塑性體積成形與組織控制理論-塑性體積成形

1、塑性體積成形與組織控制理論-塑性體積成形2塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 沖壓鍛造分離工序：剪切，落料，沖孔自由鍛：鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲模鍛：開(kāi)式模鍛、閉式模鍛軋制軋制，輥鍛，斜軋，環(huán)軋，楔橫軋塑性成形擠壓正擠，反擠，復(fù)合擠成形工序：彎曲，拉延，翻邊，脹形拉拔棒材，型材，管材體積成形板材成形3塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 4塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 精密體積塑性成形主要任務(wù)：鍛件的成形 控形（幾何形狀、尺寸要求）鍛件內(nèi)部組織性能控制 控性（性能要求）控形、控性強(qiáng)度、塑性、疲勞、斷裂韌性、耐熱、耐腐蝕5塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 2009年：1000萬(wàn)輛2013年：2000萬(wàn)輛 主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、懸掛系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)

2、等，即凡是受復(fù)雜載荷的零件基本上都推薦用鍛件，轉(zhuǎn)速超過(guò)1000轉(zhuǎn)的部件基本上用的也都是鍛件。6塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 關(guān)鍵零部件保證性能要求必須采用的制造技術(shù)7塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 直八鎂合金上機(jī)匣要求：凸耳以上外表面不加工直十一鋁合金筒形機(jī)匣要求：凸耳以上外表面不加工8塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 模型正面 模型背面模型正面 模型背面流線要求 流線要求 鋁合金環(huán)形座 鋁合金環(huán)形座套 9塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 冶煉切削加工制坯熱處理鍛造 鍛件制坯途徑鑄造 鑄件鑄錠軋（擠、鍛） 棒材或型材材料損耗大 纖維組織切斷接近零件形狀尺寸，但組織性能較差成形復(fù)雜形狀且性能要求高的的零件傳統(tǒng)的金屬零件加工過(guò)程：現(xiàn)代的金

3、屬零件加工過(guò)程：通過(guò)精密成形（精鑄或精鍛等）實(shí)現(xiàn)近凈成形，實(shí)現(xiàn)完全替代或部分替代切削加工。10塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 F22發(fā)動(dòng)機(jī)葉片 直八直升機(jī)上機(jī)匣 運(yùn)載火箭壁板 導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪精密塑性成形11塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 精密塑性體積成形技術(shù) 冷鐓、冷擠、冷精壓 精鍛 溫?cái)D 等溫成形 精密輾壓 強(qiáng)力旋壓 微塑性成形12塑性體積成形發(fā)展現(xiàn)狀 大型化微小型化13塑性體積成形時(shí)的一些基本問(wèn)題 影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律Z形圖在塑性加工中的應(yīng)用塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向塑性變形的不均勻性及局部塑性變形區(qū)的控制14一、影響金屬塑性變形流動(dòng)幾個(gè)基本因素 塑性加工中主要是

4、解決變形流動(dòng)問(wèn)題，這主要取決于 工具與坯料的關(guān)系 坯料各部分之間的關(guān)系 其他因素：溫度場(chǎng)、材料本身的均勻性 金屬的塑性變形特點(diǎn)主要取決于下面三個(gè)因素： 加載情況 受力情況 變形情況15影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素加載情況：工具與坯料的關(guān)系，即整體加載或局部加載？拉伸或壓縮？對(duì)稱加載或非對(duì)稱加載？鐓粗（整體加載）16影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素拔長(zhǎng)（局部加載）17影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素沖孔（局部中心加載）擠壓（局部對(duì)稱加載）18影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素拉拔（局部對(duì)稱加載）擺輾（局部偏心加載）19影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素受力情況：整體受力或局部受力？反映

