压力加工原理

可见在塑性加工中完全实现均匀变形基本上是不可能的
第一章 应力与变形
不均匀变形
实际生产中理想的均匀变形状态根本不存在，都是不均匀变形。 如拉伸时的缩尾、板材轧制时的舌头及燕尾、墩粗时的鼓形。 不均匀变形的典型现象：
单鼓或双鼓（墩粗时由于高径比不同） 侧面翻平 粘着现象与难变形区（变形金属与工具接触处完全不发生滑动）
一般以尺寸变化最大的方向计算（延伸率、面积压缩率） 计算简便，有指导意义。 真应变：表示准确，真实反映变形过程，但计算烦杂，一般不在生产现场使用
第一章 应力与变形
均匀变形
若变形区内所有点的变形状态都相同时，为均匀变形
均匀变形特点
变形前的平面和直线在变形后仍为平面和直线，变形前平行的面 和直线变形后仍然平行； 曲面变形后仍然为曲面，其中园和球体变形为椭圆和椭球； 两个几何相似且位置相似的单元体，变形后仍然相似。
不均匀变形的减轻措施
尽可能保证原料成分、组织的均匀（熔炼、浇铸等） 正确选择变形工艺（挤压筒预热、冷加工时两次退火间的加工量选择等） 合理的工具形状，尽量使变形均匀（板材轧制时的辊形设计） 减小外摩擦的影响（润滑剂等）
第一章 应力与变形
金属塑性变形基本理论
弹塑性共存定律
第二章 金属的塑性变形机制
单晶体变形机制
滑移：晶体在外力作用下，其中一部分沿一定晶面和此晶面上的 一定晶向相对另一部分产生相对移动称滑移（常伴随扭转）。简 单滑移、复杂滑移 滑移系、滑移条件（临界切应力）、位错理论 孪晶：晶体在切应力作用下，一部分沿一定的晶面和晶向按照一 定的关系发生相对的位向移动。孪晶发生后晶体的一部分与原晶 体的位向相互对称 单晶体的变形是滑移和孪晶相互作用的结果
第一章 应力与变形
工件在外力作用下，大量金属原子从一个平衡 位置转移到另一个平衡位置，宏观上就产生 了变形（弹性变形、塑性变形）
工件受力分析
外力：加工过程中作用在金属表面的力。 工具对工件施加变形力和约束反力、工件与工 具的摩擦力 内力：变形中为了平衡外力的作用，在金属 内部产生的与外力相平衡的力 应力：单位面积上的内力称应力

