1、補(bǔ)充：金屬塑性成形的補(bǔ)充：金屬塑性成形的流動與變形規(guī)律流動與變形規(guī)律 江西理工大學(xué)江西理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院主要內(nèi)容主要內(nèi)容 1 1 塑性流動規(guī)律（最小阻力定律）塑性流動規(guī)律（最小阻力定律） 2 2 影響金屬塑性流動和變形的因素影響金屬塑性流動和變形的因素3 3 不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力 可參閱可參閱金屬塑性加工原理金屬塑性加工原理（彭大暑主編，中（彭大暑主編，中南大學(xué)大學(xué)出版社，南大學(xué)大學(xué)出版社，2004）（）（第第3章章 金屬塑性加工的金屬塑性加工的宏觀規(guī)律宏觀規(guī)律）1 1 塑性流動規(guī)律（最小阻力定律）塑性流動規(guī)律（最小阻力定律）概念：最小阻力

2、定律概念：最小阻力定律最小周邊法則最小周邊法則實際應(yīng)用分析實際應(yīng)用分析最小阻力定律最小阻力定律 變形過程中，物體各變形過程中，物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動。即做最少的功，向移動。即做最少的功，走最短的路。走最短的路。 最小周邊法則最小周邊法則(最小阻力定律在鐓粗中也稱為最小周邊法則) 存在接觸面摩擦?xí)r，物體各質(zhì)點(diǎn)存在接觸面摩擦?xí)r，物體各質(zhì)點(diǎn)向周邊流動的阻力與質(zhì)點(diǎn)離周邊的向周邊流動的阻力與質(zhì)點(diǎn)離周邊的距離成正比，因而必然向周邊最短距離成正比，因而必然向周邊最短法線流動，法線流動，周邊形狀表現(xiàn)為最小的周邊形狀表現(xiàn)為最小的圓形。圓形。 實際應(yīng)用分析實際應(yīng)用分析 根據(jù)體積不

3、變條件和最小阻力定律，便可以大體確定出塑性成形時的金屬流動規(guī)律。有時還可用來選擇坯料的斷面和尺寸、加工工具的形狀和尺寸等。精軋時，為了控制寬展，一般多采用工作輥較小的多輥軋制。精軋時，為了控制寬展，一般多采用工作輥較小的多輥軋制。窄板寬展比寬板的窄板寬展比寬板的寬展率大。寬展率大。軋軋2 2 影響金屬塑性流動和變形的因素影響金屬塑性流動和變形的因素 2. 1 2. 1 摩擦的影響摩擦的影響 2. 2 2. 2 變形區(qū)的幾何因素的影響變形區(qū)的幾何因素的影響2. 3 2. 3 工具的形狀和坯料形狀的影響工具的形狀和坯料形狀的影響 2. 4 2. 4 外端的影響外端的影響2. 5 2. 5 變形溫度

4、的影響變形溫度的影響 2. 6 2. 6 金屬性質(zhì)不均的影響金屬性質(zhì)不均的影響2.1 2.1 摩擦的影響摩擦的影響 摩擦影響的實質(zhì)：摩擦影響的實質(zhì)：由于摩擦力的作用，在一定程度上由于摩擦力的作用，在一定程度上 改變了金屬的流動特性并使應(yīng)力分改變了金屬的流動特性并使應(yīng)力分 布受到影響。布受到影響。 區(qū)區(qū)難變形區(qū)；難變形區(qū)；區(qū)區(qū)易變形區(qū)；易變形區(qū)；區(qū)區(qū)自由變形區(qū)（小變形區(qū)）自由變形區(qū)（小變形區(qū)）2.2 2.2 變形區(qū)的幾何因素的影響變形區(qū)的幾何因素的影響 變形區(qū)的幾何因子（如變形區(qū)的幾何因子（如H/DH/D、H/LH/L、H/BH/B等）是影等）是影響變形和應(yīng)力分布很重要的因素。響變形和應(yīng)力分布很

