运动与变形及塑性成型基本概念演示文稿
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第十讲-塑性成形.ppt
35
冷变形金属加热时组织和性能的变化
36
金属的再结晶温度与变形量之间的关系
37
晶粒长大
再结晶过程完成之后，如果再继续升高温度 或延长保温时间，金属的晶粒将会以互相吞并的 方式继续长大。这种不均匀的长大过程类似于再 结晶的形核(较大稳定亚晶粒生成)和长大(吞食周 围的小亚晶粒)的过程，所以称为第二次再结晶。 晶粒长大对力学性能的影响是很不利的，应当尽 量避免。
12
塑性变形对组织和性能的影响 （1）晶粒变形 金属塑性变形时，在外形变化的同时，内部晶粒
的形状也发生变化。通常是晶粒沿变形方向被压扁或
拉长。变形度愈大，晶粒形状变化愈大。变形量很大
时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形
成纤维组织。这将导致金属的性能产生各向异性，例
如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。
好。
6
若将表面抛光的单晶体金属试样进行适量的拉伸塑
性变形后，在光镜下观察，可发现试样表面有许多互相
平行的线条，它们被称为滑移带。若进一步用TEM作高
倍观察，则发现每条滑移带都是由许多密集的互相平行
的更细的滑移线和台阶所组成。对滑移线观察表明，晶
体的塑性变形是不均匀的，滑移只是分别地集中发生在
一些晶面上，而滑移带或滑移线之间和晶体层片间则未 产生变形，只是彼此之间相对位移而已。
4
滑移 晶体在切应力作用下，其一部分相对于另一部分沿
一定晶面和晶向发生相对的滑动，即晶体中产生层片之
间的相对位移，这种位移在应力去除后不能恢复。大量
的层片间滑动的积累，就构成金属的宏观塑性变形。
单晶体滑移示意图及实物图
5
能够产生滑移的晶面和晶向，相应地称为 滑移面和滑移方向，滑移通常是沿晶体中原子 密度最大的晶面和晶向进行的。一个滑移面与 其上的一个滑移方向组成一个滑移系，滑移系 越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越
冷变形金属加热时组织和性能的变化
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金属的再结晶温度与变形量之间的关系
37
晶粒长大
再结晶过程完成之后，如果再继续升高温度 或延长保温时间，金属的晶粒将会以互相吞并的 方式继续长大。这种不均匀的长大过程类似于再 结晶的形核(较大稳定亚晶粒生成)和长大(吞食周 围的小亚晶粒)的过程，所以称为第二次再结晶。 晶粒长大对力学性能的影响是很不利的，应当尽 量避免。
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塑性变形对组织和性能的影响 （1）晶粒变形 金属塑性变形时，在外形变化的同时，内部晶粒
的形状也发生变化。通常是晶粒沿变形方向被压扁或
拉长。变形度愈大，晶粒形状变化愈大。变形量很大
时，晶粒变成细条状，金属中的夹杂物也被拉长，形
成纤维组织。这将导致金属的性能产生各向异性，例
如沿纤维方向的强度和塑性明显高于垂直方向的。
好。
6
若将表面抛光的单晶体金属试样进行适量的拉伸塑
性变形后，在光镜下观察，可发现试样表面有许多互相
平行的线条，它们被称为滑移带。若进一步用TEM作高
倍观察，则发现每条滑移带都是由许多密集的互相平行
的更细的滑移线和台阶所组成。对滑移线观察表明，晶
体的塑性变形是不均匀的，滑移只是分别地集中发生在
一些晶面上，而滑移带或滑移线之间和晶体层片间则未 产生变形，只是彼此之间相对位移而已。
4
滑移 晶体在切应力作用下，其一部分相对于另一部分沿
一定晶面和晶向发生相对的滑动，即晶体中产生层片之
间的相对位移，这种位移在应力去除后不能恢复。大量
的层片间滑动的积累，就构成金属的宏观塑性变形。
单晶体滑移示意图及实物图
5
能够产生滑移的晶面和晶向，相应地称为 滑移面和滑移方向，滑移通常是沿晶体中原子 密度最大的晶面和晶向进行的。一个滑移面与 其上的一个滑移方向组成一个滑移系，滑移系 越多，金属发生滑移的可能性越大，塑性就越
课件塑性加工原理塑性与变形总课件参考.ppt
1．镦粗时组合件的变形特点 2．基本应力的分布特点 3．第一类附加应力的分布特点
*
上课课件
3. 4. 2 平辊轧制时金属的应力及变形特点
1．基本应力特点 2．变形区内金属质点流动特点 3．平辊轧制时，第一类附加应力的分布特点
