RAL 4，分析类型 - 世纪电源网.PPT

金属塑性成形技术是指金属坯料在工模具的外力作用下发生塑性变形，并被加工成棒材、板材、管材以及各种机械零件、构件或日用器具等技术。 塑性成形加工的作用如下： 1）塑性成形可将金属坯料内的疏松和空洞压实，提高其性能和质量； 2）塑性成形引起再结晶，从而改变金属坯料的铸态组织、晶粒和偏析状态，改善金属坯料的组织结构； 3）在塑性成形过程中，通常采用各种模具型腔，可制造各种形状的构件。 塑性成形是在一定工模具和设备动力作用下进行的，坯料在一种工模具和设备动力作用下获得一定的变形，改变了原始形状，称为一个工步。工步是塑性成形技术的基元。其从材料变形上分类如下： 不同的工步，由于其坯料形状不同及工、模具形状和运动方式不同，坯料在塑性成形过程中的应力和应变状态有很大的差别。(模型的建立) （1）按原料供应状态不同，分为初加工和深加工； （2）按原料形状不同，分为体积成形和板料成形； （3）按成形过程塑性区模式不同，分为稳态成形和非稳态成形； （4）按坯料形状及工模具和设备的不同，可分为轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻和板料成形等。常见的工步分类如表1所示。 （1）轧制：轧制是以两个或几个轧辊为工具，在轧机动力作用下相对转动，坯料由外力作用或由轧辊表面摩擦力带动，在辊缝间压缩成形，如轧辊为平辊，则可轧制板带，如辊面制成轧槽，可轧制各种工型材、管材等。如图2。 （3）拉拔：坯料放入凹模内，在拉拔力作用下，发生塑性变形。根据凹模型腔的不同，可拉制出各种管材和型材。如图4所示。 （4）自由锻：在锻锤或压力机上，采用锤砧等简单的通用工具，将热锭或坯料在高度方向压缩而水平方向自由伸展，制造出各种零件，如图5所示。 （5）模锻：坯料放入一种专用锻模型腔内，在锻锤或压力机作用下，在模腔形状的约束下产生变形，制造各种锻件。如图6所示。 工步分析的目的： 工步分析的目的是要计算出各种塑性成形工步塑性变形区的应力场、应变场及温度场，并分析其变形特性。应力场主要计算工步变形力和力能消耗，为选择设备，计算和设计工模具结构及强度提供依据。应变场可了解应变分布状态，为设计坯料和模具型腔，控制应变集中，避免出现变形过程的破裂、折叠或充不满现象提供理论依据。同时以此分析和确定改变坯料的原始铸态组织结构，焊合空洞等缺陷所需的变形量；通过与温度场联合使用，分析产品变形后的组织状态、晶粒度和硬度分布。 获得工步分析数据，为制定和优化工艺规程，控制产品质量及开发新工艺提供科学依据。塑性成形的理论和工艺学组成了塑性成形技术的整体系统工程。如图8所示。 （1）数学解析法： 塑性成形时力学解析的最精确的解法是联立求解塑性应力状态和应变状态的基本方程，这些方程是微分平衡方程、变形一致性方程、本构关系，塑性条件和边界条件等。一般情况下共有16个未知数，联立求解16个方程。实际求解时很困难，通常只能求解简单的二维问题。不少学者在简化求解问题上给出了很多近似方程和实验方法。 （2）主应力法： 又称切块法，是一种近似解法，是通过对变形体的应力状态作一些假设，建立以主应力表示的平衡方程和塑性条件，然后求解接触面上的应力大小和分布。其基本要点是： a)根据金属流动方向，沿变形体整个截面切取基元体，切面上正应力假定为主应力，且均布，以此建立基元体的常微分平衡方程； b)列出基元体塑性条件时，常假设接触面上正应力为主应力，即忽略摩擦的影响，以简化求解。其计算的准确性有赖于切块法与主应力假设是否合理。 （3）滑移线法： 由列维(M. levy)于1871年提出，1923年Prantle第一个应用以解决平面应变问题，是一个比较完善的近似计算方法。它认为材料符合于Mises假设，忽略弹性变形。一般认为材料变形是剪切应力作用引起的，塑性条件满足Mises塑性判据。由于剪应力成对、正交，所以在变形体内可以找到由各点最大剪应力组成的两组互相垂直的曲线族，金属的塑性变形沿两族曲线进行。 近年来已解决了轴对称问题，考虑了加工硬化，出现了滑移线场的矩阵算法，应用矩阵算法和迭加原理求解滑移线场。 （4）极限分析法（上限法和下限法）： 上限法是使变形体在边界上满足速度边界条件，而下限法只管应力边界条件。都假设变形体符合Mises条件，根据塑性理论的基本能量方程式来求解。 上限法是从假定满足速度边界条件的速度场出发，再满足塑性条件和动可容条件，根据最小耗能原理，求出满足速度边界条件的速度场，认为是真实速度场，所得解大于真实解。用上限法确定变形载荷，在选用设备时有一定的应用价值。其基本方程为： 下限法是从假设满足应力边界的应力场出发，根据平衡方程求解变形区应力场，即认为是真实解，所得解小于真实解。 （5）直观