5、重要的因素。 變形程度變形程度H/D：1）變形均勻性）變形均勻性2）變形力）變形力2.3 2.3 工具的形狀和坯料形狀的影響工具的形狀和坯料形狀的影響 工具（或坯料）形狀是影響金屬塑性流動方向的工具（或坯料）形狀是影響金屬塑性流動方向的重要因素。工具與金屬形狀的差異，造成金屬沿各個重要因素。工具與金屬形狀的差異，造成金屬沿各個方向流動的阻力有差異，因而金屬向各個方向的流動方向流動的阻力有差異，因而金屬向各個方向的流動（即變形量）也有相應(yīng)差別。（即變形量）也有相應(yīng)差別。 2.4 2.4 外端的影響外端的影響 外端（未變形的金屬）對變形區(qū)金屬的影響外端（未變形的金屬）對變形區(qū)金屬的影響主要主要是阻

6、礙變形區(qū)金屬流動是阻礙變形區(qū)金屬流動，進(jìn)而產(chǎn)生或加劇附加的應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生或加劇附加的應(yīng)力和應(yīng)變。和應(yīng)變。 外端的概念外端的概念 變形體的外端是指在變形過程中某一瞬間變形體的外端是指在變形過程中某一瞬間不直接承受工具的作用而處于變形區(qū)以外的部分，不直接承受工具的作用而處于變形區(qū)以外的部分，稱為外端或剛端。稱為外端或剛端。2.5 2.5 變形溫度的影響變形溫度的影響 變形物體的溫度不均勻，會造成金屬各部分變形變形物體的溫度不均勻，會造成金屬各部分變形和流動的差異。和流動的差異。變形首先發(fā)生在那些變形抗力最小的變形首先發(fā)生在那些變形抗力最小的部分。部分。一般，在同一變形物體中高溫部分的變形抗力一般，

7、在同一變形物體中高溫部分的變形抗力低，低溫部分的變形抗力高。低，低溫部分的變形抗力高。 2.6 2.6 金屬性質(zhì)不均的影響金屬性質(zhì)不均的影響 變形金屬中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、夾雜物、相變形金屬中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、夾雜物、相的形態(tài)等分布不均會造成金屬各部分的變形和流動的的形態(tài)等分布不均會造成金屬各部分的變形和流動的差異。差異。 3 3 不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力不均勻變形、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力 3. 1 3. 1 均勻變形與不均勻變形均勻變形與不均勻變形 3. 2 3. 2 研究變形分布的方法研究變形分布的方法 3. 3 3. 3 基本應(yīng)力與附加應(yīng)力基本應(yīng)力與附加應(yīng)力 3. 4 3. 4

8、殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 3.1 3.1 均勻變形與不均勻變形均勻變形與不均勻變形 若變形區(qū)內(nèi)金屬各質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)相同，即若變形區(qū)內(nèi)金屬各質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)相同，即它們相應(yīng)的各個軸向上變形的發(fā)生情況、發(fā)展方它們相應(yīng)的各個軸向上變形的發(fā)生情況、發(fā)展方向及應(yīng)變量的大小都相同，這個體積的變形可視向及應(yīng)變量的大小都相同，這個體積的變形可視為為均勻的均勻的。 不均勻變形實質(zhì)上是由金屬質(zhì)點(diǎn)的不均勻變形實質(zhì)上是由金屬質(zhì)點(diǎn)的不均勻流動不均勻流動引起的。因此，凡是影響金屬塑性流動的因素，引起的。因此，凡是影響金屬塑性流動的因素，都會對不均勻變形產(chǎn)生影響。都會對不均勻變形產(chǎn)生影響。 均勻變形與不均勻變形的概念均勻變形與不均勻