*
上课课件
3. 4. 3 棒材挤压时的应力及变形特点
1．棒材挤压时的基本应力状态 2 ．棒材挤压时的金属流动规律 3 ．棒材挤压时的附加应力
变形程度ε
应力σ
σsb
σsn
图3-25 拉伸时真应力与变形程度的关系 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
*
上课课件
3. 3. 4 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
*
上课课件
2．最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状 态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动 时的临界切应力k，即： = k 3．摩擦力不变条件 认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达式为： =m·k 式中，m为摩擦因子
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
*
上课课件
§3.1 塑性流动规律（最小阻力定律）
上课课件
3. 2. 2 变形区的几何因素的影响
变形区的几何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影响变形和应力分布很重要的因素。
塑性力学 ppt课件
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
金属塑性成形原理金属塑性变形的物理基础PPT课件
• 较强相体积分数达到30%，两相以接近于相等的应变发生变形
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
第45页/共97页
弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
第39页/共97页
二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
第31页/共97页
位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
第45页/共97页
弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
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二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
第31页/共97页
位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
塑性成型原理.ppt
塑性加工力学
1 应力分析
1.1 应力张量
物体所承受的外力可以分成两类： 一类是作用在物体表面上的力，叫做面力或接触力，它可 以是集中力，但更一般的是分布力； 二类是作用在物体每个质点上的力，叫做体力。
内力： 在外力作用下，物体内各质点之间就会产生相互作 用的力。
应力：单位面积上的内力。
现以单向均匀拉伸为例（如图4-1）进行分析。
塑性加工力学
1 应力分析
1.3 主平面、主应力、主方向
主剪应力和最大剪应力
剪应力有极值的切面叫做主剪应力平面，面上作用的剪应力叫做主剪 应力。 取应力主轴为坐标轴，则任意斜切面上的剪应力可求得：
S1 1l S2 2m S3 3n
2 S2 2
12l 2
2 2
m
2
2 3
n
2
(1l 2 2m2 3n2 )2
塑性加工力学
1.1 应力张量——单向拉伸
S F0
P
cos
P F0
cos
0
cos
S cos 0 cos2
S sin
1 2
0
sin
2
当 45时，取 max 0.5 0
1 应力分析
塑性加工力学
1.1 应力张量
1 应力分析
xx yx zx 在x方向 xy y zy 在y方向 xz yz z 在z方向
微分面上的应力就是质点在任意切面上的应力，它可通过四面体QABC的静 力平衡求得。
l cos(N, x), m cos(N, y), n cos(N, z) l2 m2 n2 1
dF ABC dFx QBC ldF dFy QAC mdF dFz QAB ndF
PS x SdF cos(S, x) SxdF
《塑性成形工艺基础》课件
模具的构成
