变形基础Word格式文档下载.docx
- 文档编号:15861036
- 上传时间:2022-11-16
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:131.99KB
变形基础Word格式文档下载.docx
《变形基础Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《变形基础Word格式文档下载.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
塑性变形理论基础
2.1.1
影响金属塑性和变形抗力的因素
1、塑性变形、塑性与变形抗力的概念
塑性变形:
物体在外力作用下会产生变形,若外力去除以后,物体并不能完全恢复自己的原有形状和尺寸;
塑性:
物体具有塑性变形的能力称为塑性,塑性的好坏用塑性指标来评定。
塑性指标是以材料开始破坏时的变形量表示,它可借助于各种试验方法测定。
变形抗力:
在一定的变形条件(加载状况、变形温度及速度)下,引起物体塑性变形的单位变形力。
变形抗力反映了物体在外力作用下抵抗塑性变形的能力。
塑性和变形抗力是两个不同的概念。
通常说某种材料的塑性好坏是指受力后临近破坏时的变形程度的大小,而变形抗力是从力的角度反映塑性变形的难易程度。
如奥氏体不锈钢允许的塑性变形程度大,说明它的塑性好,但其变形抗力也大,说明它需要较大的外力才能产生塑性变形。
2、塑性变形对金属组织和性能的影响
金属受外力作用产生塑性变形后,不仅形状和尺寸发生变化,而且其内部组织和性能也将发生变化,这些变化可以归纳为以下四个方面:
(1)形成了纤维组织
(2)形成了亚组织
(3)产生了内应力
(4)产生了加工硬化
3、影响金属塑性及变形抗力的因素
金属的塑性不是固定不变的,影响因素很多,主要有以下几个方面:
(1)金属的成分和组织结构
一般来说,组成金属的元素越少(如纯金属和固熔体)、晶粒愈细小、组织分布愈均匀,则金属的塑性愈好。
(2)变形时的应力状态
金属变形时,压应力的成分愈多,金属愈不易破坏,其可塑性也就愈好。
与此相反,拉应力则易于扩展材料的裂纹与缺陷,所以拉应力的成分愈大,愈不利于金属可塑性的发挥。
(3)变形温度
变形温度对金属的塑性有重大影响。
就大多数金属而言,其总的趋势是:
随着温度的升高,塑性增加,变形抗力降低(金属的软化)。
(4)变形速度
变形速度是指单位时间内应变的变化量,但在冲压生产中不便控制和计量,故以压力机滑块的移动速度来近似反映金属的变形速度。
一般情况下:
对于小型件的冲压,一般可以不考虑速度因素,只需考虑设备的类型、标称压力和功率等;
对于大型复杂件,宜采用低速成形(如采用液压机或低速压力机冲压)。
另外,对于加热成形工序,变形速度比较敏感的材料(如不锈钢、耐热合金、钛合金等),也宜低速成形。
(5)尺寸因素
同一种材料,在其他条件相同的情况下,尺寸越大,塑性越差。
这是因为材料尺寸越大,组织和化学成分越不一致,杂质分布越不均匀,应力分布也不均匀。
例如厚板冲裁时,产生剪裂纹时凸模挤入板料的深度与板料厚度的比值(称为相对挤入深度)比薄板冲裁时小。
2.1.2
塑性变形时的体积不变定律
在冲压过程中,材料的塑性变形都是模具对材料施加的外力所引起的内力或内力直接作用的结果。
一定的力的作用方式和大小都对应着一定的变形,所以为了研究和分析金属材料的变形性质和变形规律,控制变形的发展,就必须了解材料内各点的应力与应变状态以及它们之间的相互关系。
即
ε1+ε2+ε3=0
(2-1)
这就是塑性变形时的体积不变定律,它反映了三个主应变之间的数值关系。
根据体积不变定律,可以得出如下结论:
