2016金属塑性加工的流动与变形规律
金属塑性变形与流动问题PPT课件
01
钛合金锻件的应用背景
钛合金具有密度低、比强度高、耐腐蚀等优点，在航空航天领域得到广
泛应用。钛合金锻件是飞机和发动机等关键部件的重要组成部分。
02 03
钛合金的塑性变形特性
钛合金属于难变形材料，其塑性变形行为受到温度、应变速率和合金成 分等多种因素的影响。了解钛合金的塑性变形特性对于制定合理的锻造 工艺至关重要。
05
金属塑性变形与流动问题实验方法
实验设备简介
拉伸试验机
用于对金属试样进行拉伸试验，测量其力学性能 和塑性变形行为。
弯曲试验机
用于对金属试样进行弯曲试验，探究其在弯曲过 程中的塑性变形和流动特性。
压缩试验机
用于对金属试样进行压缩试验，研究其在压缩过 程中的变形和流动行为。
显微镜
用于观察金属试样的微观组织变化，分析塑性变 形对金属组织的影响。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
04
2. 研究金属的流动特性，包括流动应力、应变硬化指数 等。
05
3. 探讨金属塑性变形与流动问题的内在联系和影响因素 。
06
4. 将实验结果与理论预测进行比较，验证相关理论和模 型的正确性。
06
工程应用案例分析
汽车制造中金属板材的冲压成型
冲压成型工艺介绍
冲压是利用模具在冲床上对金属板材施加压力，使其产生 分离或塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件的加工 方法。
课程目的：掌握金属塑性变形与流动问题的基本概念 、理论和方法，提高解决金属加工实际问题的能力
金属塑性变形概述
塑性变形的定义和分 类
塑性变形对金属性能 的影响
塑性变形过程中的力 学行为和组织演变
流动问题在金属加工中的重要性
流动问题的定义和分类 流动问题对金属加工质量的影响
塑性变形的基本定律
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。
第三章-金属塑性加工的宏观规律
➢ 把外界条件和金属流动直接联系起来, 很直 观, 使用方便。
最小阻力定律
➢ 模锻中增加飞边阻力, 或 修磨圆角r, 可减少金属 流向A腔的阻力, 使金属 重填得更好。
➢ 在拔长锻造时改变送进 比或采用凹型砧座增加 金属横向流动的阻力, 来 提高延伸效率。
(a)用 3垫板;(b)用 9垫板; (c)用 10垫板;(d)用 12垫板
圆柱体垂直剖面上坐标网格在镦粗 过程中的变化
3.2.2 变形区的几何因素的影响
➢变形区的几何因子 ➢ H/D.H/L、H/B等 ➢滑移锥理论
3.2.3 工具的形状和坯料形状的影响
（1）控制金属的流动方向 （2）可以在坯料内产生不同的应力状态 使部分金属先满足屈服准则而进入塑性状 态, 以达到控制塑性变形区的作用, 或造 成不同的静水压力, 来改变材料在该状态 下的塑性。
网格法
• 原理: 观察变形前 后，各网格所限定 的区域金属几何形 状的变化。
• 目前网格法可作定 量分析，应用最广。
硬度法
• 原理: 在冷变形情况下，变形 金属的硬度随变形程度的增加 而提高。
• 中心部分的硬度最高，接触表 层的硬度则较小，越靠近表面 的中心越小。在中心部分的同 一层上，靠试样中部硬度比最 外部（边部）大。这正好说明 镦粗时三个区的存在。
第二篇 金属塑性加工 的流动与变形规律
第3章 金属塑性加工的宏观规律
§3.1 塑性流动规律（最小阻力定律） §3.2 影响金属塑性流动和变形的因素 §3.3 不均匀变形、附加应力和残余应力 §3.4 金属塑性加工诸方法的应力与变形特点 §3.5 塑性加工过程的断裂与可加工性
金属塑性变形与流动问题
图17-2 平砧拔长坯料的变形模式 合肥工业大学材料科学与工程学院制作
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
例如开式模锻，如图17-3，增加金属流向飞边的阻力，以保证金属充填 型腔；或者修磨圆角，减小金属流向A腔的阻力，使A腔充填饱满。
r
图17-3 开式模锻的金属流动
合肥工业大学材料科学与工程学院制作
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
又例如，在大型覆盖件拉深成形时，常常要设置拉延筋，用来调整 或增加板料进入模具型腔的流动阻力，以保证覆盖件的成形质量。
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普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