模具由上模、下模和导向部件等组成，用于实现金属材料的塑性成形。
模具的工艺要求
模具设计需要考虑材料选择、温度控制、表面处理等多个方面的要求。
模具设计的方法
模具设计需要考虑产品形状、材料流动和成型工艺等因素，采用综合方法进行设计。
塑性成形加工工艺
塑性成形加工的流程 塑性成形加工的工艺参数与选择 塑性成形加工的质量控制
应用范围
塑性成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、家电等领域，是现代工业的重要组成部分。
塑性变形的基本原理
1 金属的结构和性质
金属材料由多个晶格组 成，塑性变形是晶格滑 移和晶格形变的结果。
2 冷变形与热变形
冷变形在室温下进行， 热变形在高温下进行， 两者具有不同的变形特 点。
3 塑性变形的分类
塑性变形可分为压力加 工、拉伸加工、弯曲加 工和精密成型等多种类 型。
《塑性成形工艺基础》 PPT课件
本课程将介绍塑性成形工艺的基本原理、过程和模具设计，以及该工艺的发 展趋势。让我们一起探索这个令人着迷的领域！
背景介绍
塑性成形工艺的定义
塑性成形是通过施加压力，使金属材料在保持连续性的情况下发生塑性变形的一种制造工艺。
发展历程
塑性成形工艺自古已有，经历了手工操作、机械压力成形到现代数控技术的发展。
塑性成形的基本过程
1
拉伸加工
2
通过拉伸使金属材料变薄或变长，常
见的工艺有拉延、拉具的精细控制实现复杂零件的 成形，如注塑、挤压等。
压力加工
通过施加压力使金属在模具中变形， 包括冲压、锻造等工艺。
弯曲加工
通过施加力使金属材料弯曲或折弯， 常见的工艺有折弯、卷弯等。
塑性成形模具设计
塑性成形技术基础.ppt
' ij
（2-21）
d 3 dt 2
4）全量理论 （1）基本假设条件 ①理想刚塑性材料的假设； ②塑性变形和弹性变形属同一量级； ③加载过程符合简单加载条件，则应力偏 张量的各个分量与应变偏张量的各个分量
成正比。
（2）伊留申理论
3 式中： 2
1 时， 、 1； 当
0 、 2 / 3。 由 时， 2
2 3
( )/2 2 1 3
1 变化至
3
时，相应的 值变化范围为 1～ 2 / 3。现以 为纵坐标， 为横坐标 ,得 随 变化的几 何图形，如图所示。
图2-14 三向同号和异号应力状态下的屈服准则
根据屈服准则可知，为了使该单元体发 生塑性变形，对于三向压力状态时应满足：
即：
1 3 s
s 1 3
对于而两压一拉应力状态时应满足： 即：
1 3 s s 3 1
显然，第一种情况下 1 的绝对值（即变形抗力） 要比第二种情况下的大。
（2-13）
（3）塑性方程
2 2 2 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) 6 ( ) 2 x y y z z x x y y z z x s 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) 2 1 2 2 3 3 1 s
2
1
2.4 塑性变形时应力应变关系 分析塑性变形问题，需要知道塑性 变形时，应力状态和应变状态之间的关 系。这种关系的数学表达式叫做本构方
程，也称物理方程。
1）塑性变形时应力应变关系的特点 弹性变形时，应力与应变成线性关系。 弹性变形是可逆的，应变由应力状态唯一确 定，和应力状态如何达到的历史无关。应力 应变之间的这种线性关系，可由广义虎克定
（2-21）
d 3 dt 2
4）全量理论 （1）基本假设条件 ①理想刚塑性材料的假设； ②塑性变形和弹性变形属同一量级； ③加载过程符合简单加载条件，则应力偏 张量的各个分量与应变偏张量的各个分量
成正比。
（2）伊留申理论
3 式中： 2
1 时， 、 1； 当
0 、 2 / 3。 由 时， 2
2 3
( )/2 2 1 3
1 变化至
3
时，相应的 值变化范围为 1～ 2 / 3。现以 为纵坐标， 为横坐标 ,得 随 变化的几 何图形，如图所示。
图2-14 三向同号和异号应力状态下的屈服准则
根据屈服准则可知，为了使该单元体发 生塑性变形，对于三向压力状态时应满足：
即：
1 3 s
s 1 3
对于而两压一拉应力状态时应满足： 即：
1 3 s s 3 1
显然，第一种情况下 1 的绝对值（即变形抗力） 要比第二种情况下的大。
（2-13）
（3）塑性方程
2 2 2 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) 6 ( ) 2 x y y z z x x y y z z x s 2 2 2 2 ( ) ( ) ( ) 2 1 2 2 3 3 1 s
