(整理)锻造变形抗力计算
锻造变形量计算
锻造变形量计算一、锻造变形量的基本概念1. 定义- 在锻造过程中，变形量反映了金属坯料在锻造操作前后形状和尺寸的变化程度。
它是衡量锻造工艺对材料施加变形程度的一个重要指标。
2. 意义- 合适的锻造变形量对于改善金属材料的组织性能至关重要。
通过控制变形量，可以细化晶粒、消除铸造缺陷、提高材料的力学性能，如强度、韧性等。
二、锻造变形量的计算方法1. 绝对变形量计算- 高度方向（镦粗变形）- 设锻造前坯料高度为H_1，锻造后高度为H_2，则高度方向的绝对变形量ΔH = H_1 - H_2。
例如，锻造前坯料高度为100mm，锻造后高度变为80mm，则ΔH=100 - 80 = 20mm。
- 直径方向（拔长变形）- 若锻造前坯料直径为D_1，锻造后直径为D_2，直径方向的绝对变形量ΔD=D_1 - D_2。
锻造前直径为50mm，锻造后变为40mm，Δ D = 50-40 =10mm。
2. 相对变形量计算- 高度方向（镦粗变形）- 相对变形量varepsilon_H=(H_1 - H_2)/(H_1)×100%。
沿用上面的例子，varepsilon_H=(100 - 80)/(100)×100% = 20%。
- 直径方向（拔长变形）- 相对变形量varepsilon_D=(D_1 - D_2)/(D_1)×100%。
对于前面直径的例子，varepsilon_D=(50 - 40)/(50)×100% = 20%。
3. 体积不变定律在变形量计算中的应用- 在锻造过程中，假设材料的密度不变，根据体积不变定律V_1 = V_2（V_1为锻造前体积，V_2为锻造后体积）。
- 对于圆柱体坯料，V=π r^2h（r为半径，h为高度）。
如果已知锻造前后的某一尺寸变化，利用体积不变定律可以计算出其他尺寸的变化，进而计算变形量。
例如，已知圆柱体坯料锻造前半径r_1 = 20mm，高度h_1=100mm，锻造后高度h_2 = 80mm，由V_1 = V_2可得π r_1^2h_1=π r_2^2h_2，可求出锻造后半径r_2，然后再计算直径方向的变形量。
第五章--金属的塑性与变形抗力解析
金属的塑性变形抗力摘要：塑性加工时，使金属发生塑性变形的外力，称为变形力。
金属抵抗变形之力，称为变形抗力。
变形抗力和变形力数值相等，方向相反，一般用平均单位面积变形力表示其大小。
当压缩变形时，变形抗力即是作用于施压工具表面的单位面积压力，故亦称单位流动压力。
关键字：塑性 变形抗力1、金属塑性的概念所谓塑性，是指金属在外力作用下，能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的能力。
金属塑性的大小，可用金属在断裂前产生的最大变形程度来表示。
一般通常称压力加工时金属塑性变形的限度，或“塑性极限”为塑性指标2、塑性和柔软性应当指出，不能把塑性和柔软性混淆起来。
不能认为金属比较软，在塑性加工过程中就不易破裂。
柔软性反映金属的软硬程度，它用变形抗力的大小来衡量，表示变形的难易。
不要认为变形抗力小的金属塑性就好，或是变形抗力大的金属塑性就差。
3、塑性指标表示金属与合金塑性变形性能的主要指标有：（1）拉伸试验时的延伸率（δ）与断面收缩率（ψ）。
（2）冲击试验时的冲击韧性αk 。
（3）扭转试验的扭转周数n 。
（4）锻造及轧制时刚出现裂纹瞬间的相对压下量。
（5）深冲试验时的压进深度，损坏前的弯折次数。
4、一些因素对塑性的影响规律A 化学成分的影响（1）碳%L L l -=δ%00F F F -=ψ随着含碳量的增加，渗碳体的数量也增加，塑性的降低（2）磷磷一般说来是钢中有害杂质，磷能溶于铁素体中，使钢的强度、硬度增加，但塑性、韧性则显著降低。
这种脆化现象在低温时更为严重，故称为冷脆。
（3）硫硫是钢中有害杂质，它在钢中几乎不溶解，而与铁形成FeS，FeS与Fe的共晶体其熔点很低，呈网状分布于晶界上。