5、坯料變形時(shí)各部分應(yīng)力場(chǎng)問(wèn)題。變形情況：整體塑性變形或局部塑性變形？反映坯料各部分之間的關(guān)系，尤其是變形協(xié)調(diào)關(guān)系。 1）整體變形：整個(gè)坯料都產(chǎn)生塑性變形; 2）局部變形：各變形金屬部分的相互關(guān)系，不變形部分（即外端）的作用,反映直接受力區(qū)和間接受力區(qū)的變形關(guān)系20影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素加載與變形分類1）整體加載，整體受力，整體變形：鐓粗，環(huán)形件脹形2）整體加載，整體受力，局部變形：縮口，擴(kuò)口，頂鐓3）局部加載，整體受力，整體變形：擠壓，孔板間鐓粗4）局部加載，整體受力，局部變形：拉深5）局部加載，局部受力，局部變形：拔長(zhǎng)，軋制，旋壓，擺輾21影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素單向壓應(yīng)

6、力縮口工藝頂鐓工藝22影響金屬塑性變形流動(dòng)的幾個(gè)基本因素加載與變形分析1）整體加載坯料整體受力，但局部加載時(shí)坯料也可能整體受力，這里存在直接受力區(qū)和間接受力區(qū)的問(wèn)題。2）整體加載坯料整體受力，但整體受力時(shí)時(shí)常產(chǎn)生局部變形，例如縮口，頂鐓等，這里涉及到一個(gè)局部塑性變形區(qū)控制的問(wèn)題，采取恰當(dāng)?shù)拇胧┰谂髁喜煌瑓^(qū)域建立不同的s。沖孔擠壓23二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律 圖 圓截面毛坯在平砧上小壓下量拔長(zhǎng)時(shí)的變形情況圖 矩形截面毛坯小送進(jìn)量拔長(zhǎng)時(shí)的情況為什么變形集中在上部和下部為什么中間變形最小為什么變形區(qū)在靠近沖頭的一段距離內(nèi)？圖 沖孔時(shí)的變形情況 （a)開(kāi)式?jīng)_孔 （b)閉式?jīng)_孔圖 在較好潤(rùn)

7、滑條件擠壓時(shí)的變形情況為什么變形區(qū)集中在孔口？24二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律 A：環(huán)形件鐓粗B區(qū):摔子里拔長(zhǎng)C區(qū)：鐓粗孔板間鐓粗時(shí)受力面積變化示意圖孔板間鐓粗時(shí)變形分區(qū)示意圖25二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律 共同規(guī)律性可表述為：局部加載時(shí)沿加載方向的正應(yīng)力隨受力面積不斷擴(kuò)大，其絕對(duì)值逐漸減少。（前提：坯料足夠厚或比較厚） 該規(guī)律適用于在加載方向上坯料尺寸較大而加載工具的作用面積與此作用面的總面積之比較小的情況。如拔長(zhǎng)、輥鍛、擠壓、擺輾和拉拔等，且此規(guī)律對(duì)彈性狀態(tài)和塑性狀態(tài)都是適用的。 圖 沖孔時(shí)沿加載方向受力面積逐漸擴(kuò)大的示意圖圖 A區(qū)與B區(qū)相互作用的示意圖沖孔下面的金屬

8、為直接受力區(qū)間接受力區(qū)A區(qū)金屬變形時(shí)將外力傳給了B區(qū)，導(dǎo)致受力面積擴(kuò)大26 局部加載時(shí)的等差線圖光彈性試驗(yàn)圖（上砧寬度與試件高度比0.5)二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律不同截面上的應(yīng)力分布在彈性階段沿加載方向的應(yīng)力是隨受力面積增大而逐步減小的27 光塑性試驗(yàn)圖（古布金）二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律沖頭壓入高寬比0.5的樹(shù)脂模型時(shí)的條紋分布A-A面和B-B面的最大切應(yīng)力應(yīng)力集中點(diǎn)28 二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律與本節(jié)局部加載有關(guān)的一個(gè)經(jīng)典觀點(diǎn)圣維南的局部影響原理，該原理論述了彈性變形時(shí)載荷與受載區(qū)域的關(guān)系。原理表述：施加載荷的細(xì)節(jié)只影響到施加載荷區(qū)域內(nèi)的應(yīng)力分布，而

