金属压力加工的变形力学基础(修)综述

1、第二章 金属压力加工的变形力学基础2.1 外力、内力和应力外力：受力物体之外的物体施加给受力物体的力。外力可分为两类：接触力和体力。接触力分为作用力和约束反力。体力：作用在物体每个质点上的力，如重力磁力及惯性力。作用力：塑性加工设备的可动工具部分对工件所作用的力也叫主动力。约束反力：工件在主动力的作用下，其运动将受到工具所阻碍而产生变形的力。主要有正压力和摩擦力。内力：物体受外力作用产生变形时，内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用力。分析内力用切面法。应力（全应力）：单位面积上的内力。全应力可分解成两个分量，正应力和剪应力外力、内力和应力外力、内力和应力2.2 应力状态和主应力图示一、应力

2、状态 过一点所有不同方位的截面上的应力集合称为该点的应力状态。 取六面体中三个相互垂直的表面作为微分面，如果这三个微分面上的应力为已知，则该单元体任意方向上的应力分量都可以定出。这说是说，可以用质点在三个相互垂直的微分面上的应力完整地描述该质点的应力状态。 三个相互垂直微分面上的应力都可以按坐标轴的方向分成三个分量。三个应力分量中有一个是正应力分量另外两个则是剪应力分量。ABCD面叫x面，CDEF面叫y面，CFGB面叫z面。每个应力分量的符号都带有两个下角标。第一个角标表示该应力分量的作用面，第二个角标则表示它的作用方向。xxxyxzyxyyyzzxzyzzxyz 作用在 面上作用在 面上作用

3、在 面上 按以上的规则，共需九个应力符号： 三个正应力 六个剪应力 它们统称为一点的应力分量。 xxyyzz、xyxzy xyzzxzy、主应力： 没有剪应力的微分面称为过该点的主平面,主平面作用的正应力称为主应力。主平面的法线方向称为该点应力主方向或应力主轴。 对应于任一点的应力状态，一定存在相互垂直的三个主方向、三个主平面和三个主应力。 若选三个相互垂直的主方向作为坐标轴，那么可以使问题大为简化。 三个主应力用1 、2 、3 表示。 二、主应力图示二、主应力图示表示一点主应力的有无和方向的应力状态图示。主应力图示共有九种。四个为三向主应力图，三个为平面主应力图，二个为单向主应力图示。三、影

4、响应力状态和主应力图示的因素三、影响应力状态和主应力图示的因素（1）接触表面摩擦的影响（2）变形物体形状的影响（3）工具形状的影响（4）不均匀变形的影响2.3 主变形和主变形图示一、主变形 主变形：主应力方向的变形 。(1)绝对主变形：绝对主变形：压下量宽展量延伸量hHhbbBllL 主变形的表示方法主变形的表示方法(2)相对主变形：相对主变形： 相对压下量相对宽展量相对延伸量123100%100%100%lLLbBBHhH(3)真实相对主变形：真实相对主变形：123InInInl Lb Bh H三个主变形间的关系：三个主变形间的关系：121VVH B Lh b lh b lH B L 123

5、InInIn00hblHBL结论：结论：物体变形后其三个真实相对主变形之代数和等于零；当三个主变形同时存在时，则其中之一在数值上等于另外两个主变形之和，且符号相反。即当一个主变形为0时，其余两个主变形数值相等符号相反。即 12313 二、主变形图示二、主变形图示 在小立方体素的面上用箭头表示三个主变形是否存在和方向，但不表示变形大小的图示。 主变形图示有以下三种：（1）一向缩短两向伸长，如轧制和自由锻压。（2）一向伸长一向缩短，如轧制宽板带钢。（3）两向缩短一向伸长，如挤压和拉拔。2.4 弹性变形和塑性变形一、弹性变形 当使物体发生变形的因素去掉之后变形即行消失，这种变形称为弹性变形。弹性变形

6、的特征为：（1）应力与应变是直线关系。（2）外力只改变原子间的距离，而不破坏原子间的联系。（3）弹性变形过程材料的基本性质不变。二、塑性变形 当使物体发生变形的因素去掉之后，物体不能恢复原来的形状，这种变形称为塑性变形。塑性变形的特征为：（1）塑性变形是在弹性变形的基础上发生的。（2）应力与应变不是直线关系。（3）外力不但改变原子间的距离，而且破坏了原来的原子间联系。（4）塑性变形能改变材料的力学性能和物理化学性质。2.5 塑性变形的不均匀性一、变形和应力不均匀分布的原因 引起变形和应力不均匀分布的原因主要有接触面上的外摩擦、变形区的几何形状和尺寸、工具和变形体的轮廓形状、变形物体的外端、变形

7、体内温度不均匀分布、金属本身性质的不均匀、化学成分及性质不均等等。（1）接触面外摩擦的影响 镦粗圆柱体时，由于接触表面外摩擦的影响，使接触表面附近变形金属流动困难，使圆柱体坯料转变成鼓形。在此种情况下，可将变形金属整个体积大致分为三个区域。图5-2 镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响表示由于摩擦影响而产生的难变形区；表示与外作用力约成45的最有利方位的易变形区；表示变形程度居于中间的自由变形区。图5-2 镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响（2）工具形状和坯料形状的影响 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，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

8、向的流动（即变形量）也有相应差别。 （3）变形温度的影响 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。1高温2低温（4）金属性质不均的影响 变形金属中的化学成分、组织结构、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。二、附加应力和基本应力基本应力：由外力作用所引起的应力叫基本应力。附加应力：在物体中，由于各部分的变形不均匀受到物体的整体性限制而引起的相互平衡的应力。附加应力的种类:第一类附加应力（宏观） 存在于物体的局部之间第二类附加应力（微观、晶粒之间） 存在于物体内的晶粒之间第三类附加应力（微观、晶粒内部） 存在于滑移面或滑移带之间l三、不均匀变形引起的后果及克服措施（1）使单位变形力增大