金属塑性加工
什么是金属塑性加工
1.什么是金属塑性加工？其特点是什么？答：金属塑性加工：是金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得具有一定几何形状、尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。
特点：材料利用率高;组织、性能好;生产效率高，适用于大批量生产;尺寸精度高，表面质量高;但是设备较庞大，能耗高，投资较大。
2.材料的使用性能、工艺性能包括哪些？答：使用性能:高强、高韧、耐蚀等;工艺性能:轧、挤、拉、锻、焊等：3.按加工时工件的受力和变形方式，金属塑性加工有哪些方法？各有什么特点？答：锻造：改善金属的内部组织，提高金属的力学性能；较高的生产劳动力；适应范围广。
轧制：可以生产断面复杂的型材，生产效率高，产品质量好挤压：挤压法可加工各种复杂断面实心型材、棒材、空心型材和管材拉拔：拉拔一般在冷态下进行，可拉拔断面尺寸很小的线材和管材；拉拔制品的尺寸精度高；表面光洁度极高；金属的强度高(因冷加工硬化强烈)可生产各种断面的线材、管材和型材异型截面。
拉伸：一般在室温下进行，其产品主要用于各种壳体零件，如飞机蒙皮、汽车覆盖件、子弹壳、仪表零件及日用器皿等。
弯曲：在弯矩作用下，使板料发生弯曲变形或使板料或管、棒材得到矫直的一种加工方法。
剪切：坯料在剪切力的作用下产生剪切。
使板材冲裁，以及板料和型材切断的一种常用加工方法4.金属塑性加工的目的是什么？答：使金属材料成形并获得具有一定几何形状、尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件。
5.什么是轧制、纵轧、横轧、斜轧？答：轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程(可实现连续轧制)。
可分为纵轧、横轧、斜轧。
纵轧：两轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直，主要生产板、带、箔材，以及断面复杂的型材。
生产效率高，加工材料长度大和产品质量较高。
横轧：:两轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线平衡，轧件绕纵轴旋转。
可加工旋转体工件，如变断面轴、丝杆、周期断面型材以及钢球等。
金属塑性加工
单日志页面显示设置网易首页网易博客金属塑性加工默认分类 2008-07-07 18:27 阅读620 评论0字号：大中小绪论一、金属塑性加工及其分类金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组织、性能的制品的一种基本的金属加工技术，以往常称压力加工。
金属塑性加工的种类很多，根据加工时工件的受力和变形方式，基本的塑性加工方法有锻造、轧制、挤压、拉拔、拉深、弯曲、剪切等几类（见表0-1）。
其中锻造、轧制和挤压是依靠压力作用使金属发生塑性变形；拉拔和拉深是依靠拉力作用发生塑性变形；弯曲是依靠弯矩作用使金属发生弯曲变形；剪切是依靠剪切力作用产生剪切变形或剪断。
锻造、挤压和一部分轧制多半在热态下进行加工；拉拔、拉深和一部分轧制，以及弯曲和剪切是在室温下进行的。
1．锻造靠锻压机的锻锤锤击工件产生压缩变形的一种加工方法，有自由锻和模锻两种方式。
自由锻不需专用模具，靠平锤和平砧间工件的压缩变形，使工件镦粗或拔长，其加工精度低，生产率也不高，主要用于轴类、曲柄和连杆等单件的小批生产。
模锻通过上、下锻模模腔拉制工作的变形，可加工形状复杂和尺寸精度较高的零件，适于大批量的生产，生产率也较高，是机械零件制造上实现少切削或无切削加工的重要途径。
2．轧制使通过两个或两个以上旋转轧辊间的轧件产生压缩变形，使其横断面面积减小与形状改变，而纵向长度增加的一种加工方法。
根据轧辊与轧件的运动关系，轧制有纵轧、横轧和斜轧三种方式。
（1）纵孔两轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直，金属不论在热态或冷态都可以进行纵轧，是生产矩形断面的板、带、箔材，以及断面复杂的型材常用的金属材料加工方法，具有很高的生产率，能加工长度很大和质量较高的产品，是钢铁和有色金属板、带、箔材以及型钢的主要加工方法。
（2）横轧两轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线平衡，轧件获得绕纵轴的旋转运动。
可加工加转体工件，如变断面轴、丝杆、周期断面型材以及钢球等。
第三篇(塑性加工)
纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消 除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。 合理利用纤维组织
应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合;
最大切应力方向与纤维方向垂直; 并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。
§1-3
金属的可锻性
金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。 （经塑性加工而不断裂） 塑性
三拐曲轴的锻造过程
§2-1 锻造方法
自由锻特点
●
坯料表面变形自由；
● 设备及工具简单，锻件重量不受限制； ● ● ●
锻件的精度低； 生产率低，适用于单件小批生产； 是大型锻件的唯一锻造方法。
§2-1 锻造方法
模锻
使加热后的金属在模膛内
受压变形以获得所需锻件 的方法。 应用： 大批量生产中小锻件。 ＜150Kg，如曲轴、连 杆、齿轮。
在冷加工时,形变强化使金属塑性降低,进
一步加工困难,应安排中间退火工艺。 实质：塑性变形时位错运动受阻，使交叉滑移中位错运动范围缩小，因 此，金属性能随之改变。
一、金属材料产生加工硬化
金属材料 强度和硬 度提高， 塑性和韧 性下降。
有利：加工硬化可提高产品性能! 不利：进一步的塑性变形带来困难! 加热可消除硬化现象!
