金屬壓力加工的變形力學(xué)基礎(chǔ)(修)綜述

1、第二章 金屬壓力加工的變形力學(xué)基礎(chǔ)2.1 外力、內(nèi)力和應(yīng)力外力：受力物體之外的物體施加給受力物體的力。外力可分為兩類(lèi)：接觸力和體力。接觸力分為作用力和約束反力。體力：作用在物體每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上的力，如重力磁力及慣性力。作用力：塑性加工設(shè)備的可動(dòng)工具部分對(duì)工件所作用的力也叫主動(dòng)力。約束反力：工件在主動(dòng)力的作用下，其運(yùn)動(dòng)將受到工具所阻礙而產(chǎn)生變形的力。主要有正壓力和摩擦力。內(nèi)力：物體受外力作用產(chǎn)生變形時(shí)，內(nèi)部各部分因相對(duì)位置改變而引起的相互作用力。分析內(nèi)力用切面法。應(yīng)力（全應(yīng)力）：?jiǎn)挝幻娣e上的內(nèi)力。全應(yīng)力可分解成兩個(gè)分量，正應(yīng)力和剪應(yīng)力外力、內(nèi)力和應(yīng)力外力、內(nèi)力和應(yīng)力2.2 應(yīng)力狀態(tài)和主應(yīng)力圖示一、應(yīng)力

2、狀態(tài) 過(guò)一點(diǎn)所有不同方位的截面上的應(yīng)力集合稱為該點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。 取六面體中三個(gè)相互垂直的表面作為微分面，如果這三個(gè)微分面上的應(yīng)力為已知，則該單元體任意方向上的應(yīng)力分量都可以定出。這說(shuō)是說(shuō)，可以用質(zhì)點(diǎn)在三個(gè)相互垂直的微分面上的應(yīng)力完整地描述該質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)。 三個(gè)相互垂直微分面上的應(yīng)力都可以按坐標(biāo)軸的方向分成三個(gè)分量。三個(gè)應(yīng)力分量中有一個(gè)是正應(yīng)力分量另外兩個(gè)則是剪應(yīng)力分量。ABCD面叫x面，CDEF面叫y面，CFGB面叫z面。每個(gè)應(yīng)力分量的符號(hào)都帶有兩個(gè)下角標(biāo)。第一個(gè)角標(biāo)表示該應(yīng)力分量的作用面，第二個(gè)角標(biāo)則表示它的作用方向。xxxyxzyxyyyzzxzyzzxyz 作用在 面上作用在 面上作用

3、在 面上 按以上的規(guī)則，共需九個(gè)應(yīng)力符號(hào)： 三個(gè)正應(yīng)力 六個(gè)剪應(yīng)力 它們統(tǒng)稱為一點(diǎn)的應(yīng)力分量。 xxyyzz、xyxzy xyzzxzy、主應(yīng)力： 沒(méi)有剪應(yīng)力的微分面稱為過(guò)該點(diǎn)的主平面,主平面作用的正應(yīng)力稱為主應(yīng)力。主平面的法線方向稱為該點(diǎn)應(yīng)力主方向或應(yīng)力主軸。 對(duì)應(yīng)于任一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)，一定存在相互垂直的三個(gè)主方向、三個(gè)主平面和三個(gè)主應(yīng)力。 若選三個(gè)相互垂直的主方向作為坐標(biāo)軸，那么可以使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化。 三個(gè)主應(yīng)力用1 、2 、3 表示。 二、主應(yīng)力圖示二、主應(yīng)力圖示表示一點(diǎn)主應(yīng)力的有無(wú)和方向的應(yīng)力狀態(tài)圖示。主應(yīng)力圖示共有九種。四個(gè)為三向主應(yīng)力圖，三個(gè)為平面主應(yīng)力圖，二個(gè)為單向主應(yīng)力圖示。三、影

4、響應(yīng)力狀態(tài)和主應(yīng)力圖示的因素三、影響應(yīng)力狀態(tài)和主應(yīng)力圖示的因素（1）接觸表面摩擦的影響（2）變形物體形狀的影響（3）工具形狀的影響（4）不均勻變形的影響2.3 主變形和主變形圖示一、主變形 主變形：主應(yīng)力方向的變形 。(1)絕對(duì)主變形：絕對(duì)主變形：壓下量寬展量延伸量hHhbbBllL 主變形的表示方法主變形的表示方法(2)相對(duì)主變形：相對(duì)主變形： 相對(duì)壓下量相對(duì)寬展量相對(duì)延伸量123100%100%100%lLLbBBHhH(3)真實(shí)相對(duì)主變形：真實(shí)相對(duì)主變形：123InInInl Lb Bh H三個(gè)主變形間的關(guān)系：三個(gè)主變形間的關(guān)系：121VVH B Lh b lh b lH B L 123