2
1
2.4 塑性变形时应力应变关系 分析塑性变形问题，需要知道塑性 变形时，应力状态和应变状态之间的关 系。这种关系的数学表达式叫做本构方
程，也称物理方程。
1）塑性变形时应力应变关系的特点 弹性变形时，应力与应变成线性关系。 弹性变形是可逆的，应变由应力状态唯一确 定，和应力状态如何达到的历史无关。应力 应变之间的这种线性关系，可由广义虎克定
《塑性成型原理》课件
塑性变形过程
1
传递应力
材料在外力作用下，分子间开始进行运动
变形
2
并传递应力，从行改变材料的形态。
分子在传递应力的过程中发行应变，导致
塑性变形产行。
3
强度恢复
塑性变形结束后，材料开始回弹，进而 使应变减小，强度增加。
塑性成型的工艺与方法
挤压成型
通过挤出口产生的挤压力让高 温软化的材料变形成所需截面 形状。
吹塑成型
将加热的塑料片材放置在形状 符合需要的具有微小孔的模具 上，利用压缩空气把塑料片材 吹卡进去，达到成型的目的。
热成型
根据成型温度、压力或成型方 式不同，又可以分为真空吸塑 成型、热压成型、热拉伸成型 等。
塑性成型的应用领域
工业制造
塑性成型在工业制造领域的应用 十分广泛，如汽车、电器、玩具 等生产制造中都广泛使用。
塑性成型原理PPT课件
本PPT课件介绍了塑性成型的基本原理、分类、工艺、应用与优缺点，希望能 够帮助您深入了解这一领域。
塑性成型的定义让热塑性材料变形成所需形状的过程。
2 分类
根据加热方式，塑性成型可分为热成型和冷成型；根据材料的状态，塑性成型可分为固 态变形和热变形。
医疗器械
医疗器械需要塑性成型产生的材 料具有优良的耐腐蚀性，生物安 全性等特点。
塑料制品
如饮料瓶、打包盒、盆子、盘子 等的生产都需要塑性成型。
塑性成型工艺的优缺点
优点
生产效率高，成本低；制造出来的产品质量稳定，重复性好。
缺点
生产过程对环境污染大；材料无法回收利用，热变性能不稳定。
结论与总结
塑性成型是一种将热塑性材料通过加热或其他方式变形成所需形状的过程，其在生产制造、医疗器械、塑 料制品等领域都有广泛应用，但也存在污染、资源浪费等问题。因此在使用时需要注意环保措施和材料回 收。
金属塑性成形的物理基础
• 晶 胞：晶体中能反映晶格特征的最基本的几何单 元。
• 晶格常数(点阵常数):晶胞的各边尺寸,即原子间距.
• 各种晶体的主要差别,就在于晶格形式和晶格常数 的不同.
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金属塑性成形的物理基础
实际金属的晶体结构
• 单晶体：位向相同的一群同类型晶胞聚合 在一起，组成单晶体。
• 单晶体由于不同晶面和晶向上原子排列不 同，使原子的密度和原子间的结合力强弱 不同，因而在不同方向上其机械、物理和 化学性能不同，称为晶体的各向异性。
• 自然界所有固体金属和合金都是晶体。
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金属塑性成形的物理基础
• 晶体内原子在空间的规则排列，成为空间点阵。
• 为了描述晶体内原子排列的状况，通常用直线将 各原子中心连接起来，构成一空间格子，即假想 处于平衡状态的各原子都位于该空间格子的各个 结点上。
• 晶 格：描述晶体内原子排列形式的空间格子，简 称晶格。
成形力、功的大小是正确选用设 备和设计模具的依据；对成形力影 响因素的分析可减小成形力，节约 能耗；应力场确定对分析工件内部 裂纹产生和空洞愈合是必不可少的。
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金属塑性成形的物理基础
3)金属的变形特点和流动规律 —位移场、应变场、速度场
研究金属的变形特点和流动规律 是合理选择原始毛坯、设计中间毛 坯及模具模膛形状的依据；分析和 控制工件内部性能，内在质量和最 终形状的依据。这是塑性成形的又 一基本问题。
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金属塑性成形的物理基础
一般情况下，滑移并非沿任意晶面 和晶向发生，而是沿该晶体中原子 排列最紧密的晶面和晶向发生。
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•滑移面示意图
金属塑性成形的物理基础
二、滑移系 通常每一种晶格有几个可能产生滑移的晶面，即同
• 晶格常数(点阵常数):晶胞的各边尺寸,即原子间距.
• 各种晶体的主要差别,就在于晶格形式和晶格常数 的不同.