压力使金属成型为各种型材和锻件等。
a）自由锻 b）模锻 c）胎模锻 胎模锻：自由锻设备上，采用不与上、下砧相连接的活动模具 成形锻件的方法。是介于自由锻和模锻之间的锻造工艺方法。 2）冲压 利用冲模将金 属板料切离或变形 为各种冲压件。
3）轧制 使金属坯料通过两个旋转轧辊之间的间隙而产生塑性变形的 加工方法。 用于生产各种型材、管材、板材等。
模锻
模锻是利用锻模使坯 料变形而获得锻件的 锻造方法。
金属塑型加工名词解释
名词解释1.金属塑性加工：金属在外力的作用下，产生塑性变形而获得所需形状，尺寸，组织和性能的制品的一种基本金属加工技术2.点的应力状态：指通过变形体内某点的所有截面上应力的有无，大小及方向等情况3.点的应变状态：过某一点任意方向上的正应变和切应变有无的情况4.全量应变：单元体在某一变形过程终了时的变形大小，其度量基准是变形前的原始尺寸5.增量应变：指变形过程中某一极短阶段的无限小应变，其度量基准是变形过程中某一瞬间的尺寸6.屈服准则：又称塑性条件或屈服条件，它是描述不同应力状态下变形体某点进入塑性状态并使塑性变形继续进行所必须满足的力学条件7.π平面：与主应力轴成等倾角且平均应力为零的平面，平均应力为零8.变形力学图：一点的主应力与主应变图结合，反应该点主应力，主应变有无，及方向9.简单加载：只有加载而无卸载，应力与应变主轴重合，应力分量间按一定比例加载10.增量理论：对于一般复杂加载，不能离开加载路径建立应力与全量塑性应变之间的关系，而只能根据具体加载路径，建立加载过程的应力与塑性应变增量之间的关系，也称流动理论。
11.最小阻力定律：在变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动，即做最少的功，走最短的路12.外端：临界变形区而未变形的金属，能阻碍变形区金属流动，进而产生或加剧附加应力和应变。
即轧制过程中某一时可不直接承受轧辊作用而处于塑性变形区以外的部分13.塑性（状态）图：表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形14.本构关系方程（应力-应变关系方程）：答案1：塑性变形时，应力与应变之间的关系答案2：本构方程，反映物质宏观性质的数学模型，共9个方程，需确定的未知数共15个：u i，σij=σji，εij=εji；还需要根据材料的物理性质来建立应力与应变的关系：σij=σji=f ij（εkl）15.轧机的刚度系数：在一定条件下，使辊缝增加1mm所需的力，是轧机抵抗弹性变形的能力16.轧制的弹塑性曲线：轧件的塑性曲线与轧机的弹性曲线的总称。
金属的塑性加工
金属的塑性加工2.1塑性变形和回复、再结晶对金属材料组织和性能的影响一、金属材料的塑性变形1、单晶体的塑性变形——滑移和孪生（1）滑移：在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动如拉伸时，滑移面上的外力P分解为正应力σ和切应力τ。
正应力作用使晶格发生弹性伸长；σ↓伸长量↓，σ→O，变形恢复；σ↑伸长量↑，σ＞原子间结合力时，拉断。
正应力σ只能使晶体产生弹性变形和断裂，不能使晶体产生塑性变形。
切应力作用使晶格发生弹性歪扭；τ＜τc（临界切应力），τ↓变形量↓，τ→O，变形恢复；τ＞τc，发生滑移，产生永久塑性变形。
a.滑移与位错·滑移的实现→借助于位错运动。
（刚性滑移模型计算出的临界切应力值＞＞实测值）位错密度→滑移→塑性变形·位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面→一个原子间距的滑移台阶→塑性变形·滑移线（晶体表面的滑移台阶）→滑移带（大量滑移线）·滑移系（滑移面和该面上的一个滑移方向），滑移系数目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑。
如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）。
b.滑移时晶体的转动①外力错动→力偶使滑移面转动→滑移面∥拉伸轴。
②以滑移面的法线为转轴的转动→滑移方向∥最大切应力方向。
⑵孪生晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。
→金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。
→发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。
孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移动的距离是不相等的。