5、InInIn00hblHBL結(jié)論：結(jié)論：物體變形后其三個(gè)真實(shí)相對(duì)主變形之代數(shù)和等于零；當(dāng)三個(gè)主變形同時(shí)存在時(shí)，則其中之一在數(shù)值上等于另外兩個(gè)主變形之和，且符號(hào)相反。即當(dāng)一個(gè)主變形為0時(shí)，其余兩個(gè)主變形數(shù)值相等符號(hào)相反。即 12313 二、主變形圖示二、主變形圖示 在小立方體素的面上用箭頭表示三個(gè)主變形是否存在和方向，但不表示變形大小的圖示。 主變形圖示有以下三種：（1）一向縮短兩向伸長(zhǎng)，如軋制和自由鍛壓。（2）一向伸長(zhǎng)一向縮短，如軋制寬板帶鋼。（3）兩向縮短一向伸長(zhǎng)，如擠壓和拉拔。2.4 彈性變形和塑性變形一、彈性變形 當(dāng)使物體發(fā)生變形的因素去掉之后變形即行消失，這種變形稱為彈性變形。彈性變形

6、的特征為：（1）應(yīng)力與應(yīng)變是直線關(guān)系。（2）外力只改變?cè)娱g的距離，而不破壞原子間的聯(lián)系。（3）彈性變形過(guò)程材料的基本性質(zhì)不變。二、塑性變形 當(dāng)使物體發(fā)生變形的因素去掉之后，物體不能恢復(fù)原來(lái)的形狀，這種變形稱為塑性變形。塑性變形的特征為：（1）塑性變形是在彈性變形的基礎(chǔ)上發(fā)生的。（2）應(yīng)力與應(yīng)變不是直線關(guān)系。（3）外力不但改變?cè)娱g的距離，而且破壞了原來(lái)的原子間聯(lián)系。（4）塑性變形能改變材料的力學(xué)性能和物理化學(xué)性質(zhì)。2.5 塑性變形的不均勻性一、變形和應(yīng)力不均勻分布的原因 引起變形和應(yīng)力不均勻分布的原因主要有接觸面上的外摩擦、變形區(qū)的幾何形狀和尺寸、工具和變形體的輪廓形狀、變形物體的外端、變形

7、體內(nèi)溫度不均勻分布、金屬本身性質(zhì)的不均勻、化學(xué)成分及性質(zhì)不均等等。（1）接觸面外摩擦的影響 鐓粗圓柱體時(shí)，由于接觸表面外摩擦的影響，使接觸表面附近變形金屬流動(dòng)困難，使圓柱體坯料轉(zhuǎn)變成鼓形。在此種情況下，可將變形金屬整個(gè)體積大致分為三個(gè)區(qū)域。圖5-2 鐓粗時(shí)摩擦力對(duì)變形及應(yīng)力分布的影響表示由于摩擦影響而產(chǎn)生的難變形區(qū)；表示與外作用力約成45的最有利方位的易變形區(qū)；表示變形程度居于中間的自由變形區(qū)。圖5-2 鐓粗時(shí)摩擦力對(duì)變形及應(yīng)力分布的影響（2）工具形狀和坯料形狀的影響 工具（或坯料）形狀是影響金屬塑性流動(dòng)方向的重要因素。工具與金屬形狀的差異，造成金屬沿各個(gè)方向流動(dòng)的阻力有差異，因而金屬向各個(gè)方

8、向的流動(dòng)（即變形量）也有相應(yīng)差別。 （3）變形溫度的影響 變形物體的溫度不均勻，會(huì)造成金屬各部分變形和流動(dòng)的差異。變形首先發(fā)生在那些變形抗力最小的部分。一般，在同一變形物體中高溫部分的變形抗力低，低溫部分的變形抗力高。1高溫2低溫（4）金屬性質(zhì)不均的影響 變形金屬中的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、夾雜物、相的形態(tài)等分布不均會(huì)造成金屬各部分的變形和流動(dòng)的差異。二、附加應(yīng)力和基本應(yīng)力基本應(yīng)力：由外力作用所引起的應(yīng)力叫基本應(yīng)力。附加應(yīng)力：在物體中，由于各部分的變形不均勻受到物體的整體性限制而引起的相互平衡的應(yīng)力。附加應(yīng)力的種類(lèi):第一類(lèi)附加應(yīng)力（宏觀） 存在于物體的局部之間第二類(lèi)附加應(yīng)力（微觀、晶粒之間） 存在于物體內(nèi)的晶粒之間第三類(lèi)附加應(yīng)力（微觀、晶粒內(nèi)部） 存在于滑移面或滑移帶之間l三、不均勻變形引起的后果及克服措施（1）使單位變形力增大