第9讲变形不均匀原因及防止措施
《结构设计原理》叶见曙 第三版 课件第9章 钢筋混凝土受弯构件的应力、裂缝和变形计算
• 裂缝开展宽度过大，大气中的水汽和侵蚀性气体进入裂缝，
引起主筋锈蚀，使主筋有效截面积减小，导致构件强度降 低； • 由于冰冻和水化作用，日久会影响构件的耐久性，缩短 构件使用寿命。
青海大学 结构设计原理
广州机场立交出现15厘米宽裂缝
青海大学 结构设计原理
9.4 裂缝宽度计算——裂缝控制目的
1、保证使用功能的要求 结构构件的变形较大时，会严重影响甚至丧失它的使用功 能。如桥梁上部结构过大的挠曲变形使桥面形成凹凸的波 浪形，影响车辆行驶，严重时将导致桥面结构的破坏。 2、满足观瞻和使用者的心理要求 构件的变形过大，还引起使用者明显的不安全感。 3、避免对其他结构构件的不利影响 构件的变形过大，会影响到与它连接的其他勾结也发生过 大变形，有时甚至会改变荷载的传递路线、大小和性质。
裂缝宽度计算
《公路桥规》采用的公式是大连工学院海洋工程研究所试验资料基 础上，分析了裂缝宽度的主要因素，舍去次要因素，用数理统计方 法给出的简单适用的公式。
表面形状系数，带肋：1.0 钢筋的直径，采用不同 直径的钢筋时 4 As 按短期效应组合计算的构件裂缝 受力特征系数，受弯 1.0 ， 光圆： 1.4 取换算直径： d (MPa) 处纵向受拉钢筋的应力 大偏压0.9 ss 30 d wmax c1c2c3 ( ) (mm) 受拉钢筋的总周长 Es 0.28 10
青海大学 结构设计原理
9.5 受弯构件的挠度验算
钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度，可 根据给定的构件刚度，用结构力学的方法计算。 由图乘法可得，简支梁的挠度计算公式： 承受均布荷载时： 跨中承受集中荷载时：
热处理质量管控CQI9教材课件
金属学基础知识—铁碳合金
铁素体—碳熔于α-Fe晶格间歇形成的间 歇固熔体，称为铁素体.用F表示。用于铁 素体的含碳量低，所以铁素体的组织与 纯铁相似。具有良好的塑性和韧性，而 强度和硬度较低。
（另有δ铁素体，是碳熔于δ-Fe晶格间歇 中形成的间歇固熔体。）
金属学基础知识—铁碳合金
奥氏体—碳熔于γ-Fe晶格间隙中形成的 间隙固溶体，称为奥氏体。用A表示。由 于奥氏体的溶碳比铁素体多，因此奥氏 体的强度和硬度较铁素体高，并且是单 一的固溶体，所以其塑性较好，变形抗 力较低。绝大多数钢在进行压力加工和 热处理时，都加热到奥氏体区域。
ISO/TS 16949:2002条款8.2.2.2 要求组织 应审核每个制造过程以确定它的有效性。热处 理过程有适用性和有效性应利用CQI-9第二版 特殊过程：热处理系统的评审（Heat Treat
顾客特殊要求
System Assessment,HTSA）来确定，这文件由 AIAG出版。有效性的评估应包括组织的自我评 审、已采取措施，并维护所有的记录。
2007 年9月 4.1.12 热处理过程
ISO/TS 16949:2002条款要求，组织应审 核每一个制造过程以确定其有效性。热处理过 程的适用性和有效性应利用AIAG所发行的CQI9第二版特殊过程：热处理系统评审（CQI-9 Special Process: Heat Treat
顾客特殊要求
SystemAssessment, HTSA）来加以确定，并维 护其记录。其有效性的评估应包括组织的自我 评审、已采取的措施和已被维护的记录。
金属学基础知识—晶格类型
体心立方晶格：他的晶胞是一个立方体，在立 方体的八个角和立方体的中心，各排列一下原 子.属于这类晶格类型的金属有钨/铬/矾及a铁；
冲压件常见质量缺陷及原因分析,整改对策
有用！最全的冲压件缺陷产生原因及其预防措施一、图片展示常见的缺陷有9类，分别是：开裂、叠料、波浪、拉毛、变形、毛刺、缺料、尺寸不符、坑、包以及压伤。
二、冲压件缺陷原因及预防1.冲压废品1）原因：原材料质量低劣；冲模的安装调整、使用不当；操作者没有把条料正确的沿着定位送料或者没有保证条料按一定的间隙送料；冲模由于长期使用，发生间隙变化或本身工作零件及导向零件磨损；冲模由于受冲击振动时间过长紧固零件松动使冲模各安装位置发生相对变化；操作者的疏忽，没有按操作规程进行操作。
2）对策：原材料必须与规定的技术条件相符合(严格检查原材料的规格与牌号，在有条件的情况下对尺寸精度和表面质量要求高的工件进行化验检查。