9、變形的概念均勻變形：均勻變形：變形區(qū)某體積內(nèi)金屬各質(zhì)點(diǎn)的變形狀變形區(qū)某體積內(nèi)金屬各質(zhì)點(diǎn)的變形狀態(tài)相同，就稱為均勻變形，否則就叫態(tài)相同，就稱為均勻變形，否則就叫不均勻變形不均勻變形。均勻變形的特點(diǎn)：均勻變形的特點(diǎn)： 1 1。平面與直線。平面與直線 2 2。圓與球體。圓與球體 3 3。相似單元體。相似單元體均勻變形必需滿足的條件均勻變形必需滿足的條件1 1）變形體的物理性質(zhì)均勻且各向同性）變形體的物理性質(zhì)均勻且各向同性2 2）各點(diǎn)物理狀態(tài)完全相同（溫度、抗力、硬化情況等）各點(diǎn)物理狀態(tài)完全相同（溫度、抗力、硬化情況等）3 3）各點(diǎn)的絕對變形量和相對變形量相同）各點(diǎn)的絕對變形量和相對變形量相同4 4）

10、變形完全沒有外端的作用）變形完全沒有外端的作用5 5）接觸表面沒外縻擦或縻擦阻力。）接觸表面沒外縻擦或縻擦阻力。均勻變形是相對的，均勻變形是相對的，不均勻變形是絕對的。不均勻變形是絕對的。不均勻變形的典型現(xiàn)象不均勻變形的典型現(xiàn)象u高向單鼓形或雙鼓形高向單鼓形或雙鼓形u接觸表面出現(xiàn)粘著區(qū)、滑動區(qū)、側(cè)翻區(qū)接觸表面出現(xiàn)粘著區(qū)、滑動區(qū)、側(cè)翻區(qū)u變形體整個體積可分為難變形區(qū)、易變變形體整個體積可分為難變形區(qū)、易變形區(qū)、自由變形區(qū)。形區(qū)、自由變形區(qū)。3.2 3.2 研究變形分布的方法研究變形分布的方法 金屬塑性加工中，研究變形物體內(nèi)變金屬塑性加工中，研究變形物體內(nèi)變形分布（即金屬流動）的方法很多。形分布（

11、即金屬流動）的方法很多。 常用常用的方法有：的方法有：網(wǎng)格法網(wǎng)格法（可作定量分析）；（可作定量分析）；硬度法硬度法 （可作粗略的定量分析）；（可作粗略的定量分析）； 比較晶粒法比較晶粒法（只能作定性分析）（只能作定性分析）。（1）網(wǎng)格法）網(wǎng)格法是應(yīng)用最廣的方法。其實質(zhì)是觀是應(yīng)用最廣的方法。其實質(zhì)是觀察變形前后，各網(wǎng)格所限定的區(qū)域金察變形前后，各網(wǎng)格所限定的區(qū)域金屬幾何形狀的變化。屬幾何形狀的變化。（2）硬度法）硬度法基本原理：在冷變形情基本原理：在冷變形情況下，變形金屬的硬度隨變況下，變形金屬的硬度隨變形程度的增加而提高。形程度的增加而提高。（3）比較晶粒法）比較晶粒法其實質(zhì)是根據(jù)再結(jié)晶退火后

12、的晶其實質(zhì)是根據(jù)再結(jié)晶退火后的晶粒大小，與退火前的變形程度的關(guān)系，粒大小，與退火前的變形程度的關(guān)系，來判斷各部位變形的大小。來判斷各部位變形的大小。3.3 3.3 基本應(yīng)力與附加應(yīng)力基本應(yīng)力與附加應(yīng)力 金屬變形時體內(nèi)變形分布不均勻，不但使物金屬變形時體內(nèi)變形分布不均勻，不但使物體外形歪扭和內(nèi)部組織不均勻，而且還使變形體體外形歪扭和內(nèi)部組織不均勻，而且還使變形體內(nèi)應(yīng)力分布不均勻。此時，除基本應(yīng)力外還產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力分布不均勻。此時，除基本應(yīng)力外還產(chǎn)生附加應(yīng)力。附加應(yīng)力。 基本應(yīng)力與附加應(yīng)力的概念基本應(yīng)力與附加應(yīng)力的概念1 1、基本應(yīng)力：、基本應(yīng)力：由外力作用所引起的應(yīng)力叫基本應(yīng)力。表由外力作用所引起的

