擠壓變形的附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力

1、 職業(yè)教育材料成型與控制技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)其他金屬材料成型技術(shù)課程擠壓變形的附加應(yīng)力與殘余應(yīng)力主講教師：劉桂榮一、擠壓變形的附加應(yīng)力在塑性變形過(guò)程中，變形金屬內(nèi)部除了存在著與外力相應(yīng)的基本應(yīng)力以外，還由于物體內(nèi)各層的不均勻變形受到變形體整體性的限制，而引起變形金屬內(nèi)部各部分自相平衡的應(yīng)力稱(chēng)為附加應(yīng)力。擠壓時(shí)同樣也會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力，由于凹模內(nèi)壁與變形金屬之間存在著摩擦阻力，使得中心部分金屬材料的流速大于外層金屬材料的流速。但由于內(nèi)外層金屬是一個(gè)整體，流動(dòng)快的金屬力圖使流動(dòng)慢的金屬快些流動(dòng)，流動(dòng)慢的金屬又力圖使流動(dòng)快的金屬慢些流動(dòng)。這樣便產(chǎn)生了自相平衡、相互牽制的應(yīng)力，這就是附加應(yīng)力。外層金屬的附加

2、應(yīng)力是拉應(yīng)力，中層金屬的附加應(yīng)力是壓應(yīng)力。就正擠壓的基本應(yīng)力來(lái)說(shuō)都是壓應(yīng)力。但由于金屬流動(dòng)不均勻，從而在外層產(chǎn)生了不利于塑性變形的附加拉應(yīng)力?；緫?yīng)力與附加應(yīng)力的代數(shù)和就是工作應(yīng)力。如被擠材料塑性較差時(shí)，該附加拉應(yīng)力可能使工件產(chǎn)生開(kāi)裂。二、附加應(yīng)力產(chǎn)生的原因附加應(yīng)力是由于材料各部分變形不均勻而產(chǎn)生的，而擠壓時(shí)的變形又往往是不均勻的，因此產(chǎn)生附加應(yīng)力是難免的。擠壓時(shí)產(chǎn)生不均勻變形的主要原因如下：1.變形金屬與模具之間存在著摩擦力由此引起內(nèi)外層金屬流動(dòng)不均勻，從而產(chǎn)生附加應(yīng)力。2.各部分金屬流動(dòng)阻力不一致，例如反擠杯形件時(shí)，由于模具對(duì)中性不好, 會(huì)造成凸、凹模之間間隙不均勻。間隙大的阻力較小，間隙

3、小的阻力較大，這就會(huì)引起金屬流動(dòng)不均勻從而產(chǎn)生附加應(yīng)力。 3.變形金屬的組織結(jié)構(gòu)不均勻，變形金屬的組織結(jié)構(gòu)往往是不均勻的，例如晶粒有大有小，方位也不相同，從而引起不均勻變形，會(huì)導(dǎo)致附加應(yīng)力的產(chǎn)生。4.模具工作部分的形狀與尺寸不合理。例如凹模工作帶高度尺寸不一致，那么在工作帶較高的一邊的金屬流動(dòng)速度將慢于較矮的一邊。這樣，擠壓件便產(chǎn)生彎曲，因此在擠壓件內(nèi)部將產(chǎn)生相互牽制的附加應(yīng)力。三、附加應(yīng)力的分類(lèi)附加應(yīng)力可以分作三種：在變形體中為了平衡幾個(gè)大的部分之間由于不均勻變形而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，稱(chēng)為第一種附加應(yīng)力；為了平衡兩個(gè)或幾個(gè)晶粒之間由于變形不均勻分布而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，稱(chēng)為第二種附加應(yīng)力；為了平衡一

4、個(gè)晶粒內(nèi)部由于各部分之間的不均勻變形而產(chǎn)生的附加應(yīng)力，稱(chēng)為第三種附加應(yīng)力。四、殘余應(yīng)力引起塑性體變形的作用力取消以后隨之消失的僅是基本應(yīng)力。附加應(yīng)力不是由外力引起的而是為了自身得到平衡引起的。因此當(dāng)外力取消以后附加應(yīng)力并不消失而殘留在變形體內(nèi)部稱(chēng)為殘余應(yīng)力。與附加應(yīng)力相同殘余應(yīng)力也是互相平衡的。五、附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力的危害性一般說(shuō)來(lái), 附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力是有害的。它往往會(huì)引起如下后果：1.縮短擠壓件的使用壽命。若使具有殘余應(yīng)力的擠壓件承受載荷，則其內(nèi)部作用的應(yīng)力為外力引起的基本應(yīng)力與殘余應(yīng)力之和，因此易于產(chǎn)生變形或開(kāi)裂從而縮短使用壽命。2.引起擠壓件尺寸及形狀的變化。在擠壓件內(nèi)部作用著相互平衡

5、的殘余應(yīng)力，表明各部分存在符號(hào)不同的彈性變形和晶格畸變。當(dāng)殘余應(yīng)力消失或平衡受到破壞后，相應(yīng)的物體各部分的彈性變形也發(fā)生了變化，從而引起物體尺寸或形狀的改變。3.降低金屬的耐蝕性。當(dāng)擠壓件表層具有殘余應(yīng)力時(shí)，會(huì)降低其耐蝕性。此外,，殘余應(yīng)力還會(huì)使金屬的塑性、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等降低。六、防止和消除附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力的方法在擠壓加工時(shí)，防止或減輕產(chǎn)生附加應(yīng)力和殘余應(yīng)力的措施，主要是從消除或減少產(chǎn)生不均勻變形入手。其主要措施有：1.減少摩擦阻力的影響，在擠壓加工中為了減少摩擦阻力，應(yīng)采用合適的潤(rùn)滑劑，研磨凸、凹模的工作表面，降低表面粗糙度，減少真實(shí)接觸面積。2.合理設(shè)計(jì)模具工作部分的結(jié)構(gòu)和尺寸，以保證擠壓件的變形與應(yīng)力分布較為均勻。3.盡可能采用組織均勻的金屬變形，擠壓前對(duì)坯料進(jìn)行均勻化處理，使其盡可能在晶粒大小均勻的狀態(tài)下變形以減小附加應(yīng)力。4.擠壓后采用有效的熱處理