9、幾乎不影響離開(kāi)載荷充分遠(yuǎn)處各點(diǎn)的應(yīng)力分布。圖用夾鉗局部加載及其應(yīng)力分布圖矩形桿件內(nèi)沿加載方向正應(yīng)力的分布情況沿加載方向受力面積無(wú)限大時(shí)正應(yīng)力趨于零局部加載時(shí)沿加載方向受力面積是逐漸擴(kuò)大的，正應(yīng)力逐漸減小29 非對(duì)稱拔長(zhǎng)二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律30二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律載荷36KN時(shí)不同截面上z沿y方向的分布(彈性階段）載荷72KN時(shí)不同截面上z沿y方向的分布（塑性階段）31 二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律可以導(dǎo)出：1）在 直接受力區(qū)，沿加載方向平均應(yīng)力（靜水壓力）的絕對(duì)值隨著離加載工具的距離增加而減小；60KN時(shí)的密柵云紋圖60KN時(shí)的B-B縱截面應(yīng)力分布

10、水平場(chǎng)垂直場(chǎng)z分布m分布32 二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律2）大塑性變形區(qū)位于加載工具附近，在直接受力區(qū)隨著離加載工具距離增加，正應(yīng)變的絕對(duì)值逐漸減小。非對(duì)稱拔長(zhǎng)時(shí)z和i沿對(duì)稱軸的分布困難變形區(qū)局部拉伸時(shí)的云紋圖33（一）圓斷面毛坯在平砧上拔長(zhǎng)水平對(duì)稱軸上1及3的分布情況（FEM）在水平對(duì)稱軸上1及3的分布情況（光學(xué)）用平砧壓縮圓截面坯料時(shí)受力面積變化示意圖虛線說(shuō)明圓截面坯料在平砧上拔長(zhǎng)時(shí)，在作用力方向受力面積是逐漸擴(kuò)大的變形主要集中在上部和下部工具摩擦阻力上部和下部金屬在水平方向上的流動(dòng)阻力大當(dāng)壓下量h較小時(shí)，接觸面積小，上部和下部垂直應(yīng)力比中部大，而摩擦力這時(shí)不大上部和下部金屬易

11、滿足塑性條件二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律34（二）開(kāi)式?jīng)_孔和閉式?jīng)_孔（三）孔板間鐓粗沖孔時(shí)受力面積變化示意圖孔板間鐓粗時(shí)受力面積變化示意圖圖 孔板間鐓粗時(shí)變形分區(qū)示意圖二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律沖孔時(shí)作用力方向受力面積是逐漸擴(kuò)大的35（四）擠壓擠壓高坯料時(shí)受力面積分布示意圖圖 在潤(rùn)滑較好的條件下擠壓時(shí)坯料的變形情況二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律1）當(dāng)摩擦較小時(shí)，靠近孔口部分受到較大的壓應(yīng)力，變形主要集中在孔口2）當(dāng)摩擦比較大時(shí)，摩擦抵消掉一部分壓力，使得孔口附近受力減小，變形不一定集中在孔口，有可能全部變形；3）當(dāng)摩擦非常大時(shí)，變形主要集中在沖頭下端附近。36二、

12、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律37 二、局部加載時(shí)沿加載方向的應(yīng)力分布規(guī)律總結(jié)：局部加載時(shí)沿加載方向應(yīng)力分布規(guī)律是客觀存在的。在塑性加工過(guò)程中正確運(yùn)用這一規(guī)律可以充分地分析和說(shuō)明許多用傳統(tǒng)觀點(diǎn)難以解釋的現(xiàn)象，它對(duì)研究、開(kāi)發(fā)塑性加工領(lǐng)域的新工藝、新技術(shù)具有重要的意義。綜上分析可知，局部加載時(shí)，沿加載方向的應(yīng)力分布對(duì)金屬變形和流動(dòng)影響的實(shí)質(zhì)在于，沿加載方向|不斷減小，因而有的地方先滿足屈服準(zhǔn)則，有的地方后滿足屈服準(zhǔn)則，有的地方先變形，變形大，有的地方后變形，變形小。應(yīng)用這一新觀點(diǎn)不僅可以簡(jiǎn)便而完善地說(shuō)明某些工序的變形和流動(dòng)特點(diǎn)，而且可以充分地利用這一規(guī)律在加載方向上造成不均勻的應(yīng)力分布，使希望

