塑性变形的基本定律.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除二、金属压力加工金属压力加工利用金属在外力作用并不破坏自身完整状态的条件下，稳定改变其形状与尺寸，而且也改善其组织和性能的加工方法，称为金属压力加工。这种加工过程也是使金属产生塑性变形的过程，因此也叫做金属塑性加工。1、锻造：主要包括两种基本方式，用于制造各种零件或型材毛坯。（1）自由锻造（简称自由锻）-使已加热的金属坯料在上下砧之间承受冲击力（自由锻锤）或压力（压力机）而变形的过程，用于制造各种形状比较简单的零件毛坯。（2）模型锻造（简称模锻）-使已加热的金属坯料在已经预先制好型腔的锻模间承受冲击力（自由锻锤）或压力（压力机）而变形，成为与型腔形状一致的零件毛坯，用于制造各种形状比较复杂的零件。 2、轧制：金属坯在两个旋转的轧辊之间受到压缩而产生塑性变形，使横断面缩小、形状改变、长度增加，达到用户要求的加工方法。按轧制温度分为冷轧（金属坯料不加热）和热轧（850-1250）；按加工方法分为纵轧、横轧、斜轧；按产品分为板材、棒材、型材、管材等。 3、挤压：把放置在模具容腔内的金属坯料从模孔中挤出来成形为零件的过程，包括冷挤压和热挤压，多用于壁厚较薄的零件以及制造无缝管材等。 4、冲压：使金属板坯在冲模内受到冲击力或压力而成形的过程，也分冷冲压与热冲压。 5、拉拔：将金属坯料拉过模孔以缩小其横截面的过程，用于制造如丝材、小直径薄壁管材等，也分为冷拉拔和热拉拔。 2.1、塑性变形的基本定律材料力学的解释是：在某物质的弹性限度之内，在外力作用下，应力与应变成正比，且在撤销外力之后，物体能恢复原状；超过这个限度，就不成正比了，即应力不增加、或增加很少；而应变增加的很大。并且在撤销外力之后，物体不能恢复原状。简单地说：物体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的变形叫做塑性变形。金属在发生塑性变形时，作用在物体上的力有两种：作用力和约束反力。2.1.1体积不变定律在压力加工过程中，只要金属的密度不发生变化，塑性变形前后的体积就不会产生变化，这一规律称为体积不变定律。即 V0=V1=常数 （2-1）式中 V0- 变形前金属体积 V1- 变形后金属体积在研究塑性变形问题的过程中，认为变形前和变形后金属的体积不变，可以简化为一些计算或研究过程。如果变形前矩形断面的工件厚度、宽度、长度分别为H、B、L，变形后变化为h、b、l，根据（2-1）可以写为 HBL=hbl （2-2）若变形前后工件的截面是其它任意形状，变形前后的横断面积分别用F0和F1，根据体积不变定律可写为 F0L= F1l （2-3）体积不变定律在工程计算中十分有用。如已知产品的断面积和定尺长度选择合理的坯料尺寸，或已选定坯料尺寸计算轧件轧后长度等都根据这个定律来计算。例题 目前棒卷线采用的是200MM*200MM*9.5M和200MM*200MM*6M钢坯，请计算使用200MM*200MM*9.5Ml轧制30圆钢时成品总长度？解：由体积不变定律可知 HBL=r l轧件轧后长度为 l=HBL/rl=0.2*0.2*9.5/3.14*0.015 l=0.38/0.0007065 l=537.86m 成品总长度为537.86m2.1.2最小阻力定律最小阻力定律是力学的一个普遍原理，在金属塑性变形理论中，可以用来分析金属塑性变形时质点的流动规律，也用来定性地确定金属质点的流动方向。其陈述为：物体在变形过程中，其质点有向各个方向移动的可能时，则物体的各个质点将沿着阻力最小的方向移动，这就是通常所说的最小阻力定律。最小阻力定律在压力加工中应用广泛，模锻和挤压等情况的模具设计、轧制中的孔型设计，都要应用它来帮助我们分析变形金属质点的规律。轧制时的情况如下图1-1所示。在任一瞬间内，变形区内的金属质点流动规律仍遵循最小阻力定律，金属质点可能的流动方向仍由角平分线连接起来的四个区域而定，在1、2区域内的金属质点向宽展方向流动，而在3、4区的金属质点向长度方向流动。图2-1轧制时的变形区在轧制过程中，除轧辊直径不相同外，其它条件均相同时，轧件在宽展和延伸方向的变化将如何呢？由于轧辊的直径不相同，必然会使轧件的宽展和延伸的变化不同。通过以下图1-2可说明直径对延伸与宽展的影响。 图2-2 轧辊直径对宽展的影响 从图1-2中可以清楚的看到，在压下量相同的情况下，轧件在变形区中延伸方向的接触弧长度是不同的，即大直径轧辊较小直径轧辊的接触弧长大，因此，在该方向上产生的摩擦阻力也是大辊径较小辊径的大，故在这两种辊径下轧出来的轧件尺寸除厚度相同外，其长度和宽度是不相同的。一般大辊径轧出的轧件长度较小辊径轧出来的要小，而宽度则是大辊径较小辊径轧出来的大一些。对于这个结论还可以从图中看出，向宽度方向流动的三角形面积A1B1C1较A2B2C2大，面积大说明向该方向流动的金属质点就多，因而也导致了宽展的增大。2.1.3弹塑性变形共存定律金属材料在外力作用下产生塑性变形时，加载所获得的变形量是不可能维持不变的。当变形过程停止后，材料在加载时所获得的变形量中的一部分将以弹性变形的形式而消失。这种在塑性变形过程中有弹性变形相伴随而共存的现象称之为弹塑性共存定律。通常把弹性变形量的消失称为弹性回复。图2-3 拉伸时应力与变形关系弹塑性共存定律在轧钢中具有很重要的实际意义，它可以指导我们生产的实践。图1-3为拉伸试验的变化曲线（OABC），当应力小于屈服极限时，为弹性变形的范围，在曲线上表现为OA段，随着应力的增加，应力超过屈服极限时，则发生塑性变形，在曲线上表现为ABC段，在曲线的C点，表明塑性变形的终结，即发生断裂。 2.1.4弹塑性共存定律在压力加工中的实际意义1、用以选择工具在轧制过程中工具和轧件是两个相互作用的受力体，而所有轧制的目的是使轧件具有最大程度的塑性变形，而轧辊不允许有任何塑性变形，且弹性变形愈小愈好。因此，在设计轧辊时应选择弹性极限高，弹性模数大的材料；同时应尽量使轧辊在低温下工作。相反的，对轧件来说，其变形抗力愈小、塑性愈高愈好。2、由于弹塑性共存，轧件的轧后高度总比预先设计的要大。图2-4如图1-4所示，轧件轧制后的真正高度h应等于应等于轧制前预设的辊缝高度h0，轧制时轧辊的弹性变形hn，（轧机所有部分的弹性变形在辊缝上所增加的数值）和轧制后轧件的弹性变形hm之和，即： H=h0