第3章金属塑性加工的不均匀

1、 1. 均匀变形与不均匀变形均匀变形与不均匀变形 2 . 研究变形分布的方法研究变形分布的方法 3. 基本应力与附加应力基本应力与附加应力 3-1 坐标网络坐标网络 金属塑性加工中，研究变形物体内变形 分布（即金属流动）的方法很多。常用的方 法有：网格法；硬度法 ；比较晶粒法。 图3-2 组合圆柱体压缩 图图3-3 3-3 各种不同变形程度下各种不同变形程度下 镦粗圆柱体的不均匀变形镦粗圆柱体的不均匀变形 图图3-4 3-4 冷镦粗铝合金后垂冷镦粗铝合金后垂 直断面上洛氏硬度变化直断面上洛氏硬度变化 金属变形时体内变形分布不均匀，不但使物金属变形时体内变形分布不均匀，不但使物 体外形歪扭和内部

2、组织不均匀，而且还使变形体外形歪扭和内部组织不均匀，而且还使变形 体内应力分布不均匀。此时，除基本应力外还体内应力分布不均匀。此时，除基本应力外还 产生附加应力。产生附加应力。 图图3-6 3-6 在凸形轧辊上轧制矩形坯产生的附加应力在凸形轧辊上轧制矩形坯产生的附加应力 l la a若边缘部分自成一体时轧制后的可能长度若边缘部分自成一体时轧制后的可能长度 l lb b若中间部分自成一体时轧制后的可能长度若中间部分自成一体时轧制后的可能长度 l l 整个轧制后的实际长度整个轧制后的实际长度 l 图图3-7 3-7 相邻晶粒的变形相邻晶粒的变形 图图3-8 3-8 挤压时金属流动挤压时金属流动(a

3、)(a)及纵向应力分布及纵向应力分布(b)(b)、(c)(c)图图 (b)(b)附加应力较小时；附加应力较小时；(c)(c)附加应力较大时附加应力较大时 基本应力；基本应力； - - - - - - 附加应力；附加应力； - - 工作应力；工作应力； d di i- -变形区某截面的直径变形区某截面的直径 摩擦影响的摩擦影响的实质实质：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。 图图3-9 圆柱体镦粗时摩擦力圆柱体镦粗时摩擦力 对变形及应力分布影响对变形及应力分布影响 图图3-10用塑料镦粗时用塑料镦粗时 单位压力分布图单位压力分布图 图5-9 平行六面体不

4、均匀镦粗时粘着区及难变形区图示 图5-9 平行六面体不均匀镦粗时粘着区及难变形区图示 图5-9 平行六面体不均匀镦粗时粘着区及难变形区图示 图图3-12 3-12 平行六面体不均匀平行六面体不均匀 镦粗时粘着区及难变形区图镦粗时粘着区及难变形区图 示示 变形区的几何因子（如H/D、H/L、 H/B等）是影响变形和应力分布很重 要的因素。 图图 3-13 钢球压缩时的流线钢球压缩时的流线 图图 3-14 3-14 受塑压时物体内部质点受塑压时物体内部质点 滑移变形的近似模型滑移变形的近似模型 图图3-15 3-15 当镦粗高件时不当镦粗高件时不 同应力状态分布区图示同应力状态分布区图示 工具（或

5、坯料）形状是影响金属塑工具（或坯料）形状是影响金属塑 性流动方向的重要因素。工具与金属形性流动方向的重要因素。工具与金属形 状的差异，是造成金属沿各个方向流动状的差异，是造成金属沿各个方向流动 的阻力有差异，因而金属向各个方向的的阻力有差异，因而金属向各个方向的 流动（即流动（即变形量变形量）也有相应差别。）也有相应差别。 图图3-16 3-16 型钻中拔长型钻中拔长 图图3-17 3-17 沿孔型宽度上延伸分布图沿孔型宽度上延伸分布图 a) a) 圆型砧圆型砧 b) Vb) V型砧型砧 c) c) 凸型砧凸型砧 图图3-18 3-18 边缘部分压下量比中部大时轧件产生中部破裂边缘部分压下量比

6、中部大时轧件产生中部破裂 (a)(a)和边部皱纹和边部皱纹(b)(b)的情况的情况 4 变形物体的温度不均匀，会造成 金属各部分变形和流动的差异。变形 首先发生在那些变形抗力最小的部分。 一般，在同一变形物体中高温部分的 变形抗力低，低温部分的变形抗力高。 外端：外端：是指在变形过程中的某瞬间，不直接承受工是指在变形过程中的某瞬间，不直接承受工 具作用而处于变形区以外的部分具作用而处于变形区以外的部分。外端又称为外区或刚。外端又称为外区或刚 端。外端对变形区金属的影响主要是端。外端对变形区金属的影响主要是阻碍变形区金属流阻碍变形区金属流 动动，进而，进而产生或加剧附加的应力和应变产生或加剧附加的应力和应变。 图图3-20 3-20 在封闭形外端作用条件而产生的弯曲现象在封闭形外端作用条件而产生的弯曲现象 1-1-变形区；变形区；2-2-外端；外端；3-3-加工工具加工工具 图图3-21 3-21 局部塑压时外端对延伸及宽展的影响局部塑压时外端对延伸及宽展的影响 11工具；工具；22外端；外端；33变形区变形区 （a）（b） 变形金属中的化学成分、组变形金属中的化学成分、组 织结构、夹杂物、相的形态等分织结构、夹杂物、相的形态等分 布不均会