13、變形的部位先滿足屈服準(zhǔn)則，從而實(shí)現(xiàn)變形工藝上和組織性能上的某些要求。38局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用1： 大鍛件:電站設(shè)備中的轉(zhuǎn)子、葉輪和護(hù)環(huán);巨輪的曲軸 軋鋼用的軋輥; 大型水壓機(jī)的立柱中國(guó)一重大鍛件中國(guó)二重大鍛件39 FM拔長(zhǎng)局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用1：JTS法（中心壓實(shí)法） 鍛合大鍛件內(nèi)部孔隙需具備三個(gè)條件: 1）孔隙內(nèi)表面沒(méi)有被氧化,且不存在非金屬夾雜物；2） 具有足夠的變形溫度；3）具有較強(qiáng)的靜水壓力和足夠大的變形量。 常用方法：1）過(guò)去常用大進(jìn)料比走扁方等鍛造方法, 但對(duì)鍛件內(nèi)部缺陷的鍛合效果不夠理想。2）后來(lái)采用中心壓實(shí)法（）、不對(duì)稱平砧鍛造（） 以及寬平砧強(qiáng)壓法（） 鍛造等。Manne

14、smann效應(yīng)40 非對(duì)稱拔長(zhǎng)局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用1：41 局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用2：1）在鍛件上需要充填的部位局部加載；2）在預(yù)鍛件上預(yù)留適當(dāng)?shù)慕饘倭浚?）采用閉塞式方法局部加載。42 拉皺局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用3：起皺消除應(yīng)力43 擺輾和鐓粗的單位壓力局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用4：44正擠、反擠和復(fù)合擠的單位壓力局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用5：1）正擠時(shí)的擠壓力取決于直接受力區(qū)的大?。?）反擠時(shí)擠壓面積增大，且摩擦影響更顯著；3）復(fù)合擠時(shí)由于直接受力區(qū)小于正擠和反擠，因此擠壓力相對(duì)較小。45 空心件正擠、反擠和復(fù)合擠的單位壓力461 2局部加載在實(shí)際中的應(yīng)用6：整體加載局部加載流線紊亂折疊局部加載

15、在實(shí)際中的應(yīng)用7：鈦合金隔框48 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用1.變形力學(xué)簡(jiǎn)圖和Z形圖變形力學(xué)簡(jiǎn)圖：主應(yīng)力圖主應(yīng)變圖平面應(yīng)變伸長(zhǎng)類應(yīng)變壓縮類應(yīng)變49三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用主應(yīng)力簡(jiǎn)圖變形力學(xué)簡(jiǎn)圖是研究塑性加工工序的重要手段，根據(jù)主應(yīng)力簡(jiǎn)圖和主應(yīng)變簡(jiǎn)圖共有23中組合。50三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用缺點(diǎn)：變形力學(xué)簡(jiǎn)圖沒(méi)有明確的數(shù)量概念，且主應(yīng)力簡(jiǎn)圖和主應(yīng)變簡(jiǎn)圖無(wú)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。擠壓拉拔51 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用鐓粗?jǐn)D壓52 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用古布金提出“Z形圖”以說(shuō)明應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系: Z形圖是以平均應(yīng)力m和羅德應(yīng)力參數(shù)為坐標(biāo)的平面圖。 53三、Z形圖及其在塑

