材料课件塑性加工工程学
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塑性加工力学2014.09
![塑性加工力学2014.09](https://img.taocdn.com/s3/m/5ef6500b90c69ec3d5bb755f.png)
绪 论
0.7.本课程的学习方法
(1)课堂学习与课下学习相结合,加强课堂讨论与提问。 (2)辅助习题课、实验课加强理解。 (3)注意与其他基础课、专业课的融会贯通。 (4)借助其他参考书加强理解、学习。
参考书目: 王大年 金属塑性成形原理 钟春生等 金属塑性力学计算基础 赵志业 金属塑性加工力学 王仲作 塑性加工力学基础 曹乃光 金属塑性加工原理 王廷薄 金属塑性加工学 等
☆ 研究范畴:
金属塑性加工学
材料科学范畴
力学范畴
塑性变形机理,组织性能 与工艺参数之间的关系。
工件变形与外力/摩擦 力之间的关系。
塑性加工力学即在力学范畴内研究金属塑性加工过程中金属变形力学规律的课程。
☆ 研究主线:
研究对象: 金属材料 (假定为均匀连续介质)
研究工件内的应力/应变分布规律
建立工件变形与外力的定量关系
绪 论
0.6.本课程的性质、内容、任务、要求
(1)性质:专业基础课。 (2)内容:金属变形的流动规律,塑性变形力与功。 (3)任务:对物体应力和应变分析的基础上建立求 解塑性加工问题的变形力学方程和解析方法,从而确 定塑性加工成型的力能参数和工艺变形参数,以及影 响这些参数的主要因素。 (4)要求:掌握基本概念、基本原理和基本方法。
P / A S
A 0
平均应力
当
P dP lim Sn A dA
P
全应力
Sn为物体内部过某点,外法线为N截面面上的应力。
1 应力与应变
应力S 是内力的集度。 内力和应力均为矢量。
P S lim A0 A
应力的单位(力/面积): 1Pa=1N/m2 =1.0197kgf/mm2; 1MPa=106 N/m2
塑性力学 ppt课件
![塑性力学 ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/36fc4ca302d276a200292ef4.png)
或者
l l n ij i j S n ij l i 2 S n n
2 n
(求和约定的缩写形式)
一点的应力状态及应力张量
一点的应力状态:是指通过变形体内某点的单元体所有 截面上的应力的有无、大小、方向等情况。 一点的应力状态的描述: 数值表达:x=50MPa,xz=35MPa 图示表达:在单元体的三个正交面上标出(如图 1-2) 张量表达: (i,j=x,y,z) x xy xz
1 2 2 3 3 1
x
I3 . .
xy xz y yz . z
23 1
讨论:
1. 2. 3. 4. 5. 6. 可以证明,在应力空间,主应力平面是存在的; 三个主平面是相互正交的; 三个主应力均为实根,不可能为虚根; 应力特征方程的解是唯一的; 对于给定的应力状态,应力不变量也具有唯一性; 应力第一不变量I1反映变形体体积变形的剧烈程 度,与塑性变形无关;I3也与塑性变形无关; I2与塑性 变形有关。 7. 应力不变量不随坐标而改变,是点的确定性的判据。
弹性、塑性变形的力学特征
可逆性:弹性变形——可逆;塑性变形——不可逆 -关系:弹性变形——线性;塑性变形——非线性 与加载路径的关系:弹性——无关;塑性——有关 对组织和性能的影响:弹性变形——无影响;塑性变形—— 影响大(加工硬化、晶粒细化、位错密度增加、形成织构等) 变形机理:弹性变形——原子间距的变化; 塑性变形——位错运动为主 弹塑性共存:整体变形中包含弹性变形和塑性变形;塑性变 形的发生必先经历弹性变形;在材料加工过程中,工件的塑 性变形与工模具的弹性变形共存。
金属塑性加工原理
塑性加工工程学(锻造部分)
![塑性加工工程学(锻造部分)](https://img.taocdn.com/s3/m/7eca70bdfd0a79563c1e7215.png)
作为极端的情况,当纵向流 动阻力大于横向流动阻力时 (这种情况通常发生于挤出 的凸台与模腔底部相接触 时),则只能发生镦粗变 形,也即相当于xk=0。
当xk=01时,区域②消失
。
中部具有凸台的平面应变镦粗特例
b) xk =0时σy分布图形 c) 0< xk <01时σy 、p分布图形
第二节 模锻变形力分析 圆盘类锻件模锻过程的闭合(打靠)瞬 间。此时的变形力为最大。 它包括两部分:飞边的变形力Pb和锻件本 体的变形力Pd。
(l)飞边的变形力Pb
飞边的变形属平行砧板间轴对称镦粗型。 参照工程塑性理论中的镦粗计算公式, 设τ=k (k=Y/3-1/2 ) 可得:
列基元板块的平衡方程式:
(2)锻件本体变形力pd
在模锻的闭合阶段(打靠阶段),锻件本体的变形仅 局限在分模面附近的区域内,变形区的形状类似于一 凸透镜,其余部分不发生塑性变形。因此,求锻件本 体的变形力,就归结为求此凸透体的镦粗变形力。
为了方便计算,可对凸透镜 变形区的形状进行简化,简 化的模式不同,所得结果会 互有出入。比较简便的一种 是将其简化成直径为D高度 为h0 =2h的圆盘。
凸透镜变形区的 界限并非如图中 所示的那样分 明,其几何尺寸 也无法严格确 定。凸透镜的最 厚部分h0与飞边 桥部的高度h之比 h0/h随D/h的增 加而增加,其变 化范围大约在2- 5之间。
坯料镦粗到某一高 度,分流面扩大到整 个环孔范围,由于Ⅱ 区得到扩大,凸肩高 度增量△ h接近等于 压下量△H。
坯料镦粗程度很大 时,分流面已经超 出了环孔直径,使 得Ⅱ区更加扩大, 凸肩高度增量△ h 大于压下量△ H。
环孔斜度大小对金属流动的影响: 当环孔无斜度时,金属向环孔中流动,仅受 孔壁摩擦阻力。 如环孔有斜度时,除了孔壁摩擦阻力外,还 有孔壁的反作用力。 斜度越大则反作用力越大,其垂直分力阻止 金属向环孔中流动,水平分力而有利焊合坯料 内部缺陷。 采用垫环镦粗锻造带凸肩的锻件时,关键 是能否锻出所要求的凸肩高度。
当xk=01时,区域②消失
。
中部具有凸台的平面应变镦粗特例
b) xk =0时σy分布图形 c) 0< xk <01时σy 、p分布图形
第二节 模锻变形力分析 圆盘类锻件模锻过程的闭合(打靠)瞬 间。此时的变形力为最大。 它包括两部分:飞边的变形力Pb和锻件本 体的变形力Pd。
(l)飞边的变形力Pb
飞边的变形属平行砧板间轴对称镦粗型。 参照工程塑性理论中的镦粗计算公式, 设τ=k (k=Y/3-1/2 ) 可得:
列基元板块的平衡方程式:
(2)锻件本体变形力pd
在模锻的闭合阶段(打靠阶段),锻件本体的变形仅 局限在分模面附近的区域内,变形区的形状类似于一 凸透镜,其余部分不发生塑性变形。因此,求锻件本 体的变形力,就归结为求此凸透体的镦粗变形力。
为了方便计算,可对凸透镜 变形区的形状进行简化,简 化的模式不同,所得结果会 互有出入。比较简便的一种 是将其简化成直径为D高度 为h0 =2h的圆盘。
凸透镜变形区的 界限并非如图中 所示的那样分 明,其几何尺寸 也无法严格确 定。凸透镜的最 厚部分h0与飞边 桥部的高度h之比 h0/h随D/h的增 加而增加,其变 化范围大约在2- 5之间。
坯料镦粗到某一高 度,分流面扩大到整 个环孔范围,由于Ⅱ 区得到扩大,凸肩高 度增量△ h接近等于 压下量△H。
坯料镦粗程度很大 时,分流面已经超 出了环孔直径,使 得Ⅱ区更加扩大, 凸肩高度增量△ h 大于压下量△ H。
环孔斜度大小对金属流动的影响: 当环孔无斜度时,金属向环孔中流动,仅受 孔壁摩擦阻力。 如环孔有斜度时,除了孔壁摩擦阻力外,还 有孔壁的反作用力。 斜度越大则反作用力越大,其垂直分力阻止 金属向环孔中流动,水平分力而有利焊合坯料 内部缺陷。 采用垫环镦粗锻造带凸肩的锻件时,关键 是能否锻出所要求的凸肩高度。