)；对于工艺规程中所规定的各个环节应全面的严格的遵守；所使用的压力机和冲模等工装设备，应保证在正常的工作状态下工作；生产过程中建立起严格的检验制度，冲压件首件一定要全面检查，检查合格后才能投入生产，同时加强巡检，当发生意外时要及时处理；>前沿数控技术微信不错，记得关注。
坚持文明生产制度，如工件和坯件的传送一定要用合适的工位器具，否则会压伤和擦伤工件表面影响到工件的表面质量；在冲压过程中要保证模具腔内的清洁，工作场所要整理的有条理加工后的工件要摆放整齐。
2.冲裁件毛刺1）原因：冲裁间隙太大、太小或不均匀；冲模工作部分刃口变钝；凸模和凹模由于长期的受振动冲击而中心线发生变化，轴线不重合，产生单面毛刺。
2）对策：保证凸凹模的加工精度和装配质量，保证凸模的垂直度和承受侧压力及整个冲模要有足够的刚性；在安装凸模时一定要保证凸凹模的正确间隙并使凸凹模在模具固定板上安装牢固，上下模的端面要与压力机的工作台面保持相互平行；要求压力机的刚性要好，弹性变形小，道轨的精度以及垫板与滑块的平行度等要求要高；要求压力机要有足够的冲裁力；冲裁件剪裂断面允许毛刺的高度冲裁板材厚度>0.3>0.3-0.5>0.5-1.0>1.0-1.5>1.5-2.0新试模毛刺高度≤0.015≤0.02≤0.03≤0.04≤0.05生产时允许的毛刺高度≤0.05≤0.08≤0.10≤0.13≤0.153.冲裁件产生翘曲变形1）原因：有间隙作用力和反作用力不在一条线上产生力矩。
第9讲变形不均匀原因及防止措施
金属塑性变形理论
Theory of metal plastic deformation
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Ⅰ区表示由外摩擦影响而产生的难变形区；
Ⅱ区表示与作用力成45°角的最有利方位的 易变形区；
Ⅲ区表示变形程度居于中间的自由变形区。
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镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响
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应力分布不均
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外摩擦不仅影响变形，而且使接触面上的应 力（或单位压力）分布不均匀，沿试样边缘 的应力等于金属的屈服极限，从边缘到中心 部分，应力逐渐升高。
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Lesson Nine
在变形体内因温度不同所产生热膨胀的不同 而引起的热应力，与由不均匀变形所引起的 附加应力相叠加后，有时会加强应力的不均 匀分布，甚至会引起变形物体的断裂。
在热轧中常见到轧件轧出后会出现上翘或下 翘现象，产生此现象原因之一就是轧件的温 度不均所造成的。
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Lesson Nine
双鼓形
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工具与工件的轮廓形状
Lesson Nine
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。
第9章-盾构隧道结构
1986～1988年 复圆、多圆 断面盾构MF
1865年 圆形 挤压式盾构
1976年 铰接式盾构
1993年 球体盾构、 扩径盾构
3、盾构隧道的发展
国内盾构隧道走过的历程
上杨
海浦
上路 海南
地线 铁
延线
上一 海号
安 东
隧 道
双圆盾构
2003年
上路
地线 铁
1994年 泥水平衡式盾构
阜盾
海隧
新构
打道
Φ输
水
1、 隧道断面形式的选择，根据隧道的使用要求、施工技术 的可能、地层的特性、隧道受力等因素确定。
最常用的盾构隧道断面为圆形： (1)可以等同的承受各个方向
的外部压力，尤其是在饱和含水 的软土地层中修建地下隧道，由 于顶压和侧压较为接近，更可以 显示出圆形隧道断面的优越性；
(2)施工中易于盾构推进； (3)便于管片的制作与拼装； (4)盾构即使发生转动，对断 面的利用也无大碍。
1886年，Great在南伦敦铁路隧道中使用了盾构和压气组合 工法，为现在的盾构工法奠定了基础。