当钢在800～1200℃范围内进行塑性加工时，由于晶界处的硫化铁共晶体塑性低或发生熔化而导致加工件开裂，这种现象称为热脆（或红脆）。
另外，硫化物夹杂促使钢中带状组织形成，恶化冷轧板的深冲性能，降低钢的塑性。
（4）氮590℃时，氮在铁素体中的溶解度最大，约为0.42％；但在室温时则降至0.01％以下。
q235钢变形抗力公式
q235钢变形抗力公式Q235钢是中国常用的一种结构钢材料，具有良好的焊接性能、强度和塑性。
在工程设计中，对于Q235钢的变形抗力的计算是非常重要的。
本文将介绍Q235钢变形抗力的计算公式及其应用。
Q235钢的变形抗力是指在外力作用下，钢材发生变形的抵抗能力。
变形抗力的计算需要考虑钢材的强度和材料的力学性能。
Q235钢的变形抗力计算公式如下：F = A * σ其中，F是钢材的变形抗力，A是钢材的截面面积，σ是钢材的应力。
钢材的截面面积可以通过几何计算得到，常见的截面形状有矩形、圆形等。
例如，对于矩形截面，截面面积可以通过长度和宽度的乘积得到。
对于圆形截面，截面面积可以通过半径的平方乘以π得到。
钢材的应力是指钢材单位面积上的力。
应力的计算可以通过力和截面面积的比值得到。
例如，当钢材承受的力为1000N，截面面积为1平方米时，应力为1000N/1平方米=1000N/㎡。
Q235钢的应力可以通过力学性能参数得到，如屈服强度、抗拉强度等。
屈服强度是指在材料开始变形时所能承受的最大应力。
抗拉强度是指材料在拉伸过程中能够承受的最大应力。
这些力学性能参数可以通过实验或查阅相关资料得到。
在实际工程设计中，我们可以根据具体的应用场景和设计要求，选择合适的变形抗力计算公式。
例如，在承重结构设计中，我们需要确保Q235钢材的变形抗力能够满足承载要求，以确保结构的稳定和安全。
根据变形抗力的计算公式，我们可以对材料的截面尺寸和材料的力学性能进行合理的选择和设计。
需要注意的是，Q235钢的变形抗力计算公式是在假设材料在弹性范围内工作的基础上得出的。
如果材料超过了弹性极限，变形抗力的计算公式将不再适用。
在实际应用中，我们需要根据具体情况，对材料的强度和变形进行综合考虑。
综上所述，Q235钢的变形抗力计算公式是根据钢材的截面面积和应力来计算的。
在工程设计中，我们可以根据具体的应用要求和设计标准，选择合适的变形抗力计算公式，并结合材料的力学性能参数，进行合理的设计和选择。
锻造实训题库及答案解析
锻造实训题库及答案解析一、单项选择题1. 锻造过程中，金属材料的塑性变形主要发生在（）。
A. 初始阶段B. 中间阶段C. 终了阶段D. 全过程答案：B2. 锻造工艺中，为了提高金属的塑性，通常采用（）。
A. 降低温度B. 提高温度C. 保持室温D. 交替温度答案：B3. 在锻造过程中，金属材料的变形抗力随着温度的升高而（）。
A. 增加B. 减少C. 不变D. 先增加后减少答案：B4. 下列哪项不是锻造的基本工序之一？A. 镦粗B. 拔长C. 切割D. 冲孔答案：C5. 锻造过程中，金属材料的变形量通常用（）来表示。
A. 长度B. 宽度C. 厚度D. 真应变答案：D二、多项选择题6. 锻造工艺中，常用的加热设备包括（）。
A. 电炉B. 燃气炉C. 感应炉D. 空气炉答案：A, B, C7. 锻造中，金属材料的塑性变形可以通过（）来实现。
A. 压力B. 温度C. 速度D. 化学成分答案：A, B8. 锻造过程中，金属材料的变形抗力受哪些因素影响？A. 材料的化学成分B. 材料的初始温度C. 变形速度D. 变形程度答案：A, B, C, D三、判断题9. 锻造过程中，金属材料的塑性变形总是伴随着硬度的增加。
（）答案：正确10. 锻造过程中，金属材料的塑性变形可以通过增加变形速度来实现。
（）答案：错误四、简答题11. 简述锻造工艺中常见的几种锻造方法及其特点。
答案：锻造工艺中常见的锻造方法包括自由锻造、模锻、锤锻和压力机锻造。
