金属塑性加工的宏观规律教案课件.pptx

1、金属塑性加工的宏观规律金属塑性加工的宏观规律3.4 金属塑性加工诸方法的应力金属塑性加工诸方法的应力与变形特点与变形特点3.5 塑性加工过程的断裂与可加塑性加工过程的断裂与可加工性工性第1页/共125页第2页/共125页内涵：变形过程中，物体各质点将向着内涵：变形过程中，物体各质点将向着阻阻力最小力最小的方向移动。即做最少的功，走最的方向移动。即做最少的功，走最短的路。短的路。1947年，前苏联学者年，前苏联学者古布金认为：当变认为：当变形体的质点有可能沿不同方向移动时，则形体的质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将向着物体各质点将向着阻力最小阻力最小的方向移动。的方向移动。第3页/共12

2、5页第4页/共125页 模锻中增加飞边阻力，模锻中增加飞边阻力，或修磨圆角或修磨圆角r，可减少，可减少金属流向金属流向A腔的阻力，腔的阻力，使金属重填得更好。使金属重填得更好。在拔长锻造时改变送进在拔长锻造时改变送进比或采用凹型砧座增加比或采用凹型砧座增加金属横向流动的阻力，金属横向流动的阻力，来提高延伸效率。来提高延伸效率。第5页/共125页最短法线法则、最小周边法则最短法线法则、最小周边法则无摩擦矩形断面镦粗放射形模型无摩擦矩形断面镦粗放射形模型第6页/共125页最短法线法则：镦粗矩形柱体时，最短法线法则：镦粗矩形柱体时，在垂直镦粗方向的任一剖面内的在垂直镦粗方向的任一剖面内的任一点，其移

3、动方向是朝着与周任一点，其移动方向是朝着与周边垂直的最短法线方向进行的。边垂直的最短法线方向进行的。最小周边法则：横断面为任意形最小周边法则：横断面为任意形状的棱柱体或圆柱体，在存在摩状的棱柱体或圆柱体，在存在摩擦的条件下进行塑性镦粗时，将擦的条件下进行塑性镦粗时，将力图使断面的周界为最小，在极力图使断面的周界为最小，在极限情况下为一圆。限情况下为一圆。第7页/共125页实际应用分析实际应用分析 第8页/共125页1981年，陈森灿撰文对“最小阻力定律”进行了阐述和改善第9页/共125页1979年，王仲仁撰文对最小阻力定律的不足之处进行了评述第10页/共125页针对矩形件镦粗，指出古布金根据“

4、最小阻力定律”得到的各质点运动方向的不妥。第11页/共125页 “最小阻力定律最小阻力定律”的先天不足可归结为：实的先天不足可归结为：实验现象归纳不准确，是以质点运动的投影代替真验现象归纳不准确，是以质点运动的投影代替真实方向，局部规律当成普遍规律；实方向，局部规律当成普遍规律；理论上：理论上：(1)错误地将运动方向与力建立关系，错误地将运动方向与力建立关系，事实上，力和加速度存在一一对应关系，而运动事实上，力和加速度存在一一对应关系，而运动方向则应和质点的速度相对应；方向则应和质点的速度相对应；(2)力学上分析问力学上分析问题应从力与应力出发，阻力概念不清，质点流动题应从力与应力出发，阻力概

5、念不清，质点流动不能离开了应力场，不应孤立地分析。不能离开了应力场，不应孤立地分析。第12页/共125页第13页/共125页摩擦的影响摩擦的影响 摩擦影响的实质：摩擦影响的实质：由于摩擦力的作用，在一定程度上由于摩擦力的作用，在一定程度上改变了金属的流动特性并使应力分布受改变了金属的流动特性并使应力分布受到影响。到影响。第14页/共125页选择合适的径高选择合适的径高比；比；尽可能减少接触尽可能减少接触面的摩擦系数；面的摩擦系数；造成非自由的变造成非自由的变形状态。形状态。圆柱体镦粗时的分区第15页/共125页应力分布不均匀第16页/共125页局部改变金属质点的流动方向圆环镦粗第17页/共12

6、5页塑压时试件侧面翻平与摩擦的关系塑压时试件侧面翻平与摩擦的关系(a)用 3垫板;(b)用 9垫板;(c)用 10垫板;(d)用 12垫板侧面翻平圆柱体垂直剖面上坐标网格在镦粗圆柱体垂直剖面上坐标网格在镦粗过程中的变化过程中的变化第18页/共125页 变形区的几何因素的影响变形区的几何因素的影响 变形区的几何因子变形区的几何因子 H/D、H/L、H/B等等滑移锥理论滑移锥理论 第19页/共125页第20页/共125页第21页/共125页工具的形状和坯料形状的影响工具的形状和坯料形状的影响 第22页/共125页（1 1）控制金属的流动方向）控制金属的流动方向（2 2）可以在坯料内产生不同的应力状

