第六篇

金屬塑性成形基本工序的力學(xué)分析西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院目錄模塊一

主應(yīng)力法的基本原理模塊二

鐓粗變形力學(xué)分析模塊三

開式模鍛變形特點(diǎn)及變形力計(jì)算模塊四

板料彎曲工序力學(xué)分析模塊一

主應(yīng)力法的基本原理一、變形問題的簡(jiǎn)化把問題簡(jiǎn)化成平面問題或軸對(duì)稱問題。

例如，根據(jù)連桿模鍛時(shí)的金屬流動(dòng)模型，可將鍛件的左、右半圓視為軸對(duì)稱變形部分，而中間部分視為平面變形部分。二、切取基元體

根據(jù)金屬的流動(dòng)趨向和所選取的坐標(biāo)系，沿變形體整個(gè)截面切取一個(gè)包含接觸面的基元體，或沿變形體部分截面切取含有邊界條件已知的表面在內(nèi)的基元體。

切面上的正應(yīng)力假定為主應(yīng)力，且均勻分布(即與一坐標(biāo)軸無(wú)關(guān))。三、確定摩擦條件

假定工具與金屬接觸面上的邊界條件為：正應(yīng)力與主應(yīng)力，切應(yīng)力（摩擦力）服從庫(kù)倫摩擦條件

，或常摩擦條件

。四、簡(jiǎn)化求解

忽略各坐標(biāo)平面上的切應(yīng)力和摩擦切應(yīng)力對(duì)塑性屈服條件的影響，列出基元體的塑性條件，然后與簡(jiǎn)化的平衡微分方程聯(lián)立求解，利用邊界條件確定積分常數(shù)，得出接觸面上的應(yīng)力分布，進(jìn)而求得變形力。模塊二

鐓粗變形力學(xué)分析在外力作用下，使坯料高度減小、橫截面增大的塑性成形工序稱為鐓粗。圓柱體鐓粗通常是在無(wú)摩擦的兩個(gè)平行砧板間對(duì)坯料進(jìn)行壓縮。在鐓粗過程中，變形體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的流動(dòng)遵循最小阻力定律，即質(zhì)點(diǎn)向阻力最小的方向移動(dòng)。但是在實(shí)際鐓粗中，接觸面上不可避免地存在摩擦，這就導(dǎo)致了鐓粗時(shí)的不均勻變形。一、鐓粗變形特點(diǎn)圖6-4平砧鐓粗當(dāng)圓柱體的高徑比H/D=0.8~2.0時(shí)，鐓粗后呈現(xiàn)鼓形，即兩端直徑小、中間直徑大圖6-5坯料子午面網(wǎng)格變化及各區(qū)域應(yīng)力情況區(qū)域I是和工具的上下砧面接觸的區(qū)域，其變形程度最小，稱為難變形區(qū)。區(qū)域Il處于上下兩個(gè)難變形區(qū)域I之間，其變形程度最大，稱為大變形區(qū)。區(qū)域Ⅲ是外側(cè)的鼓形區(qū)部分，其變形程度居中，稱為小變形區(qū)。變形不均勻產(chǎn)生的主要原因是由于工具與坯料端面之間具有摩擦力。一、鐓粗變形特點(diǎn)圖6-6較高坯料鐓粗時(shí)形成雙鼓形圖6-7高徑比小坯料鐓粗時(shí)的難變形區(qū)當(dāng)圓柱體的高徑比H/D>2時(shí)，鐓粗后上部和下部變形大，中間變形小，形成雙鼓形(圖6-6)。原因：這是因?yàn)榕c平砧接觸的上下端金屬受摩擦力影響形成了錐形的難變形區(qū)，外力通過它作用到坯料的其他部分，因此上下端面金屬較坯料中部易于滿足塑性條件，優(yōu)先進(jìn)行塑性變形，導(dǎo)致了雙鼓形的形成。尤其在錘上鐓粗時(shí)，如果錘擊力不大，能量首先被上下部分金屬塑性變形所吸收，更容易產(chǎn)生雙鼓形。隨著鐓粗繼續(xù)，當(dāng)高徑比接近1時(shí)，雙鼓形逐漸變成單鼓形。如果坯料更高(H/D>3)，鐓粗時(shí)容易失穩(wěn)而彎曲，如不及時(shí)校正而繼續(xù)鐓粗，將會(huì)產(chǎn)生折疊現(xiàn)象。鐓粗是個(gè)非穩(wěn)定的塑性流動(dòng)過程。一、鐓粗變形特點(diǎn)