自由锻造适用于形状简单的零件，操作灵活；模锻适用于形状复杂、精度要求高的零件，生产效率高；锤锻适用于中小批量生产，设备简单；压力机锻造适用于大批量生产，精度高，生产效率高。
五、计算题12. 若某金属材料在锻造过程中的真应变为2，求其变形量。
答案：真应变定义为ε = ln(Lf/Li)，其中Lf为最终长度，Li为初始长度。
当ε=2时，Lf = Li * e^2。
变形量为Lf - Li，即Li* (e^2 - 1)。
粉末冶金锻造变形力和密度计算
由表 1 看出 , 随着制品相对密度的提 高 , 复压力与镦粗力的比值迅速增大 , 这表 明复压变形中模具受力较苛刻 , 复压致密比
第 1 期 华林等 : 粉末冶金锻造变形力和密度计算 · 3 5 ·
镦粗致密困难 。闭式模锻中 , 若在镦粗阶段 结束时就达到了较好的致密效果 , 则可较大 程度减小复压变形力 , 从而大大改善模具和 设备工作条件 , 提高其使用寿命 。根据式 (17) ～ (19) 合理设计预制坯的原始参数 , 是可以达到此效果的 。本文结论为 :
中的应力应变条件为
σ1 =σ2
(12)
dε1 = dε2 = 0
(13)
将式 (12) 、(13) 代入本构关系式 (5)
求解得复压径向应力亦即模壁受力σ1 为
· 3 4 · 粉末冶金工业 第 10 卷
图 2 复压变形
图 3 闭式模锻变形
(3)
式中 , σ1 、σ2 、σ3 为三个主应力 , σm = (σ1 +σ2 +σ3) / 3 为静水压力 , Y 为粉末烧结材 料等效屈服强度 , α为相对密度的函数 , 其
值为 :
α= 3
1 - ρ2 2 +ρ2
(4)
214 本构关系[6 ,7 ]
dε1 = dλ〔σ1 -
(1 -
2α2) 9
和密度 。
由式 (8) 、 (11) 可得镦粗阶段结束时 亦即复压阶段开始时的工件相对密度ρ1 和 轴向压缩应力σ3 (ρ1) 为
ρ1 =
1-
(1 -ρ02)
(
d0 d
)
4
(17)
σ3 (ρ1) = -
1-
1 3
(1 - ρ02)
锻造压力计算公式
压力计算：F（N）=zmAp
z:考虑到变形条件之系数，其值如下：
自由锻造1.1；模锻简单外形锻件1.5；
模锻复杂外形锻件1.8；模锻各断面剧烈过渡、模锻外形很复杂锻件，模锻有大量余料流入飞边槽的锻件，模锻带压入成型的锻件等为2.0；
m：考虑到变形体积影响之系数，其值如下：
模锻之毛坯体积（cm³）系数
＜25 1.0
＞25-100 1.0-0.9
＞100-1000 0.9-0.8
＞1000-5000 0.8-0.7
＞500-10000 0.7-0.6
＞10000-15000 0.6-0.5
＞15000-25000 0.5-0.4
＞25000 0.4
A：模锻件（不计飞边）在垂直于作用力方向上的面积（mm²）。
p：单位压力（Mpa）根据合金种类和及变形的最终条件来选取，例如对于薄而宽的腹板的高强度铝合金模锻件可以参考一下数据来：p=500Mpa。
对于一般的镁、铝合金模锻件可以参考一下数据来选取：p=300Mpa。
变形抗力计算
2020/2/11
3
第3页/共31页
Lesson Eighteen
应力应变曲线
2020/2/11
4
第4页/共31页
Lesson Eighteen
? s －d曲线，其中 s 为真应力， d为延伸率
d ? l ? l0 ?100%
l0
2020/2/11
5
第5页/共31页
Lesson Eighteen
课后作业 Homework
? 习题集P44习题1、2、5
Lesson Eighteen
2020/2/11
31
第31页/共31页
13
第13页/共31页
Lesson Eighteen
tan? ? s u 1?y u
由几何关系，在图中 Ao线段长为(1-2y u)，而Bc 线段长为2s u。
2020/2/11
14
第14页/共31页
Lesson Eighteen
硬化曲线方程
? 近似地认为，金属的加工硬化率 ds /dy 与应力s 成 正比，与变形程度 y 成反比，即
