橢圓形封頭母材塑性變形的基本理論
橢圓形封頭母材在外力作用下,能穩(wěn)定地發(fā)生 變形而不破壞其完整性的能力,即為金屬的塑性。塑性成形時必須對金屬施加外力,此力稱為變形力;同時橢圓形封頭母材內(nèi)部則對應(yīng)產(chǎn)生對抗變形的力,則稱為變形抗力,變形抗力的大小反映了金屬塑性變形的難易程度。金屬塑性除了受材料內(nèi)在性質(zhì)的影響,還與變形溫度、應(yīng)變速率。變形的力學(xué)狀態(tài)等有關(guān)。
(1)變形溫度。
對于大多數(shù)金屬,溫度的升高,橢圓形封頭母材塑性增加,變形抗力下降:因而在沖壓工藝中,不時地采用加熱成形的方法,改善材料的塑性性能,增加在一次成形中材料所能達(dá)到的變形程度,減輕設(shè)備和工裝的負(fù)擔(dān),提高加工件的成形精度。
(2)應(yīng)變速率
單位時間內(nèi),應(yīng)變的變化量稱為應(yīng)變速率。由于橢圓形封頭母材發(fā)生塑性變形需要一定的時間,因此應(yīng)變速率太大,塑性變形來不及在塑性體中充分?jǐn)U散和完成,而是 多地表現(xiàn)為彈性變形,故使變形抗力增大。實(shí)際過程中,-應(yīng)變速率對金屬塑性變形及變形抗力的影響相當(dāng)復(fù)雜,既有降低金屬塑性的一面,也有使金屬塑性增加的一面,溫度效應(yīng)在此間起了很大的作用。
(3)應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)
橢圓形封頭母材塑性變形是在力的作用下產(chǎn)生的,宏觀上是力與塑性變形的關(guān)系,實(shí)際上是變形體微觀質(zhì)點(diǎn)應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)關(guān)系的表現(xiàn)。施加不同形式的力,在變形體中 有不同的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)變狀態(tài),從而表現(xiàn)出不同的塑性變形行為。應(yīng)力狀態(tài)對金屬塑性成形的影響很大,壓應(yīng)力的個數(shù)越多,數(shù)值越大,橢圓形封頭母材表現(xiàn)出的塑性越好;而拉應(yīng)力的個數(shù)越多,數(shù)值越大,金屬表現(xiàn)出的塑性則越差。在主應(yīng)變狀態(tài)中,壓應(yīng)變的成分越多,越有利于材料塑性的發(fā)揮。這是因?yàn)椴牧系牧鸭y與缺陷在拉應(yīng)變的方向易于暴露和擴(kuò)散。
(4)塑性變形體積不變條件
橢圓形封頭母材彈性變形時,物體體積的變化與平均應(yīng)力成正比關(guān)系。實(shí)踐表明,塑性變形的物體之體積保持不變,塑性變形以前的體積等于其變形后體積。
(5)屈服準(zhǔn)則
受力物體是否進(jìn)入塑性變形,是由其內(nèi)在的物理性能和一定的外部變形條件所決定的。塑形條件是指受力物體內(nèi)不同應(yīng)力狀態(tài)下的質(zhì)點(diǎn)進(jìn)入塑性狀態(tài),并使塑性變形繼續(xù)進(jìn)行所遵循的條件,也稱屈服準(zhǔn)則。橢圓形封頭母材塑性條件用該質(zhì)點(diǎn)各應(yīng)力分量之間應(yīng)滿足的關(guān)系式來描述。常用的兩個塑性變形條件是屈雷斯加( H.Tresca)準(zhǔn)則和米塞斯(Von.Mises)準(zhǔn)則[34]。
(6)塑性拉伸變形圖
當(dāng)作用于橢圓形封頭母材的外力足夠大時,橢圓形封頭母材的變形由彈性轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?,在一定的范圍?nèi),塑性變形是穩(wěn)定的,當(dāng)橢圓形封頭母材變形達(dá)到某一量后,便開始失去穩(wěn)定,產(chǎn)生縮頸,繼而發(fā)生破裂,進(jìn)入失穩(wěn)狀態(tài)。如圖2-3所示為單向拉伸試驗(yàn)變形圖[34]。
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