金属塑性加工.pptx

金属塑性加工原理第1页/共88页 一、金属塑性加工的定义、特点、应用状况1.定义：金属塑性加工是利用金属的塑性，通过外力使金属铸锭、金属粉末或各种金属坯料发生塑性变形，成为具有所需形状、尺寸和性能的制品的加工方法。第2页/共88页 2.特点 材料利用率高。生产效率高。产品质量高，性能好，缺陷少。加工精度和成形极限有限。模具、设备费用昂贵。3.应用第3页/共88页二、金属塑性加工分类 轧制 体积成形 挤压 拉拔 锻造 剪切 板料成形 弯曲 拉深 胀形 第4页/共88页体积成形：坯料一般为棒材或扁坯，坯料经受很大的塑性变形，坯料的形状或横截面以及表面积与体积之比发生显著的变化。板料成形：坯料是各种板材或用板材预先加工成的中间坯料，板材的形状发生显著变化，但其横截面形状基本上不变。第5页/共88页轧制示意图第6页/共88页拉拔示意图第7页/共88页挤压示意图第8页/共88页锻造示意图第9页/共88页拉深示意图第10页/共88页胀形示意图第11页/共88页弯曲示意图第12页/共88页剪切示意图第13页/共88页三、本章目的及内容目 的 掌握基本理论、基本知识，能够正确选择加工方法。内 容1.塑性加工基本理论：应力、应变状态分析，屈服准则等。2.轧制、挤压、拉拔、锻造和板材成形简介。第14页/共88页第一节 塑性加工基础任务：阐明金属在各种塑性成型时的共同性；目的：为下面的工艺分析作理论准备，也为合理制订塑性成型工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。对金属塑性成型工艺应提出如下要求：(1)使金属具有良好的塑性；(2)使变形抗力小；第15页/共88页(3)保证塑性成型件质量：组织均匀、晶粒细小、强度高、残余应力小等；(4)能了解变形力，以便为选择成型设备、设计模具提供理论依据。要求：讲述塑性成型的物理基础和力学基础，即掌握金属塑性变形体内的应力场、应变场、应力应变之间的关系及塑性变形时的力学条件。第16页/共88页一、金属在塑性加工过程中的塑性行为1.模拟实际塑性加工过程的试验方法：（1）偏心轧辊轧制矩形试样 （2）杯突试验第17页/共88页2.影响金属塑性的因素：（1）金属的化学成分和组织（2）变形温度（3）应变速率（4）变形力学条件：应力状态：在主应力状态下，压应力个数越多、数值越大，金属的塑性越好。第18页/共88页应变状态：压缩应变有利于塑性的发挥，拉伸应变对塑性不利。第19页/共88页3.提高金属塑性的基本途径（1）提高材料成分和组织的均匀性（2）合理选择变形温度和应变速率（3）选择三向压缩性较强的变形方式 挤压、开式模锻、自由锻（4）减少变形的不均匀性第20页/共88页二、塑性加工过程受力分析1.正压力的分析要点 正压力是指工具与工件接触面上的垂直作用力。注意：塑性变形过程中接触面的变化以及约束 面上存在着的反压力。同时注意塑性变形整个过程中的受力,而不是仅关注瞬时的受力。第21页/共88页2.摩擦力的分析要点（1）塑性加工过程中摩擦的特点 a.伴随有变形金属的塑性流动 b.各处摩擦力方向可能不同 c.接触面上压强高 d.真实接触面积大 e.不断有新的摩擦面产生 f.常在高温下发生摩擦第22页/共88页第23页/共88页 （2）摩擦对塑性加工过程的影响 有利的一面：轧制咬入、开式模锻金属充填、板料拉深防裂 第24页/共88页第25页/共88页不利的一面：a.增加能量消耗 b.改变应力状态，增加变形抗力，影响金属流动性及其充填过程 c.引起变形不均匀 d.加剧模具的磨损，降低了模具的寿命第26页/共88页（3）描述接触面上摩擦的数学模型 a.库仑定律：摩擦应力 摩擦系数 摩擦面上的正应力 b.常摩擦力假设 mK m摩擦因子，取值01 K金属的屈服剪切强度第27页/共88页3.工具形状对作用力的影响第28页/共88页4.