工程材料—金属的塑性加工
![工程材料—金属的塑性加工](https://img.taocdn.com/s3/m/262c1d0db52acfc789ebc9fc.png)
1. 回复
回复是指在加热温度较低时,由于金属中的点缺 陷及位错近距离迁移而引起的晶内某些变化。如空 位与其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇 合并而使缺陷数量减少等。
由于位错运动使其由冷 塑性变形时的无序状态 变为垂直分布,形成亚 晶界,这一过程称多边 形化。
1. 回复
在回复阶段,金属组织变化 不明显,其强度、硬度略有 下降,塑性略有提高,但内 应力、电阻率等显著下降。 工业上,常利用回复现象将 冷变形金属低温加热,既稳 定组织又保留加工硬化,这 种热处理方法称去应力退火。
2.3.1 金属的塑性变形
1.单晶体金属的塑性变形 2.多晶体金属的塑性变形 3.塑性变形对金属组织与性能的影响
2.多晶体金属的塑性变形
(1)不均匀的塑性变形过程 单个晶粒变形与单晶体相似,多晶体变形比单晶体复杂。
2.多晶体金属的塑性变形
(2)晶粒位向的影响
由于各相邻晶粒的位向不同,晶粒间的这种相互 约束,使得多晶体金属的塑性变形抗力提高。
铜拉伸试样表面滑移带
1.单晶体金属的塑性变形 (2) 孪生
孪生是指晶体的一部分沿 一定晶面和晶向相对于另
一部分所发生的切变。
• 发生切变的部分称孪生带或孪晶,沿其发生孪生的 晶面称孪生面。 • 孪生的结果使孪生面两侧的晶体呈镜面对称。
1.单晶体金属的塑性变形
与滑移相比:
孪生使晶格位向发生改变; 所需切应力比滑移大得多, 变形速度极快, 接近声速; 孪生时相邻原子面的相对位移量小于一个原子间距 .
2.3.1 金属塑性变形
2.3.2 金属的回复和再结晶
2.3.3 塑性变形和再结晶在工程应用
2.3.2 金属回复和再结晶
塑性力学基础知识ppt课件
![塑性力学基础知识ppt课件](https://img.taocdn.com/s3/m/54dea858a7c30c22590102020740be1e640ecc4b.png)
• 由于材料的屈服极限是唯一 的,所以 应该用应力或应力的组合作为判断材 料是否进入了塑性状态的准则。
• 根据不同应力路径所进行的实验,可 以定出从弹性阶段进入塑性阶段的各 个界限。这个分界面即称为屈服面, 而描述这个屈服面的数学表达式称为 屈服函数或称为屈服条件。
12
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ,并增 补指标 。
19
简单弹塑性力学问题 本标准适用于已投入商业运行的火力发电厂纯凝式汽轮发电机组和供热汽轮发电机组的技术经济指标的统计和评价。燃机机组、余热锅炉以及联合循环机组可参照本标准执行,并增补指标。
• 梁的弯曲 • 圆柱体的扭转 • 旋转圆盘 • 受内压或外压作用的厚壁筒和
厚壁球体
20
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ,并增 补指标 。
塑性力学的任务
• 当作用在物体上的外力取消后,物 体的变形不完全恢复,而产生一部 分永久变形时,我们称这种变形为 塑性变形,研究这种变形和作用力 之间的关系,以及在塑性变形后物 体内部应力分布规律的学科称为塑 性力学。
2
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ,并增 补指标 。
屈服条件的概念,
• 屈服条件又称塑性条件,它是判断 材料处于弹性阶段还是处于塑性阶 段的准则。.
• 根据不同应力路径所进行的实验,可 以定出从弹性阶段进入塑性阶段的各 个界限。这个分界面即称为屈服面, 而描述这个屈服面的数学表达式称为 屈服函数或称为屈服条件。
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本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ,并增 补指标 。
19
简单弹塑性力学问题 本标准适用于已投入商业运行的火力发电厂纯凝式汽轮发电机组和供热汽轮发电机组的技术经济指标的统计和评价。燃机机组、余热锅炉以及联合循环机组可参照本标准执行,并增补指标。
• 梁的弯曲 • 圆柱体的扭转 • 旋转圆盘 • 受内压或外压作用的厚壁筒和
厚壁球体
20
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ,并增 补指标 。
塑性力学的任务
• 当作用在物体上的外力取消后,物 体的变形不完全恢复,而产生一部 分永久变形时,我们称这种变形为 塑性变形,研究这种变形和作用力 之间的关系,以及在塑性变形后物 体内部应力分布规律的学科称为塑 性力学。
2
本标准适 用于已 投入商 业运行 的火力 发电厂 纯凝式 汽轮发 电机组 和供热 汽轮发 电机组 的技术 经济指 标的统 计和评 价。燃 机机组 、余热 锅炉以 及联合 循环机 组可参 照本标 准执行 ,并增 补指标 。
屈服条件的概念,
• 屈服条件又称塑性条件,它是判断 材料处于弹性阶段还是处于塑性阶 段的准则。.
材料工程基础-第五章 金属的塑性加工
![材料工程基础-第五章 金属的塑性加工](https://img.taocdn.com/s3/m/a43fe2bbe45c3b3566ec8b44.png)
故铅在20℃属于热变形.
已知铅的熔点为327℃,钨的熔点为3380℃。问:铅在 20℃、钨在1000℃时变形各属哪种变形?为什么?
T 钨再= 0.4 T熔 = 0.4(3380+273) =1461 K = 1188℃>1000℃
T 钨回 =(0.25~0.3)T熔 = (913~1096)K =(640~823) ℃ < 1000℃
• 轧制的目的? 成形 改质、提高性能
• 轧制得到广泛应用,大部分金属以轧态使用。 钢材 90% 铝及合金 35~45% 铜及合金 60~70%
以简单理想轧制过程为例,阐述轧制过程 的基本概念。
简单理想轧制过程:两轧辊均被驱动,直径 相等,转速相同,轧件的机械性质及运动 均匀,无外加推力或拉力作用,靠轧辊力 实现轧制的过程。
大,使金属力学性能下降。
3、冷变形、热变形和温变 形
(1) 冷变形及其影响
金属在再结晶温度以下的变形称为冷变形,具
有加工硬化组织。
冷变形特点:冷变形可以使工件获得较高的精
度和表面质量。冷变形也是强化金属的一种重要手
段。但变形抗力大。
(2) 热变形及其影响
变形温度在再结晶温度以上时,变形产生的加工硬化被随 即发生的再结晶所抵消,变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组 织,而无任何加工硬化痕迹,这种变形称为热变形。
2. 多晶体的塑性变形
多晶体塑性变形的实质:
晶粒内部发生滑移;同时晶粒之间发生滑移和转动。
晶内变形 滑移 滑动
晶间变形 转动
二、塑性变形后金属的组织和性能
1、加工硬化
金属在室温下进行塑性变形时,随着变形程度的增加, 强度和硬度不断提高,塑性和冲击韧性不断降低,这种现象 称为加工硬化。 加工硬化的金属内部组织变化特点。 (1)各晶粒沿变形最大的方向伸长, (2)位错密度增加,晶格严重扭曲,产生内应力; (3)滑移面和晶粒间产生碎晶。
已知铅的熔点为327℃,钨的熔点为3380℃。问:铅在 20℃、钨在1000℃时变形各属哪种变形?为什么?
