| 单词 | 塑性加工理论 |
| 释义 | 【塑性加工理论】 拼译：theory of plastic forming 应用塑性力学原理研究金属成形规律的一种方法。利用金属材料的塑性性质进行加工，使之具有所需要形状的过程称为塑性加工过程。金属材料在塑性变形后其组织性能都能获得改善和提高，特别是对于铸造材料的组织改善更为明显，一般铸锭都有经过塑性加工使材料緻密，组织改善、性能提高，凡是受交变载荷作用或受力条件恶劣的构件一般都要通过塑性加工才能达到使用要求。采用塑性加工的方法．可以使工件尺寸达到较高的精度，甚至可以达到无切削的要求．工件加工后便可以直接使用。同时还具有很高的生产效率。 塑性加工可分为冷成形、温成形和热成形3种。温成形应考虑温度对材料性质的影响。热成形还应考虑材料的蠕变效应。金属塑性加工还可以分为块体加工和板料加工。块体加工中包括挤压、拉拔、锻造等，板料成形包括深冲、翻边、扩口、缩口等工序。此外还有轧制工序。块体加工中的挤压是将大截面坯料或锭料在一侧加压，使金属材料由模具孔中挤出，从而可以获得模具孔截面形状的小截面坯料的塑性成形过程。由于挤压是三面受压应力状态下的成形加工过程，适用于低塑性材料的加工。拉拔是将大截面的坯料拉过有一定形状的模孔．以便得到小截面坯料的塑性加工方法。采用拉拔工序能够得到棒材、管材和线材。机器制造中的塑性加工方法又称锻压加工，其中包括锻造和冲压两个方面。锻造一般是在热态下进行的称为热锻。在锻锤下或水压机上将金属材料或坯料锻成特定形状和尺寸的塑性加工方法则称为自由锻，尺寸精度和生产效率低，主要用于单件或小批量生产或大锻件生产。由模具控制的塑性加工称为模锻。模锻是适用于大批量生产的锻造方法，锻件要用适合于每个锻件的模具来进行模锻。板料成形是利用专门模具对板料进行塑性加工的方法，所以也称板料冲压，其加工形式有弯曲、翻边、拉深、扩口、缩口等。将平直毛料按一定曲率半径和角度，沿直线弯折成具有规定的曲率半径和角度的零件，称为弯曲成形，这种成形是板料成形中应用较为广泛的工艺方法。弯曲成形又可分为简单弯曲和拉伸弯曲。将板上的孔翻边，可达到既减轻重量又增强刚度的目的，一般都是在翻边凸模的作用下使孔边沿凸模变曲。拉伸又称压延，是将板料在金属模具中压制成各种不同筒形、盒形和复杂形状的空心构件的加工工序。扩口和缩口是指将柱形件的端部用凸形和凹形模具通过加力使柱形件端部扩大或缩小的工序。对于板料成形不仅受到受压失稳或受拉失稳的制约，而且受到材料本身塑性变形能力的限制。对于复杂的板料成形，板面内的两个主应力比值不同，两个相应的主应变的许用数值也不同，这些数值是材料性能的反映，因此要由实验确定。将不同应力状态下测得的两个主应变的许用值分别标在直角坐标的横坐标和纵坐标上，将所确定的点连成曲线，由此曲线便称为板材的成形极限图。它在板料成形工艺中具有重要意义。轧制是使金属锭料或坯料通过两个旋转锟平行的或规定形状的空间，使之得到所要求截面形状的成形方法。一般是由大截面材料变为小截面材料的加工过程，利用轧制方法还可以生产出型材、板材和管材。塑性加工都以金属材料具有塑性性质为前提，都需要作用外力、成形时都存在外摩擦的影响，都遵循着共同的金属学和塑性力学的规律。塑性加工原理的任务就是研究塑性成形中个别的和共同规律性的问题，以便在实际工作中应用这些规律，合理地设计工艺和选择设备。塑性加工原理主要研究以下几方面的问题：1．研究塑性加工中有关力学的各种解法，以便分析变形体内的应力应变分布规律，并确定变形力和变形功，以便合理地选择设备的吨位以及模具的强度。2．研究塑性加工中。构件应变变化和尺寸变化的规律，对各种不同的加工工序，选择合适的坯料和中间毛坯的合理形状，以便最优地达到构件所需要的形状。3．研究温度，应变率效应等加工条件，对金属塑性加工抗力的影响以及提高金属韧性和降低抗力的措施。在块体塑性加工中，目前主要采用如下几种计算方法：1．主应力法，又称切块法，此法采用近似的屈服条件和应力假设，结合摩擦边界条件求出分布在物体和工具接触表面上的正应力和剪应力。由于求解时要作较大的简化，而且摩擦边界条件难以准确确定，所以所得结果是近似的。2．滑移线法。其要点是根据可能的变形速度场，再利用滑移线的几何性质求解分布在接触边界上和金属内部塑性区的应力。滑移线场及变形速度场能反映金属内部的变形情况。3．上限法。根据可能的变形速度场建立虚功率方程，用极值原理求出理想刚塑性材料边值问题的极限载荷。所算出的极限载荷不低于真实的极限载荷，是真实极限载荷的上限。这一方法计算过程简单，概念明确，所得结果偏于安全，但要获得与实际情况相近的极限载荷则需要预先假设一个合理的变形速度场。4．视塑性法。将实际测量数据和理论分析结合起来的一种分析方法。其作法是：将试件的纵截面刻蚀出网格，在塑性变形后，测出试件上各节点的位移。根据这些离散的数据，用数值分析方法算出整个试件的变形和应力分布。所获得的结果是包括实际边界摩擦条件在内的完全解。此法一般用于分析稳定流动、平面应变和轴对称等问题。用于分析非稳定流动时，测量工作量较大。5．有限元法。可以模拟塑性加工的全过程。根据选材的不同又可分为刚塑性有限元法和弹塑性有限元法。前者计算较简单，后者可以求出残余应力和残余变形。在板料成形的分析中，当板料很薄时，可按薄膜理论进行分析，特别是对于轴对称问题许多典型问题都获得了解析解，当板料较厚时，则应考虑弯矩的影响，这时可以薄膜分析为基础进行修正。用这种分析方法所获得的结果与实验结果都符合得较好。1925年，卡门(T．Von Karman)用塑性力学方法分析了金属在轧制过程中应力的分布规律。此后美国萨克斯(G．Sachs)、德国西贝尔(E．Siebel)和苏联温克索夫(E．Unksov)研究了金属塑性加工过程中的应力和应变分布及内力和外力之间的关系并取得了成果。50年代初，希尔(R．Hill)比较系统地总结了前人的工作，并用滑移线法得出了不少对金属塑性成形有用的结果。英国约翰逊(W．Johnson)和日本工藤英根据虚功原理发展了求极限载荷的上限法。50年代美国汤姆生(E．G．Thomsen)提出了视塑性法，金属塑性加工还吸收了物理和物理化学方面的研究成果并加以发展。这一研究的重要成就是位错理论的提出，位错是晶体中存在的一种线性缺陷，它在剪应力的作用下容易滑动，并由此引起塑性变形。位错可以解释塑性变形的各种现象，使人们对金属塑性变形的机理有了科学的认识。近年来所发展起来的超塑性加工理论是研究金属在超塑性状态下进行加工成形的规律，并已获得许多有实用价值的研究成果。【参考文献】：1 徐秉业编．塑性力学，北京：高等教育出版社，19892 王仲仁等编著．塑性加工力学基础，北京：国防工业出版社，1989(清华大学博士生导师徐秉业撰；博士生导师岑章志审) |
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