第二节 影响金属塑性变形和流动的因素
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
2、温度不均匀（加热或冷却不均匀）所引起的热应力以及由相变过 程所引起的组织应力都会引起残余应力。
残余应力分类：
第一类残余应力存在于变形体各区域之间；
第二类残余应力存在于各晶粒之间； 第三类残余应力存在于晶粒内部。
合肥工业大学材料科学与工程学院制作
残余应力是弹性应力，不超过材料的屈服应力，也是相互平衡成对
出现的。
（一）残余应力产生的原因 1、塑性变形不均匀产生残余应力。
变形不均匀产生附加应力，变形完成后，变形不均匀状态不消失
，附加应力将残留在物体内而形成残余应力。 一般，不均匀变形引起的残余应力符号与引起残余应力的塑性应变 符号相反。
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变形后 变形前 图17-6 圆柱体镦粗时的不均匀变形
合肥工业大学材料科学与工程学院制作
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
第三章 金属塑性变形的物理基础
（1）塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
铅---------------塑性好，变形抗力小
不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
塑性指标的测量方法
拉伸试验法 压缩试验法 扭转试验法 轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0 F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
%
晶粒5 晶粒4 晶粒3
晶粒2
晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量
四、合金的塑性变形
单相固溶体合金的变形 多相合金的变形
§3. 2 金属塑性加工中组织和性能变化 的基本规律
一、冷塑性变形时金属组织和性能的变化 二、热塑性变形时金属组织和性能的变化
2200
N/mm2
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
μ
0.4
0.3
0.4
0.2 0.2
0.1
0
℃
200
400
600
800
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
0
400
600
800 ℃
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法 楔形件压缩法 塑性加工常用摩擦系数 圆环镦粗法
金属塑性成形与流动问题解析
3. 3 残余应力
1．残余应力的来源 2．变形条件对残余应力的影响 3．残余应力所引起的后果 4．减小或消除残余应力的措施 5．研究残余应力的主要方法
第四节 金属塑性成形中的摩擦 和润滑
§4.1 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 §4.2 塑性加工中摩擦的分类及机理 §4.3 摩擦系数及其影响因素 §4. 5 测定摩擦系数的方法 §4. 6 塑性成形中的润滑
0Hale Waihona Puke 20℃400
600
800 ℃
温度对铜的摩擦系数的影响
§4.4 塑性成形时摩擦力的计算
➢ 库仑摩擦条件:
单位面积上的摩擦力与接触面上的正应力成正比,即:
➢ 最大摩擦力条件:
当接触表面没有相对滑动,完全处于粘合状态时,摩擦的应力等于坯
料塑性流动时的最大切应力K,即: K Y
➢ 摩擦力不变条件
1．库仑摩擦条件 这时不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认
为摩擦符合库仑定律。其内容如下： （1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，
与摩擦表面的大小无关； （2）摩擦力与滑动速度的大小无关； （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。
其数学表达式为：
F N 或 N
式中 F——摩擦力；
——外摩擦系数；
外端（未变形的金属）对变形 区金属的影响主要是阻碍变形区 金属流动，进而产生或加剧附加 的应力和应变。
（a）
图 拔长时外端的影响
（b）
图开式冲孔时的“拉缩”
