金属塑性加工的宏观规律课件.ppt

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1、第二章金属塑性加工的宏观规律2.1最小阻力定律2.2影响金属塑性流动和变形的因素2.3不均匀变形、附加应力和残余应力2.1最小阻力定律金属塑性加工时，质点的流动规律可以应用最小阻力定律分析。最小阻力定律可表述为：变形过程中，当变形体中的质点有可能沿着不同的方向发生流动时，质点将向着阻力最小的方向流动。即“做最少的功，走最短的路”。最小阻力定律实际上是力学质点流动的普遍原理，它可以定性地用来分析金属质点的流动方向。它把外界条件和金属流动直接联系起来。很直观，使用方便。在塑性加工中，既可用最小阻力定律定性地分析各种工序的金属流动方向

2、，又可通过调整某个方向的流动阻力，来改变金属在某些方向的流动量，使得成形合理。利用最小阻力定律可以推断，任何形状的物体只要有足够的塑性，都可以在平锤头下镦粗使坯料逐渐接近于圆形。这是因为在镦粗时，金属流动距离越短，摩擦阻力也越小。图2-1所示方形坯料镦粗时，沿四边垂直方向摩擦阻力最小，而沿对角线方向阻力最大，金属在流动时主要沿垂直于四边方向流动，很少向对角线方向流动，随着变形程度的增加，断面将趋于圆形。由于相同面积的任何形状总是圆形周边最短，因而最小阻力定律在镦粗中也称为最小周边法则。图2-1镦粗时的变形趋向图2-2矩形断面棱柱

3、体镦粗时的金属流动模型当接触表面存在摩擦时，矩形断面的棱柱体镦粗时的流动模型如图所示。因为接触面上质点向周边流动的阻力与质点离周边的距离成正比，因此，离周边的距离愈近，阻力愈小，金属质点必然沿这个方向流动。这个方向恰好是周边的最短法线方向，用点划线将矩形分成两个三角形和两个梯形，形成了四个不同流动区域。点划线是四区域的流动分界线，线上各点至边界的距离相等，各个区域内的质点到各自边界的法线距离最短。这样流动的结果，矩形断面将变成双点划线所示的多边形。继续镦粗，断面的周边将逐渐变成椭圆形。通过调整某个方向的流动阻力来改变某些方向上金

4、属的流动量，以便合理成形，消除缺陷。例如，在模锻中增大金属流向分型面的阻力，或减小流向型腔某一部分的阻力，可以保证锻件充满型腔。在模锻制坯时，可以采用闭式滚挤和闭式拔长模膛来提高滚挤和拔长的效率。图2-3开式模锻的金属流动模型图2-4矩形截面拔长时送进量对金属流动的影响矩形截面坯料在平砧拔长时，当送进量l大于坯料宽度a时，金属多沿横向流动，坯料宽度增加的多。当l

5、的轧制情况是不同的。从图2-5中看出，在(a)、(b)两种情况下，三角形区是完全相同的，即这两种情况下向宽度方向上流动的质点数目是一样的。但与整个接触面上所有质点相比，第一种情况向宽向流动质点所占比例比第二种大，故窄板宽展比宽板的宽展率大。又如在压下量相同而轧辊直径不同的条件下，当轧制宽度相同的轧件时，则可预计大辊轧制时的宽展大(如图2-6)。精轧时，为了控制宽展，一般多采用工作辊较小的多辊轧机轧制。图2－5不同宽度坯料轧制时宽展情况图2－6轨辊直径不同时轧件变形区纵横方向阻力图接触面上的外摩擦变形区的几何因素工具与工件的轮廓形

6、状变形体内部温度分布不均变形体的外端金属性质不均的影响2.2影响金属塑性流动和变形的因素接触面上的外摩擦在工具和变形金属之间的接触面上必然存在摩擦。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到影响。镦粗时的分区圆柱体镦粗时，由于接触面上有摩擦存在，在接触表面附近金属流动困难，圆柱形坯料转变成鼓形。在此情况下，可将变形金属整个体积大致分为三个区：Ⅰ区表示由外摩擦影响而产生的难变形区；Ⅱ区表示与作用力成45°角的最有利方位的易变形区；Ⅲ区表示变形程度居于中间的自由变形区。镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响应力分

7、布不均外摩擦不仅影响变形，而且使接触面上的应力（或单位压力）分布不均匀，沿试样边缘的应力等于金属的屈服极限，从边缘到中心部分，应力逐渐升高。另外，沿物体高度方向由接触面至变形体的中部，应力的分布是逐渐减小的，这是因外摩擦的影响逐渐减弱所致。图2-8圆环镦粗的金属流动(a)变形前(b)摩擦系数很小或为零(c)有摩擦所示的圆环中，如果接触面上的摩擦系数很小或无摩擦时，根据体积不变条件，圆环上每一质点均沿径向作辐射状向外流动[图(b)]，变形后内外径均增大。如接触面的摩擦系数增加，金属的这种流动受到阻碍。当摩擦系数增大到某一临界值时，

8、靠近内径处的金属质点向外流动阻力大于向内流动阻力，从而改变了流动方向。这时在圆环中出现一个半径为Rn的分流面，该面以内的金属向中心流动，该面以外的金属向外流动，变形后的圆环内径缩小，外径增大（图(c)）。而且分流面半径Rn随着摩擦系数的增加而加大。但Rn的位置不