7、态）可以在坯料内产生不同的应力状态使部分金属先满足屈服准则而进入塑性状使部分金属先满足屈服准则而进入塑性状态，以达到控制塑性变形区的作用，或造态，以达到控制塑性变形区的作用，或造成不同的静水压力，来改变材料在该状态成不同的静水压力，来改变材料在该状态下的塑性。下的塑性。第23页/共125页外端的影响外端的影响 变形体的外端是指在变形过程中某一瞬间不变形体的外端是指在变形过程中某一瞬间不 直接承受工具的作用而处于变形区以外的部直接承受工具的作用而处于变形区以外的部 分，称为外端或刚端。分，称为外端或刚端。外端（未变形的金属）对变形区金属的影响外端（未变形的金属）对变形区金属的影响 主要是阻碍变形

8、区金属流动，进而产生或加主要是阻碍变形区金属流动，进而产生或加 剧附加的应力和应变。剧附加的应力和应变。第24页/共125页第25页/共125页第26页/共125页变形温度的影响变形温度的影响 第27页/共125页金属性质不均的影响金属性质不均的影响 变形金属中的化学成分、组织结构、变形金属中的化学成分、组织结构、夹杂物、相的形态等分布不均会造成金夹杂物、相的形态等分布不均会造成金属各部分的变形和流动的差异。属各部分的变形和流动的差异。第28页/共125页3.3 3.3 不均匀变形、附加应力和残余应力不均匀变形、附加应力和残余应力 3.3.1 3.3.1 均匀变形与不均匀变形均匀变形与不均匀变

9、形 3.3.2 3.3.2 研究变形分布的方法研究变形分布的方法 3.3.3 3.3.3 基本应力与附加应力基本应力与附加应力 3.3.4 3.3.4 残余应力残余应力 第29页/共125页均匀变形与不均匀变形均匀变形与不均匀变形第30页/共125页第31页/共125页第32页/共125页单鼓形第33页/共125页双鼓形第34页/共125页粘着现象及难变形区第35页/共125页轧件头尾凸形轧件头尾凸形轧件头部镰刀弯轧件头部镰刀弯第36页/共125页第37页/共125页 不均匀变形实质上是由金属质点的不均不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。匀流动引起的。第38页/共125页 网格法网

10、格法硬度法硬度法比较晶粒法比较晶粒法其他方法其他方法第39页/共125页第40页/共125页第41页/共125页第42页/共125页基本应力与附加应力基本应力与附加应力第43页/共125页第44页/共125页第45页/共125页滑移带之间滑移带之间第46页/共125页第47页/共125页第48页/共125页第49页/共125页(1)第50页/共125页挤压件上表面裂纹及应力分布图挤压件上表面裂纹及应力分布图(2)第51页/共125页(3)第52页/共125页摩擦系数摩擦系数f不同时塑压件不同时塑压件退火后中心轴上晶粒大退火后中心轴上晶粒大小分布小分布(4)第53页/共125页1正确选定变形的温

11、度正确选定变形的温度-速度制度速度制度 2尽量减小接触面上外摩擦的有害影响尽量减小接触面上外摩擦的有害影响 3合理设计加工工具形状合理设计加工工具形状 4尽可能保证变形金属的成分及组织均匀尽可能保证变形金属的成分及组织均匀 第54页/共125页1残余应力的来源残余应力的来源 2变形条件对残余应力的影响变形条件对残余应力的影响 3残余应力所引起的后果残余应力所引起的后果 4减小或消除残余应力的措施减小或消除残余应力的措施 5研究残余应力的主要方法研究残余应力的主要方法 第55页/共125页1.1.残余应力的来源残余应力的来源残余应力是塑性变形完毕后保留在变形残余应力是塑性变形完毕后保留在变形物体

12、内的附加应力。物体内的附加应力。残余应力是由附加应力变化而来，所以残余应力是由附加应力变化而来，所以残余应力也是相互平衡的。并与附加应残余应力也是相互平衡的。并与附加应力相对应，残余应力也分为第一类、第力相对应，残余应力也分为第一类、第二类和第三类残余应力。二类和第三类残余应力。第56页/共125页第三类残余应力（超显微应力）第三类残余应力（超显微应力）存在于金属点阵内部存在于金属点阵内部第57页/共125页残余应力与附加应残余应力与附加应力一样也同样受到力一样也同样受到变形条件的影响。变形条件的影响。主要是主要是变形温度、变形温度、变形速度、变形程变形速度、变形程度度、接触摩擦、工、接触摩擦

13、、工具和变形物体形状具和变形物体形状等。等。第58页/共125页板材裁剪后的变形板材裁剪后的变形第59页/共125页第60页/共125页第61页/共125页表面层中具有残余拉应力的板材经表面辗压表面层中具有残余拉应力的板材经表面辗压后，其残余应力大为减小。在一定限度内，后，其残余应力大为减小。在一定限度内，表面变形越大，残余应力减小得越多。表面变形越大，残余应力减小得越多。第62页/共125页拉制黄铜棒经辗压后，表面残余应力几乎减小一拉制黄铜棒经辗压后，表面残余应力几乎减小一倍，甚至可使表面拉应力变成压应力。倍，甚至可使表面拉应力变成压应力。表面变形程度越大、残余应力减少得越多。但不表面变形程

