[工学]塑性加工力学.ppt

塑性加工力学 重庆科技学院 肖大志xiaodazhi1987@163.com 一、绪 论 1．课程定位、学习目的和任务 定位:重要的专业基础课程，适用于轧制、挤压、锻造、冲压等金属塑性加工专业方向。 学习目的和任务: （1）分析和研究金属在塑性变形中的流动规律及力学现象，对变形预测及控制、设备选择及工模具强度计算提供依据； （2）分析和研究温度、速度等变形条件对金属塑性及变形抗力的影响，为寻求提高金属塑性和降低变形抗力的措施、进而获得高变形率和高性能的制品提供依据。 2． 课程（力学部分）发展概况及参考资料 参考资料: 主要参考书 （1）希尔.R.Hill，《塑性数学理论》 王仁等译，科社，1966 （2）斯德洛日夫等，《金属压力加工原理》，哈工大等译，机社 （3）汪大年等，《金属塑性成形原理》，机社 （4）赵志业，《金属塑性变形原理及轧制理论基础》，冶社 （5）王仲仁，《塑性成形力学》，哈工大出版社 （6）徐秉业，陈森灿，《塑性理论简明教程》，机社 （7）徐芝纶，《弹性力学简明教程》，高社 （8）李尚健，《金属塑性成形过程模拟》，机社 发展概况: （1）技术发展简史 锻打——17世纪明代宋应星的“天工开物”即有记载 水举锤锻——14世纪 手摇轧制——16世纪 蒸汽锤锻、轧制——19世纪 现代金属塑性加工技术 （2）基础理论研究 起源于法国 1864年，H.Tresca，冲孔及挤压试验，提出Tresca屈服准则解管成形问题，被称为塑性理论奠基人； 1870年，Saint-Venant，用Tresca准则解管成形问题，提出二维力学问题，被称为塑性力学奠基人； 发展于德国 1870年，Levy,三维力学问题 1913年，Mises, Mises屈服准则 1923年，Hencky,滑移线理论 1924年，Geiringer,速率协调方程 1925年，Von Karman,提出轧板时压力分布的计算公式 1926年，Lode, Lode试验（薄壁管拉压实验） 1927年，Sachs(萨克斯)，切块法（拉拔） 1934年，Siebel(齐别尔)，切块法（镦粗） 二战停止，50年代后飞速发展 1947年前苏联古布金著《金属压力加工原理》，标志着在金属物理、物理化学及塑性力学基础上成为一门独立学科。 英国：R.Hill、W.Johnson 美国：Avitzur（阿维楚）、F.G.Thomsen（汤姆生） 日本：工藤、宫川、小坂田、中川 中国：王仁、熊祝华、赵静远、徐秉业、王仲仁等 3．基本概念 (1)基本概念 弹性：卸载后变形可以恢复特性，可逆的，是材料属性 弹性变形：弹性状态下的变形，是材料状态 塑性：指固体材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力，不可逆的，是材料属性 塑性变形：塑性状态下的变形，是材料状态，如冲压、轧制变形等 超塑性——延伸率 （高达1000），分相变超塑性和结构超塑性，锌铝、铝基合金等的超塑性得到广泛应用 变形力：塑性加工时，工具对变形材料的作用力。如轧制时的轧辊压力，挤压时挤压杆的压力 变形抗力：塑性加工时，作用于工具上表面上的变形力的大小（不是外力） 屈服：开始产生塑性变形的临界状态 塑性图：塑性指标与变形温度的关系曲线 损伤：材料内部缺陷产生及发展的过程 断裂：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程 塑性变形特点 可逆性：弹性变形——可逆；塑性变形——不可逆 ?-?关系：弹性变形——线性；塑性变形——非线性 与加载路径的关系：弹性——无关；塑性——有关 对组织和性能的影响：弹性变形——无影响；塑性变形——影响大（加工硬化、晶粒细化、位错密度增加、形成织构等） 变形机理：弹性变形——原子间距的变化；塑性变形——位错运动为主 塑性变形应力一应变曲线简化模型 （2）金属塑性变形机理（复习） 多晶体金属塑性变形机理 ：滑移、孪生、晶间变形 滑移：晶体在外力作用下，其中一部分沿着一定晶面和这个晶面上的一定方向（晶向），对其另一部分产生相对滑动，大量原子逐步地从一个稳定位置移动到另一个稳定位置，晶体即产生了宏观的塑性变形。 孪生：晶体的部分对应于一定的晶面（孪生面）沿一定的方向移动。 晶间变形：晶粒转动、移动、溶解—沉积、粘滞性晶间流动等。 滑移机理——位错：已滑移区与未滑移区之边界叫位错，边界线叫位错线，分刃型、螺型和混合位错，位错通过攀移、交割、增值等运动，导致滑移，产生塑性变形。 几种变形现象 （1）金属应力应变曲线的屈服平台——“科氏气团”等作用（杂质或间隙院子扩散到位错附近，形成科氏七团，锁住位错，使可移动位错减少。有的金属有，有的金属无 （2）吕德斯带——若干已经屈服的晶粒形成的塑性区 （3）形变时效——塑性变