材料成形基本原理（第3版）（下）课件：金属塑性变形与流动问题.pptx

金属塑性变形与流动问题;金属塑性成形问题实质上是金属的塑性流动问题。通过流动分析可以预测变形体的形状和尺寸，进行工艺和模具设计以及质量分析。但影响金属塑性流动的因素复杂，目前还难以进行定量描述。本章定性讨论金属塑性变形和流动的几个基本问题，如最小阻力定律、不均匀变形、附加应力和残余应力、塑性成形中摩擦与润滑等。;第一节金属流动方向——最小阻力定律

第二节影响金属塑性变形和流动的因素

第三节不均匀变形、附加应力和残余应力

第四节金属塑性成形中的摩擦和润滑;第一节金属流动方向——最小阻力定律;最小阻力定律:;图17-1有摩擦矩形断面镦粗不均匀流动模型;再例如，平砧间拔长是使其截面逐渐减小而长度增加的工序，其实质是沿坯料长度方向的逐次镦粗，如图17-2。当坯料送进量小于料宽时，金属轴向延伸大于横向展宽，拔长效率高，如图17-2a，反之采用图17-2b的送进方式，展宽量大于延伸量，拔长效率低。;例如开式模锻，如图17-3，增加金属流向飞边的阻力，以保证金属充填型腔；或者修磨圆角，减小金属流向A腔的阻力，使A腔充填饱满。;又例如，在大型覆盖件拉深成形时，常常要设置拉延筋，用来调整或增加板料进入模具型腔的流动阻力，以保证覆盖件的成形质量。;第二节影响金属塑性变形和流动的因素;一、摩擦对金属塑性变形和流动的影响;一、摩擦对金属塑性变形和流动的影响;二、工具形状对金属塑性变形和流动的影响;在圆弧形砧上或V型砧中拔长圆截面坯料时，如图17-5，由于工具的侧面压力使金属沿横向流动受到阻碍，金属大量沿轴向流动。在凸弧形砧上，正好相反，加大横向流动。模锻制坯时，为提高滚挤和拔长的效率，采用闭式滚挤和闭式拔长模膛，利用前一种流动模式；叉形件模锻时金属被劈料台分开则利用后一种流动模式。

利用工具的不同形状，除了可以控制金属的流动方向外，还可以在坯料内产生不同的应力状态，使局部金属先满足屈服准则而进入塑性状态，以达到控制塑性变形区的作用。或者造成不同的静水压力，来改变材料在该状态下的塑性。;刚端对变形区金属??影响主要是阻碍变形区金属流动。例如拔长时，砧子下面局部坯料镦粗，变形受到刚端部分的影响，其横向流动小于同等条件下的自由镦粗。;拔长时外端的影响;开式冲孔中的“拉缩”;以上分别讨论了各个因素对金属塑性变形和流动的影响，而在实际生产中常常是多因素的共同作用，因此，必须考虑各个可能方向上的阻力情况，才能正确分析金属流动问题。掌握了塑性变形时金属流动规律，便可以采取有效的措施，控制各个可能流动方向上的阻力分布，使金属按预期的方向流动，以获得所需尺寸和形状的工件。;弯曲变形对外端的影响;电热局部镦粗原理;第三节不均匀变形、附加应力和残余应力;一、不均匀变形;一、不均匀变形;二、附加应力;挤压的金属流动和纵向应力的分布

1）金属流动；2）附加应力较小；3）附加应力较大;第三类：附加应力是晶粒内部各部分之间的不均匀变形所引起的附加应

力。;2.提高了单位变形力不均匀变形引起附加应力，使变形所消耗的能量增加，从而使单位变形力增高。

3.使塑性降低，甚至造成破坏挤压制品表面出现周期性的裂纹，是由第一类附加应力形成的残余应力所致。

4.造成物体形状歪扭如薄板或薄带轧制、薄壁型材挤压时出现的镰刀弯、波浪形等。

5.形成残余应力由于附加应力成对出现，彼此平衡，只要变形的不均匀状态不消失，它始终存在，因此，当外力去除后，它仍残留在物体内而形成残余应力。;三、残余应力

引起附加应力的外因去除后，在物体内仍残存的应力叫残余应力。

残余应力是弹性应力，不超过材料的屈服应力，也是相互平衡成对出现的。

（一）残余应力产生的原因

1、塑性变形不均匀产生残余应力。

变形不均匀产生附加应力，变形完成后，变形不均匀状态不消失，附加应力将残留在物体内而形成残余应力。

一般，不均匀变形引起的残余应力符号与引起残余应力的塑性应变符号相反。;2、温度不均匀（加热或冷却不均匀）所引起的热应力以及由相变过

程所引起的组织应力都会引起残余应力。;（1）具有残余应力的物体再承受塑性变形时，其应变分布及内部应力分布更不均匀。

（2）缩短制品的使用寿命，当外载作用下的工作应力与残余应力叠加超过材料的强度时，使零件破坏，设备出现故障。

（3）使制品的尺寸和形状发生变化，当残余应力的平衡受到破坏后，相应部分的弹性变形也发生变化，从而引起尺寸和形状变化。

（4）增加塑性变形抗力，降低塑性、冲击韧性及抗疲劳强度。

（5）降低制品表面的耐蚀性，具有残余应力的金属在酸液中或其他溶液中的溶解速度加快。

残余应力一般是有害的，特别是表面层中具有残余拉应