图弯曲变形对外端的影响
2. 5 变形温度的影响
变形物体的温度不均匀，会造成金 属各部分变形和流动的差异。变形首 先发生在那些变形抗力最小的部分。 一般，在同一变形物体中高温部分的 变形抗力低，低温部分的变形抗力 高。
塑性变形与轧制技术：最小阻力定律
主要内容
一、最小阻力定律的定义 二、最小阻力定律的应用
一、最小阻力定律的定义
问题：轧制变形时，金属质点怎样流动形成延伸和宽展？ 答：金属质点的流动规律为：物体在变形过程中，其质点
有向各个方向移动的可能时，则物体内的各质点将沿着阻 力最小的方向移动——最小阻力定律。
一、最小阻力定律的定义
动较纵向移动困难，因而金属容易延伸。
轧辊表面状态对纵横变形的影响 a-横槽 b-环形槽
B 轧制生产中金属质点的流动
图4-3 轧辊直径对宽展的影响
（2）轧件在变形区内与轧辊纵、横方 向的接触状况不同，引起纵横方向阻力 不同。
纵向：圆弧状接触，变形区长 度比宽度小；
横向：直线型的平面接触。
由最小阻力定律可知：圆弧状 造成的线性阻力较直线型的阻 力小，因而造成了金属变形容 易沿着纵向延伸。
2、其它条件相同，宽度不同： 1）比较质点数目： 由于等分角线所构成的三角形面积
相等，因此两者在向宽度方向流动 的质点数目一样多。 2）比较两个方向质点比值：
但是a种情况下的比值较b种情况下
要大，因此b种情况下质点向宽度方 向的移动比a种情况受到的制约要强 些 →b种情况宽展较a种情况要小。 结论： 轧件越宽，宽展越小。
如图所示，向宽度方向流动的三角形面积是 A1B1C1较A2B2C2大，面积大说明向该方向流动的 金属质点多，导致了宽度的增大。
→两种辊径下轧后轧件的厚度相同，长度、宽度 不同：
大辊径轧出的轧件长度小、宽度大。
结论：压下量相同，轧辊直径大的宽展大。
B 轧制生产中金属质点的流动
图4-5 轧件宽度对宽展的影响 a-轧件宽度小，b-轧件宽度大
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。
材料成型工艺学 金属塑性加工
二、模锻件的结构工艺性
1. 模锻件上必须具有一个合理的分模面 2. 零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工,
其它表面均应设计为非加工表面 (模锻斜度、圆角) 3. 模锻件外形应力求简单、平直和对称。避免截面间差别
过大, 薄壁、高筋、高台等结构 (充满模膛、减少工序) 4. 尽量避免深孔和多孔设计 5. 采用锻- 焊组合结构
自由锻设备：锻锤 — 中、小型锻件 液压机 — 大型锻件
在重型机械中,自由锻是生产大型和特大型锻件的 惟一成形方法。
1.自由锻工序 自由锻工序：基本工序 辅助工序 精整工序
(1) 基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求, 达
到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、
扭转、错移、切割 (2) 辅助工序
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
§3 金属的可锻性
金属的可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形 而不开裂的能力。
金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工 成形； 可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法 成形。
衡量指标：金属的塑性（ψ、δ ）； 变形抗力（σb、HB）。
塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。
金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
塑性加工中的金属流动控制
摘要由于金属塑性加工过程是在工件整体性不破坏的前提下，依靠塑性变形实现物质转移的过程，因而，加工过程中金属质点的流动规律是最基本的宏观规律。
本文主要讨论了塑性加工过程中金属流动的一些宏观规律，以及分析、控制金属流动对于塑性加工的意义。
关键字金属流动规律塑性加工一、金属变形流动规律金属塑性加工时，质点的流动规律可以应用最小阻力定律分析。
最小阻力定律可表述为：变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动。
[1]即做最少的功，走最短的路。