2020/2/11
21
第21页/共31页
Lesson Eighteen
变形速度的影响关系式
? 当变形速度在较大范围内变化时，采用下述公式 计算变形抗力可以得出较符合实际的结果。
s e? ? ? e?m
总的趋势是随着变形温度的降低， m值减小。这就 说明，变形温度越高，变形速度的影响越大。在低 温和常温条件下，变形速度的影响减小。
? s －y 曲线，其中 s 为真应力， y 为断面收缩率
y ? F0 ? F ?100%
F0
常用
2020/2/11
等温锻造
类别 常规锻造 等温锻造 模具温度/℃ 480 954 加压速度 /(mm/s) 76.2 0.42 变形抗力 /MPa 492.1 140.6
（4）等温锻造与热模锻造的区别 等温锻造与热模锻造的原理相似。 热模锻造是等温锻造的前期工艺方法。它是将 锻模加热到比变形坯料始锻温度低110～225℃ 的范围内。 由于减小了坯料与模具之间的温差，坯料的冷 却速度降低，特别是坯料表面温度不会过低，提 高了坯料的塑性，降低了坯料的变形抗力。 但热模锻造过程中，坯料温度不是恒定的，随 变形的进行，温度逐渐降低。
2.对润滑剂的要求 在整个锻造过程中，能在模具和毛坯间形成连 续的润滑膜，并具有低的摩擦系数； 对毛坯表面具有防护作用，防止氧化或吸收其 它气体； 兼有脱模剂作用； 不应与毛坯和模具发生化学反应； 易涂复和去除； 无毒、非易燃、非稀缺。
3.等温锻造与超塑性锻造的润滑剂 按温度区间划分： 280℃以下，用硅油或硅橡胶，成形表面光滑， 润滑剂效果好，无残留物； 280～430℃，用MoS2或MoS2钙基脂，可形成 薄而均匀的润滑层； 亚中温（600～720℃）、中温（700～900℃）、 高温区（800～1000℃），采用软化点不同的玻 璃润滑剂。
带顶出装置：制件常采用下顶出装置脱模，顶 出装置应具有足够的顶出行程与顶出力。 有控温系统：工作部分的加热温度控制是必需 的。 值得注意的是 ，等温锻造与超塑性锻造可以 使变形力降低1～2个数量级，可选用吨位较小的 液压机。
变形力计算： 常用经验公式，估算变形力：
P = p ⋅ F / 1000
式中： P－－变形力（kN）； F－－锻件的总变形面积（mm2）； p－－单位变形力（MPa）， 是流动应力的2～4倍， 闭式模锻、薄腹板模锻取上限； 开式模锻取下限。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
锻造变形抗力计算
一、镦粗：
变形抗力公式：P=m*ω*σb*F——公式（1）
公式（1）中：1) m=(1+ μ/3*D/h)
——μ：摩擦系数，热变形时:μ=0.3~0.5；
——D：镦粗后的直径；
——h：镦粗后的高度；
图1 镦粗形状图
注：比值D/h越大，即毛坯镦得越扁，端面摩擦阻力的影响就越显著，单位变形抗力也就越大。
2)ω:变形速度对单位变形抗力影响的系数
设备下行速度10-25cm/s时，取1.2~1.6;
设备下行速度25-75cm/s时，取1.6~2.0.
3)σb:变形温度下材料的强度极限
始锻温度1000℃时，σb= 6 Kg/mm2；
4)F: 镦粗模与毛坯的接触面积F=πD2/4
二、反挤压：
变形抗力公式：P=m*ω*σb*F——公式（2）
公式（2）中：1) m=(1+ μ/3*d/h)（1+e4μL /（D-d））
——μ：摩擦系数，热变形时:μ=0.3~0.5；
——d：反挤压后的内径；
——D：反挤压后的外径；
——h：反挤压后的底高度；
——H：反挤压后的总高度；
——L=H-h，当H<d/2时，取L=d/2-h；
——e：自然对数，e=2.718.
图2 反挤压形状图
2)σb:变形温度下材料的强度极限
温度950℃时，σb= 7 Kg/mm2；
3)F: 镦粗模与毛坯的接触面积F=πd2/4 注：公式（2）中其余字母同公式（1）中的字母取值。