13、應(yīng)力叫基本應(yīng)力。表示這種應(yīng)力分布的圖形叫示這種應(yīng)力分布的圖形叫基本應(yīng)力圖基本應(yīng)力圖。2 2、附加應(yīng)力：、附加應(yīng)力：在物體中，由于各部分的變形不均勻受到在物體中，由于各部分的變形不均勻受到物體的整體性限制而引起的相互平衡的應(yīng)力。物體的整體性限制而引起的相互平衡的應(yīng)力。l3 3、工作應(yīng)力圖：、工作應(yīng)力圖：是處是處于應(yīng)力狀態(tài)的物體在于應(yīng)力狀態(tài)的物體在變形時用各種方法變形時用各種方法測測出來的應(yīng)力圖。出來的應(yīng)力圖。均勻均勻變形時基本應(yīng)力圖與變形時基本應(yīng)力圖與工作應(yīng)力圖相同。而工作應(yīng)力圖相同。而變形不均勻時，變形不均勻時，工作工作應(yīng)力等于基本應(yīng)力與應(yīng)力等于基本應(yīng)力與附加應(yīng)力的代數(shù)和。附加應(yīng)力的代數(shù)和。附

14、加應(yīng)力的種類附加應(yīng)力的種類第一類附加應(yīng)力第一類附加應(yīng)力（宏觀附加應(yīng)力）（宏觀附加應(yīng)力） 存在于物體的局部之間存在于物體的局部之間第二類附加應(yīng)力第二類附加應(yīng)力（微觀附加應(yīng)力）（微觀附加應(yīng)力） 存在于物體內(nèi)的晶粒之間存在于物體內(nèi)的晶粒之間第三類附加應(yīng)力第三類附加應(yīng)力（微觀附加應(yīng)力）（微觀附加應(yīng)力） 存在于滑移面或滑移帶之間存在于滑移面或滑移帶之間附加應(yīng)力對塑性變形產(chǎn)生的不良后果：附加應(yīng)力對塑性變形產(chǎn)生的不良后果： （1 1）引起變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布）引起變形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布更不均勻。更不均勻。 （2 2）造成物體的破壞。）造成物體的破壞。 （3 3）使材料變形抗力提

15、高和塑性降低）使材料變形抗力提高和塑性降低 （4 4）使產(chǎn)品質(zhì)量降低。）使產(chǎn)品質(zhì)量降低。 （5 5）使生產(chǎn)操作復(fù)雜化。）使生產(chǎn)操作復(fù)雜化。 （6 6）形成殘余應(yīng)力。）形成殘余應(yīng)力。 （1）引起變）引起變形體的應(yīng)力狀形體的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，態(tài)發(fā)生變化，使應(yīng)力分布更使應(yīng)力分布更不均勻。不均勻。 （2）造成物）造成物體的破壞。體的破壞。（3）使材料變形抗力提高和塑性降低）使材料變形抗力提高和塑性降低（4）使產(chǎn)品質(zhì)量降低。）使產(chǎn)品質(zhì)量降低。 （5）使生產(chǎn)操作復(fù)雜化。）使生產(chǎn)操作復(fù)雜化。3.4 3.4 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力1 1殘余應(yīng)力的來源殘余應(yīng)力的來源 2 2變形條件對殘余應(yīng)力的影響變形條件對殘余應(yīng)力的