关于内力的分析要点 内力产生情况：为了平衡外力 工件中变形区与非变形区之间的相互作用 变形区的各部分变形不均（1）受拉与受压 第29页/共88页第30页/共88页（2）径向应力与切向应力小结：薄壁回转体受均匀的径向应力时，必产生绝对值大得多的切向应力。内侧受力r与异号，外侧受力r与同号。第31页/共88页（3）工件上近自由表面处的内力第32页/共88页三、应力和应力状态1.外力和应力 面力或接触力 体积力：重力、磁力、惯性力 内力：在外力作用下，物体内各质点之间产生相互作用的力。应力：单位面积上的内力，称为应力。第33页/共88页第34页/共88页 S=2+2 0=S0=P/F0 =Pcos/A=Pcos/(F0/cos)=0cos2 =Psin/A=Psin/(F0/cos)=0sin cos S =0cos 小结：在单向均匀拉伸的情况下，通过一点的不同切面上，应力是不同的。只要已知过一点一个切面上的应力，就可确定过任意切面上应力。第35页/共88页复杂应力状态下描述一点应力状态的必要条件：第36页/共88页一点应力状态表示方法：x xy xz 在法线方向为x的面上所作用的应力 yx y yz 在法线方向为y的面上所作用的应力 zx zy z 在法线方向为z的面上所作用的应力 应力作用线沿z轴方向 应力作用线沿y轴方向 应力作用线沿x轴方向 xy yx xz zx yz zy x xy xz 1 0 0 y yz 0 2 0 z 0 0 3 第37页/共88页小结：描述一点应力状态的必要条件为过该点三个互相垂直坐标上的六个独立应力分量或三个主应力。2.任意斜面上的应力 描述一点应力状态的充分条件可以证明：只要已知受力物体上过某一点的一组三个互相垂直坐标面上的六个应力分量或主坐标面上的三个主应力，则与三个坐标轴任意倾斜的平面上的应力都可求出。第38页/共88页第39页/共88页第40页/共88页3.应力张量、主应力及应力不变量 张量：指由一组坐标系变换到另一组坐标系时，研究对象的分量若能按照一定规律变化，则称这些分量的集合为张量。第41页/共88页第42页/共88页求主应力的特征方程第43页/共88页主应力状态图：第44页/共88页应力张量不变量：第一不变量：J1 1+2+3第二不变量：J2（1 2+2 3+3 1）第三不变量：J3 1 23第45页/共88页应力张量不变量的意义：J1平均应力J1的数值J10 J10J10V2 3，则max（31）/2对塑性变形有决定性的作用。第47页/共88页5.八面体应力与等效应力 平均应力 第48页/共88页6.应力偏量 m（x+y+z）/3 x xy xzij yx y yz zx zy z x-m xy xz m 0 0 yx y-m yz +0 m 0 zx zy z-m 0 0 m 应力偏量 ij 应力球张量 第49页/共88页应力偏量的三个主值：应力偏量的主剪应力：23（23）/2（23）/2 31（31）/2（31）/2 12（12）/2 （12）/2第50页/共88页应力偏量的三个不变量：第一不变量：J1 1+2+3 1+2+33 m0第二不变量：J2（1 2+2 3+3 1）(1-2)2+(2-3)2+(3-1)2/6第三不变量：J3 1 23(21-2-3)(22-3-1)(23-1-2)/27塑性变形主要与应力偏量有关。第51页/共88页J2反映变形体内切应力的综合影响，屈服准则用到。J3决定应变类型。(s=(3J2)1/2)J2值J2s2/3受应力点所处状态弹性初始屈服加工硬化J32 s3/272 s3/27 02 s3/27 J300 J3 2 s3/27应变类型简单拉伸类d1=d3=d2/2简单压缩类d1=d2=d3/2平面应变类d20拉伸类d10d20d30d20d32 3不变，且应变主轴方向不变时，则主应变的顺序与主应力顺序相对应，即 （）3.应力应变中间关系：2（1+3）/2时，应变状态为 ，且 ，属于剪切类变形；2（1+3）/2时，应变状态为 ，属于压缩类变形；2（1+3）/2时，应变状态为 ，属于伸长类变形。第87页/共88页感谢您的观看。第88页/共88页