14、度越大、残余应力减少得越多。但不应超过某一限度，一般是在应超过某一限度，一般是在1.53以下。若超以下。若超过此限度，会造成有害的后果，因为这样不但不过此限度，会造成有害的后果，因为这样不但不会减小残余应力，反而会使残余应力增加。会减小残余应力，反而会使残余应力增加。第63页/共125页第64页/共125页三种方法的比较三种方法的比较（1）机械法可以比较精确地确定残余应力的大）机械法可以比较精确地确定残余应力的大小和分布，但在测定时要损害物体的整体性。小和分布，但在测定时要损害物体的整体性。（2）化学法基本是定性的测定，定量性差，需）化学法基本是定性的测定，定量性差，需要专门的试样。要专门的试

15、样。（3）X射线法是一种射线法是一种“非破坏性非破坏性”的测定方法，的测定方法，能定量测出物体内的残余应力，但仅适用于能能定量测出物体内的残余应力，但仅适用于能给出清晰敏锐衍射线条的材料。给出清晰敏锐衍射线条的材料。第65页/共125页第66页/共125页1.1.镦粗时组合件的变形特点镦粗时组合件的变形特点鼓形；侧面翻平金属在平锤间镦粗时的应力及变形特点金属在平锤间镦粗时的应力及变形特点第67页/共125页2.2.基本应力的分布特点基本应力的分布特点 第68页/共125页3.3.第一类附加应力的分布特点第一类附加应力的分布特点 法向附加应力法向附加应力 法向附加拉应力法向附加拉应力 法向附加压

16、应力法向附加压应力切向附加应力切向附加应力第69页/共125页第70页/共125页二、变形区内金属质点流动特点第71页/共125页第72页/共125页2、宽展及宽度上的纵向流动 第73页/共125页第74页/共125页第75页/共125页区区-延伸变形区延伸变形区区区-压缩变形区压缩变形区区区-切变区切变区区区-未变形区未变形区区区-“死区死区”二、棒材挤压时的金属流动规律 第76页/共125页第77页/共125页第78页/共125页第79页/共125页二、棒材拉伸时金属流动规律 第80页/共125页第81页/共125页 表面层承受的轴向附加拉应力，是棒材拉表面层承受的轴向附加拉应力，是棒材拉

17、伸时产生横向周期裂纹的根源。伸时产生横向周期裂纹的根源。周向承受的附加拉应力则是产生纵向裂纹周向承受的附加拉应力则是产生纵向裂纹的主要原因。的主要原因。对于某些塑性较低的合金来说，拉伸后形对于某些塑性较低的合金来说，拉伸后形成的残余应力如果不能及时消除，经过一成的残余应力如果不能及时消除，经过一定时间后棒材就会产生裂纹。定时间后棒材就会产生裂纹。第82页/共125页第83页/共125页压力加工制品的断裂形式压力加工制品的断裂形式 塑性加工中的常见裂纹第84页/共125页1锻造时的表面开裂 一、锻造时的断裂 第85页/共125页第86页/共125页(3)第87页/共125页第88页/共125页2

18、锻造时的内部裂纹 第89页/共125页第90页/共125页第91页/共125页第92页/共125页第93页/共125页2轧制时内部裂纹 第94页/共125页第95页/共125页第96页/共125页第97页/共125页第98页/共125页第99页/共125页第100页/共125页第101页/共125页第102页/共125页第103页/共125页13第104页/共125页第105页/共125页第106页/共125页第107页/共125页第108页/共125页第109页/共125页第110页/共125页第111页/共125页(1)位错塞积理论 同号位错在前进中遇同号位错在前进中遇到障碍物（如夹杂、第

19、二到障碍物（如夹杂、第二相和晶界等）而产生塞积，相和晶界等）而产生塞积，当塞积到一定程度的时候，当塞积到一定程度的时候，就会在位错塞积群前端产就会在位错塞积群前端产生一个足够大的拉应力，生一个足够大的拉应力，从而形成微裂纹。从而形成微裂纹。第112页/共125页第113页/共125页第114页/共125页第115页/共125页第116页/共125页第117页/共125页第118页/共125页第119页/共125页塑性与脆性并非金属固定不变的特性塑性与脆性并非金属固定不变的特性。金属是韧性断裂还是脆性断裂，取决于各种内在因金属是韧性断裂还是脆性断裂，取决于各种内在因素和外在条件。素和外在条件。第120页/共125页第121页/共125页与一般金属从塑性区到脆性区的过渡是有区与一般金属从塑性区到脆性区的过渡是有区别的，即在转变区内，塑性指标急剧下降，别的，即在转变区内，塑性指标急剧下降，而强度指标则陡峭上升，形成一个明显的塑而强度指标则陡峭上升，形成一个明显的塑性性-脆性转变区。脆性转变区。一般规定塑性下降百分之五十的点的温度为一般规定塑性下降百分之五十的点的温度为塑性塑性-脆性转变温度，用脆性转变温度，用Tc表示。表示。第122页/共125页第123页/共125页第124页/共125页感谢您的观看。感谢您的观看。第125页/共125页