金屬塑性成形與流動問題

1、18.1 塑性流動方向（最小阻力定律） 18.2 影響金屬塑性變形和流動的因素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滑概念：最小阻力定律最小周邊法則實際應(yīng)用分析 變形過程中，物體各質(zhì)點將向著阻力最小的方向移動。即做最少的功，走最短的路。 開式模鍛的金屬流動圖開式模鍛的金屬流動圖 最小周邊法則圖最小周邊法則圖正方形斷面變形模式正方形斷面變形模式 （a）（b）B-B剖面（c）拔長坯料的變形模式拔長坯料的變形模式 不同寬度坯料軋制時 寬展情況 軌輥直徑不同時 軋件變形區(qū) 縱橫方向阻力圖 （DD，B2B2） 2. 1 摩擦的影響 2. 2 變形區(qū)的幾何因素的影響2

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 摩擦影響的實質(zhì)摩擦影響的實質(zhì)：由于摩擦力的作用，在一定程度上改變了金屬的流動特性并使應(yīng)力分布受到影響。 圓柱體鐓粗時摩擦力 對變形及應(yīng)力分布影響 用塑料鐓粗時單位壓力分布圖 圓環(huán)鐓粗的金屬流動 a)變形前 b) 摩擦系數(shù)很小或為零 c) 有摩擦 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。 鋼球壓縮時的流線 受塑壓時物體內(nèi)部質(zhì)點 滑移變形的近似模型 h2 為各種數(shù)值時的情況 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，

3、是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(yīng)差別。 圖 型鉆中拔長 圖沿孔型寬度上延伸分布圖 a) 圓型砧 b) V型砧 c) 凸型砧 外端（未變形的金屬）對變形區(qū)金屬的影響主要是阻礙變形區(qū)金屬流動，進而產(chǎn)生或加劇附加的應(yīng)力和應(yīng)變。 圖 拔長時外端的影響 （a）（b） 圖開式?jīng)_孔時的“拉縮” 圖彎曲變形對外端的影響 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。 鋁鋼雙金屬軋制時由不 均勻變形產(chǎn)生的彎曲現(xiàn)象1鋁；2鋼 變形金屬中的化學(xué)成分、組

4、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。 3. 1 不均勻變形 3. 2 附加應(yīng)力 3. 4 殘余應(yīng)力 若變形區(qū)內(nèi)金屬各質(zhì)點的應(yīng)變狀態(tài)相同，即它們相應(yīng)的各個軸向上變形的發(fā)生情況，發(fā)展方向及應(yīng)變量的大小都相同，這個體積的變形可視為均勻的。 不均勻變形實質(zhì)上是由金屬質(zhì)點的不均勻流動引起的。因此，凡是影響金屬塑性流動的因素，都會對不均勻變形產(chǎn)生影響。 金屬變形時體內(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，除基本應(yīng)力外還產(chǎn)生附加應(yīng)力。 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軋制后的可能長度 lb若中間

5、部分自成一體時軋制后的可能長度l 整個軋制后的實際長度l相鄰晶粒的變形擠壓時金屬流動（a）及縱向應(yīng)力分布（b）、（c），其中（c）為摩擦很大時應(yīng)力分布；（一）基本應(yīng)力；（）附加應(yīng)力；（-）工作應(yīng)力假想應(yīng)力，9.8 N/mm2 1820拉伸實驗曲線 1）帶缺口試樣=2% 2）未帶缺口試樣=35% 變形程度應(yīng)力sbsn拉伸時真應(yīng)力與變形程度的關(guān)系1)無缺口試樣拉伸時的真應(yīng)力的曲線2）有缺口樣拉伸的真應(yīng)力曲線1殘余應(yīng)力的來源 2變形條件對殘余應(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 4.1 金屬塑性加工時摩擦的特點及作用 4.2 塑性加工中摩擦的分類及

6、機理 4.3 摩擦系數(shù)及其影響因素 4. 5 測定摩擦系數(shù)的方法 4. 6 塑性成形中的潤滑 塑性成形時摩擦的特點在高壓下產(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的摩擦也不一樣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，強化軋制過程；增大沖頭與板片間的摩擦，強化工藝，減少起皺和撕裂等造成的廢品。 外摩擦的分類 干摩擦 流體摩擦邊界摩擦 摩擦機理 分子吸附說表面凸凹學(xué)說 在計算金屬塑性加工時的摩擦力時，分下列三種情況考慮 1庫侖摩擦條件 這時不考

7、慮接觸面上的粘合現(xiàn)象（即全滑動），認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）摩擦力與滑動速度的大小無關(guān)；（3）靜摩擦系數(shù)大于動摩擦系數(shù)。 其數(shù)學(xué)表達式為： 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)（由實驗確定），故又稱常摩擦系數(shù)定律。對于像拉拔及其他潤滑效果較好的加工過程，此定律較適用。 NFNN2最大摩擦條件 當(dāng)接觸表面沒有相對滑動，完全處于粘合狀 態(tài)時，單位摩擦力（ ）等于變形金屬流動 時的臨界切應(yīng)力k，即： = k 3摩擦力不變條件 認為

8、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，其表達式為： =mk 式中，m為摩擦因子 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 .潤滑劑0.130.120.110.100.090.080.070.060.050.040.030.020.0102006001000140018002200N/mm2摩 擦系數(shù)0.14正壓力對摩擦系數(shù)的影響0.50.40.30.20.102004006008000

9、.40.20400600800 溫度對鋼的摩擦系數(shù)的影響 溫度對銅的摩擦系數(shù)的影響庫侖摩擦條件: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)接觸表面沒有相對滑動,完全處于粘合狀態(tài)時,摩擦的應(yīng)力等于坯料塑性流動時的最大切應(yīng)力K,即:摩擦力不變條件認為接觸面上的摩擦力不變,是一個常數(shù),即:NYK2mK m為摩擦因子為摩擦因子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)鐓粗法工藝潤滑的目的及潤滑機理 潤滑的目的減少工模具磨損，延長工具使用壽命提高制品質(zhì)量降低金屬變形時的能耗 潤滑機理流體力學(xué)原理吸附機制1塑性成形中對潤滑劑的要求在選擇及配制潤滑劑時，必符合下列要求：（1）潤滑劑應(yīng)有良好的耐壓性能，在高壓作用下，潤滑膜仍能吸附在接觸表面上，保持良好的潤滑狀態(tài)；（2）潤滑劑應(yīng)有良好耐高溫性能，在熱加工時，潤滑劑應(yīng)不分解，不變質(zhì)；（3）潤滑劑有冷卻模具的作用；（4）潤滑劑不應(yīng)對金屬和模具有腐蝕作用；（5）潤滑劑應(yīng)對人體無毒，不污染環(huán)境；（6）潤滑劑要求使用、清理方便、來源豐富、價格便宜等。2常用的潤滑劑