第四章 塑性成形理论基础 不均匀变形

不均匀变形引起断裂
锻造时内部裂纹 翻转90°反复激烈 的错动下变形，导 致沿对角线处产生 疲劳开裂。
0916120232--王乐
不均匀变形引起断裂
对4Cr4NiW2Mo奥氏体耐热钢，用图示的两种锤 头压缩总变形达40%时都未见裂纹
0916120232--王乐
不均匀变形引起断裂
轧板时 裂边与劈头
材料成形原理
第四章 塑性成形理论基础
(物理基础、力学基础 )
塑性成形理论基础 之 塑性加工中的不均匀变形 均匀变形与不均匀变形
变形区内各质点处(或各个微小体积元内)的应变状 态都相同，则为均匀变形。否则，为不均匀变形。
0916120232--王乐
根据应变与位移之间关系方程和上述均匀变形定义 均匀变形时，变形区各点的位移(u,v,w)为坐标的线 性函数： Cij =εij
端的一定区域。
0916120232--王乐
外端对不均匀变形的作用
封闭外端： 整个变形区处于其与工具的接 触表面和其与外端接触面的封 闭包围之中。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。
0916120232--王乐
外端对不均匀变形的作用
非封闭外端：外 端起着强迫“拉 齐”作用 局部压缩时外端 对延伸和宽展的 影响
双鼓形 和 单鼓形
失稳弯曲 双鼓形 单鼓形 难变形区相遇
0916120232--王乐
外wk.baidu.com对不均匀变形的作用
将在某一瞬间变形物体不直接承受工具作用而
处于变形区以外的部分称为外端(或称外区、刚
端)。因为外端与变形区直接相连，所以在变形
过程中外端与变形区要发生相互作用。外端影
响着变形区内金属的变形、应力及速度分布等。 而变形区金属的变形也会影响到与其相连的外
裂纹通过变形 K分别为裂 纹的起点和终点)
0916120232--王乐
挤压时内部裂纹
拉拔时的内裂纹
挤压比或拉拔变形区长 度 l 与坯料直径do 之比 较小时，产生表面变 形，使压缩变形深入不 到轴心，轴心处产生附 加拉应力。严重时产生 内部裂纹。
0916120232--王乐
0916120232--王乐
拔长不均匀变形
自由锻的基本工序——拔长。
拔长是使坯料在锤头压缩作用下
横截面减小，长度增加的过程。
0916120232--王乐
拔长不均匀变形
拔长送进量 l<0.5h时， 变形区呈双 鼓形，中间 锻不透。
0916120232--王乐
塑性成形理论基础 塑性加工中的断裂
不均匀变形引起断裂
轧板时 的表面开裂
0916120232--王乐
不均匀变形引起断裂
轧制时的内部裂纹
l/h较大时的轧制 变形与附加应力
0916120232--王乐
挤压时表面裂纹
挤压时，筒壁摩擦力 作用下，边部金属的 流动滞后于心部，造 成边部受拉，中心受 附加压应力，边部受 附加拉应力。严重时， 造成挤压制品表面裂 纹。甚至会出现竹节 现象，甚至呈棘棒状。
均匀变形的基本几何特点： • 任何平面或直线在变形后仍为平面和直线， 平行的直线和平面在变形后仍然是平行的； • 二阶曲线或曲面变形后仍为二阶曲线或曲 面；圆和球面在变形后变成椭圆和椭球； • 任何几何相似且位置相似的单元体变形后仍 保持几何相似。
0916120232--王乐
均匀变形的条件：
1. 变形体各向同性； 2. 各点物理状态和性质相同，特别是变形体内 各点处的温度和变形抗力相同； 3. 变形体与工具接触面上任一点处的绝对压下 量和相对压下量相同； 4. 整个变形体同时处于工具的直接作用下，即 变形在无外端的情况下进行； 5. 接触面上完全没有接触摩擦或没有摩擦引起 的阻力。
0916120232--王乐
物体为抵抗外力而在其内部产 生的弹性应力，叫作基本应力。 当外力去除后，物体的弹性变 形恢复，基本应力消失。
0916120232--王乐
• 由于变形体其各部分的不均 匀变形受到物体整体性的限 制，所引起的物体各部分之 间相互平衡的应力，叫附加 应力。 • (塑性的)不均匀变形不 因外 力的去除而消失，所以当外 力去除后，附加应力仍保留 在物体内。保留下来附加应 力成为残余应力
0916120232--王乐
不均匀变形引起断裂
锻造时内部裂 纹－锻造时“十 字区”开裂
翻转90°反复 激烈的错动下 变形，导致沿 对角线处产生 疲劳开裂。
0916120232--王乐
不均匀变形引起断裂
锻造时内部 裂纹
翻转90°反 复激烈的错 动下变形， 导致沿对角 线处产生疲 劳开裂。
0916120232--王乐
0916120232--王乐
应变分布研究方法
坐标网格法： 比较晶粒法与比较硬度法： 光学应变法：
0916120232--王乐
摩擦引起的不均匀变形
0916120232--王乐
单 鼓 形
0916120232--王乐
镦粗不均匀变形
0916120232--王乐
镦粗时压力分布
中 心 最 高 向 四 周 沿 径 向 递 减
锻造时表面开裂
III区的鼓形处受到环向附加拉应 力作用产生侧 表面裂纹
由于剪应力引起的和环向附加拉 应力方向接近 成45°角的裂纹
0916120232--王乐
不均匀变形引起断裂
防止开裂措施： 1)提高工件表面的光 洁度，采用合适的 润滑剂减小接触摩 擦。 2) 采用凹形模，通 过模壁对工件的横 向压缩，使环向附 加拉应力减小。 3)采用软垫
0916120232--王乐
物体在塑性变形时， 在其内部同时存在着 基本应力和附加应力。 所以用各种方法对变 形物体实测出来的应 力(包括应力分布图)应 为其基本应力与附加 应力的代数和，称为 图为 挤压时金属流动（a）及纵向应力分布 工作应力。 （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；（点实线）工作应力
0916120232--王乐
镦粗不均匀变形
0916120232--王乐
接触面的滑动及侧面局部 转移使接触表面直径增加
镦粗试样-翻平区
滑动区 翻平区 粘着区
0916120232--王乐
0916120232--王乐
镦粗不均匀变形
0916120232--王乐
镦粗不均匀变形
变形区形状因子/几何因子