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金属塑性成形的物理基础
实际金属的晶体结构
• 单晶体：位向相同的一群同类型晶胞聚合 在一起，组成单晶体。
• 单晶体由于不同晶面和晶向上原子排列不 同，使原子的密度和原子间的结合力强弱 不同，因而在不同方向上其机械、物理和 化学性能不同，称为晶体的各向异性。
• 自然界所有固体金属和合金都是晶体。
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金属塑性成形的物理基础
• 晶体内原子在空间的规则排列，成为空间点阵。
• 为了描述晶体内原子排列的状况，通常用直线将 各原子中心连接起来，构成一空间格子，即假想 处于平衡状态的各原子都位于该空间格子的各个 结点上。
• 晶 格：描述晶体内原子排列形式的空间格子，简 称晶格。
成形力、功的大小是正确选用设 备和设计模具的依据；对成形力影 响因素的分析可减小成形力，节约 能耗；应力场确定对分析工件内部 裂纹产生和空洞愈合是必不可少的。
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金属塑性成形的物理基础
3)金属的变形特点和流动规律 —位移场、应变场、速度场
研究金属的变形特点和流动规律 是合理选择原始毛坯、设计中间毛 坯及模具模膛形状的依据；分析和 控制工件内部性能，内在质量和最 终形状的依据。这是塑性成形的又 一基本问题。
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金属塑性成形的物理基础
一般情况下，滑移并非沿任意晶面 和晶向发生，而是沿该晶体中原子 排列最紧密的晶面和晶向发生。
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•滑移面示意图
金属塑性成形的物理基础
二、滑移系 通常每一种晶格有几个可能产生滑移的晶面，即同
塑性成形原理32应变分析 .ppt
3
2、 应变张量、应变球张量、应变偏张量、转 动张量
应变球张量表示物体的体积变化(原因?)， 而应变偏张量表示物体的形状变化。由于塑性 变形时金属体积不变，故应变球张量为 0，泊 松比μ=0.5。
体积应变
V
v1 v0 v0
x y z 3.m
4
非对称张量ij
xy y x 2 0
zy y z 2
xz yz
2
zx zy
2
0
m
m
y'xx
xy
' y
xz yz
0 z
z 0
y x
m zx zy
(王连登：…)
29
上一章（节）
当前：3.2
下一章（节）
30
9
习题9： 9、利用以前学过的知识，证明线弹性条件下，
等效应力和等效应变之间的关系：
3E 3G 2.(1 )
（注意：广义虎克定律，E、G之间的关系）
(何福善：…)
10
算一下：单向拉伸时的等效应变是多少？ 单向拉伸时的等效应力是多少？
(请同学马上算……)
11
单向拉伸时：
2 3
3.2 应变分析
1
3.2.1 基本概念
1） 点应变状态； 2） 变形是由位移引起的，但刚性位移（刚体
平动和刚体转动）不产生应变； 3） 物体的变形取决于物体内各质点之间的相
对位移。
2
3.2.2 小变形分析
2、 应变张量、应变球张量、应变偏张量、转 动张量
应变球张量表示物体的体积变化(原因?)， 而应变偏张量表示物体的形状变化。由于塑性 变形时金属体积不变，故应变球张量为 0，泊 松比μ=0.5。
体积应变
V
v1 v0 v0
x y z 3.m
4
非对称张量ij
xy y x 2 0
zy y z 2
xz yz
2
zx zy
2
0
m
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y'xx
xy
' y
xz yz
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z 0
y x
m zx zy
(王连登：…)
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下一章（节）
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9
习题9： 9、利用以前学过的知识，证明线弹性条件下，
等效应力和等效应变之间的关系：
3E 3G 2.(1 )
（注意：广义虎克定律，E、G之间的关系）
(何福善：…)
10
算一下：单向拉伸时的等效应变是多少？ 单向拉伸时的等效应力是多少？
(请同学马上算……)
11
单向拉伸时：
2 3
3.2 应变分析
1
3.2.1 基本概念
1） 点应变状态； 2） 变形是由位移引起的，但刚性位移（刚体
平动和刚体转动）不产生应变； 3） 物体的变形取决于物体内各质点之间的相
