金属塑性成形与流动问题课件

金属塑性成形与流动问题金属塑性成形与流动问题§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金属塑性成形与流动问题第一节

塑性流动方向

(最小阻力定律)概念：最小阻力定律最小周边法则实际应用分析金属塑性成形与流动问题最小阻力定律

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。

金属塑性成形与流动问题开式模锻的金属流动图最小周边法则图金属塑性成形与流动问题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

金属塑性成形与流动问题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（D′＞D，B′2＞B2）

金属塑性成形与流动问题第二节

影响金属塑性流动

和变形的因素

2.1摩擦的影响2.2变形区的几何因素的影响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金属塑性成形与流动问题2.1

摩擦的影响

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。

金属塑性成形与流动问题

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

金属塑性成形与流动问题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

金属塑性成形与流动问题2.2

变形区的几何因素的影响

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。

金属塑性成形与流动问题钢球压缩时的流线

受塑压时物体内部质点滑移变形的近似模型

金属塑性成形与流动问题h2

为各种数值时的情况

金属塑性成形与流动问题2.3

工具的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，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。

金属塑性成形与流动问题

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

金属塑性成形与流动问题2.4

外端的影响

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。

金属塑性成形与流动问题图拔长时外端的影响

（a）（b）金属塑性成形与流动问题

图开式冲孔时的“拉缩”图弯曲变形对外端的影响

金属塑性成形与流动问题2.5

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。

金属塑性成形与流动问题铝—钢双金属轧制时由不均匀变形产生的弯曲现象1——铝；2——钢金属塑性成形与流动问题2.6

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。

金属塑性成形与流动问题第三节不均匀变形、附加应力和残余应力

3.1不均匀变形

3.2附加应力

3.4残余应力

金属塑性成形与流动问题3.1

不均匀变形

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。

金属塑性成形与流动问题3.2

附加应力

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。

金属塑性成形与流动问题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相邻晶粒的变形金属塑性成形与流动问题挤压时金属流动（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；（-—-—-）工作应力金属塑性成形与流动问题假想应力，×9.8N/mm2φ18φ20拉伸实验曲线1）带缺口试样δ=2%2）未带缺口试样δ=35%

变形程度ε应力σσsbσsn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金属塑性成形与流动问题3.3

残余应力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

金属塑性成形与流动问题第四节金属塑性成形中的摩擦

和润滑

§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

金属塑性成形与流动问题§4.1金属塑性加工时摩擦

的特点及作用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金属塑性成形与流动问题外摩擦在压力加工中的作用

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。

金属塑性成形与流动问题§4.2塑性加工中摩

擦的分类及机理外摩擦的分类

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金属塑性成形与流动问题塑性加工时接触表面摩擦力的计算

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。金属塑性成形与流动问题

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。金属塑性成形与流动问题2．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：

=m·k式中，m为摩擦因子

金属塑性成形与流动问题§4.3摩擦系数及其影响因素

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.润滑剂金属塑性成形与流动问题0.130.120.110.100.090.080.070.060.050.040.030.020.0102006001000140018002200N/mm2摩擦系数μ0.14正压力对摩擦系数的影响金属塑性成形与流动问题0.50.40.30.20.10200400600800℃0.40.2μ0400600800℃

温度对钢的摩擦系数的影响温度对铜的摩擦系数的影响金属塑性成形与流动问题§4.4塑性成形时摩擦力的计算库仑摩擦条件: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:m为摩擦因子金属塑性成形与流动问题§4.5测定摩擦系数的方法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金属塑性成形与流动问题§4.6塑性成形中的润滑

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金属塑性成形与流动问题润滑剂的选择

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。金属塑性成形与流动问题2．常用的润滑剂