工程塑性理论应力分析-01解析

5.89
底部切削率%
20
17.65
4.14
槽钢切分过程有限元模拟
h=160±2.0 b=63±2.5 d=6.5±0.6 t=10±0.6 c=28.25 r1=10 r2=5.0
(单位：mm)
原料选用140×140方坯
第二道实际尺寸
第二道模拟尺寸
第三道实际尺寸 图 7.22 实际轧制中的轧件取样尺寸
图 2.14 超塑性气压胀形产品壁厚的不均匀性
纺纱槽筒
飞机舱门
发动机部件
火箭部件
图 2.16 采用超塑性气压成形方法制成的典型零件
(a)单层板 SPF/DB 工艺
(b)单层板 SPF/DB 工艺 (c)单层板 SPF/DB 工艺 图 2.17 SPF/成形方式
◆塑性加工的特点
（1）改善组织、提高性能 （2）金属流线分布合理 （3）提高材料利用率
线性加载
橡胶模具
问题：
1) 理论解析困难； 2) 工艺及模具设计周期长； 3) 存在低密度区域缺陷； 4) 成材率低，成本高。
改进措施 —橡胶模具变化
优化设计模拟结果
实际生产过程、BenchMark模拟及改进模型之间的切削率比较
实际生产过程 BenchMark模型
改进模型
总体切削率%
15
9.86
和必定为零ΣF＝0，并且，外力系对任一
点的总力矩也必定为零ΣM＝0 。 利用平衡关系建立相应的方程
◆体积力是作用在物体内每个质点上 的力； 例如重力、磁力和惯性力等。
分布载荷 （表面力）
集中力 （表面力）
体积力
分布载荷 （表面力）
对于塑性加工而言，除了高速锻造、爆炸 成形、电磁成形等少数情况外，体积力相
对于面力是很小的，可以忽略不计。
（3）变形体在外力作用下处于平 衡状态
变形体处于平衡状态的充分和必要条件是， 作用于变形体的整体以及从整个变形体中 分离出来的每个单元体上的外力系的矢量
工程塑性理论
主讲教师：
0、序论 0.1塑性加工
F≠0
F≠0
材料
塑性变形？ 弹性变形？
为了判断受力物体产生弹性变形，还 是产生塑性变形，需要看卸载后变形 体的恢复行为。
σ
εe：弹性变形
εp：弹性变形
εe εp
ε
F=0
F=0
变形体
变形完全恢复
变形没有完全恢复 有残余变形
（永久变形）
弹性变形 塑性变形
（3）提高材料利用率
0.3本课程的目的
塑性加工原理
塑性加工力学
塑性加工金属学
◆轧制技术 ◆挤压技术 ◆拉拔技术
◆锻造技术 ◆冲压技术 ◆新型塑性加工方法
探讨塑性加工力学、塑性加工金属学等方面的共同规律： ▲完善塑性加工理论体系；▲优化塑性加工工艺； ▲开发新型塑性加工方法。
0.3 本课程的主要内容
6.1 基本假设
（1）材料是各向同性的均匀、连续体 该假设的涵义是，由于假设变形体是连 续的，即整个变形体内不存在任何空隙， 因此，应力、应变、位移等物理量是坐 标的连续函数。
可以采用数学方法（微、积分）进行 处理
（2）体积力为零
◆表面力是作用在物体表面上的力； 是工具或传力介质对变形体的作用而 产生的。；
材料所具有的 塑性变形的能力
利用材料的塑性 使其成形的方法
材料的塑性 材料塑性加工
在冶金行业中：大部分的 塑性加工方法都是在压缩
应力下进行的
金属压力加工
0.2 常见的塑性加工方法
◆轧制技术（冶金行业） ◆挤压技术（冶金、机械行业） ◆拉拔技术（冶金、机械行业） ◆锻造技术（机械行业：体积成形） ◆冲压技术（机械行业：板料成形）
（1）改善组织、提高性能
钢结硬质合金
(a) 未经锻造的合金退火态 (b) 经锻造 的合金退火态 图1 锻造前后的合金显微组织比较
新型超高强度钢G50 热变形与组
织性能的关系
变形前
变形后
（2）金属流线分布合理
纤维组织被切断（服役时易开裂） 纤维组织连续（提高柱塞套疲劳强度） 图 2 柱塞套纤维组织类型
图 7.37 模拟计算优化工艺所得到的 轧件尺寸
优化后第三道实际轧制尺寸
图 7.38 优化工艺在实际轧制中的 轧件取样尺寸
6、固态塑性成形时的应力
分析与应变分析
◆应力分析
◇点的应力状态 ◇应力平衡微分方程
◆应变分析
◇点的应变状态 ◇应变的连续性方程
6.1 基本假设 6.2 点的应力状态 6.3 应力平衡微分方程 6.4点的应变状态 6.5 应变增量和应变速率 6.6 应变的连续方程 6.7 有限变形
腰部压下量 腿长 腿部伸长量
32
15.5
15.5
33.5
27.4
11.9
22.5
37.5
10.1
主要工艺参数设计值
道
实际轧制 (mm)
次
腰厚 腰部压下量 腿长 腿部伸长量
No.1 105
35
10
10
No 2 73
32
源自文库
35
25
No 3 50
23
44
9
优化后第二道模拟尺寸
优化后第二道实际轧制尺寸
优化后第三道模拟尺寸
第三道模拟尺寸 图 7.23 模拟计算所得的轧件尺寸
实际轧制过程、模拟轧制过程主要工艺参数
道
实际轧制 (mm)
次 腰厚 腰部压下量 腿长 腿部伸长量 腰厚
No.1 107
33
16.8
16.8
108
No 2 76.3
30.7
26.5
9.7
74.5
No 3 47.2
29.1
39.7
13.2
52
模拟轧制 (mm)
模锻件
（a）自由锻
下模
（b）模锻 图 1.5 锻造成形示意图
（a）用于汽车上的部分精锻产品 （b）用于电器上的精锻产品
（5）冲压技术
施压介质： 钢制、气体、液体等
板料
压边力
拉深
变形区
胀形
气压
气压
抽真空
(a)凸模成形方法
图 2.13 气压成形方法
抽真空 (b)凹模成形方法
(a)凸模成形制品
(b)凹模成形制品
锻造和冲压统称为锻压技术
（1）轧制技术
后滑区（变形区）
γ
轧辊 前滑区（变形区）
金属坯料
α 轧件
图 1.2 轧制成形示意图
（2）挤压技术
挤压筒 变形区 死金属区 挤压件
p
坯料
图 1.3 挤压成形示意图
（3）拉拔技术
坯料 变形区 拉拔模 拉拔产品
图 1.4 拉拔成形示意图
（4）锻造技术
死金属区 上模
（1）应力分析（小变形：弹塑性变形均适用） （2）应变分析（小变形：弹塑性变形均适用） （3）屈服准则（塑性力学核心内容） （4）应力应变关系 （5）塑性加工解析方法
陶瓷粉末冷等静压成形过程
粉末 颗粒
芯棒
粉末颗粒
加压
粉末成份：Al2O3、SiC、C 以及粘结剂、添加剂
模 具：橡胶 芯 棒：刚性体 粉体初始相对密度：0.50 加载制度：0 ﹥150MPa