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3、盾构隧道的发展
1825年 盾构机首次使用
1830年 使用气压的 半机械式盾构
1840年 能够壁后注浆的
机械式盾构
1966年 泥水加压盾构
1974年 土压平衡盾构EPB
1981年 压注混凝土 衬砌工法ECL
盾构法隧道有哪些优点呢？
（1）在盾构支护下进行地下工程暗挖施工，不受地 面交通、河道、航运、潮汐、季节、气候等条件的 影响，能较经济合理地保证隧道安全施工；
（2）在盾 构的掩护下 进行开挖和 衬砌作业， 有足够的施 工安全性；
（3）盾构作业产生的 振动、噪声等环境危害 较小; 对地面建筑物及 地下管线的影响较小
10《土木工程概论》第9讲_土木工程中的力学和结构概念-03
共45张 第29张
土木工程概论
2.3 应力、应变、弹性模量
结构承受荷载为0→P2时，结构构件处于弹性状态；
结构承受荷载为P2→P3时，结构构件处于塑性状态；
结构承受荷载超过P3， 将达其极限应力时，结构
＞P3
P2 ~ P3
构件处于破坏失效状态。
不同的结构材料弹、塑性是不 0 ~ P2 同的。有塑性的材料称为塑性材 料，如钢材、砼等，这类材料一旦 出现塑性有发生破坏的预兆；反之 称为脆性材料如石材、玻璃等。
地震对结构施加的 影响属间接作用， 应把结构承受的 “地震荷载”称为 地震作用。
震源、地震波、 震中、震中距的关系
共45张 第17张
土木工程概论
2 荷载、作用和效应
2.2 间接作用（间接荷载）
除直接施加在结构上的外力（即荷载）外，还有一种因间接
施加影响引起结构受力的作用。作用也使结构内部产生内力和变 形。它们也以三类形式出现。
土木工程概论
1 外力、内力和反力
倘若桥的两端曾可能被 锯过又接了起来，当人拿着 重物走上去，桥身必然像被 剪切般地下落。现在桥身没 有被锯，受力后完好无损， 说明桥身还承受有剪切力。
桥身承受剪切
再如果将重物放在桥
桥身承受扭曲
的一侧，全桥还将受 到扭曲。
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土木工程概论
1 外力、内力和反力
金属材料冷热不均变形的原因
金属材料冷热不均变形的原因主要有以下几点：
1. 热胀冷缩：金属在受热时会膨胀，受冷时会收缩，当金属材料的一部分受热或受冷时，由于温度的不均匀分布，会导致金属材料的冷热不均变形。
2. 内部应力：金属材料在加工或使用过程中会产生内部应力，当金属材料受热或受冷时，内部应力会导致金属材料发生形变。
3. 结构不均匀：金属材料的结构不均匀也会导致冷热不均变形，例如金属材料中存在晶粒大小差异、组织不均匀等情况，会使金属材料在受热或受冷时出现不均匀的变形。
4. 外部约束：金属材料在受热或受冷时，如果受到外部约束限制，会导致金属材料的冷热不均变形，例如在焊接过程中，焊接点受热后会产生热变形，如果受到外部约束，则会导致焊接点出现形变。
高速公路隧道二衬错台原因分析及防治措施
2019年9月第3期葛洲坝集团科技总第131期高速公路隧道二衬错台原因分析及防治措施张建清中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司摘要：隧道二衬施工时，由于多种因素，两模接头容易出现大量错台，严重影响外观质量。
为解决这一疑难问题，笔者结合工程实践，进行了大量研究，分析了二衬错台产生的主要原因，总结出科学有效的隧道二衬错台防治措施。
关键词：隧道施工；二衬错台；防治措施1概述近年来，随着公路隧道施工新技术的发展和各种先进设备在高速公路隧道上的应用，隧道施工速度和整体施工质量也得到了很大的提高，不过二衬外观质量(作为隧道质量控制的重要指标之一)并没有得到很好的解决。
二衬两模接头经常出现大量错台，无论直线隧道或是曲线隧道皆如此如何减少乃至消除二衬接头错台，提高外观质量成为一个疑难问题。
为此，对隧道二衬台车构造、二衬台车安装定位及莊浇筑过程对台车可能产生的反作用等因素进行了分析，结合草坝隧道二衬施工实际情况，总结并提出二衬错台产生的主要原因及防治措施。
2工程概况草坝隧道位于巴通万高速公路万源分部，为分离式双线隧道，左洞长3084m,右洞长3020m；隧道为二车道单洞，净宽10.25m。
隧道进口段160m位于半径为1410m平曲线上，隧道出口段280m位于半径为1000m平曲线上，中间为直线段。