对位移。
2
3.2.2 小变形分析
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面，
P为截面上的作用力， 则A截面的应力向量p
P
p
P
F
ΔP dP P
A
lim p
A0 A dA
A
lim ➢p也称为全应力向量，
可分解为三个应力分量，
ΔP dP
即一 个正应力和二个剪
A0 A dA
应力
lim
ΔP dP
A0 A dA
应力状态
应力状态表示
性能相同；
金属塑性成形基本假设
体积力为零 ➢ 成形过程中的外力可分为两类：表面力
和体积力； ➢ 体积力是作用在物体质点上的力，例如
重力、磁力和惯性力等等； ➢ 对于塑性成形来说，除了高速锤锻造、
爆炸等少数成形情况，体积力相对于其 它成形外力很小，可以忽略不计；
金属塑性成形基本假设
变形体在表面力作用下处于平衡状态 ➢ 材料成形时模具和零件处于平衡状态； ➢ 如果零件划分为有限个单元体，每个单
塑性变形
什么是塑性变形
➢ 材料产生一定的永久变形又不破坏其完整性的 能力
➢ 塑性加工是利用材料塑性而获得所需形状与尺 寸的工件的一种加工方法
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
汽车制造
金属成形计算机模拟
主要分类
板料冲压成形模拟 体积成形模拟
主要方法
➢ 由于计算机水平的发展，现代金属塑性成形计 算基本不采用解析计算方法，而普遍采用计算 机数值模拟方法；
➢ 解析计算方法只能分析少数简单成形问题，计 算机数值模拟方法能够模拟任何复杂的金属塑 性成形问题；
应力概念
应力的概念
➢ 内力：因外力作用面在物体内部产生的力 ➢ 内力的特点：
1. 随外力的变化而变化，是“附加内力” 2. 内力是分布力系，常用其主矢量和主矩表示 ➢ 应力：单位面积上的内力 应力表示内力的强度，作用于物体质点之间 ➢ 目的：确定物体处于弹性或塑性阶段的强度问题 或屈服条件问题都很重要，是建立在复杂应力状 态下强度准则和屈服准则条件所必须的基础知识
金属压力加工
应用领域
机械；电子；航空航天……
成形分类
冲压成形；锻造成形；拉拔成形；挤压成形； 切削成形；轧制成形……
成形方法
冲压成形；锻造成形；数学化无模成形；爆炸 成形；电磁成形；激光成形；……
发展前景
超大、超小、高精尖、高度集成
金属压力加工
发展历史
➢ 1678年，Hooke（虎克）：变形和外力成正比。 ➢ 1820~1830年，Navier、Cauahy、Saint Venant（圣维南）：
应力、应变的概念，变形体的平衡方程、几何方程、协 调方程、广义虎克定律；------弹性力学的理论基础。 ➢ 1864年，Tresca（屈斯卡）：最大剪应力屈服条件。 ➢ 1871年，Levy（列维） ：三维塑性应力--应变关系。 ➢ 1913年，Mises（米塞斯） ：形变能屈服条件。 ➢ 1930年，Prandtl，Reuss（瑞斯）：增量理论。 ➢ 1943年，Hencky（汉基 ），Nadai，Iliushin：形变理论。 ➢ 1950年~，塑性位势理论、有限单元法
运动与变形及塑性成型基本概 念演示文稿
优选运动与变形及塑性成型基 本概念
参考书目
金属塑性成形原理（*****）
俞汉清，陈金德 编，机械工业出版社，1999年， 北京。
材料成形理论基础（*****）
刘雅政 主编，国防工业出版社，2004年，北京。
金属塑性加工原理（****）
陈森灿，叶庆荣 编，清华大学出版社，1991年， 北京。
元体仍处于平衡状态； ➢ 每个单元体的外力系的矢量和为零，外
力系对任一点的总力矩也为零；
金属塑性成形基本假设
初始应力为零 ➢ 内力是由于外力作用下产生的，内力的
变化达到一定程度就会使金属产生塑性 变形； ➢ 课程内容主要考虑金属由于外力的作用 下产生塑性变形，不考虑金属存在初始 应力情况；
金属塑性成形基本假设
➢ 应力状态一般用单元体表示
➢ 单元体：材料内的质点，包围质点的无限小的
几何体，常用的是正六面体
➢单元体的性质 任一面上，应力均布 平行面上，应力相等
y
y
yx
x
z
xy
z
x
应力分量
学习方法
塑性成形的基本理论发展的比较久远， 理论系统比较完善，但随着计算机的发 展和工程实际问题的需要，有限元数值 方法已经完全取代了传统的理论解析计 算方法；
重点学习概念，不要过分强调理论的完 整性；
我们学习的目的不是为了理论解析计算， 因此重点学习塑性成形理论中的一些重 点基本概念；
第16章 运动与变形 及塑性成型基本概念
弹塑性有限元法 刚塑性有限元法 无网格法
金属成形计算机模拟应用
汽车覆盖件冲压成形过程模拟 板料液压成形过程模拟 弯管成形过程模拟 五金级进模零件成形过程模拟 金属锻造成形过程模拟 金属切削成形过程模拟 金属拉拔成形过程模拟 ……………………..