T 钨再= 0.4 T熔 = 0.4(3380+273) =1461 K = 1188℃>1000℃
T 钨回 =(0.25~0.3)T熔 = (913~1096)K =(640~823) ℃ < 1000℃
• 轧制的目的? 成形 改质、提高性能
• 轧制得到广泛应用,大部分金属以轧态使用。 钢材 90% 铝及合金 35~45% 铜及合金 60~70%
以简单理想轧制过程为例,阐述轧制过程 的基本概念。
简单理想轧制过程:两轧辊均被驱动,直径 相等,转速相同,轧件的机械性质及运动 均匀,无外加推力或拉力作用,靠轧辊力 实现轧制的过程。
大,使金属力学性能下降。
3、冷变形、热变形和温变 形
(1) 冷变形及其影响
金属在再结晶温度以下的变形称为冷变形,具
有加工硬化组织。
冷变形特点:冷变形可以使工件获得较高的精
度和表面质量。冷变形也是强化金属的一种重要手
段。但变形抗力大。
(2) 热变形及其影响
变形温度在再结晶温度以上时,变形产生的加工硬化被随 即发生的再结晶所抵消,变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组 织,而无任何加工硬化痕迹,这种变形称为热变形。
2. 多晶体的塑性变形
多晶体塑性变形的实质:
晶粒内部发生滑移;同时晶粒之间发生滑移和转动。
晶内变形 滑移 滑动
晶间变形 转动
二、塑性变形后金属的组织和性能
1、加工硬化
金属在室温下进行塑性变形时,随着变形程度的增加, 强度和硬度不断提高,塑性和冲击韧性不断降低,这种现象 称为加工硬化。 加工硬化的金属内部组织变化特点。 (1)各晶粒沿变形最大的方向伸长, (2)位错密度增加,晶格严重扭曲,产生内应力; (3)滑移面和晶粒间产生碎晶。
《材料工程基础》课件——第五章 金属的塑性加工(第5、6、7节)
![《材料工程基础》课件——第五章 金属的塑性加工(第5、6、7节)](https://img.taocdn.com/s3/m/727acc772f3f5727a5e9856a561252d380eb20d9.png)
脂肪酸皂 石蜡等
3.5.4 拉拔工具
拉拔工具主要包括拉拔模和芯头。此二者的结构、 形状尺寸、表面质量与材质对制品的质量、产量、 成本等具有重要影响。
拉拔模
拉拔模
旋转模
辊式模 普通模(应用最多 )
弧线模:只用于细线的拉拔
锥形模:管、棒、型材和较粗的 线材拉拔
图 普通拉拔模的基本结构 (a)锥形模 (b)弧线模
空拉时壁厚增加或减少,主要取决于两个因素:
①圆周方向压应力:促使金属沿径向流动,导致管材壁厚增 加
②轴向拉应力:促使金属产生轴向延伸,并导致壁厚减薄。
这两个因素作用的强弱取决于各种变形条件。
③固定短芯头拉拔变形
变形分三部分:
AB C D
AB段:空拉区,主要是减径 变形,壁厚一般有所增加, 又称减径区。应力应变特点 与空拉时一样。 BC段:减壁区,此阶段外径 减小,内径不变,壁厚减薄。 应力应变特点与棒材拉拔时 一样。 CD段:定径区,为弹性变形 区。
②空拉时的应力与变形
应力状态:与圆棒拉拔时类似,即:周向、径向为
压,轴向为拉,但 ,且有
。
径向压应力的数值由管材外表面至内表面逐渐减小, 在内表面上为零。
周向应力由外表面向内逐渐增大。
轴向应力由变形区入口为零逐渐增加,在变形区出
口(模孔出口)处达到最大。
变形
按目的不同有: 减径空拉:目的是减径,主要用于中间道次,一般 认为拉拔后壁厚不变; 整径空拉:目的是精确控制制品的尺寸,减径量不 大(0.5~1),一般在最后道次进行; 定型空拉:目的是控制形状,主要用于异型管材拉 拔,即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。
拉拔加工的特点
①拉拔制品的尺寸精度高,表面粗糙度低 ②工具与设备简单,维护方便,一机多用 ③适用于连续高速生产断面尺寸小的长尺产品(Al、
3.5.4 拉拔工具
拉拔工具主要包括拉拔模和芯头。此二者的结构、 形状尺寸、表面质量与材质对制品的质量、产量、 成本等具有重要影响。
拉拔模
拉拔模
旋转模
辊式模 普通模(应用最多 )
弧线模:只用于细线的拉拔
锥形模:管、棒、型材和较粗的 线材拉拔
图 普通拉拔模的基本结构 (a)锥形模 (b)弧线模
空拉时壁厚增加或减少,主要取决于两个因素:
①圆周方向压应力:促使金属沿径向流动,导致管材壁厚增 加
②轴向拉应力:促使金属产生轴向延伸,并导致壁厚减薄。
这两个因素作用的强弱取决于各种变形条件。
③固定短芯头拉拔变形
变形分三部分:
AB C D
AB段:空拉区,主要是减径 变形,壁厚一般有所增加, 又称减径区。应力应变特点 与空拉时一样。 BC段:减壁区,此阶段外径 减小,内径不变,壁厚减薄。 应力应变特点与棒材拉拔时 一样。 CD段:定径区,为弹性变形 区。
②空拉时的应力与变形
应力状态:与圆棒拉拔时类似,即:周向、径向为
压,轴向为拉,但 ,且有
。
径向压应力的数值由管材外表面至内表面逐渐减小, 在内表面上为零。
周向应力由外表面向内逐渐增大。
轴向应力由变形区入口为零逐渐增加,在变形区出
口(模孔出口)处达到最大。
变形
按目的不同有: 减径空拉:目的是减径,主要用于中间道次,一般 认为拉拔后壁厚不变; 整径空拉:目的是精确控制制品的尺寸,减径量不 大(0.5~1),一般在最后道次进行; 定型空拉:目的是控制形状,主要用于异型管材拉 拔,即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。
拉拔加工的特点
①拉拔制品的尺寸精度高,表面粗糙度低 ②工具与设备简单,维护方便,一机多用 ③适用于连续高速生产断面尺寸小的长尺产品(Al、
广义塑性力学课件
![广义塑性力学课件](https://img.taocdn.com/s3/m/bc746671590216fc700abb68a98271fe900eaf10.png)
岩石的破裂分析
总结词
岩石的破裂分析涉及到岩石材料的强度 、断裂和损伤演化。
VS
详细描述
在岩石工程中,如隧道开挖、边坡稳定等 ,岩石的破裂分析至关重要。岩石在复杂 应力状态下会发生破裂和失稳,这需要利 用塑性力学的基本原理来描述其非线性行 为和损伤演化。研究岩石的破裂分析有助 于预测工程结构的稳定性和安全性。
02
材料科学
广义塑性力学为材料科学提供了更深入的理论基础,有助于理解材料的
微观结构和宏观行为之间的关系,为新材料的开发和现有材料的改进提
供了指导。
03
学科发展
广义塑性力学的发展推动了相关学科的发展,如计算力学、实验力学和
固体力学等。它为解决复杂工程问题提供了更有效的数值模拟和实验方
法。
广义塑性力学的发展历程
岩石破裂
岩石破裂是地质工程和采矿工程中的重要问题,广义塑性力学在岩石破裂的研究中 发挥了重要作用。
岩石是一种脆性材料,但在一定条件下可以表现出塑性行为。广义塑性力学可以帮 助研究岩石在复杂应力状态下的破裂和失稳行为。
通过建立岩石的广义塑性本构模型,可以模拟岩石在复杂应力场中的破裂过程,预 测岩石的稳定性,为地质工程和采矿工程提供安全性和经济性的保障。
广义塑性力学课件
REPORTING
• 广义塑性力学概述 • 广义塑性力学的基本理论 • 广义塑性力学的应用 • 广义塑性力学的挑战与展望 • 案例分析