①塑性变形时,物体只有形状和尺寸发生变化,而体积保持不变。
②不论应变状态如何,其中必有一个主应变的符号与其他两个主应变的符号相反,这个主应变的绝对值最大,称为最大主应变。
③当已知两个主应变数值时,便可算出第三个主应变。
④任何一种物体的塑性变形方式只有三种,与此相应的主应变状态图也只有三种,如图1-1所示。
图2-1三种主应变图
2.1.3
塑性条件(屈服条件)
决定受力物体内质点由弹性状态向塑性状态过渡的条件,称为塑性条件或屈服条件。
金属由弹性变形过渡到塑性变形,主要取决于在一定变形条件(变形温度与变形速度)下金属的物理力学性质和所处的应力状态。
一般来说,在材料性质和变形条件一定的情况下,塑性条件主要决定于物体的应力状态。
当物体内某点处于单向应力状态时,只要该向应力σ1达到材料的屈服点σs,该点就开始屈服,由弹性状态进入塑性状态,即此时的塑性条件是σ1≥σs。
但是对复杂应力状态,就不能仅仅根据一个应力分量来判断该点是否已经屈服,而要同时考虑其他应力分量的作用。
只有当各个应力分量之间符合一定关系时,该点才开始屈服。
法国工程师屈雷斯加(H·
Tresca)通过对金属挤压的研究,于1864年提出:
在一定的变形条件下,当材料中的最大切应力达到某一定值时,材料就开始屈服。
并通过单向拉压等简单的试验,该定值就是材料屈服点应力值σs的一半,即σs/2。
设σ1≥σ2≥σ3,则屈雷斯加屈服条件可表达为:
τmax=
或
σ1-σ3=σs
(2-2)
屈雷斯加屈服条件又称最大切应力理论。
该条件公式简单,在事先知道主应力大小的情况下使用很方便。
但该条件显然忽略了中间主应力σ2的影响,实际上在一般三向应力状态下,σ2对于材料的屈服也是有影响的。
德国力学家密席斯(VonMises)于1913年在对屈雷斯加条件加以修正的基础上提出:
在一定的变形条件下,无论变形物体所处的应力状态如何,只要其三个主应力的组合满足一定条件,材料便开始屈服。
该条件为:
(σ1-σ2)2+(σ2-σ3)2+(σ3-σ1)2
=2σs2
(2-3)
密席斯屈服条件又称常量形变能量理论。
因密席斯条件考虑了中间主应力σ2的影响,实践证明,对于大多数金属材料(特别是韧性材料)来说,应用密席斯屈服条件更符合实际情况。
密席斯屈服条件虽然在数学表达方法上比较完善,但在方程中同时包含了全部应力分量,实际运算比较繁锁。
为了使用上的方便,可将密席斯屈服条件改写成如下简单形式:
σ1-σ3=βσs
(2-4)
式中,β为反映中间主应力σ2影响的系数,其范围为1~1.155,具体取值见表1-1。
表2-1
β值
中间应力
β
应力状态
应用举例
σ2=σ1或σ2=σ3
1.0
单向应力叠加三向等应力
软凸模胀形、外缘翻边
σ2=(σ1+σ3)/2
1.155
平面应变状态
宽板弯曲
σ1不属于上面两种情况
≈1.1
其他应力状态(如平面应力状态等)
缩口、拉深
由表1-1可知,在单向应力叠加三向等应力状态下,β=1,密席斯屈服条件与屈雷斯加屈服条件是一致的;
在平面应变状态下,两个屈服条件相差最大,为15.5%。
2.1.4
塑性变形时应力与应变的关系
物体弹性变形时,应力和应变之间的关系可以通过广义虎克定律来表示。
但物体进入塑性变形以后,其应力与应变的关系就不同了。
在单向受拉或受压时,应力与应变关系可用硬化曲线来表示,然而在受到双向或三向应力作用时,变形区的应力与应变关系相当复杂。
经研究,当采用简单加载(加载过程中只加载不卸载,且应力分量之间按一定比例递增)时,塑性变形的每一瞬间,主应力与主应变之间存在下列关系:
(2-4)
式中,C为非负数的比例常数。
在一定的条件下,C只与材料性质及变形程度有关,而与物体所处的应力状态无关,故C值可用单向拉伸试验求出。