16、性加工中的應(yīng)用54三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用Z形圖上每一點(diǎn)都代表了一個(gè)應(yīng)力狀態(tài)。單向應(yīng)力：P點(diǎn)重合于兩條曲線交點(diǎn)平面應(yīng)力：P點(diǎn)位于某條曲線上三向應(yīng)力：P點(diǎn)不在曲線上3零線2零線1零線mp1p1p55三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用L線：2=3（簡(jiǎn)單伸長(zhǎng)）M線： 2=（1 3）/2 （純剪）N線： 1=2（簡(jiǎn)單壓縮）L和M線之間：伸長(zhǎng)類應(yīng)變M和N線之間：壓縮類應(yīng)變56三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用2. 各塑性加工工序在Z形圖中的位置 對(duì)于各種工序，根據(jù)應(yīng)力狀態(tài)算出值，即可找出該工序在Z形圖中的位置。 根據(jù)全量理論，應(yīng)力應(yīng)變一一對(duì)應(yīng)，可在Z形圖上進(jìn)行位置標(biāo)定：5758三、Z形圖及其在塑性加

17、工中的應(yīng)用拉深旋壓強(qiáng)力旋壓剪切旋壓零偏離負(fù)偏離正偏離 59三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用 剪切變形B區(qū)應(yīng)力應(yīng)變圖 A區(qū)應(yīng)力應(yīng)變圖 剪旋變形時(shí)各區(qū)應(yīng)力應(yīng)變圖A:剪旋A區(qū)；B：剪旋B區(qū)；區(qū)：正偏離；D區(qū)：負(fù)偏離；E區(qū)：無(wú)芯模剪旋；F區(qū)：拉旋；G：最佳剪旋區(qū)60 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用（1）用于分析各成形工序的工藝特點(diǎn)3.Z形圖在塑性加工中的應(yīng)用變形抗力處于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，變形抗力最小（Z形圖中間位置）處于同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)時(shí)，變形抗力最大（Z形圖中上下兩端）工藝塑性在Z形圖上位置愈低點(diǎn)時(shí)，塑性越好在Z形圖上位置愈高點(diǎn)時(shí)，塑性越差自由鐓粗包套鍛造擠壓旋轉(zhuǎn)鍛造拉拔61 三、Z形圖及其在塑性加工中

18、的應(yīng)用（2）有助于探討和確定強(qiáng)化某一方向應(yīng)變的措施目的：a（展寬慢），l（伸長(zhǎng)快），要求1大一些，2小一些，則拔長(zhǎng)點(diǎn)在Z形圖上應(yīng)該左移。62 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用（3）有助于判斷影響各種工序成形極限的主要因素1）影響各種工序成形極限的主要因素是裂紋和失穩(wěn)，裂紋多數(shù)是由拉應(yīng)力引起的，失穩(wěn)是由于壓應(yīng)力引起的。2) 對(duì)于伸長(zhǎng)類工藝影響其成形極限的因素主要是裂紋；3）對(duì)于壓縮類工藝，可用m來(lái)衡量： 在m=0線以上影響其成形極限的主要因素是裂紋 在m=0線以下影響其成形極限的主要因素是失穩(wěn)。注：這里主要考慮的是主作用力，而沒(méi)有考慮附加應(yīng)力（由于變形不均勻性引起的。63易產(chǎn)生拉裂和失穩(wěn)的各工序

19、在Z形圖中的位置1）伸長(zhǎng)類工序（裂紋）：擴(kuò)孔、翻孔、彎曲外側(cè)、沖頭擴(kuò)孔、楔擴(kuò)孔、拉伸 壓縮類工序 裂紋：脹形（m=0線以上） 失穩(wěn)：縮口、彎曲內(nèi)側(cè)、拉深法蘭區(qū)、坯料鐓粗（m=0線以下）2）控制措施： 防止裂紋的主要途徑是增加靜水壓力，即降低工序在Z形圖中的位置； 防止失穩(wěn)的主要措施是在垂直于板面的方向或棒坯側(cè)向增加壓力，即使工序在Z形圖中的位置移向下方。64 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用（4）Z形圖的不完善之處 只能表示主應(yīng)力和主應(yīng)變數(shù)值的大小，而不能反映它們?cè)趯?shí)際物體中的作用方向。開(kāi)式?jīng)_孔的環(huán)壁區(qū)：徑壓切拉拉深工序的法蘭區(qū)：切壓徑拉帶拉力的軋制：軸拉厚壓 原因：設(shè)定1 2 3，使得3在1