目录
PART 01
广义塑性力学概述
REPORTING
定义与特性
定义
广义塑性力学是一门研究材料在塑性 状态下行为的学科。它考虑了更广泛 的材料行为,包括非线性、非均匀性 和时间依赖性等特性。
描述材料在塑性变形过程中硬化行为的模型。
有色金属塑性加工课件汇总全套ppt完整版课件最全教学教程整套课件全书电子教案
![有色金属塑性加工课件汇总全套ppt完整版课件最全教学教程整套课件全书电子教案](https://img.taocdn.com/s3/m/e56935a24bfe04a1b0717fd5360cba1aa8118c25.png)
轴承材料通常要满足上述性能的要求都不能是纯金 属或单相合金,必须配以软硬不同的多相合金。
通常是软基体上均匀分布一定数量和大小的硬质点, 或者硬基体上分布一定数量和大小的软质点。
轴 润滑油空间
硬基体
轴瓦 软质点
轴承合金
轴承合金的分类及牌号
➢常用的轴承合金按其化学成分可以分为锡基、铅
基、铝基、铜基和铁基等数种,前两种锡基、铅 基称为巴氏合金。
铜及其合金
工业纯铜的牌号与性能
➢纯铜:T1、T2、T3、T4; ➢无氧铜:TU1、TU2; ➢脱氧铜:TUP、TUMn; ➢纯铜主要用作导体和配制合金以及制造抗磁性干
扰的仪器、仪表零件,如罗盘、航空仪表等零件。
轴承合金
轴承合金的性能要求
➢ 在工作温度下有足够的抗压强度和疲劳强度,以承受轴所
施加载荷。
铝及其合金
工业纯铝 :
纯铝的性质:密度为2.72g/cm3,熔点660℃。为面心立 方晶格,无同素异构转变,具有极好的塑性 。
纯铝的牌号(用国际四位字符体系 ): 1)1A99(原LG5)、1A97(原LG4)、1A93(原
LG3)、1A90(原LG2)、1A85(原LG1); 2)1070A(代L1)、1060(代L2)、1050A(代L4)、
2)塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的 体积转移,而不是靠部分的切除体积,因而材料 的利用率高,流线分布合理,提高了制品的强度。
材料塑性成形及其特点
塑性成形的特点 3)可以达到较高的精度。 4)具有较高的生产率。 5)塑性成形能耗高,并且不适宜加工形状
特别复杂的制品及脆性材料。
材料塑性成形的基本问题
二是成型(molding),指工件、产品经过 加工,成为所需要的形状,一般为液态或半液态 的金属或非金属原料在模型或模具中成形。
通常是软基体上均匀分布一定数量和大小的硬质点, 或者硬基体上分布一定数量和大小的软质点。
轴 润滑油空间
硬基体
轴瓦 软质点
轴承合金
轴承合金的分类及牌号
➢常用的轴承合金按其化学成分可以分为锡基、铅
基、铝基、铜基和铁基等数种,前两种锡基、铅 基称为巴氏合金。
铜及其合金
工业纯铜的牌号与性能
➢纯铜:T1、T2、T3、T4; ➢无氧铜:TU1、TU2; ➢脱氧铜:TUP、TUMn; ➢纯铜主要用作导体和配制合金以及制造抗磁性干
扰的仪器、仪表零件,如罗盘、航空仪表等零件。
轴承合金
轴承合金的性能要求
➢ 在工作温度下有足够的抗压强度和疲劳强度,以承受轴所
施加载荷。
铝及其合金
工业纯铝 :
纯铝的性质:密度为2.72g/cm3,熔点660℃。为面心立 方晶格,无同素异构转变,具有极好的塑性 。
纯铝的牌号(用国际四位字符体系 ): 1)1A99(原LG5)、1A97(原LG4)、1A93(原
LG3)、1A90(原LG2)、1A85(原LG1); 2)1070A(代L1)、1060(代L2)、1050A(代L4)、
2)塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的 体积转移,而不是靠部分的切除体积,因而材料 的利用率高,流线分布合理,提高了制品的强度。
材料塑性成形及其特点
塑性成形的特点 3)可以达到较高的精度。 4)具有较高的生产率。 5)塑性成形能耗高,并且不适宜加工形状
特别复杂的制品及脆性材料。
材料塑性成形的基本问题
二是成型(molding),指工件、产品经过 加工,成为所需要的形状,一般为液态或半液态 的金属或非金属原料在模型或模具中成形。
【材料课件】金属塑性加工原理共550页
![【材料课件】金属塑性加工原理共550页](https://img.taocdn.com/s3/m/22b6ab88bb4cf7ec4afed0d7.png)
(c )
3. 塑性加工摩擦学
塑性加工过程中接触表面间的相对运动引 起摩 擦,发生一系列物理、化学和力学变化,对金属塑性 变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。
➢ 机械摩擦理论: 阿芒顿-库仑定律; ➢ 粘着摩擦理论:
✓ 1、F.P.鲍-D.泰伯焊合摩擦理论 ✓ 2、И.B克拉盖尔斯基理论 ➢ 磨损 ➢ 润滑
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。
3. 主要加工方法
(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。
1、航空航天
2、武器装备
3、交通运输
4、建筑
5、家用电器
§0.2 材料加工的内涵 1.材料加工
采用一定的加工方法和技术,使材料达 到与原材料不同的状态(化学成分上完全相 同),使其具有更优良的物理性能、化学性能 和力学性能。
2.材料的可加工性
材料对加工成形和工艺所表现出来的特 性,包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、 热处理性能和切削加工性能等。
PVD(phsical vapour deposition)等
5.小结
金属材料在国民经济、国防军工建设中 占有极其重要战略地位,金属塑性加工原理 这门课程旨在讲述有关高性能材料设计、成 形制备、性能表征与评价以及应用方面的重 要专业基础知识。
§0.3 金属塑性加工 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。
3. 塑性加工摩擦学
塑性加工过程中接触表面间的相对运动引 起摩 擦,发生一系列物理、化学和力学变化,对金属塑性 变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。
➢ 机械摩擦理论: 阿芒顿-库仑定律; ➢ 粘着摩擦理论:
✓ 1、F.P.鲍-D.泰伯焊合摩擦理论 ✓ 2、И.B克拉盖尔斯基理论 ➢ 磨损 ➢ 润滑
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。
3. 主要加工方法
(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。
1、航空航天
2、武器装备
3、交通运输
4、建筑
5、家用电器
§0.2 材料加工的内涵 1.材料加工
采用一定的加工方法和技术,使材料达 到与原材料不同的状态(化学成分上完全相 同),使其具有更优良的物理性能、化学性能 和力学性能。
2.材料的可加工性