式(1-12)也可表示为:
(2-5)
上述物理方程又称为塑性变形时的全量理论,它是在简单加载条件下获得的,通常用于研究小变形问题。
但对于冲压成形中非简单加载的大变形问题,只要变形过程中是加载,主轴方向变化不大,主轴次序基本不变,实践表明,应用全量理论也不会引起太大的误差。
全量理论是冲压成形中各种工艺参数计算的基础,而且利用全量理论还可以对有些变形过程中坯料的变形和应力的性质作出定性的分析和判断,例如:
①由式(1-13)可知,判断某方向的主应变是伸长还是缩短,并不是看该方向是受拉应力还是受压应力,而是要看该方向应力值与平均应力σm的差值。
差值为正时是拉应变,为负时是压应变。
②若σ1=σ2=σ3=σm,由式(1-13)可知,ε1=ε2=ε3=0,这说明在三向等拉或等压的球应力状态下,坯料不产生任何塑性变形(但有微小的体积弹性变化)。
③由式(1-12)可知,三个主应力分量和三个主应变分量代数值的大小、次序互相对应,即若σ1≥σ2≥σ3,则有ε1≥ε2≥ε3。
④当坯料单向受拉时,即σ1>0、σ2=σ3=0时,因为σ1-σm=σ1-σ1/3>0,由式(1-13)可知ε1>0,ε2=ε3=-ε1/2。
这说明在单向受拉时,拉应力作用方向为伸长变形,另外两个方向则为等量的压缩变形,且伸长变形为每一个压缩变形的2倍。
如翻孔时,坯料孔边缘的变形就属于这种情况。
同样,当坯料单向受压时,压应力作用方向上为压缩变形,另外两方向为等量的伸长变形,且压缩变形为每一个伸长变形的2倍。
如缩口、拉深时,坯料边缘的变形即属于此种情况。
⑤坯料受双向等拉的平面应力作用,即σ1=σ2>0、σ3=0时,由式(1-13)可知,ε1=ε2=-ε3/2。
这说明当坯料受双向等拉的平面应力作用时,在两个拉应力作用的方向为等量的伸长变形,而在另一个没有主应力作用的方向为压缩变形,其值为每个伸长变形的2倍。
平板坯料胀形时的中心部位就属于这种情况。
⑥由式(1-13)可知,当σ2-σm=0时,必有ε2=0,根据体积不变定律,则有ε1=-ε3。
这说明在主应力等于平均应力的方向上不产生塑性变形,而另外两个方向上的塑性变形数值相等、方向相反。
这种变形称为平面变形,且平面变形时必有σ2=σm=(σ1+σ2+σ3)/3,即σ2=(σ1+σ3)/2。
如宽板弯曲时,板料宽度方向变形为0,该方向上的主应力即为其余两个方向主应力之和的一半。
⑦当坯料三向受拉,且σ1>σ2>σ3>0时,在最大拉应力σ1方向上的变形一定是伸长变形,在最小拉应力σ3方向上的变形一定是压缩变形。
同样,当坯料三向受压,且0>σ1>σ2>σ3时,在最小压应力σ3(绝对值最大)方向上的变形一定是压缩变形,而在最大压应力σ1(绝对值最小)方向上的变形一定是伸长变形。
2.1.5
加工硬化与硬化曲线
1.硬化现象与硬化曲线
加工硬化:
一般常用的金属材料,随着塑性变形程度的增加,其强度、硬度和变形抗力逐渐增加,而塑性和韧性逐渐降低。
材料的硬化规律可以用硬化曲线来表示。
硬化曲线实际上就是材料变形时的应力随应变变化的曲线,可以通过拉伸、压缩或胀形试验等多种方法求得。
图1-2所示为拉伸试验时获得的两条应力一应变曲线,其中曲线1的应力是以各加载瞬间的载荷F与该瞬间试件的截面面积A之比F/A来表示的,它考虑了变形过程中材料截面积的变化,真实反映了硬化规律,故称之为实际应力曲线(又称硬化曲线或变形抗力曲线)。
曲线2的应力是按各加
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 变形 基础
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)