塑性加工时的变形条件.ppt

１．塑性加工时的变形条件
本章内容:明确塑性加工时的变形条件
变形力学条件：外力、内力及应力、应力状态、
应变状态；
变形热力学条件：变形程度、变形速度、
变形温度。
变形条件不同可导致金属的塑性、变形抗力、
力能消耗、产品性能等等的改变。1.1塑性加工时工件所受的外力
一．表面力作用于物体表面的外力
１．作用力（主动力）
由各种机械动作产生，迫使金属变形的力。
特点：外部作用，方向与接触工作面垂直。２．反作用力（约束反力）
工具对金属产生的压力，阻止变形金属移动的力。
①正压力N垂直于工具的工作表面，指向工件。
②摩擦力T沿工具与工件接触面的切线方向。
反作用力即正压力与摩擦力的合力。a)摩擦力的方向
摩擦力的方向取决于工具与变形金属的相对运动，
当工具与工件运动方向一致时
V工具＞V工件摩擦力的方向与金属运动方向相同
V工具＜V工件摩擦力的方向与金属运动方向相反
1
b）摩擦力的大小
库仑定律：T＝N·f与正压力成正比影响摩擦系数f的因素：
Ⅰ）工具与工件的表面状态粗糙↑，f↑
Ⅱ）工具与工件的相对运动速度△Ｖ↑，f↓
Ⅲ）单位压力压力↑，f↑
Ⅳ）变形温度
T＜Tc，T↑，f↑；T＞Tc，T↑，f↓二．体积力
作用于物体内所有质点并与质量成正比的力
如：惯性力、重力、磁力等等
体积力相对于表面力来说，可忽略不计1.2原子间的作用力
一．基本概念
原子间的作用力与原子间距有关
两个原子间的相互作用力与原子间距的
关系
如图1-2所示。r＝r0时，斥力＝引力，内力＝０，
平衡位置，势能最底
２．r＞r0时，斥力＜引力，合力表现为引力
３．r＜r0时，斥力＞引力，合力表现为斥力二．弹塑性变形的特征
１．弹性变形
弹性：卸载后材料恢复原子形状和尺寸的性质
虎克定律：σ=E·ε
E：弹性模量
E↑，刚度↑
①与原子间作用力性质有关
②与材料的结构因素关系不大弹性变形三个特征：①可逆性
②线性关系
③变形值小２．塑性变形
所加外力大到足以克服原子的势垒，使原
子从一个平衡位置移到另一个平衡位置。３．弹塑性变形共存
EC段：弹性变形部分（恢复）
OC段：永久变形1.3内力和应力
一．内力
１．定义：物体内各质点的相互作用力。
其大小等于引力与斥力之和。
产生的实质：原子偏离平衡位置，原子间
距改变的结果。２．产生原因
①由于外力的作用，为平衡外力的机械作
用将发生内力。
②由于物理及物理化学过程的作用，物体
各部分变形大小不同。
由于物体是一个整体，各部分的不均匀
变形将互相限制，因此物体内发生了自
相平衡的内力。以不均匀加热的金属为例：
如图1-5
左边温度低，右边温度高。右边
受热膨胀的延伸大，由于金属的
整体性，使各部分不均匀变形互
相限制，因此物体内发生了自相
平衡的内力。二．应力
１．定义：
作用在微小面素上的内力与该面积之比的极限。
单位面积上的内力。内力的强度。２．分类
①基本应力：由于外力作用所引起的应力
②附加应力：由于物理化学过程所引起的物体
内部自相平衡的应力
③工作应力：基本应力与附加应力的代数和
外力去除后，基本应力消失，附加应力以
残余应力的形式存留在金属内。1.4应力状态和应力图示
一．应力状态
——物体内的原子被迫偏离平衡位置的状态
点的应力状态
——物体内任意一点不同方位上所承受的应
力情况
在三个相互垂直的微分面上共作用有九个应力
分量点的应力状态可用应力张量来描述。已知这九个
应力分量，就可根据静力平衡关系求出任意方向
上的应力。１．主平面主方向主应力
主平面——切应力等于０的平面
主方向——主平面的法线方向
主应力——主平面上的法线应力
用σ1、σ2、σ3表示
并按代数值顺序σ１＞σ２＞σ３应力张量Tσ可分成二个部分：
Tσ＝TσS＋TσD
TσS：应力球张量，引起体积变化的应力
张量，与平均应力有关。
σm＝1/3（σ1＋σ2＋σ3）
TσD：应力偏张量，引起形状变化的应力
张量，与偏差应力有关。
σi＝σ－σm２．主切平面
切应力有极大值的平面。与主平面的夹角为45°和
135°。二．应力图示
１．定义
在单元立方体的面上用箭头表示有无主应
力存在的图示。
拉应力，用“＋”表示，箭头向外
压应力，用“－”表示，箭头向里应力图示共有九种：
线应力状态：二种
常在拉伸试验或变形区边缘出现面应力状态：三种冲压变形常见塑性加工过程中常见的是体应力图示。
如图1-1所示
(a)平锤下的锻造三向压应力图示
(b)通过模孔的挤压三向压应力图示
(d)平辊间的板材轧制三向压应力图示
(c)拉拔一向拉伸、二向压缩的应力图示２．影响因素
①外力的方向
②工具的形状
③工件的形状
④不均匀变形
⑤外摩擦
⑥变形前的残余应力３．作用
①能定性判断材料在变形过程中塑性高低
拉应力易导致材料破坏
压应力则有利于减少或抑