材料对加工成形和工艺所表现出来的特 性,包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、 热处理性能和切削加工性能等。
PVD(phsical vapour deposition)等
5.小结
金属材料在国民经济、国防军工建设中 占有极其重要战略地位,金属塑性加工原理 这门课程旨在讲述有关高性能材料设计、成 形制备、性能表征与评价以及应用方面的重 要专业基础知识。
§0.3 金属塑性加工 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。
塑性加工
![塑性加工](https://img.taocdn.com/s3/m/e29ca80c4a7302768e993969.png)
件图的绘制方法如下: (1)锻件的形状用粗实线,同时用假想线(双点划线) 描绘出零件的形状。 (2)锻件的尺寸和公差标注在尺寸线的上面,零件的尺 寸和公差用括号标注在尺寸线的下面或侧面。
线上:锻件尺寸和公差;线下:零件尺寸加括号 (3)图上无法标注的技术要求,如锻造温度范围、锻造 比、氧化缺陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说 明。
在工业技术革命的推动下,蒸汽—空气锤、水 压机、模锻压力机、高速冲床等逐渐投入使用,使 金属锻压工艺彻底改变了传统的“手工打铁”的落 后方式,进入到机械化现代化生产的行列。 塑性加工的主要产品:原材料、毛坯、零件。 特点:可实现无屑加工,可提高生产效率。 方法:自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、 拉拔等
(3)饼块类锻件: 包括各种圆盘、叶轮、 齿轮、模块等。特点是横向尺寸大于高度尺 寸或相近。 基本工序是镦粗,其中带孔的件需冲孔。 (4)曲轴类锻件:包括单拐和多拐的各种 曲轴,目前锻造曲轴的工艺有自由锻、模锻、 全流线挤压锻等。其中自由锻的力学性能差, 加工余量大,只在单件或小批生产中应用。 基本工序有拔长、错移和扭转。
模锻分类: 按模具类型可分为: 开式模锻(有飞边模锻) 闭式模锻(无飞边模锻) 多向模锻等;
按设备类型可分为: 锤上模锻 胎模锻 压力机上模锻等。
多向模锻压力机
(一)锤上模锻 1.模锻锤:所用设备主要是蒸汽-空气模锻 锤,吨位为1~16t。选择模锻锤的锻造能力 有经验类比法和查表法。 2.锻模材料:要求模具在高温下具有足够 的强度、韧性、硬度和耐磨性,良好的导 热性、抗热疲劳性、回火稳定性和抗氧化 性。尺寸较大的模具还应具有高的淬透性 和较小的变形。常用5CrNiMo、5CrMnMo钢。
分模面选定原则: (1)定在最大截面处;(a-a无法出模) (2)错模现象易检查; (c-c不易查错模) (3)利于充型好出模; (b-b充型难) (4)减少余块省工料; (5)平面分型易制造。 d-d面较合理
线上:锻件尺寸和公差;线下:零件尺寸加括号 (3)图上无法标注的技术要求,如锻造温度范围、锻造 比、氧化缺陷、脱碳层深度等以技术条件方式用文字说 明。
在工业技术革命的推动下,蒸汽—空气锤、水 压机、模锻压力机、高速冲床等逐渐投入使用,使 金属锻压工艺彻底改变了传统的“手工打铁”的落 后方式,进入到机械化现代化生产的行列。 塑性加工的主要产品:原材料、毛坯、零件。 特点:可实现无屑加工,可提高生产效率。 方法:自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、 拉拔等
(3)饼块类锻件: 包括各种圆盘、叶轮、 齿轮、模块等。特点是横向尺寸大于高度尺 寸或相近。 基本工序是镦粗,其中带孔的件需冲孔。 (4)曲轴类锻件:包括单拐和多拐的各种 曲轴,目前锻造曲轴的工艺有自由锻、模锻、 全流线挤压锻等。其中自由锻的力学性能差, 加工余量大,只在单件或小批生产中应用。 基本工序有拔长、错移和扭转。
模锻分类: 按模具类型可分为: 开式模锻(有飞边模锻) 闭式模锻(无飞边模锻) 多向模锻等;
按设备类型可分为: 锤上模锻 胎模锻 压力机上模锻等。
多向模锻压力机
(一)锤上模锻 1.模锻锤:所用设备主要是蒸汽-空气模锻 锤,吨位为1~16t。选择模锻锤的锻造能力 有经验类比法和查表法。 2.锻模材料:要求模具在高温下具有足够 的强度、韧性、硬度和耐磨性,良好的导 热性、抗热疲劳性、回火稳定性和抗氧化 性。尺寸较大的模具还应具有高的淬透性 和较小的变形。常用5CrNiMo、5CrMnMo钢。
分模面选定原则: (1)定在最大截面处;(a-a无法出模) (2)错模现象易检查; (c-c不易查错模) (3)利于充型好出模; (b-b充型难) (4)减少余块省工料; (5)平面分型易制造。 d-d面较合理
塑性成形第17章塑性加工工艺(新技术
![塑性成形第17章塑性加工工艺(新技术](https://img.taocdn.com/s3/m/727bd2b9312b3169a551a491.png)
塑性加工工艺
塑性加工新技术及发展趋势
塑性加工的一般情况
塑性加工过程是在外力(载荷)和一定的加载方式、 加载速度、约束条件、几何形状、接触摩擦条件、温 度场等作用下对材料进行“力”处理和“热处理”的 过程,使材料发生所希望的几何形状的变化(成形) 与组织性能的变化。
塑性加工具有高效、优质、低耗等特点,是材料加工 和零部件制造的重要手段。据粗略估计,有75%的零 件毛坯和50%的精加工零件是采用塑性成形的方式完 成的。
塑性加工新技术
柔性快速制造技术:无模多点成形和数控渐进 成形,借助于高度可调整的基本体群构成离散 的上、下工具表面,代替传统的上、下模具进 行板材的曲面成形;
复合材料塑性成形技术:双金属复合、铝塑复 合板、管、叠层材料成形;
复合加工方式的技术:连续挤压、连续铸挤、 连铸连轧和连续铸轧等。
新能源的利用---- 激光
改变超声波强度,可改变坯料变形阻力和设备载荷,大 幅度提高产品的质量和材料成形极限;
管材、线材和棒材的拉拔成形、板材拉深成形都可以引 入超声波,形成塑性成形新技术,成为一些特殊新材料 的有效加工途径。
功率超声波成形
柔性成形技术
以软介质(主要是各种液体)代替半边刚性模具, 减小模具制造成本;
显著地提高材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能,
激光冲击成形原理
吸收层:黑漆、石墨、铝箔 约束层:水、树脂、硅胶
单次激光冲击下板料的典型成形截面
新能源的利用----电磁场力
利用金属材料在交变电磁场中产生感生电流(涡流), 感生电流又受到电磁场的作用力,当电磁压力达到材料 的屈服强度时,金属材料将发生塑性变形;
凹模的高覆模性, 可控性好:单脉冲冲压变形可控在0.035mm,最大变形可控在若
塑性加工新技术及发展趋势
塑性加工的一般情况
塑性加工过程是在外力(载荷)和一定的加载方式、 加载速度、约束条件、几何形状、接触摩擦条件、温 度场等作用下对材料进行“力”处理和“热处理”的 过程,使材料发生所希望的几何形状的变化(成形) 与组织性能的变化。
塑性加工具有高效、优质、低耗等特点,是材料加工 和零部件制造的重要手段。据粗略估计,有75%的零 件毛坯和50%的精加工零件是采用塑性成形的方式完 成的。
塑性加工新技术