金属本身性质 由于 成分、杂质、内部组织等的不均匀 刚端作用 外端的“强迫拉齐”作用
第一章 应力与变形
不均匀变形的后果
引起应力状态的改变，如轧制时表层与心部应力分布发生改变 易于产生缺陷 使金属变形抗力升高、塑性降低（克服应力影响、过早达到极限） 降低产品质量（变形不均匀导致变形量不同、再结晶后晶粒不均匀）
第四章 金属加工中各种方法的应力与变形特点
压力加工的目的，就是通过变形与热处理，将铸锭、 坯料加工成具有一定形状、尺寸，内部组织及性能符 合要求的产品，因此有必要了解金属在各种变形条件 下的应力和变形特点。 主要以镦粗、板材轧制、棒材的挤压拉拔等加工方法 分别说明。
第四章 金属加工中各种方法的应力与变形特点
减少质量的方法：机加工、电解腐蚀、冲裁剪切等。 增加质量的方法：焊接铆接、电镀沉积等。 质量不变的方法：锻造、轧制、挤压、拉拔等
压力加工原理
绪论
由于金属铸锭组织粗大且不均匀，强度、塑性差，常需要通过压 力加工改善内部组织、改变形状，以利后续应用。 金属压力加工就是利用金属的塑性，通过外力克服金属对变形的 抵抗，使其产生塑性变形，从而得到各种形状、尺寸和组织性能 的产品。压力加工的过程就是金属产生塑性变形的过程，也可称 作塑性加工。
第二章 金属的塑性变形机制
金属塑性变形的物理本质
位错理论（位错是滑移程度不同的区域的分界，分界线即是位错 线） 金属晶体是有一定的结构的。常见的晶体结构有：体心立方、面 心立方、密排六方，金属变形时是按照一定的取向在一定的面上 进行滑移，产生变形。 临界切应力：在滑移面上沿滑移方向的切应力达到屈服极限时， 此切应力即为临界切应力，当拉伸轴与滑移面和滑移方向均为 45°角时，达到临界切应力产生变形的σs最小。 晶体滑移的实质（刚性滑动→位错滑移）：受力→晶体缺陷处发 生位错→局部产生滑移→位错线移动→滑移面扩大→整体滑移完 成。
研究不均匀变形的方法
硬度法：主要用于冷变形，硬度的变化与变形程度成比例 晶粒大小比较法：变形量对再结晶退火后晶粒大小基本呈正比 网格法：最常用的方法
第一章 应力与变形
不均匀变形的原因
外摩擦 变形区几何因素 如墩粗时H/D越大，越易产生侧面翻平，扩大粘着区，变形不均匀 工具与变形体的形状 轧制时凸凹辊型导致的舌头、燕尾，以及辊缝不一致产生的侧弯等 变形金属内部温度分布
第三章 压力加工中的摩擦与润滑
影响摩擦的因素
工具与被加工金属的表面状态
单位压力
工具与变形金属的性质（钛-钢） 变形温度与速度：一般温度高、变形速度快、摩擦力较小
第三章 压力加工中的摩擦与润滑
润滑与润滑剂
润滑的作用 降低摩擦系数 冷却工具，控制工具形状 延长工具使用寿命 提高产品质量，提高生产率 压力加工对润滑剂的要求 适当的粘度 一定的稳定性、易清除 环保、有良好的冷却作用、成本低
其它变形机制：扩散机制、晶块转动机制
第二章 金属的塑孪晶、扭转） 晶间变形（晶粒的转动与移动） 高温变形时，晶间存在低熔点相，对变形有一定的修复作用，这也是 金属在高温下可获得较大变形的原因之一
第二章 金属的塑性变形机制
多晶体变形特点
变形的发生、发展不均匀 变形的发生、发展不均匀，主要是由于多晶体内部晶粒的取向、大小、 所受应力不同所导致的 变形抗力较高（冷加工时） 由于多晶体在变形中出现应力、变形的不均匀，使其变形抗力升高、 塑性下降。多晶体晶粒大小对变形抗力影响较大，尤其是冷变形 时（晶粒多→ 晶界多→ 晶界杂质导致滑移受阻→ 变形抗力升高） 出现方向性： 塑性变形过程中，晶粒的取向发生改变，逐步出现 定向排列，使金属产生各向异性（尤其是变形方向较统一时） 晶界的作用：一般低温下变形首先从晶内变形开始，高温下晶界 软化、抗力降低，一般变形先从晶界开始。
第一章 应力与变形
金属变形过程与断裂
金属变形过程 静力拉伸试验的应力-应变曲线可以看出：金属变 形中同时存在弹性变形和塑性变形 金属的断裂 一般过程：微裂纹的产生、扩展、聚合→裂纹产 生、扩展 →断裂 随变形条件的不同（温度、变形速度、材料状态 等），金属的断裂大体上可分为两类 脆性断裂：宏观上变形很小就发生断裂，端口平 齐，一般有晶体光泽。微观上是由于原子结 合面撕裂的结果。 韧性断裂：宏观上在断裂之前已经有明显的塑性 变形，断口有纤维状，有缩颈，颜色发暗。
金属在塑性变形过程中，同时伴随弹性变形的存在 实际应用：拉伸时成品模比成品尺寸稍小、带材轧制时的辊型等等
体积不变定律
金属塑性变形中体积的变化很微小，可以忽略，因此假定金属塑性变形前后 体积不变（主变形图为什么只有3个？）
最小阻力定律
金属在塑性变形过程中，变形区内的金属质点向对其阻力最小的方向运动 也可表示为最短法线定律，即金属受压变形时若接触摩擦较大，其质点必然 沿最小法线方向流动 （不同宽度板材轧制时、不同辊径轧制板材时，哪种方式宽展更大？）
第一章 应力与变形
应力状态、变形状态描述
在变形区域内取一个微小的正六面体，建立直角 坐标系 作用在这个正六面体上的力进行分解，分解为主 应力和切应力，作图，当只存在主应力时，称 主应力图，共有九种，分三类
线应力状态（拉、压） 平面应力状态（两向压、两向拉、一拉一压） 体应力状态（三向压、三向拉、一压两拉、一拉两压）
压力加工原理
应力与变形 金属的塑性变形机制 压力加工中的摩擦与润滑 金属加工中各种方法的应力与变形特点 金属的塑性与变形抗力 塑性变形对金属组织性能的影响
压力加工原理
绪论
自然界金属一般是以氧化物、硫化物、盐类等形式存在，很少以 纯金属形式存在（贵金属等），须以冶金、电化学等方式提取出 来，加以利用。 提取出来的金属须通过各种方式，加工需要的形状，称为成型。 金属成型方法一般分3类
第一章 应力与变形
内力的分类
第一种内力：由于受力，金属原子间距发生改变产生的，与外力平衡。 哪个方向有外力，金属内部哪个方向就有第一种内力产生 第二种内力：当金属变形不均匀时，金属内部产生的自相平衡的力 （变形不均匀、受热不均匀等） 应力：四种，基本应力、内应力 基本应力：随外力产生而产生，外力去除，基本应力消失 第一、二、三种内应力：金属中、晶粒群间、晶粒或相间、晶粒内部 由于变形不均匀而产生 残余应力：变形结束后，金属内部仍然残留的应力，三种，对应 内应力（后果及预防措施）
第三章 压力加工中的摩擦与润滑
摩擦在压力加工中的作用
摩擦产生的原因（表面状态、压力） 接触表面不可能完全光滑，凸凹咬合影响相对移动，产生摩擦。 压力加工中的摩擦特点 接触表面承受的压强大； 接触表面不断更新（表面翻平、表面磨损），难于准确定量； 接触表面性质差别大、由于摩擦使得接触表面温度升高明显。 摩擦对加工过程的影响 引起变形的不均匀（如挤压的死区、锻造的难变形区等）导致组织性 能不均匀； 提高变形抗力（克服摩擦）、降低工具的使用寿命（磨损） 摩擦的有利作用：轧制咬入、挤压时表面层集中在死区保证产品质量 等等
第一章 应力与变形
变形区与外端的概念
变形区：在外力作用下正在发生塑性变形 的区域称变形区 外端：变形区前后，与变形区紧密相连的 区域，有的尚未变形，有的已经变形完毕， 这部分统称外端，也称刚端

工具 外端
变形区 工具
外端
金属在变形过程中是连续变形的整体，研究变 形规律和现象时应注意变形区、外端之间 的相互作用
第三章 压力加工中的摩擦与润滑
外摩擦是自然界存在的普遍现象。压力加工中同样存 在摩擦。
外摩擦是压力加工中的塑性变形条件之一，影响变形 中的受力状态，造成变形金属内应力分布不均匀、变 形不均匀，进而影响到变形金属的组织性能。