⑶滑移和孪生：1.滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。
2.孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。
金属塑性加工工艺
金属塑性加工工艺20103606 材料加工1班魏绪1.材料加工：金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。
2.适用范围：钢、铝、铜、钛等及其合金。
3.主要加工方法：(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。
(可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧。
举例：汽车车身板、烟箔等；其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。
(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取各种断面金属材料的加工方法。
定义：金属材料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。
挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多的有色金属管、棒、型材及线坯。
正挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向一致。
反挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向相反。
举例：管、棒、型；其它：异型截面。
特点： ① 具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属可以发挥其最大的塑性，获得大变形量。
可加工用轧制或锻造加工有困难甚至无法加工的金属材料。
② 可生产断面极其复杂的，变断面的管材和型材。
卧式挤压机 正挤反挤③灵活性很大，只需更换模具，即可生产出很多产品。
④产品尺寸精确，表面质量好。
(3) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形•定义：借助锻锤、压力机等设备对坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和一定组织性能的锻件。
垂直方向（Z向）受力，水平方向（X、Y向）自由变形。
A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而产生塑性变形的加工我国自行研制的万吨级水压机B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲击力或压力而产生塑性变形的加工。
举例：飞机大梁，火箭捆挷环等。
万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环特点：在塑性变形中，能使坯料的粗晶粒破碎、疏松、孔隙被压实、焊合，锻件的内部组织和性能得到较大改善。
应用：锻造应用十分的广泛，可以生产几克重到200t以上各种形状的锻件，如各种轴类、曲柄和连杆。
金属塑性成形的概念
金属塑性成形的概念金属塑性成形是指通过在金属材料中施加外力、应用热力或化学反应等手段，使金属材料发生塑性变形的一种金属加工工艺。
与传统的金属加工方式相比，金属塑性成形具有高效性、精确性和经济性的特点。
它广泛应用于汽车、航空航天、冶金等行业。
金属塑性成形的基本原理是利用金属材料的塑性变形特性，通过施加外力使金属材料由原有的形态发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
金属塑性成形可以分为几种不同的形式，主要包括锤击成形、挤压成形、拉伸成形、压力成形和转轧成形等。
锤击成形是一种传统的金属塑性成形方法，它通常通过将金属材料置于锻造设备中，然后利用锤击力量使金属材料发生塑性变形。
锤击成形具有成本低、生产周期短的优点，但是需要大量的人力和物力投入。
挤压成形是指将金属材料置于挤压机中，通过挤压头施加压力使金属材料发生塑性变形。
挤压成形可以分为直接挤压和间接挤压两种形式。
直接挤压是指将金属材料直接放入挤压腔内，然后施加压力使金属材料发生压缩变形。
间接挤压是指将金属材料包裹在特殊形状的模具中，然后施加压力使金属材料逐渐挤出模具，从而达到所需的形状和尺寸。
拉伸成形是通过在金属材料表面施加拉力，使其发生塑性变形。
拉伸成形通常用于制备薄壁结构，如汽车车身、空调管道等。