柔性快速制造技术:无模多点成形和数控渐进 成形,借助于高度可调整的基本体群构成离散 的上、下工具表面,代替传统的上、下模具进 行板材的曲面成形;
复合材料塑性成形技术:双金属复合、铝塑复 合板、管、叠层材料成形;
复合加工方式的技术:连续挤压、连续铸挤、 连铸连轧和连续铸轧等。
新能源的利用---- 激光
改变超声波强度,可改变坯料变形阻力和设备载荷,大 幅度提高产品的质量和材料成形极限;
管材、线材和棒材的拉拔成形、板材拉深成形都可以引 入超声波,形成塑性成形新技术,成为一些特殊新材料 的有效加工途径。
功率超声波成形
柔性成形技术
以软介质(主要是各种液体)代替半边刚性模具, 减小模具制造成本;
显著地提高材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能,
激光冲击成形原理
吸收层:黑漆、石墨、铝箔 约束层:水、树脂、硅胶
单次激光冲击下板料的典型成形截面
新能源的利用----电磁场力
利用金属材料在交变电磁场中产生感生电流(涡流), 感生电流又受到电磁场的作用力,当电磁压力达到材料 的屈服强度时,金属材料将发生塑性变形;
凹模的高覆模性, 可控性好:单脉冲冲压变形可控在0.035mm,最大变形可控在若
材料加工技术工程学.pptx
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化学气相沉积制造碳纤维。
真空蒸发镀膜技术
真空条件下加热被蒸镀材料、使其熔化(或升华) 并形成由原子、分子或原于团组成的蒸气,凝结在 基底表面成膜。
蒸镀是一种发展较早的镀膜技术,方法简单,已 经在光学、微电子学、磁学、装饰、防腐蚀等方面 得到了广泛应用。
002200 1166 1122
88
44
--2244 --2200 --1166 --1122
--88
--44
0000
HH((kkOOee))
产品性能
•高性能钕铁氮磁粉生产线正在调试
200 kg 熔炼炉 双分级气流磨 大型气淬烧结炉
气流磨
➢先进镁合金及其应用研究
➢500MPa碳素钢先进工业化制造技术
1、直接金属氧化法 直接金属氧化法( direction metal oxide method, DI-
MOX法)是美国Lanxide公司研究开发出的用以制备复 合材料的技术。
利用周围气体与金属熔液间的反应制造复合材料。
其工艺流程是:①用冷压机把陶瓷粒子或纤维等增强 材料加压成型,制成预型件;②把预型件和金属(如 Al)—起放入反应器内,在高温下(铝为900—1400℃温 度范围)将金属熔化,金属液在全过程(包括向预型件中 渗透的过程)中与周围气氛不断反应生成氧化物、氮化 物或碳化物(例如铝液在大气中生成AI2O3);③反应 结束得制品。图2.5-9所示为DIMOX法制备复合材科的 过程示意。
气-液 混合 反应
聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇纤维是合成纤维的一类,其常规产品是 聚乙烯醇缩甲醛纤维(Polyvinyl formal fiber), 在我国俗称维纶,或维尼纶。 PVA→水洗→脱水→溶解→混合→过滤→脱泡→纺丝 溶液
真空蒸发镀膜技术
真空条件下加热被蒸镀材料、使其熔化(或升华) 并形成由原子、分子或原于团组成的蒸气,凝结在 基底表面成膜。
蒸镀是一种发展较早的镀膜技术,方法简单,已 经在光学、微电子学、磁学、装饰、防腐蚀等方面 得到了广泛应用。
002200 1166 1122
88
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--2244 --2200 --1166 --1122
--88
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HH((kkOOee))
产品性能
•高性能钕铁氮磁粉生产线正在调试
200 kg 熔炼炉 双分级气流磨 大型气淬烧结炉
气流磨
➢先进镁合金及其应用研究
➢500MPa碳素钢先进工业化制造技术
1、直接金属氧化法 直接金属氧化法( direction metal oxide method, DI-
MOX法)是美国Lanxide公司研究开发出的用以制备复 合材料的技术。
利用周围气体与金属熔液间的反应制造复合材料。
其工艺流程是:①用冷压机把陶瓷粒子或纤维等增强 材料加压成型,制成预型件;②把预型件和金属(如 Al)—起放入反应器内,在高温下(铝为900—1400℃温 度范围)将金属熔化,金属液在全过程(包括向预型件中 渗透的过程)中与周围气氛不断反应生成氧化物、氮化 物或碳化物(例如铝液在大气中生成AI2O3);③反应 结束得制品。图2.5-9所示为DIMOX法制备复合材科的 过程示意。
气-液 混合 反应
聚乙烯醇纤维
聚乙烯醇纤维是合成纤维的一类,其常规产品是 聚乙烯醇缩甲醛纤维(Polyvinyl formal fiber), 在我国俗称维纶,或维尼纶。 PVA→水洗→脱水→溶解→混合→过滤→脱泡→纺丝 溶液
第1章-塑性加工金属学
![第1章-塑性加工金属学](https://img.taocdn.com/s3/m/25d432be5fbfc77da269b1b1.png)
热塑性变形时金属的软化过程比较复 杂,它与变形温度、应变速率、变形程度 和金属本身的性质有关,主要有静态回复、 静态再结晶、动态回复、动态再结晶和亚 动态再结晶等。
1、回复和再结晶
从热力学角度来看,变形引起加工硬化,晶体缺陷增多,金属 畸变内能增加,原子处于不稳定的高自由能状态,具有向低自由 能状态转变的趋势。当加热升温时,原子具有相当的扩散能力, 变形后的金属自发地向低自由能状态转变。这一转变过程称为回 复和再结晶,这一过程伴随有晶粒长大。
多相合金(两相合金)中的第二相可以是纯金属、固溶 体或化合物,起强化作用的主要是硬而脆的化合物。
合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形 状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说,仍然 是滑移和孪生
第二相以连续网状分布在基体晶粒的边界上 随着第二相数量的增加,合金的强度和塑性皆下
降。
第二相以弥散质点(颗粒)分布在基体晶粒内部 合金的强度显著提高而对塑性和韧性的影响较小。
图13-15 回复和再结晶对金属组织和性能的变化
表13-1 回复、再结晶和晶粒长大的特点及应用
回复
再结晶
晶粒长大
发生温度
较低温度
较高温度
更高温度
转变机制
原子活动能量小,空位 移动使晶格扭曲恢复。 位错短程移动,适当集 中形成规则排列
原严直无子重至晶扩畸畸格散变变类能组晶型力织粒转大中完变,形全新核消晶和失粒生,在长但,新晶粒生粒,晶吞晶粒并界中小位大晶移
四、本课程的任务
目的:
科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律, 为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。
任务:
• 掌握塑性成形时的金属学基础,以便使工件在成 形时获得最佳的塑性状态,最高的变形效率和优 质的性能;
