金属塑性成形与流动问题

1、18.1 塑性流动方向（最小阻力定律） 18.2 影响金属塑性变形和流动的因素18.3 不均匀变形、附加应力和残余应力 18.4 金属塑性成形中的摩擦和润滑概念：最小阻力定律最小周边法则实际应用分析 变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动。即做最少的功，走最短的路。 开式模锻的金属流动图开式模锻的金属流动图 最小周边法则图最小周边法则图正方形断面变形模式正方形断面变形模式 （a）（b）B-B剖面（c）拔长坯料的变形模式拔长坯料的变形模式 不同宽度坯料轧制时 宽展情况 轨辊直径不同时 轧件变形区 纵横方向阻力图 （DD，B2B2） 2. 1 摩擦的影响 2. 2 变形区的几何因素的影响2

2、. 3 工具的形状和坯料形状的影响 2. 4 外端的影响2. 5 变形温度的影响 2. 6 金属性质不均的影响 摩擦影响的实质摩擦影响的实质：由于摩擦力的作用，在一定程度上改变了金属的流动特性并使应力分布受到影响。 圆柱体镦粗时摩擦力 对变形及应力分布影响 用塑料镦粗时单位压力分布图 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 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。 钢球压缩时的流线 受塑压时物体内部质点 滑移变形的近似模型 h2 为各种数值时的情况 工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向的重要因素。工具与金属形状的差异，

3、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流动（即变形量）也有相应差别。 图 型钻中拔长 图沿孔型宽度上延伸分布图 a) 圆型砧 b) V型砧 c) 凸型砧 外端（未变形的金属）对变形区金属的影响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。 图 拔长时外端的影响 （a）（b） 图开式冲孔时的“拉缩” 图弯曲变形对外端的影响 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。 铝钢双金属轧制时由不 均匀变形产生的弯曲现象1铝；2钢 变形金属中的化学成分、组

4、织结构、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。 3. 1 不均匀变形 3. 2 附加应力 3. 4 残余应力 若变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们相应的各个轴向上变形的发生情况，发展方向及应变量的大小都相同，这个体积的变形可视为均匀的。 不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。因此，凡是影响金属塑性流动的因素，都会对不均匀变形产生影响。 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，除基本应力外还产生附加应力。 在凸形轧辊上轧制矩形坯产生的附加应力la若边缘部分自成一体时轧制后的可能长度 lb若中间

5、部分自成一体时轧制后的可能长度l 整个轧制后的实际长度l相邻晶粒的变形挤压时金属流动（a）及纵向应力分布（b）、（c），其中（c）为摩擦很大时应力分布；（一）基本应力；（）附加应力；（-）工作应力假想应力，9.8 N/mm2 1820拉伸实验曲线 1）带缺口试样=2% 2）未带缺口试样=35% 变形程度应力sbsn拉伸时真应力与变形程度的关系1)无缺口试样拉伸时的真应力的曲线2）有缺口样拉伸的真应力曲线1残余应力的来源 2变形条件对残余应力的影响 3残余应力所引起的后果 4减小或消除残余应力的措施 5研究残余应力的主要方法 4.1 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 4.2 塑性加工中摩擦的分类及

6、机理 4.3 摩擦系数及其影响因素 4. 5 测定摩擦系数的方法 4. 6 塑性成形中的润滑 塑性成形时摩擦的特点在高压下产生的摩擦较高温度下的摩擦摩擦副（金属与工具）的性质相差大在接触面上各点的摩擦也不一样摩擦的不利方面改变物体应力状态，使变形力和能耗增加引起工件变形与应力分布不均匀恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低工具寿命摩擦的利用 例如，用增大摩擦改善咬入条件，强化轧制过程；增大冲头与板片间的摩擦，强化工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。 外摩擦的分类 干摩擦 流体摩擦边界摩擦 摩擦机理 分子吸附说表面凸凹学说 在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列三种情况考虑 1库仑摩擦条件 这时不考

7、虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认为摩擦符合库仑定律。其内容如下：（1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例， 与摩擦表面的大小无关；（2）摩擦力与滑动速度的大小无关；（3）静摩擦系数大于动摩擦系数。 其数学表达式为： 或 式中 F摩擦力； 外摩擦系数； N垂直于接触面正压力； 接触面上的正应力； 接触面上的摩擦切应力。 由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较好的加工过程，此定律较适用。 NFNN2最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状 态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动 时的临界切应力k，即： = k 3摩擦力不变条件 认为

8、接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达式为： =mk 式中，m为摩擦因子 摩擦系数随金属性质、工艺条件、表面状态、单位压力及所采用润滑剂的种类与性能等而不同。其主要影响因素有： 1 .金属的种类和化学成分 2.工具材料及其表面状态 3. 接触面上的单位压力 4 .变形温度 5.变形速度 6 .润滑剂0.130.120.110.100.090.080.070.060.050.040.030.020.0102006001000140018002200N/mm2摩 擦系数0.14正压力对摩擦系数的影响0.50.40.30.20.102004006008000

9、.40.20400600800 温度对钢的摩擦系数的影响 温度对铜的摩擦系数的影响库仑摩擦条件:单位面积上的摩擦力与接触面上的正应力成正比,即: 最大摩擦力条件: 当接触表面没有相对滑动,完全处于粘合状态时,摩擦的应力等于坯料塑性流动时的最大切应力K,即:摩擦力不变条件认为接触面上的摩擦力不变,是一个常数,即:NYK2mK m为摩擦因子为摩擦因子夹钳轧制法楔形件压缩法塑性加工常用摩擦系数圆环镦粗法工艺润滑的目的及润滑机理 润滑的目的减少工模具磨损，延长工具使用寿命提高制品质量降低金属变形时的能耗 润滑机理流体力学原理吸附机制1塑性成形中对润滑剂的要求在选择及配制润滑剂时，必符合下列要求：（1）润滑剂应有良好的耐压性能，在高压作用下，润滑膜仍能吸附在接触表面上，保持良好的润滑状态；（2）润滑剂应有良好耐高温性能，在热加工时，润滑剂应不分解，不变质；（3）润滑剂有冷却模具的作用；（4）润滑剂不应对金属和模具有腐蚀作用；（5）润滑剂应对人体无毒，不污染环境；（6）润滑剂要求使用、清理方便、来源丰富、价格便宜等。2常用的润滑剂