20、上造成的。65 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用圖 主應(yīng)力空間的屈服表面Mises屈服表面圖 平面應(yīng)力狀態(tài)的屈服軌跡Mises橢圓Tresca六邊形Tresca屈服表面圖 平面上的屈服軌跡Z形圖區(qū)66三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用 將12， 23 ， 31 平面與Mises屈服圓柱的截交線隨圓柱展開(kāi)為余弦或正弦曲線，如下：67 三、Z形圖及其在塑性加工中的應(yīng)用 通過(guò)（180，180）的Z形圖，不僅能反映主應(yīng)力和主應(yīng)變的大小，而且能反映它們?cè)趯?shí)際物體中的作用方向。68 四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向古布金的最小阻力定律：如果物體在變形過(guò)程中質(zhì)點(diǎn)有向各個(gè)方向移動(dòng)的可能性時(shí)，物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)將沿阻力最小

21、的方向移動(dòng)。（1947年）在有摩擦的條件下變形體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)朝距周邊最短的方向流動(dòng)。1960年金屬塑性變形修正：最短法向并不是在任何時(shí)候都是阻力最小方向。1. 概述69 四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 1954年，塔爾洛夫斯基在金屬塑性加工變形中指出：70四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 陳家民教授矩形坯料壓縮時(shí)的質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)模型（米字形），間接否定了“最小阻力定律”： 矩形坯料鐓粗時(shí)金屬質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)方向與試件的幾何尺寸（l,b,h)、摩擦系數(shù)（）和質(zhì)點(diǎn)的幾何位置（x,y)有關(guān)，分為： 區(qū)近似放射型區(qū)域，位于坯料的兩頭（始終存在）； 區(qū)平面變形區(qū)，位于坯料的中間，流動(dòng)方向與y軸平行（當(dāng) 0或b=l時(shí)區(qū)消失）。

22、l、l的大小與l，b，有關(guān)。71 四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 呂炎教授在80年代，共做了13組試驗(yàn)，測(cè)量和分析了9872組數(shù)據(jù)，繪制了不同條件下的流動(dòng)方向圖，通過(guò)試驗(yàn)提出了新觀點(diǎn)，認(rèn)為不僅摩擦系數(shù)，而且坯料尺寸和一次壓下量等對(duì)金屬的流動(dòng)方向都有重要影響。l/b=4在一般摩擦條件下的金屬流動(dòng)示意圖l/b=2在摩擦系數(shù)很大時(shí)的金屬流動(dòng)示意圖72 四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向古布金定律的問(wèn)題：1）金屬流動(dòng)看成是剛體流動(dòng)；2）只考慮了一定的流動(dòng)方向與該點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)有關(guān)，沒(méi)有考慮中間主應(yīng)力的影響；3）沒(méi)有考慮相鄰金屬的影響。圓環(huán)壓縮無(wú)摩擦?xí)r內(nèi)孔直徑增大73四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 2. 塑性變

23、形時(shí)金屬的流動(dòng)方向分析（1）在靜力學(xué)范疇分析 取六面體微元，在垂直于黑板或紙面方向（n方向）壓縮 說(shuō)明質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)的位移方向是變形程度和位置的函數(shù)，即 質(zhì)點(diǎn)在空間的位移方向與應(yīng)變和位置存在同樣關(guān)系，即74四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 應(yīng)變方向可用主應(yīng)變空間中的矢量表示，由三個(gè)方向的應(yīng)變決定。 由簡(jiǎn)單拉伸可知： 塑性變形時(shí)，最小主應(yīng)變按趨向坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，最大主應(yīng)變按背離坐標(biāo)軸流動(dòng)。根據(jù)增量理論： 應(yīng)變?cè)隽颗c應(yīng)力偏量的矢量方向一致（圖6），因此塑性變形時(shí)的位移方向可由主應(yīng)力偏量（或主應(yīng)力）判斷: 塑性變形時(shí)，總的流動(dòng)趨勢(shì)是在3方向趨向坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)，并主要沿著1作背離坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)。75四、塑性變形時(shí)金屬的