全隧道为2.2%上坡隧道，分别从两头掘进。
出口段二衬施工为下坡方向，进口段二衬施工为上坡方向，本隧道共计4个施工二衬作业面。
隧道二衬采用全液压自行式整体衬彻台车施工，栓浇筑采用罐车运送、泵送人模，振动采用插入式振搗器与附着式振搗器配合进行，台车模板与前一模栓搭接一般为5cm〜10cm,台车端头采用木模拼装封堵。
台车长度均为1加，台车走行钢轨采用50kg每米轨道，每根钢轨长6.25m,采用鱼尾夹板连接，枕木釆用20cm X20cm X50cm硬质方木，枕木中心间距60cm。
隧道二次衬砌台车结构见图1、图2。
3二衬错台原因分析据对施工完成路段隧道二衬的调查，二衬碇错台主要发生在两侧边墙部位，拱部、拱腰部位错台几率相对较小，现结合现场施工情况，从二衬台车结构影响、安装定位及碇浇筑影响等三方面进行了分析。
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Lesson Nine
a
b
c
如图所示，在圆形砧或V型砧中拔长圆断面坯料时， 工具的侧面压力使金属沿横向流动受到很大的阻碍， 被压下的金属大量沿轴向流动，这就使拔长效率大大 提高。当采用图c所示的工具时，则产生相反的结果， 金属易于横向流动。
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在许多情况下，当工具的 形状已得到了严格的控制 时，为获得变形均匀的产 品，还必须要考虑原始坯 料形状的影响。如果坯料 的尺寸和形状的选择不当 也会使物体产生不均匀变 形。
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Lesson Nine
在变形体内因温度不同所产生热膨胀的不同 而引起的热应力，与由不均匀变形所引起的 附加应力相叠加后，有时会加强应力的不均 匀分布，甚至会引起变形物体的断裂。
在热轧中常见到轧件轧出后会出现上翘或下 翘现象，产生此现象原因之一就是轧件的温 度不均所造成的。
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减轻变形不均的措施
Lesson Nine
正确选定变形的温度－速度制度
变形温度应保证物体在单相区完成塑性变形， 并在整个物体内分布均匀。变形速度制度的 选择也应使变形在物体内分布均匀，如H／d 比较大的厚件，在速度较低的压力机上锻压 较合适。
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Lesson Nine
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金属性质不均的影响
Lesson Nine
变形金属中的化学成分、组织结构、夹杂物、 相的形态等分布不均会造成金属各部分的变 形和流动的差异。例如，在受拉伸的金属内 存在一团杂质，由于杂质和其周围晶粒的性 质不同，出现应力集中现象，结果这种缺陷 周围的晶粒必须发生不均匀变形，并会产生 晶间及晶内附加应力。
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Lesson Nine
使塑性降低 在具有应力不均匀分布的变形物体内，当某
处的工作应力达到金属的断裂强度时，则在 该处将首先产生断裂，从而导致金属的塑性 下降。
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Lesson Nine
挤压件上表面裂纹及应力分布图
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Lesson Nine
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镦粗时的分区
Lesson Nine
圆柱体镦粗时，由于接触面上有摩擦存在， 在接触表面附近金属流动困难，圆柱形坯料 转变成鼓形。在此情况下，可将变形金属整 个体积大致分为三个区：
Ⅰ区表示由外摩擦影响而产生的难变形区；
Ⅱ区表示与作用力成45°角的最有利方位的 易变形区；
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Lesson Nine
难变形区
