金属塑性变形理论第9讲变形不 均匀原因及防止措施
金属塑性变形理论
Lesson Nine
Theory of metal plastic deformation
第九讲 Lesson Nine
• 张贵杰
• Zhang Guijie
• Tel：0315-2592155 • E-Mail： zhguijie@vip.sina
• Ⅰ区表示由外摩擦影响而产生的难变形区；
• Ⅱ区表示与作用力成45°角的最有利方位的易变 形区；
• Ⅲ区表示变形程度居于中间的自由变形区。
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镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响
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应力分布不均
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• 外摩擦不仅影响变形，而且使接触面上的应力 （或单位压力）分布不均匀，沿试样边缘的应力 等于金属的屈服极限，从边缘到中心部分，应力 逐渐升高。
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变形体内部温度分布不均
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• 变形物体的温度不均匀，会造成金属各部分变形 和流动的差异。变形首先发生在那些变形抗力最 小的部分。一般，在同一变形物体中高温部分的 变形抗力低，低温部分的变形抗力高。这样，在 同一外力的作用下，高温部分变形量大，低温部 分变形量小。而变形物体是一整体，限制了物体 各部分不均匀变形的自由发展，从而产生相互平 衡的附加应力。
主要内容
Main Content
• 变形不均匀的基本概念 • 变形不均匀的原因 • 减小变形不均匀的措施 • 残余应力
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5.2 变形不均匀的原因
• 接触面上的外摩擦 • 变形区的几何因素 • 工具与工件的轮廓形状 • 变形体内部温度分布不均 • 变形体的外端 • 金属性质不均的影响
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翻平宽展
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鼓形宽展
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粘着现象
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• 实验结果表明，圆柱体金属在镦粗过程中，若接 触摩擦较大和高径比H／D较大时，则在端面的中 心部位有一区域，在此区域上金属质点对工具完 全不产生相对滑动而粘着在一起。此现象称为粘 着现象。此粘着在一起的区域称为粘着区。此粘 着现象也影响到金属的一定深度，这样就构成了 以粘着区为基底的圆锥形或近似圆锥形的体积， 此体积称为“难变形区”。
• 河北理工大学金属材料与加工工程系
• Department of Metal Material and Process
Engineering
20.11.2020 • Hebei Polytechnic University, Tangshan 063009
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第五章 塑性变形的不均匀性
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难变形区
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变形区的几何因素
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• 在金属塑性加工中存在着外摩擦，变形的不均匀 分布情况与变形区几何因素(如H/d、H/L、H/B等) 有密切关系。实验表明：镦粗圆柱体时，当试样 原始高度与直径比H/d<2.0时才发生上述的单鼓 形不均匀变形。当坯料高度较大且变形程度甚小 时(当H/d＞2.0时)，则往往只产生表面变形，而 中间层的金属不产生塑性变形或塑性变形甚小， 结果导致形成双鼓形。
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接触面上的外摩擦
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• 在工具和变形金属之间的接触面上必然存 在摩擦。由于摩擦力的作用，在一定程度 上改变了金属的流动特性并使应力分布受 到影响。
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镦粗时的分区
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• 圆柱体镦粗时，由于接触面上有摩擦存在，在接 触表面附近金属流动困难，圆柱形坯料转变成鼓 形。在此情况下，可将变形金属整个体积大致分 为三个区：
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双鼓形Βιβλιοθήκη 20.11.202017
工具与工件的轮廓形状
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• 工具（或坯料）形状是影响金属塑性流动 方向的重要因素。工具与金属形状的差异， 是造成金属沿各个方向流动的阻力有差异， 因而金属向各个方向的流动（即变形量） 也有相应差别。
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a
b
c
• 如图所示，在圆形砧或V型砧中拔长圆断面坯料时， 工具的侧面压力使金属沿横向流动受到很大的阻碍， 被压下的金属大量沿轴向流动，这就使拔长效率大大 提高。当采用图c所示的工具时，则产生相反的结果， 金属易于横向流动。
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• 在许多情况下，当工具的形 状已得到了严格的控制时， 为获得变形均匀的产品，还 必须要考虑原始坯料形状的 影响。如果坯料的尺寸和形 状的选择不当也会使物体产 生不均匀变形。
• 另外，沿物体高度方向由接触面至变形体的中部， 应力的分布是逐渐减小的，这是因外摩擦的影响 逐渐减弱所致。
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带孔的玻璃锤头镦粗塑料实验
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侧面翻平
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• 变形物体在压缩时，由于接触摩擦的作用，在出 现单鼓形的同时，还会出现侧表面的金属局部地 转移到接触表面上来的侧面翻平现象。随着压下 率的增加，aa和bb部分由侧表面逐步地转移到端 面上来。此侧面翻平现象发生在侧表面面积的减 小量大于接触面面积的增加量的时候。如果接触 面面积增加量大于侧面的减小量时，则因新的接 触面的形成将不再吸收侧面的多余面积。
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圆柱体垂直剖面上坐标网格在镦 粗过程中的变化
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• 由此可见，物体在压缩时接触面积的增加，可由 接触表面上金属质点滑动和侧面质点翻平两部分 组成。侧面金属翻平量的大小取决于接触摩擦条 件和变形物体的几何尺寸。接触面上的摩擦越大， 接触面上的金属质点越不易滑动，因而侧面金属 转移上来的数量就越多。试样的高度越大，侧面 金属越易于转移到接触表面上来。当试样的高度 大于直径时，接触面积的增加将主要是由侧面金 属的转移所造成。