它与塑性变形应力应变增量理论中的应变增量与应力偏量成正比的关系是一致的。
最小阻力定律实际上是力学质点流动的普遍原理，它可以定性地用来分析金属质点的流动方向。
它把外界条件和金属流动直接联系起来。
很直观，使用方便。
图1 最小周边法则当接触表面存在摩擦时，矩形断面的棱柱体镦粗时的流动模型如图1所示。
因为接触面上质点向周边流动的阻力与质点离周边的距离成正比，因此，离周边的距离愈近，阻力愈小，金属质点必然沿这个方向流动。
这个方向恰好是周边的最短法线方向，用点划线将矩形分成两个三角形和两个梯形，形成了四个不同流动区域。
点划线是四区域的流动分界线，线上各点至边界的距离相等，各个区域内的质点到各自边界的法线距离最短。
这样流动的结果，矩形断面将变成双点划线所示的多边形。
继续镦粗，断面的周边将逐渐变成椭圆形。
此后，各质点将沿着半径方向流动，相同面积的任何形状，圆形的周边最小。
因而，最小阻力定律在镦粗中也称最小周边法则，[2]最终变成圆形。
图2 拔长坯料的变形模式(a) (b)矩形截面坯料在平砧拔长时，当送进量l大于坯料宽度a（l>a）时（图2-a），金属多沿横向流动，坯料宽度增加的多。
当l<a时，金属多沿轴向流动（图2-b），坯料轴向伸长的多。
因此，生产操作时，为提高拔长的效率，应适当减少送给量l（但也不宜太小）；若要使坯料展宽时，送进量应大时。
需要说明的是，图2是假定不考虑外端（不变形部分）影响而得出，若考虑外端影响，质点位移方向将有改变。
塑形变形的基本规律
塑形变形的基本规律一、塑形变形的概述1.什么是塑形变形塑形变形是指通过外力或内力作用下，材料的形状和尺寸发生变化的过程。
通过施加力或温度引起材料内部的原子或分子重新排列，从而使材料的形状、结构或某些性能发生变化。
2.塑形变形的分类塑形变形主要分为弹性变形和塑性变形两种。
弹性变形指材料受力后能完全恢复原状的变形，而塑性变形则指材料受力后形状不能完全恢复的变形。
二、塑形变形的基本规律1.斯特拉因规律斯特拉因规律是描述材料的应力与应变关系的一个基本规律。
根据斯特拉因规律，材料的应力与应变成正比，且比例系数即为材料的弹性模量。
当应力超过材料的屈服强度时，就会发生塑性变形。
2.屈服强度与塑性变形屈服强度是材料在受到外力作用下开始发生塑性变形的临界点。
当应力超过材料的屈服强度后，材料的原子或分子开始发生滑移、蠕变等变形方式，使材料的形状和尺寸发生变化。
3.温度对塑形变形的影响温度是影响材料塑性变形的重要因素之一。
在低温下，材料分子的活动能力较差，分子间的结合力较大，导致材料的塑性变形能力较弱；而在高温下，材料的分子活动能力增强，分子间的结合力减小，从而使材料更容易发生塑性变形。
三、塑形变形的应用1.金属加工中的塑形变形金属加工中广泛应用了塑形变形的方法，如锻造、压力成型、冷热挤压等。
通过塑性变形，可以使金属材料成型为所需的形状，并提高材料的机械性能。
2.塑料制品的成型塑料制品的成型过程也是一种塑形变形的过程。
通过施加适当的温度和压力，塑料原料可以被压成所需的形状，并在冷却后保持该形状。
3.生物细胞的塑形变形生物细胞的塑形变形在生物学和医学研究中有着重要意义。
细胞的塑形变形与细胞的功能、迁移、生长等密切相关，通过研究细胞的塑形变形规律，可以深入了解细胞的生物学特性。
四、塑形变形研究的发展趋势1.微观尺度下的塑性变形研究随着纳米材料和微观结构的研究发展，人们越来越关注材料的微观塑性变形行为。
通过研究材料的微观结构变化和原子间的相互作用，可以揭示材料的塑性变形机制。
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σsb σsa
σ ×9.8 N/mm2
1）带缺口试样δ=2% 2）未带缺口试样δ=35%
变形程度ε
σ
图3-25 拉伸时真应力与变形程金度属塑的性加关工原系理与技术
应 力 σsb σsa
变形程度ε
1)无缺口试样拉伸时的真应力的曲线 2）有缺口样拉伸的真应力曲线
金属塑性加工原理与技术
使产品质量降低
变形不均过大，附加应力不同平衡，而导致产品形状 缺陷
金属塑性加工原理与技术
挤压时金属流动
表面工作 应力为拉 应力
（a）及纵向应力分布（b）、（c），其中（c）为摩擦很大时应 力分布；（实线）基本应力；（虚线）附加应力； （点画线）工作应力=基本＋附加应力
金属塑性加工原理与技术
图3-24 拉伸实验曲线
假
Φ18 φ20
想
应
力
，
使变形抗力提高
塑性降低
应 力
金属塑性加工原理与技术
§4.2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用