16、影響 3 3殘余應(yīng)力所引起的后果殘余應(yīng)力所引起的后果 4 4減小或消除殘余應(yīng)力的措施減小或消除殘余應(yīng)力的措施 5 5研究殘余應(yīng)力的主要方法研究殘余應(yīng)力的主要方法 塑性變形完畢后保留在變形物體內(nèi)的附加應(yīng)力。塑性變形完畢后保留在變形物體內(nèi)的附加應(yīng)力。1.1.殘余應(yīng)力的來源殘余應(yīng)力的來源殘余應(yīng)力的分類：殘余應(yīng)力的分類： 第一類殘余應(yīng)力（宏觀應(yīng)力）第一類殘余應(yīng)力（宏觀應(yīng)力） 第二類殘余應(yīng)力（顯微應(yīng)力）第二類殘余應(yīng)力（顯微應(yīng)力） 第三類殘余應(yīng)力（超顯微應(yīng)力）第三類殘余應(yīng)力（超顯微應(yīng)力）殘余應(yīng)力的來源：殘余應(yīng)力的來源： 不均勻變形不均勻變形 相變相變 熱處理熱處理 鑄造鑄造 電鍍電鍍 機(jī)加工等機(jī)加工等2.

17、2.變形條件對殘余應(yīng)力的影響變形條件對殘余應(yīng)力的影響變形溫度的影響變形溫度的影響變形速度的影響變形速度的影響變形程度的影響變形程度的影響3.3.殘余應(yīng)力所引起的后果殘余應(yīng)力所引起的后果（1 1）引起物體尺寸和形狀的變化）引起物體尺寸和形狀的變化（2 2）使零件的使用壽命縮短）使零件的使用壽命縮短（3 3）降低了金屬的塑性加工性能）降低了金屬的塑性加工性能（4 4）降低金屬的耐蝕性及沖擊韌）降低金屬的耐蝕性及沖擊韌性和疲勞強(qiáng)度性和疲勞強(qiáng)度4.4.減小或消除殘余應(yīng)力的措施減小或消除殘余應(yīng)力的措施（1 1）減小材料在加工和處理過程中）減小材料在加工和處理過程中所產(chǎn)生的不均勻變形。所產(chǎn)生的不均勻變形。

18、（2 2）熱處理方法）熱處理方法( (退火、回火等退火、回火等) )（3 3）機(jī)械處理法）機(jī)械處理法 1 1）零件彼此碰撞）零件彼此碰撞 2 2）噴丸法）噴丸法 3 3）表面壓平）表面壓平 4 4）表面拉制）表面拉制 5 5）在模子中表面校形或精壓）在模子中表面校形或精壓實線實線表示拉制銅棒的殘余應(yīng)力表示拉制銅棒的殘余應(yīng)力虛線虛線表示銅棒在碾平后的殘余應(yīng)力表示銅棒在碾平后的殘余應(yīng)力5.5.研究殘余應(yīng)力的主要方法研究殘余應(yīng)力的主要方法 機(jī)械法機(jī)械法化學(xué)法化學(xué)法X X射線法射線法圖圖330 棒材中心鉆孔測殘余應(yīng)力棒材中心鉆孔測殘余應(yīng)力圖圖331 變形與鉆孔橫斷面積關(guān)系變形與鉆孔橫斷面積關(guān)系機(jī)械法機(jī)械法化學(xué)法化學(xué)法X射線法射線法 在在X X射線法中可包括有射線法中可包括有勞埃法勞埃法和和德拜法德拜法。在勞埃法中。在勞埃法中可根據(jù)干擾斑點(diǎn)形狀的變化來定性地確定殘余應(yīng)力。圖可根據(jù)干擾斑點(diǎn)形狀的變化來定性地確定殘余應(yīng)力。圖3-343-34示出，當(dāng)無殘余應(yīng)力存在時，各干擾斑點(diǎn)呈點(diǎn)狀分示出，當(dāng)無殘余應(yīng)力存在時，各干擾斑點(diǎn)呈點(diǎn)狀分布。有殘余應(yīng)力時，各干擾斑點(diǎn)伸長，呈布。有殘余應(yīng)力時，各干擾斑點(diǎn)伸長，呈“星芒星芒”狀。狀。用德拜法可以定量地測出所存在的殘余應(yīng)力。第一