圖6-8圓柱體鐓粗時(shí)的基元體上應(yīng)力分量二、圓柱體鐓粗變形力計(jì)算

二、圓柱體鐓粗變形力計(jì)算

二、圓柱體鐓粗變形力計(jì)算

二、圓柱體鐓粗變形力計(jì)算

變形力為因此該鍛件可在1500t液壓機(jī)上鐓粗。二、圓柱體鐓粗變形力計(jì)算模塊三

開式模鍛變形特點(diǎn)及變形力計(jì)算在外力作用下，使坯料高度減小、橫截面增大的塑性成形工序稱為鐓粗。圖6-13模鍛過程示意圖鐓粗階段：坯料處于下模型腔，圖6-13b中位置1表示上模開始與坯料接觸的瞬間，上模對(duì)坯料進(jìn)行壓縮，使其高度減小、直徑增大。充滿型腔階段：金屬被擠入型腔后，部分金屬在壓力作用下沿分模面流人飛邊槽，如圖6-13b中的位置2所示。由于飛邊處的金屬薄、冷卻快，致使型腔周圍一圈的流動(dòng)阻力大，迫使金屬在型腔內(nèi)流向尚未充填的部位，直至完全充滿，但此時(shí)鍛件高度仍然高于最終要求的成形高度。上下模閉合階段：又稱鍛足或打靠。這時(shí)金屬的塑性變形區(qū)只限于分型面上的較小部位，其他部位處于彈性狀態(tài)，呈透鏡狀。在這一階段中，變形金屬在分型面上的投影面積最大，飛邊厚度最薄，多余金屬由橋口流出時(shí)的阻力很大，使得變形抗力急劇增大，因此該階段所需的變形力最大，是計(jì)算模鍛力的基礎(chǔ)。一、開式模鍛變形特點(diǎn)1.圓盤類鍛件開式模鍛變形力的計(jì)算圖6-14模鍛時(shí)基元體力學(xué)分析可以簡(jiǎn)化為軸對(duì)稱問題（1）飛邊部分的變形力

在飛邊倉(cāng)部與飛邊橋部的交界處

飛邊接觸面上的正應(yīng)力為①成形飛邊所需變形力計(jì)算在飛邊處二、開式模鍛變形力的計(jì)算

1.圓盤類鍛件開式模鍛變形力的計(jì)算二、開式模鍛變形力的計(jì)算1.圓盤類鍛件開式模鍛變形力的計(jì)算②成形鍛件本體所需變形力計(jì)算

式中，D為鍛件本體直徑。二、開式模鍛變形力的計(jì)算1.圓盤類鍛件開式模鍛變形力的計(jì)算③圓盤類鍛件的總模鍛力

二、開式模鍛變形力的計(jì)算2.長(zhǎng)軸類鍛件開式模鍛變形力的計(jì)算

二、開式模鍛變形力的計(jì)算模塊一

板料彎曲工序力學(xué)分析1.彈性彎曲圖6-16彎曲時(shí)坯料變形區(qū)內(nèi)的切向應(yīng)力分布a)彈性彎曲b)彈-塑性彎曲c)純塑性彎曲d)無(wú)硬化純塑性彎曲

在彎曲變形程度較小時(shí)，板料的中間層應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榱?，這一階段稱為彈性彎曲階段。

一、線性彈塑性彎曲2.彈塑性彎曲圖6-16彎曲時(shí)坯料變形區(qū)內(nèi)的切向應(yīng)力分布a)彈性彎曲b)彈-塑性彎曲c)純塑性彎曲d)無(wú)硬化純塑性彎曲

一、線性彈塑性彎曲3.純塑性彎曲圖6-16彎曲時(shí)坯料變形區(qū)內(nèi)的切向應(yīng)力分布a)彈性彎曲b)彈-塑性彎曲c)純塑性彎曲d)無(wú)硬化純塑性彎曲

一、線性彈塑性彎曲1.窄板彎曲（B/t≤3）(1)應(yīng)變狀態(tài)切向方向

徑向方向

寬度方向

二、三維塑性彎曲時(shí)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)1.窄板彎曲（B/t≤3）(2)應(yīng)力狀態(tài)切向方向

徑向方向

寬度方向

二、三維塑性彎曲時(shí)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)2.寬板彎曲（B/t＞3）二、三維塑性彎曲時(shí)應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)三、寬板彎曲時(shí)的應(yīng)力分布簡(jiǎn)