金属成形计算机模拟应用
金属成形计算机模拟应用
（模拟图象见 栏目）
金属成形计算机模拟应用
金属成形计算机模拟应用
重点内容
金属塑性成形中的基本概念 ➢ 应力分析、应变分析、塑性、屈服准则、
本构关系等等；
➢ 不讲传统的解析计算方法，如滑移线法、 上限法、下限法等等；
➢ 本课程是金属塑性成形的基础课程，是 后继课程“成形工艺与装备”、“材料 成形过程数值模拟”的基础；
体积不变假设 ➢ 弹性变形时，体积变化必须考虑； ➢ 塑性变形时，体积虽有微小变化，但与
塑性变形量相比很小，可以忽略不计， 因此一般假设金属在塑性变形前后的体 积保持不变；
金属塑性成形基本假设
为什么需要五点假设?
➢ 为了可以解析计算简单的塑性成形问题；
➢ 金属塑性成形基本假设与实际情况差别很大， 只适用于金属塑性成形解析计算方法；
金属塑性成形基本假设
由于金属塑性成形非常复杂，数学与 力学的处理非常困难，因此需要做一些假 设和近似处理：
各向同性的均匀连续体 体积力为零 变形体在表面力作用下处于平衡状态 初始应力为零 体积不变假设
金属塑性成形基本假设
各向同性的均匀连续体 ➢ 假设材料是连续的，即在材料内不存在
任何缺陷； ➢ 假设材料各质点的组织、化学成形相同； ➢ 假设材料在各方向上的物理性能和力学
P为截面上的作用力， 则A截面的应力向量p
P
p
P
F
ΔP dP P
A
lim p
A0 A dA
A
lim ➢p也称为全应力向量，
可分解为三个应力分量，
ΔP dP
即一 个正应力和二个剪
A0 A dA
应力
lim
ΔP dP
A0 A dA
应力状态
应力状态表示
性能相同；
金属塑性成形基本假设
体积力为零 ➢ 成形过程中的外力可分为两类：表面力
和体积力； ➢ 体积力是作用在物体质点上的力，例如
重力、磁力和惯性力等等； ➢ 对于塑性成形来说，除了高速锤锻造、
爆炸等少数成形情况，体积力相对于其 它成形外力很小，可以忽略不计；
金属塑性成形基本假设
变形体在表面力作用下处于平衡状态 ➢ 材料成形时模具和零件处于平衡状态； ➢ 如果零件划分为有限个单元体，每个单
塑性变形
什么是塑性变形
➢ 材料产生一定的永久变形又不破坏其完整性的 能力
➢ 塑性加工是利用材料塑性而获得所需形状与尺 寸的工件的一种加工方法
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
金属压力加工
汽车制造
金属成形计算机模拟
主要分类
板料冲压成形模拟 体积成形模拟
主要方法
➢ 由于计算机水平的发展，现代金属塑性成形计 算基本不采用解析计算方法，而普遍采用计算 机数值模拟方法；
➢ 解析计算方法只能分析少数简单成形问题，计 算机数值模拟方法能够模拟任何复杂的金属塑 性成形问题；
应力概念
应力的概念
➢ 内力：因外力作用面在物体内部产生的力 ➢ 内力的特点：
1. 随外力的变化而变化，是“附加内力” 2. 内力是分布力系，常用其主矢量和主矩表示 ➢ 应力：单位面积上的内力 应力表示内力的强度，作用于物体质点之间 ➢ 目的：确定物体处于弹性或塑性阶段的强度问题 或屈服条件问题都很重要，是建立在复杂应力状 态下强度准则和屈服准则条件所必须的基础知识
金属压力加工
应用领域
机械；电子；航空航天……
成形分类
冲压成形；锻造成形；拉拔成形；挤压成形； 切削成形；轧制成形……
成形方法
冲压成形；锻造成形；数学化无模成形；爆炸 成形；电磁成形；激光成形；……
发展前景
超大、超小、高精尖、高度集成
金属压力加工
发展历史
➢ 1678年，Hooke（虎克）：变形和外力成正比。 ➢ 1820~1830年，Navier、Cauahy、Saint Venant（圣维南）：