24、流動(dòng)方向 討論：在均勻應(yīng)力場(chǎng)中 在無(wú)摩擦條件下,過(guò)同一坐標(biāo)原點(diǎn)的直線上各點(diǎn)來(lái)說(shuō)：無(wú)摩擦?xí)r過(guò)同一坐標(biāo)原點(diǎn)的直線上各點(diǎn)位移方向是相同的76四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 在非均勻應(yīng)力場(chǎng)中在非均勻應(yīng)力場(chǎng)中，難以直接確定金屬的流動(dòng)方向，因此采用主應(yīng)力來(lái)定性描述金屬的流動(dòng)方向。 但采用主應(yīng)力來(lái)描述金屬的流動(dòng)方向時(shí)，關(guān)鍵是合理選取坐標(biāo)軸（位移對(duì)稱軸）的位置，對(duì)于復(fù)雜情況，確定對(duì)稱軸是較困難的。77四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 （2）在動(dòng)力學(xué)范疇分析相對(duì)于剛體位移和液體流動(dòng)，塑性變形的流動(dòng)有下列特點(diǎn)：1）塑性變形時(shí)，金屬流動(dòng)具有加速度，即使在均勻流動(dòng)時(shí)也有加速度。2）加速度方向與位移（流動(dòng)）方向相同： 加速度

25、為正，背離原點(diǎn)移動(dòng)； 加速度為負(fù)，趨向坐標(biāo)原點(diǎn)移動(dòng)。3）在主作用力的橫向產(chǎn)生作用力。鐓粗剛體液體塑性體78四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 借用流體力學(xué)中的某些理論來(lái)進(jìn)行分析，并根據(jù)塑性流動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行部分簡(jiǎn)化：1）計(jì)算瞬時(shí)流動(dòng)，看作穩(wěn)態(tài)；2）采用主坐標(biāo)，忽略剪應(yīng)力，只考慮主應(yīng)力，借用穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的Euler方程（理想液體微小流速的運(yùn)動(dòng)微分方程）：式中79四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 當(dāng)沿某特定流動(dòng)方向分析時(shí)，則可改寫(xiě)為或 考慮到液體歐拉方程中的壓力P為絕對(duì)值，而塑性變形時(shí)的應(yīng)力具有方向性（代數(shù)值），上述方程需改寫(xiě)為：塑性變形時(shí)體積力太小，可以忽略：式中80四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 可以看出： 1）

26、當(dāng)有應(yīng)力增量時(shí)就有流動(dòng)加速度，且是向著主應(yīng)力增大的方向流動(dòng)。 2)若dl=0,則在該方向沒(méi)有流動(dòng)。如軸對(duì)稱變形的切向，處于流動(dòng)分界面上的質(zhì)點(diǎn)。綜合靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，可導(dǎo)出：塑性變形時(shí)金屬質(zhì)點(diǎn)主要向著最大主應(yīng)力增大的方向流動(dòng)。對(duì)于三向壓應(yīng)力鍛造工序（占多數(shù)）來(lái)說(shuō)，可描述為： 在三向壓應(yīng)力的情況金屬主要向著最小阻力增量的方向流動(dòng)。與古布金的最小阻力定律比較： 1）應(yīng)用范圍比古布金的更廣了； 2）在三向壓力情況下增加了”主要”二字，即主要考慮了中間主應(yīng)力和相鄰金屬的影響。81四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 根據(jù)此規(guī)律，確定變形工序的金屬流動(dòng)方向可按以下程序： 1）根據(jù)變形條件和受力情況進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分