1、回复和再结晶
从热力学角度来看,变形引起加工硬化,晶体缺陷增多,金属 畸变内能增加,原子处于不稳定的高自由能状态,具有向低自由 能状态转变的趋势。当加热升温时,原子具有相当的扩散能力, 变形后的金属自发地向低自由能状态转变。这一转变过程称为回 复和再结晶,这一过程伴随有晶粒长大。
多相合金(两相合金)中的第二相可以是纯金属、固溶 体或化合物,起强化作用的主要是硬而脆的化合物。
合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形 状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说,仍然 是滑移和孪生
第二相以连续网状分布在基体晶粒的边界上 随着第二相数量的增加,合金的强度和塑性皆下
降。
第二相以弥散质点(颗粒)分布在基体晶粒内部 合金的强度显著提高而对塑性和韧性的影响较小。
图13-15 回复和再结晶对金属组织和性能的变化
表13-1 回复、再结晶和晶粒长大的特点及应用
回复
再结晶
晶粒长大
发生温度
较低温度
较高温度
更高温度
转变机制
原子活动能量小,空位 移动使晶格扭曲恢复。 位错短程移动,适当集 中形成规则排列
原严直无子重至晶扩畸畸格散变变类能组晶型力织粒转大中完变,形全新核消晶和失粒生,在长但,新晶粒生粒,晶吞晶粒并界中小位大晶移
四、本课程的任务
目的:
科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律, 为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。
任务:
• 掌握塑性成形时的金属学基础,以便使工件在成 形时获得最佳的塑性状态,最高的变形效率和优 质的性能;
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➢实际上,凸透镜变形区的界限并非如图中所示的那 样分明,其几何尺寸也无法严格确定。有关实验资 料表明,凸透镜的最厚部分h0与飞边桥部的高度h之 比h0/h随D/h的增加而增加,其变化范围大约在2 -5之间。
➢为了方便计算,可对凸透镜变形区的形状进行简化, 简化的模式不同,所得结果会互有出入。比较简便 的一种是将其简化成直径为D高度为h0 =2h的圆盘。
➢拔长、冲孔等工 序中也都包含镦粗 因素。
➢了解镦粗时的变 形规律,对掌握锻 造工艺具有重要意 义。
1. 用平砧镦粗圆柱坯料时,随着高度的减小,金属不 断向四周流动。
2. 由于坯料和工具之间存在摩擦,镦粗后坯料的侧表 面将变成鼓形,同时造成坯料内部变形分布不均。
3. 通过采用网格法的镦粗实验可以看到,根据镦粗后 网格的变形程度大小,沿坯料对称面可分为三个变形 区。
由于坯料内部变形的不均匀,必然引起锻件 晶粒大小不均,从而导致锻件的性能也不均, 这对晶粒度要求严格的合金钢锻件影响极大。
为了保证锻件质量,要求尽量减小鼓形,提 高变形的均匀性。
在锻造生产中可以采用以下工艺措施: 凹形坯料镦粗
软金属垫镦粗
叠起镦粗
2、垫环镦粗 坯料在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗称为 垫环镦粗。 这种镦粗方法,用于锻造带有单边或双边凸肩的饼 块锻件。 由于锻件凸肩直径和高度比较小,采用的坯料直径 要大于环孔直径,因此垫环镦粗变形实质属于镦挤。
坯料在镦粗过程 中,鼓形不断变 化。 其变化规律: ➢镦粗开始阶段鼓 形逐渐增大,当 达到最大值后又 逐渐减小。 ➢如果坯料体积相 等,高坯料 ( 的鼓H0形/D比0大矮)坯产料生 ( 的鼓H0形/D要0小大)。产生
平砧镦粗时的金属流动特点,对锻造工艺 和锻件质量都很不利。
由于坯料侧面出现鼓形,不但要增加修整工 序,并且可能引起表面纵裂,对低塑性金属尤 为敏感。
➢在镦坯粗料高的径两比端H先0/产D0生=2双.5鼓~形1.,5的形坯成料Ⅰ时、,Ⅱ开、始Ⅲ、 Ⅳ四个变形区。其中,区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ同前所 述,还料中部为均匀变形区Ⅳ ,该区受摩擦 影响小,内部变形均匀分布,侧表面保持圆柱 形。如果继续镦粗到H/D≤1 ,则由双鼓形变 为单鼓形。
➢镦粗高径比H0/D0 ≤1的坯料时,只产生单鼓 形0.5,坯形料成时三,个变变形形区区Ⅰ。中当也镦产粗生高一径定比变H形0/D,0鼓≤ 形逐渐减小。
镦粗的主要方法有: ➢平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。
1.平砧镦粗 ➢坯料在上下平砧间或镦粗平板间进行的镦粗 称为平砧镦粗。
镦粗变形程度的表示方法: ➢绝对变形:压下量△H ➢相对变形:eh
➢对数变形: εh
➢镦粗比:坯料镦粗前后的高度之比,用KH表示。
➢镦粗是自由锻最 基本的工序。
➢饼块锻件、空心 锻件必需采用镦粗 成形
塑性加工工程学
——锻造部分 主讲 曹建刚
第一章 锻造变形力的计算
➢ 自由锻变形力的计算 ➢ 模锻变形力的计算
第一节 中部挤出凸台的平面应变 镦粗变形力分析
➢中部挤出凸台的平面应变镦粗变形可分成三个区域: ➢区域①的金属流动为挤压型; ➢区域②和③按平行砧板间平面应变镦粗处理; ➢分流层的具体大小,可根据分流层两侧相邻变形区 在其上的相等的原则确定。
在0≤x≤xk区域,按挤压型处理, 在xk≤x≤01区域,按镦粗型处理
第一章 锻造变形力的计算
中部具有凸台的平面应变镦粗特例
b) xk =0时σy分布图形 c) 0< xk <01时σy 、p分布图形
第二节 模锻变形力分析
圆盘类锻件模锻过程的闭合(打靠)瞬间。 此时的变形力为最大。
它包括两部分:飞边的变形力Pb和锻件本 体的变形力Pd。
参照圆柱体镦粗,取τ=k,得:
式中Y ——材料真实应力; D——锻件直径; b——飞边桥部宽度; h——飞过桥部高度。
第二章 锻造基本变形分析
第一节 镦粗基本变形分析
一、镦粗 使坯料高度减小而横截面增大的锻造工序称为镦
粗 镦粗用于:
➢将高径(宽)比大的坯料锻成高径(宽)比小的饼 块锻件; ➢锻造空心锻件在冲孔前使坯料横截面增大和平整; ➢锻造轴杆锻件可以提高后续拔长工序的锻造比; ➢提高锻件的横向机械性能和减少机械性能的异向性 等。
圆盘类锻件模锻过程的闭合
圆盘类锻件模锻闭合过程的 瞬间正应力σz的分布图形
飞边桥部金属外流 时受到飞边仓部金属的 阻碍而产生一侧向压力, 与此同时仓部金属受到 桥部金属的推挤作用而 向外扩张,仓部金属与 上、下模不接触,故可 近似地看成一受均匀内 压的厚壁筒。
应用主应力法可求 得此厚壁筒塑性变形所 需的内压力,此内压力 也即桥部金属外端所受 的侧向压力。
(l)飞边的形力Pb
飞边的变形属平行砧板间轴对称镦粗型。 参照工程塑性理论中的镦粗计算公式, 设τ=k (k=Y/3-1/2 ) 可得:
列基元板块的平衡方程式:
(2)锻件本体变形力pd
➢实验表明,在模锻的闭合阶段(打靠阶段),锻件 本体的变形仅局限在分模面附近的区域内,变形区 的形状类似于一凸透镜,其余部分不发生塑性变形。 因此,求锻件本体的变形力,就归结为求此凸透体 的镦粗变形力。
第一章 锻造变形力的计算