应力、应变的概念，变形体的平衡方程、几何方程、协 调方程、广义虎克定律；------弹性力学的理论基础。 ➢ 1864年，Tresca（屈斯卡）：最大剪应力屈服条件。 ➢ 1871年，Levy（列维） ：三维塑性应力--应变关系。 ➢ 1913年，Mises（米塞斯） ：形变能屈服条件。 ➢ 1930年，Prandtl，Reuss（瑞斯）：增量理论。 ➢ 1943年，Hencky（汉基 ），Nadai，Iliushin：形变理论。 ➢ 1950年~，塑性位势理论、有限单元法
运动与变形及塑性成型基本概 念演示文稿
优选运动与变形及塑性成型基 本概念
参考书目
金属塑性成形原理（*****）
俞汉清，陈金德 编，机械工业出版社，1999年， 北京。
材料成形理论基础（*****）
刘雅政 主编，国防工业出版社，2004年，北京。
金属塑性加工原理（****）
陈森灿，叶庆荣 编，清华大学出版社，1991年， 北京。
元体仍处于平衡状态； ➢ 每个单元体的外力系的矢量和为零，外
力系对任一点的总力矩也为零；
金属塑性成形基本假设
初始应力为零 ➢ 内力是由于外力作用下产生的，内力的
变化达到一定程度就会使金属产生塑性 变形； ➢ 课程内容主要考虑金属由于外力的作用 下产生塑性变形，不考虑金属存在初始 应力情况；
金属塑性成形基本假设
➢ 应力状态一般用单元体表示
➢ 单元体：材料内的质点，包围质点的无限小的
几何体，常用的是正六面体
➢单元体的性质 任一面上，应力均布 平行面上，应力相等
y
y
yx
x
z
xy
z
x
应力分量
学习方法
塑性成形的基本理论发展的比较久远， 理论系统比较完善，但随着计算机的发 展和工程实际问题的需要，有限元数值 方法已经完全取代了传统的理论解析计 算方法；
重点学习概念，不要过分强调理论的完 整性；
我们学习的目的不是为了理论解析计算， 因此重点学习塑性成形理论中的一些重 点基本概念；
第16章 运动与变形 及塑性成型基本概念
弹塑性有限元法 刚塑性有限元法 无网格法
金属成形计算机模拟应用
汽车覆盖件冲压成形过程模拟 板料液压成形过程模拟 弯管成形过程模拟 五金级进模零件成形过程模拟 金属锻造成形过程模拟 金属切削成形过程模拟 金属拉拔成形过程模拟 ……………………..
金属成形计算机模拟应用
金属成形计算机模拟应用
（模拟图象见 栏目）
金属成形计算机模拟应用
金属成形计算机模拟应用
重点内容
金属塑性成形中的基本概念 ➢ 应力分析、应变分析、塑性、屈服准则、
本构关系等等；
➢ 不讲传统的解析计算方法，如滑移线法、 上限法、下限法等等；
➢ 本课程是金属塑性成形的基础课程，是 后继课程“成形工艺与装备”、“材料 成形过程数值模拟”的基础；
体积不变假设 ➢ 弹性变形时，体积变化必须考虑； ➢ 塑性变形时，体积虽有微小变化，但与
塑性变形量相比很小，可以忽略不计， 因此一般假设金属在塑性变形前后的体 积保持不变；
金属塑性成形基本假设
为什么需要五点假设?
➢ 为了可以解析计算简单的塑性成形问题；
➢ 金属塑性成形基本假设与实际情况差别很大， 只适用于金属塑性成形解析计算方法；
金属塑性成形基本假设
由于金属塑性成形非常复杂，数学与 力学的处理非常困难，因此需要做一些假 设和近似处理：
各向同性的均匀连续体 体积力为零 变形体在表面力作用下处于平衡状态 初始应力为零 体积不变假设
金属塑性成形基本假设
各向同性的均匀连续体 ➢ 假设材料是连续的，即在材料内不存在
任何缺陷； ➢ 假设材料各质点的组织、化学成形相同； ➢ 假设材料在各方向上的物理性能和力学