擦在壓力加工中的作用

摩擦的不利方面改變物體應(yīng)力狀態(tài)，使變形力和能耗增加引起工件變形與應(yīng)力分布不均勻惡化工件表面質(zhì)量，加速模具磨損，降低工具壽命摩擦的利用例如，用增大摩擦改善咬入條件，強(qiáng)化軋制過程；增大沖頭與板片間的摩擦，強(qiáng)化工藝，減少起皺和撕裂等造成的廢品。

金屬塑性成形與流動(dòng)問題§4.2塑性加工中摩

擦的分類及機(jī)理外摩擦的分類

干摩擦流體摩擦邊界摩擦

摩擦機(jī)理

分子吸附說表面凸凹學(xué)說金屬塑性成形與流動(dòng)問題塑性加工時(shí)接觸表面摩擦力的計(jì)算

在計(jì)算金屬塑性加工時(shí)的摩擦力時(shí)，分下列三種情況考慮1．庫侖摩擦條件這時(shí)不考慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即全滑動(dòng)），認(rèn)為摩擦符合庫侖定律。其內(nèi)容如下：（1）摩擦力與作用于摩擦表面的垂直壓力成正比例，與摩擦表面的大小無關(guān)；（2）摩擦力與滑動(dòng)速度的大小無關(guān)；（3）靜摩擦系數(shù)大于動(dòng)摩擦系數(shù)。金屬塑性成形與流動(dòng)問題

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：或式中F——摩擦力；

——外摩擦系數(shù)；

N——垂直于接觸面正壓力；

——接觸面上的正應(yīng)力；

——接觸面上的摩擦切應(yīng)力。由于摩擦系數(shù)為常數(shù)（由實(shí)驗(yàn)確定），故又稱常摩擦系數(shù)定律。對(duì)于像拉拔及其他潤(rùn)滑效果較好的加工過程，此定律較適用。金屬塑性成形與流動(dòng)問題2．最大摩擦條件當(dāng)接觸表面沒有相對(duì)滑動(dòng)，完全處于粘合狀態(tài)時(shí)，單位摩擦力（）等于變形金屬流動(dòng)時(shí)的臨界切應(yīng)力k，即：

=k

3．摩擦力不變條件認(rèn)為接觸面間的摩擦力，不隨正壓力大小而變。其單位摩擦力是常數(shù)，即常摩擦力定律，其表達(dá)式為：

=m·k式中，m為摩擦因子

金屬塑性成形與流動(dòng)問題§4.3摩擦系數(shù)及其影響因素

摩擦系數(shù)隨金屬性質(zhì)、工藝條件、表面狀態(tài)、單位壓力及所采用潤(rùn)滑劑的種類與性能等而不同。其主要影響因素有：

1.金屬的種類和化學(xué)成分

2.工具材料及其表面狀態(tài)

3.接觸面上的單位壓力

4.變形溫度

5.變形速度

6.潤(rùn)滑劑金屬塑性成形與流動(dòng)問題0.130.120.110.100.090.080.070.060.050.040.030.020.0102006001000140018002200N/mm2摩擦系數(shù)μ0.14正壓力對(duì)摩擦系數(shù)的影響金屬塑性成形與流動(dòng)問題0.50.40.30.20.10200400600800℃0.40.2μ0400600800℃

溫度對(duì)鋼的摩擦系數(shù)的影響溫度對(duì)銅的摩擦系數(shù)的影響金屬塑性成形與流動(dòng)問題§4.4塑性成形時(shí)摩擦力的計(jì)算庫侖摩擦條件:單位面積上的摩擦力與接觸面上的正應(yīng)力成正比,即:

最大摩擦力條件:

當(dāng)接觸表面沒有相對(duì)滑動(dòng),完全處于粘合狀態(tài)時(shí),摩擦的應(yīng)力等于坯料塑性流動(dòng)時(shí)的最大切應(yīng)力K,即:摩擦力不變條件認(rèn)為接觸面上的摩擦力不變,是一個(gè)常數(shù),即:m為摩擦因子金屬塑性成形與流動(dòng)問題§4.5測(cè)定摩擦系數(shù)的方法夾鉗軋制法楔形件壓縮法塑性加工常用摩擦系數(shù)圓環(huán)鐓粗法金屬塑性成形與流動(dòng)問題§4.6塑性成形中的潤(rùn)滑

工藝潤(rùn)滑的目的及潤(rùn)滑機(jī)理

潤(rùn)滑的目的減少工模具磨損，延長(zhǎng)工具使用壽命提高制品質(zhì)量降低金屬變形時(shí)的能耗

潤(rùn)滑機(jī)理流體力學(xué)原理吸附機(jī)制金屬塑性成形與流動(dòng)問題潤(rùn)滑劑的選擇

1．塑性成形中對(duì)潤(rùn)滑劑的要求在選擇及配制潤(rùn)滑劑時(shí)，必符合下列要求：（1）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤(rùn)滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤(rùn)滑狀態(tài)；（2）潤(rùn)滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時(shí)，潤(rùn)滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；（3）潤(rùn)滑劑有冷卻模具的作用；（4）潤(rùn)滑劑不應(yīng)對(duì)金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤(rùn)滑劑應(yīng)對(duì)人體無毒，不污染環(huán)境；（6）潤(rùn)滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價(jià)格便宜等。金屬塑性成形與流動(dòng)問題2．常用的潤(rùn)滑劑