金屬塑性變形的不均勻性

方志圓番禺珠江鋼管有限公司

金屬塑性變形的不均勻性

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摘要：能對(duì)金屬進(jìn)行各種各樣的加工主要是因?yàn)榻饘佼a(chǎn)生了塑性變形。本文首先闡述了金屬塑性變形的相關(guān)理論，然后分析了金屬本身產(chǎn)生的應(yīng)力，以及在塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生的不均勻變形的原因，最后論述了產(chǎn)生這些形變的后果，以及在金屬加工工藝中為了避免出現(xiàn)因?yàn)檫@些因素的影響而導(dǎo)致金屬在加工的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題需要采取的措施。

關(guān)鍵詞：金屬；加工；塑性變形；不均勻性

一、前言

在新石器時(shí)代，人們就開(kāi)始了對(duì)金屬的使用，從此之后，人們對(duì)金屬的加工和使用不斷的深入，一直到現(xiàn)在，人們對(duì)金屬的性質(zhì)以及加工和使用都還進(jìn)行著不斷的探索。金屬可以被加工主要的原因是在加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生塑性變形，但是在實(shí)際對(duì)金屬加工的過(guò)程中因?yàn)樽冃螀^(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變不均勻而出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，下文展開(kāi)具體的論述。

二、在加工過(guò)程中變形不均勻分布的原因

1、由于金屬在加工過(guò)程中與工具間的外摩擦導(dǎo)致

在整個(gè)金屬加工的過(guò)程中，金屬要放到加工儀器中進(jìn)行加工，在這個(gè)過(guò)程中，由于金屬表面會(huì)與加工儀器表面在作用的時(shí)候產(chǎn)生摩擦，這樣就導(dǎo)致在加工金屬體內(nèi)會(huì)引起變形的不均勻分布。變形的不均勻性，由于力的相對(duì)作用，產(chǎn)生的金屬內(nèi)的應(yīng)力也呈現(xiàn)不均勻分布的狀況。

由于應(yīng)力和應(yīng)變而導(dǎo)致金屬在各個(gè)區(qū)域的變形是不相同的，其變形總共存在三個(gè)區(qū)域，分別是在產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變的過(guò)程中最易產(chǎn)生變形的區(qū)域，稱(chēng)為易變性區(qū)；金屬不易變形的區(qū)域稱(chēng)為難變形區(qū)域；而對(duì)于介于兩者之間的變形區(qū)則稱(chēng)為自由變形區(qū)域。

2、由于金屬的形狀而導(dǎo)致

在金屬加工的過(guò)程中，由于金屬的形狀不同，對(duì)于小斷面來(lái)說(shuō)，通過(guò)其單位面積的流線(xiàn)數(shù)目比其余部分的要多，而且對(duì)于小斷面來(lái)說(shuō)，其流線(xiàn)分布也是不均勻的。正是因?yàn)樯鲜鲈虻拇嬖?，很容易引起在金屬加工過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)力分布的不均勻，從而導(dǎo)致形變的不均勻。

3、金屬本身的性質(zhì)而導(dǎo)致

對(duì)于在加工過(guò)程中容易出現(xiàn)不均勻變形的另一個(gè)重要原因是因?yàn)榻饘賰?nèi)部固有的化學(xué)成分存在區(qū)別，同時(shí)金屬內(nèi)部的還會(huì)存在一些雜質(zhì)，從而導(dǎo)致了金屬在加工過(guò)程中出現(xiàn)的不均勻變形。

4、溫度而導(dǎo)致

對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，其化學(xué)性能很容易受到溫度的影響，如一些金屬在高溫的情況下化學(xué)性質(zhì)就會(huì)改變。這就導(dǎo)致在變形的過(guò)程中金屬受到溫度的影響而出現(xiàn)不均勻形變。

5、由于加工的器具而導(dǎo)致

對(duì)于金屬的加工由于不同的用途可能選用的加工器具不同，如：平輥、孔型軋輥等。由于這些器具在加工金屬時(shí)和金屬的各個(gè)接觸面上的應(yīng)力分布不均勻，這樣就會(huì)導(dǎo)致在加工過(guò)程中產(chǎn)生的形變不均勻的現(xiàn)象。如：對(duì)于在橢圓孔型中軋制矩形坯中進(jìn)行金屬的加工，在施加力的過(guò)程中，金屬由于中部力而產(chǎn)生的變形要比邊緣產(chǎn)生的小，因此導(dǎo)致金屬邊緣部分的延伸率比中部要大，所以導(dǎo)致整個(gè)金屬在加工的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生不均勻形變。

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三、應(yīng)力應(yīng)變不均勻而導(dǎo)致變形不均勻的后果