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变形区的几何因素
Lesson Nine
在金属塑性加工中存在着外摩擦，变形的不 均匀分布情况与变形区几何因素(如H/d、 H/L、H/B等)有密切关系。实验表明：镦粗 圆柱体时，当试样原始高度与直径比 H/d<2.0时才发生上述的单鼓形不均匀变形。 当坯料高度较大且变形程度甚小时(当H/d＞ 2.0时)，则往往只产生表面变形，而中间层 的金属不产生塑性变形或塑性变形甚小，结 果导致形成双鼓形。
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封闭形外端
Lesson Nine
在被压缩体积的外部存在有封闭形外端时，一方面， 被压缩体积的变形要影响到外端的一定区域。另一 方面，外端会阻碍被压缩体积的向外扩展。
若外端的体积甚小时，则在变形过程中，在被压缩 体积变形的影响下，外端的高度也会有所减小，外 端向外扩展。如果外端的体积较大，则被压缩体积 的变形很难进行。若所施的压力非常大时，也可以 把工具(压头)压入变形物体内，此时部分变形金属将 沿工具的周围被挤出。可见，金属在具有封闭形外 端条件下的压缩与无外端时有很大差别。封闭形外 端可以减小被压缩物体的不均匀变形，并可使其三 向压应力状态增强。
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摩擦系数f不同时塑压件退火 后中心轴上晶粒大小分布
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Lesson Nine
使技术操作复杂 由于变形体内应力的分布不均，使加工工具
的各部分受力不均，以致使工具各部分的弹 性变形和磨损不均。这样就使工具设计、制 造和维护复杂。同时也使对材料进行的热处 理制度复杂化。
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5.2 变形不均匀的原因
接触面上的外摩擦 变形区的几何因素 工具与工件的轮廓形状 变形体内部温度分布不均 变形体的外端 金属性质不均的影响
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Lesson Nine
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接触面上的外摩擦
Lesson Nine
在工具和变形金属之间的接触面上必然 存在摩擦。由于摩擦力的作用，在一定 程度上改变了金属的流动特性并使应力 分布受到影响。
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Lesson Nine
在变形区的中部，由于外端对纵向延伸的 “拉齐”作用使自由延伸减小的结果，使宽 展被迫增大，而在端部由于使自由延伸的被 迫增加，使宽展减小。结果，由于外端对纵 向延伸的“拉齐”作用，使变形区沿高向的 中部产生的宽展最大，端部宽展最小。这样， 由于外端的存在，使变形物体的纵向变形的 不均匀性减小，横向变形的不均匀性增大。
另外，沿物体高度方向由接触面至变形体的 中部，应力的分布是逐渐减小的，这是因外 摩擦的影响逐渐减弱所致。
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带孔的玻璃锤头镦粗塑料实验
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侧面翻平
Lesson Nine
变形物体在压缩时，由于接触摩擦的作用， 在出现单鼓形的同时，还会出现侧表面的金 属局部地转移到接触表面上来的侧面翻平现 象。随着压下率的增加，aa和bb部分由侧表 面逐步地转移到端面上来。此侧面翻平现象 发生在侧表面面积的减小量大于接触面面积 的增加量的时候。如果接触面面积增加量大 于侧面的减小量时，则因新的接触面的形成 将不再吸收侧面的多余面积。
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封闭形外端
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非封闭形外端
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非封闭形外端