➢在高压下产生的摩擦 ➢较高温度下的摩擦 ➢摩擦副（金属与工具）的性质相差大 ➢在接触面上各点的摩擦也不一样
金属塑性加工原理与技术
• 附加应力由不均匀变形产生，同时又限制不均匀 变形的自由发展
• 附加应力相互平衡、成对出现
附加应力定律： 由于物体塑性变形总是不均匀的，因此在变形过程中
总有相互平衡的附加应力
金属塑性加工原理与技术
不均匀变形对金属塑性变形的不良后果
• 引起应力状态发生变化，使应力分布不均匀 • 造成变形过程物体破坏 • 使材料变形抗力提高、塑性降低 • 使产品质量降低 • 使生产操作复杂化 • 形成残余应力
变形不均，造成组织、性能不均
金属塑性加工原理与技术
3. 3. 4 残余应力
• 定义 塑性变形完毕后保留在变形体内的附加应力
也分三类
残余应力
金属塑性加工原理与技术
1．残余应力的来源 2．变形条件对残余应力的影响 3．残余应力所引起的后果 4．减小或消除残余应力的措施 5．研究残余应力的主要方法
金属塑性加工原理与技术
外端是指临接变形区，而未变形的金属
因为金属塑性变形要保持整体性和连续性，因此外端 会影响到变形区内金属的流动。
金属塑性加工原理与技术
图3-15 拔长时外端的影响
外端限制宽展 当送料比l/a大时，宽展<延伸 当送料比l/a小时，宽展增大
金属塑性加工原理与技术
图3-16 开式冲孔时的“拉缩”
造成非变形区金属变形
小辊径 大辊径
金属塑性加工原理与技术
图3-5 不同宽度坯料轧制时宽展情况
轧件坯料宽度不同 B1＜B2
H、h、D相同时： 宽展部分相同 而窄板延伸＜宽板延伸
其结果导致窄板宽展率大， 延伸率小
金属塑性加工原理与技术
§3. 2 影响金属塑性流动和变形的因素
3. 2. 1 摩擦的影响 3. 2. 2 变形区的几何因素的影响 3. 2. 3 工具的形状和坯料形状的影响 3. 2. 4 外端的影响 3. 2. 5 变形温度的影响 3. 2. 6 金属性质不均的影响
金属塑性加工原理与技术
金属塑性加工原理
Principle of Plastic Deformation in Metals Processing
第二篇 金属塑性加工的流动 与变形规律
金属塑性加工原理与技术
第3章 金属塑性加工的宏观规律
§3. 1 塑性流动规律（最小阻力定律） §3. 2 影响金属塑性流动和变形的因素 §3. 3 不均匀变形、附加应力和残余应力 §3. 4 金属塑性加工诸方法的应力与变形特点
金属变形时体内变形分布不均匀，不但使物体外形歪扭 和内部组织不均匀，而且还使变形体内应力分布不均匀。 此时，除基本应力外还产生附加应力。 定义： 基本应力是由外力作用所引起的应力 附加应力是物体不均匀变形受到整体性的限制，而引起的 物体内相互平衡的应力．
金属塑性加工原理与技术
基本应力图与工作应力图
σ1=σ2=σ3 ε1=ε2=ε3=0
0> σ2 = σ1>σ3 ε3＜0 ε1=ε2= - ε3 /2
σ1>0 > σ3 σ2 =0 ε1=-ε3 ε2= ？ 0 思考：没有摩擦力，怎么变形？
金属塑性加工原理与技术
圆柱镦粗时接触表面单位压力分布图
用有孔的玻璃锤头压缩塑料
发现中间进入圆孔的塑料高度高于 边部
润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。随着 压力加工新技术新材料新工艺的出现，必将要求人们 解决新的润滑问题。
§4.1 概述
金属塑性加工原理与技术
在金属塑性加工中，必须在工模具与加工坯料之间加入 润滑介质，以减少摩擦，防止粘接，称为润滑。
润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。随着压力 加工新技术新材料新工艺的出现，必将要求人们解决新 的润滑问题。
金属塑性加工中，研究变形物体内变 形分布（即金属流动）的方法很多。 常 用的方法有：网格法；硬度法 ；比较晶 粒法。
金属塑性加工原理与技术
图3-19 不同变形程度下镦粗圆柱体
金属塑性加工原理与技术
图3-20 冷镦粗后垂直断面上洛氏硬度变化
金属塑性加工原理与技术
3. 3. 3 基本应力与附加应力
➢ 不均匀变形实质上是由金属质点的不均匀流动引起的。 因此，凡是影响金属塑性流动的因素，都会对不均匀变形 产生影响。
金属塑性加工原理与技术
均匀变形的条件
• 变形体均匀、各向同性 • 任意瞬间、任意小单元上
应力相同、应变增量相同 • 无摩擦 • 无外端
金属塑性加工原理与技术
3. 3. 2 研究变形分布的方法
金属塑性加工原理与技术
图3-1 开式模锻的金属流动
修磨圆角，减少阻力
增加飞边阻力
金属塑性加工原理与技术
图3-2 最小周边法则
俯视图，外力P方向向里