27、區(qū)； 2）做出應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)圖并定出最大主應(yīng)力； 3）確定最大主應(yīng)力的增大方向和金屬流動(dòng)方向。(1) 拉拔 特點(diǎn)：軸對(duì)稱變形，最大主應(yīng)力增大的方向與拉力方向一致。82四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 (2) 矩形毛坯鐓粗特點(diǎn)：各區(qū)金屬流動(dòng)需考慮的相鄰金屬流動(dòng)的影響。83四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向(3) 拔長(zhǎng)當(dāng)l=a時(shí)，外端影響使得軸向伸長(zhǎng)區(qū) （,區(qū)）擴(kuò)大當(dāng)la時(shí)，外端的影響使得軸向伸長(zhǎng)區(qū)略大于相鄰金屬引起的伸長(zhǎng)區(qū)。當(dāng)la時(shí)，外端的影響使得伸長(zhǎng)區(qū)向相鄰金屬引起的伸長(zhǎng)區(qū)內(nèi)擴(kuò)展。84四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 (4) 環(huán)形件鐓粗特點(diǎn)：內(nèi)圈切向壓應(yīng)力引起徑向壓應(yīng)力，與此處摩擦力方向一致，使得金屬內(nèi)流困難

28、，流動(dòng)分界面必然內(nèi)移。 因此，沒(méi)有摩擦?xí)r環(huán)形件鐓粗時(shí)內(nèi)外徑均增大。85四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向 (5) 擠壓特點(diǎn)：、區(qū)的最大主應(yīng)力方向發(fā)生變化。86四、塑性變形時(shí)金屬的流動(dòng)方向(6) 開(kāi)式模鍛特點(diǎn)：各區(qū)最大主應(yīng)力增大方向發(fā)生變化，導(dǎo)致各區(qū)流動(dòng)方向發(fā)生變化。87塑性加工中的受力分析塑性加工：利用金屬的塑性，在外力作用下使金屬成形的一種加工方法。塑性加工作用在金屬坯料表面上的力作用在金屬每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的力重力磁力慣性力集中力分布力爆炸成形、高速鍛造、磁力成形時(shí)考慮，一般忽略面力體力88塑性加工中的受力分析作用力 壓力（鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔） 拉力（拉拔、拉深） 剪切力（錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)） 塑性加工又稱壓力加

29、工分類加載方式整體加載局部加載成形要求不同塑性加工工序不同整體變形鐓粗局部變形縮口整體變形沖孔局部變形拔長(zhǎng)、擺輾對(duì)稱加載非對(duì)稱加載工具形狀、坯料形狀、加載方式和加載位置不同，變形結(jié)果不同89塑性加工中的受力分析摩擦力塑性加工時(shí)，工具作用于金屬上的摩擦力（f）的方向通常與金屬質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)方向相反圖 拉拔時(shí)的作用力圖 鐓粗時(shí)的作用力圖 摩擦對(duì)正擠和反擠時(shí)變形力的影響摩擦力變形抗力增大塑性變形不均勻金屬充填模膛90塑性加工中的受力分析慣性力 金屬坯料在鍛錘及高速錘上鍛造時(shí)，錘頭運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)8-25m/s，這時(shí)應(yīng)考慮慣性力的影響分類由動(dòng)到靜加速時(shí)的慣性力 由動(dòng)到靜減速時(shí)的慣性力圖 高速錘上成形時(shí)的慣性力F=- ma91塑性變形的不均勻性（一）塑性變形的不均勻性塑性加工時(shí)，由于金屬本身性質(zhì)（成分、組織等）不均和各處受力情況不同，金屬內(nèi)各處的變形情況也不同。變形首先發(fā)生在那些先滿足屈服準(zhǔn)則的部分。因此，有的地方先變形，有的地方后變形，有的地方變形大，有的地方變形小，實(shí)際上，塑性變形是不均勻的。圖 用凸肚形軋輥軋制時(shí)坯料的變形和附加應(yīng)力簡(jiǎn)圖在坯料內(nèi)部由于組織和性能的不均勻，也要引起變形不均。例如當(dāng)兩相多晶體的晶粒變形時(shí)，在其它條件相同的情