1、在金屬內(nèi)部產(chǎn)生附加的應(yīng)力和附加的變形

應(yīng)力應(yīng)變不均勻?qū)е陆M主要的后果就是產(chǎn)生附加應(yīng)力，產(chǎn)生附加應(yīng)變的原因在于：在金屬體內(nèi)由于不均勻形變產(chǎn)生導(dǎo)致金屬產(chǎn)生變形是不均勻的，由于金屬在未破壞之前是一個(gè)完整的整體，這個(gè)整體對(duì)金屬的整個(gè)變形起到約束的作用，不允許受到不均勻應(yīng)力的部分產(chǎn)生自由的變形。這就導(dǎo)致變形小的部分阻礙變形大的部位發(fā)生變形，在這樣的情況下就產(chǎn)生了附加應(yīng)力；相反來(lái)說(shuō)，變形大的部分對(duì)變形小的部分的阻礙所引起的變形是附加拉應(yīng)力，這兩個(gè)力的相互作用就使金屬產(chǎn)生了附加形變。

2、附加應(yīng)力對(duì)金屬塑形變形的影響

附加應(yīng)變對(duì)于塑形變形產(chǎn)生的影響主要反映在以下三個(gè)方面：

首先，是導(dǎo)致變形抗力的提升。在金屬內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力分布不均勻的時(shí)候，相應(yīng)的變形抗力增加；在這個(gè)時(shí)候物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相互平衡的附加應(yīng)力，這時(shí)會(huì)導(dǎo)致金屬內(nèi)部的變形抗力增加，變形的能量也相應(yīng)的提高了。

其次，導(dǎo)致金屬的塑性降低。對(duì)于金屬加工來(lái)說(shuō)，金屬的塑性變形是可以被加工的保證，但是由于應(yīng)力的分布不均勻，就會(huì)導(dǎo)致金屬在加工的過(guò)程中過(guò)早的達(dá)到極限強(qiáng)度，一旦到達(dá)金屬的極限強(qiáng)度，就意味著再對(duì)金屬進(jìn)行力的作用就會(huì)產(chǎn)生破壞，這樣來(lái)說(shuō)，不均勻變形的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致金屬的塑形降低。

最后，導(dǎo)致在整個(gè)金屬加工的過(guò)程中技術(shù)操作的復(fù)雜性上升。金屬內(nèi)一旦產(chǎn)生的應(yīng)力分布不均勻，就會(huì)使為其進(jìn)行加工的工具也會(huì)產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力，從而導(dǎo)致彈性形變不是均勻的。如，在對(duì)金屬進(jìn)行孔型設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果沒(méi)有充分考慮到金屬會(huì)產(chǎn)生不均勻應(yīng)力這個(gè)條件的話(huà)，會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的孔型不精密。所以，在對(duì)孔型進(jìn)行軋制的過(guò)程中，因?yàn)檐埣母叨群蛯挾犬a(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變是不相同的，就必須要使用恰當(dāng)?shù)膶?dǎo)位裝置來(lái)提高孔型的精確性，還能避免產(chǎn)生纏輥等操作事故。

四、防止出現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變不均勻分布的措施

從金屬加工的過(guò)程來(lái)講，是不希望出現(xiàn)應(yīng)力和應(yīng)變的不均勻分布的，所以要對(duì)其進(jìn)行控制，具體的做法如下：

1、在對(duì)金屬的加工過(guò)程中，最主要的就是金屬加工的儀器，所以在對(duì)金屬加工的儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要使其形狀最大限度的滿(mǎn)足應(yīng)力應(yīng)變均勻分布的要求，以來(lái)達(dá)到減少應(yīng)力應(yīng)變的產(chǎn)生。

2、上文也提到過(guò)，金屬表面和加工器具的摩擦?xí)a(chǎn)生不均勻的應(yīng)力和應(yīng)變，所以在加工過(guò)程中要盡量保證金屬表面的光潔，減少摩擦的產(chǎn)生。同時(shí)還要控制在加工過(guò)程的溫度，保證對(duì)變形金屬的加熱要均勻。

3、在對(duì)金屬進(jìn)行選用的時(shí)候，就要保證金屬的性質(zhì)，減少因?yàn)榻饘俚幕瘜W(xué)成分和組織的不均勻而導(dǎo)致的金屬變形不均勻。

4、在金屬的加工過(guò)程中，一定要遵循相應(yīng)的施工工藝流程，執(zhí)行準(zhǔn)確的技術(shù)操作規(guī)程，避免因?yàn)椴僮鞯牟磺‘?dāng)而導(dǎo)致金屬內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的不均勻。

五、結(jié)束語(yǔ)

在金屬的加工過(guò)程中，應(yīng)力應(yīng)變分布的不均勻是時(shí)常存在的，其對(duì)金屬加工的影響也是不容小覷的。所以，在進(jìn)行金屬工藝加工的過(guò)程中，要盡量克服因?yàn)楦鞣N因素而造成的應(yīng)力應(yīng)變不均勻的情況的出現(xiàn)，從而減少問(wèn)題的發(fā)生。

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