拉伸成形由于受到法向拉力和剪切力的作用，易造成材料表面的应力集中和变形不均匀，因此在拉伸成形过程中需要注意控制应力分布和变形。
压力成形是一种利用液压或气压对金属材料施加压力的金属塑性成形方法。
压力成形通常具有成形精度高、产品质量好的优点，并且可以实现批量生产。
压力成形主要包括冲压成形、压铸成形和锻压成形等。
转轧成形是一种将金属材料置于转轧机中进行塑性变形的金属加工方法。
转轧成形通常用于制备薄板材料，如钢板、铝板等。
转轧成形具有高效、节省原材料和简便的优点，且可以保证成形件的尺寸精度和表面质量。
总之，金属塑性成形是一种广泛应用于金属加工领域的重要技术，通过施加力量和热力等手段，对金属材料进行塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
金属塑性加工方法——旋压(一)
金属塑性加工方法——旋压(一)
金属塑性加工是一种通过施加力和应变来改变金属形状和结构
的方法。
旋压是金属塑性加工的一种常见方法，它使用旋压机将金
属材料塑性变形成所需的形状。
旋压原理
旋压的原理是通过旋转金属材料来施加力和应变。
旋压机由一
个圆筒形的工件和一个将工件固定在轴上并施加旋转力的夹具组成。
在旋转的同时，夹具还会向工件施加一定的径向力。
这样，金属材
料就会在旋转和径向力的作用下发生塑性变形。
旋压过程
旋压过程可以分为以下几个步骤：
1. 原料准备：选择适合旋压的金属材料，并根据所需形状和尺
寸切割成合适的工件。
2. 夹具调整：将工件固定在旋压机的夹具上，并根据需要调整夹具的径向力。
3. 旋压加工：启动旋压机，使工件开始旋转。
同时，夹具会施加一定的径向力，使金属材料开始塑性变形。
4. 修整和检验：完成旋压加工后，对成品进行修整和检验，确保其达到质量要求。
旋压应用
旋压方法适用于许多金属材料，如铝、铜、不锈钢等。
它常用于制造圆形或柱状的工件，如轴承套、奖杯底座等。
旋压有许多优点，包括：
- 简单而高效的加工过程。
- 较低的材料浪费。
- 产生的工件表面质量高。
结论
旋压是一种常见的金属塑性加工方法，适用于制造圆形或柱状的工件。
它通过旋转金属材料和施加径向力来改变其形状和结构。
旋压具有简单高效、材料浪费少和工件表面质量高的优点。
在实际应用中，我们可以根据需要选择合适的金属材料和夹具参数来进行旋压加工。
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回复机理：
移至晶界、位错处
点缺陷运动 空位＋间隙原子 消失
空位聚集（空位群、对）
缺陷密度降低
• 什么是点缺陷 在三维空间各个方向上尺寸都很小的缺陷，包括
空位、置换原子和间隙原子。
点缺陷的形成多是热运动或塑性变形产生的结果。空位和间隙原子的 运动是金属中原子扩散（如钢表面渗碳）的主要方式。
• 点缺陷将导致晶格畸变。
(c)变形80%
图 工业纯铁在塑性变形前后的组织变化 400×
滑移面上的晶格畸变和碎晶现象
二、塑性变形后金属性能的变化
金属的变形强化（加工硬化、冷作硬化)？
金属随其变形程度增大，强度和硬度上升而塑性和韧性 下降的现象称为变形强化，又称加工硬化。
原因：由于变形时滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈扭曲，增大
优点： ⑴组织细化致密、力学性能提高； ⑵体积不变的材料转移成形，材料利用率高; ⑶生产率高，易机械化、自动化等。 ⑷可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少、无切削加工。
缺点： ⑴不能加工脆性材料； ⑵难以加工形状特别复杂（特别是内腔）的制品； ⑶设备、模具投资费用大。
塑性成形广泛应用于机械制造、汽拖、容器、造 船、建筑、包装、航空航天工业部门。
回复特点：
1、使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。 2、消除了晶格扭曲及大部分内应力，内应力大大降低；但力 学性能变化不大（强度、硬度、塑性变化很小）。
回复处理:
低温退火或去应力退火。 T回=(0.25--0.3)T熔（K）
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2、再结晶(re-crystallization)（不发生相变）
组织结构变化： 1.晶粒拉长（压扁） 2.晶格与晶粒扭曲、变形 3.晶粒碎化
多晶体塑性变形示意图
晶粒和沿晶界分布的杂质被拉长
显微镜下的照片
金属发生塑性变形时，不仅外形发生变化，而且其内部的 晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量很大时，晶粒将被拉长 为纤维状，晶界变得模糊不清。
(a)正火态