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在金属压力加工中属于非封闭形外端的 变形过程较多，例如，锻造延伸，拉拔 等。
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Lesson Nine
外端对变形物体的纵向延伸有强迫“拉齐” 作用，使变形物体沿高度方向的纵向延伸趋 于一致。结果，在变形区内于自由延伸大的 中部产生附加压应力，于自由延伸小的端部 产生附加拉应力。此外，变形物体为一整体， 变形物体的纵向延伸的变化也必然会影响着 横向宽展的变化。
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Lesson Nine
圆柱体垂直剖面上坐标网格在镦 粗过程中的变化
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Lesson Nine
由此可见，物体在压缩时接触面积的增加， 可由接触表面上金属质点滑动和侧面质点翻 平两部分组成。侧面金属翻平量的大小取决 于接触摩擦条件和变形物体的几何尺寸。接 触面上的摩擦越大，接触面上的金属质点越 不易滑动，因而侧面金属转移上来的数量就 越多。试样的高度越大，侧面金属越易于转 移到接触表面上来。当试样的高度大于直径 时，接触面积的增加将主要是由侧面金属的 转移所造成。
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翻平宽展
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鼓形宽展
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粘着现象
Lesson Nine
实验结果表明，圆柱体金属在镦粗过程中， 若接触摩擦较大和高径比H／D较大时，则在 端面的中心部位有一区域，在此区域上金属 质点对工具完全不产生相对滑动而粘着在一 起。此现象称为粘着现象。此粘着在一起的 区域称为粘着区。此粘着现象也影响到金属 的一定深度，这样就构成了以粘着区为基底 的圆锥形或近似圆锥形的体积，此体积称为 “难变形区”。
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5.3 变形不均的防止措施
变形不均产生的后果 减轻变形不均的措施
Lesson Nine
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Байду номын сангаас 变形不均产生的后果
Lesson Nine
使单位变形力增大
当变形不均匀分布时，将使物体内部产生相 互平衡的附加应力，使变形能量消耗增加， 也使单位变形力增大。此外，当应力不均匀 分布时，将使变形体内实际的应力分布情况 与基本应力有很大不同，有时虽然作用着单 向的基本应力，但工作应力却可能变成三向 同名应力状态，此时也会使单位变形力增大。
金属塑性变形理论
Theory of metal plastic deformation
第九讲 Lesson Nine
变形不均匀原因及影响措施
Lesson Nine
第五章 塑性变形的不均匀性
主要内容
Main Content
变形不均匀的基本概念 变形不均匀的原因 减小变形不均匀的措施 残余应力
使产品质量降低
由于变形的不均匀分布使物体内产生附加应 力，若变形后物体的温度较低不足以消除此 附加应力时，则在物体内将存有残余应力， 从而使物体的力学性能下降。同时，由于变 形体内各处的变形不同，其再结晶后各处的 晶粒大小也不同，造成组织与性能分布不均。
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铝—钢双金属轧制时由不均匀 变形产生的弯曲现象
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变形体的外端
Lesson Nine
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。在自由锻造中，除镦 粗外的其他变形工序，工具只与坯料的一部 分接触，变形是分段逐步进行的，因此，变 形区金属的流动是受到外端的制约的。