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,能穩定地發生 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部則對應產生對抗變形的力,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在性質的影響,還與變形溫度、應變速率。變形的力學狀態等有關。
(1)變形溫度。
對于大多數金屬,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到的變形程度,減輕設備和工裝的負擔,提高加工件的成形精度。
(2)應變速率
單位時間內,應變的變化量稱為應變速率。由于橢圓形封頭母材發生塑性變形需要一定的時間,因此應變速率太大,塑性變形來不及在塑性體中充分擴散和完成,而是 多地表現為彈性變形,故使變形抗力增大。實際過程中,-應變速率對金屬塑性變形及變形抗力的影響相當復雜,既有降低金屬塑性的一面,也有使金屬塑性增加的一面,溫度效應在此間起了很大的作用。
(3)應力、應變狀態
橢圓形封頭母材塑性變形是在力的作用下產生的,宏觀上是力與塑性變形的關系,實際上是變形體微觀質點應力和應變狀態關系的表現。施加不同形式的力,在變形體中 有不同的應力狀態和應變狀態,從而表現出不同的塑性變形行為。應力狀態對金屬塑性成形的影響很大,壓應力的個數越多,數值越大,橢圓形封頭母材表現出的塑性越好;而拉應力的個數越多,數值越大,金屬表現出的塑性則越差。在主應變狀態中,壓應變的成分越多,越有利于材料塑性的發揮。這是因為材料的裂紋與缺陷在拉應變的方向易于暴露和擴散。
(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力成正比關系。實踐表明,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)屈服準則
受力物體是否進入塑性變形,是由其內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不同應力狀態下的質點進入塑性狀態,并使塑性變形繼續進行所遵循的條件,也稱屈服準則。橢圓形封頭母材塑性條件用該質點各應力分量之間應滿足的關系式來描述。常用的兩個塑性變形條件是屈雷斯加( H.Tresca)準則和米塞斯(Von.Mises)準則[34]。
(6)塑性拉伸變形圖
當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變為塑性變形,在一定的范圍內,塑性變形是穩定的,當橢圓形封頭母材變形達到某一量后,便開始失去穩定,產生縮頸,繼而發生破裂,進入失穩狀態。如圖2-3所示為單向拉伸試驗變形圖[34]。
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