(b)变形40%
冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于该金属的再结 晶温度。
⑵热变形
是指金属材料在其再结晶温度以上进行的塑性变形。
了变形滑移阻力，使继续滑移难于进行。 实际上，金属的性能是随其内部组织的改变而发生变化的。
对机械性能的影响：
利：1.提高金属强度、硬度
含碳量0.9%-1.0%的碳素钢线材于铅域中淬火后 ，进行冷态拉拔可使钢丝强度高达2940MPa；以前 讲的各类钢中，抗拉强度最高的钢（调制钢）的抗 拉强度值为1000MPa左右。
对物理、化学性能的影响
• 导电率、导磁率下降，热导率下降； • 结构缺陷增多； • 化学活性提高，腐蚀加快。
残余应力
三、塑性变形后的金属加热时组织性能的变化
加工硬化是一种不稳定现象，将硬化金属加热后，会相 继发生回复、再结晶和晶粒长大现象，金属的组织和性能也 随之变化。
1、回复
将冷变形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到 平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。
主要内容
第一章 金属塑性变形 第二章 锻造 第三章 冲压 第四章 特种塑性加工方法简介
第一章 金属的塑性变形
金属的塑性变形是进行金属压力加工的理论依据。
第一节 金属塑性变形的实质
------外力迫使原子离开原来的平衡位置，从而改变了 原来原子间的相互距离。 单晶体的塑性变形方式：
1.滑移 2.孪生
滑移
滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一
定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移变形示意图
d)塑性变形
孪生
孪生：晶体内的一部分原子（红色）相对另一部分原子沿某个
晶面转动，使未转动部分与转动部分的原子排列成镜面对称关系。
• 由于再结晶后组织的复原，使金属的强度、硬度下降，塑性、韧性提高， 残余应力消除、加工硬化消失。
(a)加热前
(b) 625℃加热（不完全再结晶） (c) 670℃加热（完全再结晶）
图 经70%塑性变形工业纯铁加热时的组织变化 400×
3、晶粒长大
如温度继续升高或保温时间延长，晶粒会长大，使塑性、 韧性明显下降。
晶体的孪生示意图
孪生
在切应力作用下，晶体发生孪生变形
• 滑移与孪生比较
多晶体 多晶体的塑性变形方式：晶内变形+晶间变形
➢ 晶内变形：滑移和孪生（晶粒本身变形） ➢ 晶间变形：晶粒间的相对滑动和转动（相互位置变化）
多晶体塑性变形示意图
多晶体的变形是不均匀的。
第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 一、塑性变形后金属组织结构的变化
塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为 等轴晶粒的现象，称为再结晶。
再结晶: 再结晶退火。 T再=0.4T熔（K）
再结晶示意图
再结晶特点：
• 当冷塑性变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的 形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。
• 再结晶也是一个晶核形成和长大的过程，但不是相变过程，再结晶前后新 旧晶粒的晶格类型和成分完全相同。
第三篇 金属塑性加工
塑性加工（Plastic processing ） —— 在外力作用下，金属发生塑性变形，从而获
得具有一定形状、尺寸、组织和力学性能的工件的生 产方法。又叫塑性成形或压力加工。
常见的塑性成形方法： 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。
轧制
上砧铁 坯料 下砧铁 自由锻
模锻
拉拔 冲压
金属塑性成形优缺点
a)
b)
c)
晶粒长大示意图
(a)加热前 (b) 625℃加热（不完全再结晶） (c) 670℃加热（完全再结晶） (d) 750℃加热（晶粒长大）
图 经70%塑性变形工业纯铁加热时的组织变化 400×
组织变化
性能变化
变形后金属加热之性能变化示意图
四、冷变形与热变形
按金属固态成形时的温度分为两大类： ⑴冷变形
2.对纯金属和不能热处理的合金是强化的 主要手段。 3.提高材料使用安全性。 弊：1.再变形阻力提高，给金属的进一步塑性 变形带来困难,动力消耗增大 。 2.脆断危险性提高。 3.出现了残余应力，易引起变形、开裂。
如黄铜弹壳的腐蚀开裂。
残余应力主要由晶格畸变（位错、空位）和晶粒变 形不均匀等引起。