中部挤出凸台的平面应变 镦粗变形流动模式。
中部挤出凸台的平面应变镦粗 变形时σ和p的分布图形
第一章 锻造变形力的计算
这种类型的锻件由于几何参数和工艺条件的不同, 还 同可。能出现多种流动模式,相应的σy,分布必然亦不 例如,当锻件外围部分的宽度较小或厚度较大时, 由 缩于小横 。向 当流xk=动01的时阻,力区相域对②减消小失,。其分流层的尺寸xk将 作为极端的情况,当纵向流动阻力大于横向流动 阻力时(这种情况通常发生于挤出的凸台与模腔底 部相接触时),则只能发生镦粗变形,也即相当于 xk=0。 对于复杂变形情况,可采用如下的简化模型:
4. 区域Ⅰ:由于摩擦影响最大,该区变形十分困难, 称为“难变形区”。
5. 区域Ⅱ:不但受摩擦的影响较小,应力状态也有利 于变形,因此该区变形程度最大,称为“大变形区”。
6. 区域Ⅲ:其变形程度介于区域Ⅰ与区域Ⅱ之间,称 为“小变形区”。因鼓形部分存在切向拉应力,容易 引起表面产生纵向裂纹。
➢对不同高径比尺寸的坯料进行镦粗时,产生 鼓形特征和内部变形分布也不同。
➢为了方便计算,可对凸透镜变形区的形状进行简化, 简化的模式不同,所得结果会互有出入。比较简便 的一种是将其简化成直径为D高度为h0 =2h的圆盘。
➢拔长、冲孔等工 序中也都包含镦粗 因素。
➢了解镦粗时的变 形规律,对掌握锻 造工艺具有重要意 义。
1. 用平砧镦粗圆柱坯料时,随着高度的减小,金属不 断向四周流动。
2. 由于坯料和工具之间存在摩擦,镦粗后坯料的侧表 面将变成鼓形,同时造成坯料内部变形分布不均。
3. 通过采用网格法的镦粗实验可以看到,根据镦粗后 网格的变形程度大小,沿坯料对称面可分为三个变形 区。
由于坯料内部变形的不均匀,必然引起锻件 晶粒大小不均,从而导致锻件的性能也不均, 这对晶粒度要求严格的合金钢锻件影响极大。
为了保证锻件质量,要求尽量减小鼓形,提 高变形的均匀性。
在锻造生产中可以采用以下工艺措施: 凹形坯料镦粗
软金属垫镦粗
叠起镦粗
2、垫环镦粗 坯料在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗称为 垫环镦粗。 这种镦粗方法,用于锻造带有单边或双边凸肩的饼 块锻件。 由于锻件凸肩直径和高度比较小,采用的坯料直径 要大于环孔直径,因此垫环镦粗变形实质属于镦挤。
坯料在镦粗过程 中,鼓形不断变 化。 其变化规律: ➢镦粗开始阶段鼓 形逐渐增大,当 达到最大值后又 逐渐减小。 ➢如果坯料体积相 等,高坯料 ( 的鼓H0形/D比0大矮)坯产料生 ( 的鼓H0形/D要0小大)。产生
平砧镦粗时的金属流动特点,对锻造工艺 和锻件质量都很不利。
由于坯料侧面出现鼓形,不但要增加修整工 序,并且可能引起表面纵裂,对低塑性金属尤 为敏感。
➢在镦坯粗料高的径两比端H先0/产D0生=2双.5鼓~形1.,5的形坯成料Ⅰ时、,Ⅱ开、始Ⅲ、 Ⅳ四个变形区。其中,区域Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ同前所 述,还料中部为均匀变形区Ⅳ ,该区受摩擦 影响小,内部变形均匀分布,侧表面保持圆柱 形。如果继续镦粗到H/D≤1 ,则由双鼓形变 为单鼓形。
➢镦粗高径比H0/D0 ≤1的坯料时,只产生单鼓 形0.5,坯形料成时三,个变变形形区区Ⅰ。中当也镦产粗生高一径定比变H形0/D,0鼓≤ 形逐渐减小。
镦粗的主要方法有: ➢平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗。
1.平砧镦粗 ➢坯料在上下平砧间或镦粗平板间进行的镦粗 称为平砧镦粗。
镦粗变形程度的表示方法: ➢绝对变形:压下量△H ➢相对变形:eh
➢对数变形: εh
➢镦粗比:坯料镦粗前后的高度之比,用KH表示。
➢镦粗是自由锻最 基本的工序。
➢饼块锻件、空心 锻件必需采用镦粗 成形
塑性加工工程学
——锻造部分 主讲 曹建刚
第一章 锻造变形力的计算
➢ 自由锻变形力的计算 ➢ 模锻变形力的计算
第一节 中部挤出凸台的平面应变 镦粗变形力分析
➢中部挤出凸台的平面应变镦粗变形可分成三个区域: ➢区域①的金属流动为挤压型; ➢区域②和③按平行砧板间平面应变镦粗处理; ➢分流层的具体大小,可根据分流层两侧相邻变形区 在其上的相等的原则确定。
在0≤x≤xk区域,按挤压型处理, 在xk≤x≤01区域,按镦粗型处理
第一章 锻造变形力的计算
中部具有凸台的平面应变镦粗特例
b) xk =0时σy分布图形 c) 0< xk <01时σy 、p分布图形
第二节 模锻变形力分析
圆盘类锻件模锻过程的闭合(打靠)瞬间。 此时的变形力为最大。
它包括两部分:飞边的变形力Pb和锻件本 体的变形力Pd。
参照圆柱体镦粗,取τ=k,得:
式中Y ——材料真实应力; D——锻件直径; b——飞边桥部宽度; h——飞过桥部高度。
第二章 锻造基本变形分析
第一节 镦粗基本变形分析
一、镦粗 使坯料高度减小而横截面增大的锻造工序称为镦
粗 镦粗用于:
➢将高径(宽)比大的坯料锻成高径(宽)比小的饼 块锻件; ➢锻造空心锻件在冲孔前使坯料横截面增大和平整; ➢锻造轴杆锻件可以提高后续拔长工序的锻造比; ➢提高锻件的横向机械性能和减少机械性能的异向性 等。
圆盘类锻件模锻过程的闭合
圆盘类锻件模锻闭合过程的 瞬间正应力σz的分布图形
飞边桥部金属外流 时受到飞边仓部金属的 阻碍而产生一侧向压力, 与此同时仓部金属受到 桥部金属的推挤作用而 向外扩张,仓部金属与 上、下模不接触,故可 近似地看成一受均匀内 压的厚壁筒。
应用主应力法可求 得此厚壁筒塑性变形所 需的内压力,此内压力 也即桥部金属外端所受 的侧向压力。
(l)飞边的形力Pb
飞边的变形属平行砧板间轴对称镦粗型。 参照工程塑性理论中的镦粗计算公式, 设τ=k (k=Y/3-1/2 ) 可得:
列基元板块的平衡方程式:
(2)锻件本体变形力pd
➢实验表明,在模锻的闭合阶段(打靠阶段),锻件 本体的变形仅局限在分模面附近的区域内,变形区 的形状类似于一凸透镜,其余部分不发生塑性变形。 因此,求锻件本体的变形力,就归结为求此凸透体 的镦粗变形力。
第一章 锻造变形力的计算
中部挤出凸台的平面应变 镦粗变形流动模式。
中部挤出凸台的平面应变镦粗 变形时σ和p的分布图形
第一章 锻造变形力的计算
这种类型的锻件由于几何参数和工艺条件的不同, 还 同可。能出现多种流动模式,相应的σy,分布必然亦不 例如,当锻件外围部分的宽度较小或厚度较大时, 由 缩于小横 。向 当流xk=动01的时阻,力区相域对②减消小失,。其分流层的尺寸xk将 作为极端的情况,当纵向流动阻力大于横向流动 阻力时(这种情况通常发生于挤出的凸台与模腔底 部相接触时),则只能发生镦粗变形,也即相当于 xk=0。 对于复杂变形情况,可采用如下的简化模型:
4. 区域Ⅰ:由于摩擦影响最大,该区变形十分困难, 称为“难变形区”。
5. 区域Ⅱ:不但受摩擦的影响较小,应力状态也有利 于变形,因此该区变形程度最大,称为“大变形区”。
6. 区域Ⅲ:其变形程度介于区域Ⅰ与区域Ⅱ之间,称 为“小变形区”。因鼓形部分存在切向拉应力,容易 引起表面产生纵向裂纹。
➢对不同高径比尺寸的坯料进行镦粗时,产生 鼓形特征和内部变形分布也不同。