接触面上质点向周边流动的阻 力与质点离周边的距离成正比
质点向距离最短的周边移动 →分成四个区
流动的结果是变成椭圆形
金属塑性加工原理与技术
图3-3 正方形断面变形模式
3. 2. 3 工具的形状和坯料形状的影响
工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动方向的重要 因素。工具与金属形状的差异，是造成金属沿各个方向 流动的阻力有差异，因而金属向各个方向的流动（即变 形量）也有相应差别。
金属塑性加工原理与技术
图3-13 型钻中拔长
圆型砧 和V型砧不利于宽展 拔长效率高 凸型砧利于宽展，拔长效率低
（a）
方锭变圆
（b） B-B剖面
（c）
金属塑性加工原理与技术
图3-4 拔长坯料的变形模式
(俯视图)
宽展多于延伸，拔长效率低
延伸多于宽展，拔长效率高
金属塑性加工原理与技术
图3-6 辊径不同时轧件变形区纵横方向阻力图
（D′＞D，B′2＞B2）
小辊径D 延伸变形区大 大辊径D′宽展变形区大
H、h、B1相同时 B′2＞B2
金属塑性加工原理与技术
h2 为各种数值时的情况
变形锥之间距离h对变形模式的影响
接触面是否产生滑动与摩擦力和变形因子有关？
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变形几何因子的思考
• 变形是否深入取决于H/D
• 接触面是否滑移与H/D密切相关
• 可以解释几何因子影响变形力，即变形力随H/D减 少而增加
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§4.1 概述
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金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件下进 行的，这时必然产生阻止金属流动的摩擦力。这种发 生在工件和工具接触面间，阻碍金属流动的摩擦，称 外摩擦。
由于摩擦的作用，工具产生磨损，工件被擦伤；金 属变形力、能增加；造成金属变形不均；严重时使工 件出现裂纹，还要定期更换工具。因此，塑性加工中， 须加以润滑。
3. 3. 1 均匀变形与不均匀变形 3. 3. 2 研究变形分布的方法 3. 3. 3 基本应力与附加应力 3. 3. 4 残余应力
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3. 3. 1 均匀变形与不均匀变形
➢ 变形区内金属各质点的应变状态相同，即它们相应的 各个轴向上变形的发生情况，发展方向及应变量的大小都 相同，这个体积的变形可视为均匀的。
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内部质点滑移变形的近似模型
变形锥模型 向内，难变形区，摩擦力影响，静水压力大
向外： 当 H/D很大时，滑移锥不相交， 离接触面越远，滑移线不容易到达 中间难变形，形成双鼓形
当 H/D较小时，滑移锥相交， 难变形区不变形， 易变形区和自由变形区变形 形成单鼓形
当 H/D很小时，滑移锥相互干涉最严重， 相互插入难变形区，变形较均匀， 需要很大的变形力
§3. 5 塑性加工过程的断裂与可加工性 (归入金属学基础)
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§3.1 塑性流动规律（最小阻力定律）
➢概念：最小阻力定律 ➢最小周边法则 ➢实际应用分析
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最小阻力定律
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。
与应力应变增量理论相一致 (应变增量与应力偏量成正比)
§3. 4 金属塑性加工诸方法的应力与变形特点
3. 4. 1 金属在平锤间镦粗时的应力及变形特点 3. 4. 2 平辊轧制时金属的应力及变形特点 3. 4. 3 棒材挤压时的应力及变形特点 3. 4. 4 棒材拉伸时的应力及变形特点
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第4章 金属塑性加工的摩擦与润滑
§4.1 概述 §4.2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 §4.3 塑性加工中摩擦的分类及机理 §4.4 摩擦系数及其影响因素 §4.5 测定摩擦系数的方法 §4.6 塑性加工的工艺润滑