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鍛壓技術(shù):擠壓變形時(shí)的應(yīng)力與應(yīng)變
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一、擠壓變形時(shí)金屬的流動(dòng)


實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)正擠壓鋁質(zhì)零件端部出現(xiàn)很深的縮孔,縮孔是擠壓產(chǎn)品質(zhì)量問題之一,從提高產(chǎn)品質(zhì)量出發(fā),應(yīng)分析這些事實(shí),找出防止和消除的辦法。為此,我們應(yīng)對(duì)冷擠壓時(shí)金屬的流動(dòng)進(jìn)行研究。

研究金屬變形和應(yīng)力的方法很多,目前應(yīng)用的方法有坐標(biāo)網(wǎng)法、模擬實(shí)驗(yàn)法、硬度實(shí)驗(yàn)法、光塑性法和密柵云紋法。下面介紹這些方法。


1.坐標(biāo)網(wǎng)法。坐標(biāo)同法是一種應(yīng)用廣泛的方法.如圖l-5所示,把毛坯剖成兩塊半圓柱體,其中一塊刻有坐標(biāo)網(wǎng)(圖1-6b),網(wǎng)格尺寸3×3毫米2,另一塊表面光滑、平整(圖1-6C)。為了便于分開拼合面。在兩個(gè)半圓拼合面上涂有潤滑劑。某些對(duì)表面刻痕敏感性的材料,最好把試樣表面拋光,涂上感光膜,再覆上正確的坐標(biāo)網(wǎng)底片,經(jīng)感光、沖洗后,得到精細(xì)的坐標(biāo)網(wǎng)。然后把兩個(gè)圓柱(圖l-6a)放人凹模中擠壓,可以從擠壓后刻有坐標(biāo)網(wǎng)的半塊金屬上,看出變形大的區(qū)域、變形流動(dòng)困難的區(qū)域及變形不均勻的狀態(tài)。

圖1-6毛坯上刻的坐標(biāo)網(wǎng)
(a)粘合在一起的毛坯(1,2)(b)剖切面上刻有坐標(biāo)網(wǎng)半塊毛坯(1)
(c)剖切平面光滑的半塊毛坯

2.模擬試驗(yàn)法:它是用望趔整進(jìn)行模擬試驗(yàn)來研究金屬的流動(dòng)情況。這種塑料體由黃蠟、凡士林及白堊按9:18:73的比例混合而成。試樣分別以不同的顏色分層制成。擠壓后將試樣沿對(duì)稱面切開,由分層的位置變化來觀察變形的情況。圖1-7就是試驗(yàn)后的塑料體試樣。當(dāng)然,由于金屬的物理性能和塑料體的不一樣,對(duì)塑料體進(jìn)行擠壓的結(jié)果與金屬擠壓時(shí)的流動(dòng)情況不可能完全相同,因此這種方法僅能用作模擬試驗(yàn)。

圖1-7塑料體擠壓流動(dòng)

3.硬度試驗(yàn)法:在冷變形時(shí),金屬的硬度是隨變形程度的增加而增加的,所以只要知道變形種部分硬度的變化,就可以大體上了解變形的數(shù)值以及變形不均勻分布的情況。圖1-8所示,為鋼零件用不同方法冷擠壓后各部分硬度變化的情況。


圖1-8用硬度試驗(yàn)法研究鋼零件的變形分布
左—反擠壓中—正擠壓實(shí)心件右—正擠壓空心件

4.光塑性法:目前研究塑性變形體內(nèi)應(yīng)力分布情況的主要方法是光學(xué)分析法。它利用偏振光(或稱偏極光)透過各向同性的變形試樣以產(chǎn)生各種彩色的線條,借以觀察試樣內(nèi)應(yīng)力的分布情況。光塑性法基本上和實(shí)驗(yàn)應(yīng)力的光彈性法一樣,不過光塑性所用的材料,除了須符合一般光彈性測量的要求外,還要能適用于塑性變形試驗(yàn),這就要求具有好的透明度、光學(xué)性能以及在機(jī)械性能上的各向同性和易于機(jī)械加工,同時(shí)要在溫度變化不大時(shí)光學(xué)性能和機(jī)械性能穩(wěn)定,能有較大的塑性變形。常用的材料有賽璐珞、樹膠、松脂酸等。


5.密柵云紋法:密柵云紋法是利用已制好的高精度的密柵板,用照相考貝等方法翻印在膠片上制成密柵片,將此膠片粘貼在試樣上作為試件柵,另gFW印在玻璃片上作為基準(zhǔn)柵。云紋試驗(yàn)也可以在金屬材料上進(jìn)行(用化學(xué)腐蝕或光在材料上刻出云紋),也可以用其他材料制作模型進(jìn)行試驗(yàn),然后再按相似理論推算出實(shí)物上的應(yīng)力與應(yīng)變。


二、擠壓變形時(shí)的與應(yīng)變


凸模作用在金屬材料上給面坯料以壓制,凹模阻止金屬坯料向四周流動(dòng),也給金屬坯料一個(gè)壓力。毛坯在凸模的作用下只有向凹模孔口(圖1-9a)流出(正擠壓),或沿凸、凹模之間的間隙流動(dòng)(圖1-9b,反擠壓)。此外,由于金屬流動(dòng)與凹模有相對(duì)運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生阻止金屬流動(dòng)的摩擦力。在這種情況下,金屬要從凹模孔口或沿凸、凹模間隙流動(dòng),凸模勢必要施加更大的壓力,以克服摩擦力和金屬抗力。


擠壓時(shí),變形區(qū)內(nèi)任意一點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)和應(yīng)力狀態(tài),都可用主應(yīng)力圖和主應(yīng)變圖來表示。由上分析可知,擠壓變形區(qū)內(nèi)的基本應(yīng)力狀態(tài)皆為三壓應(yīng)力,但在變形區(qū)的不同區(qū)域,應(yīng)力和應(yīng)變的順序是不同的。下面分區(qū)進(jìn)行研究。


對(duì)于實(shí)心件正擠和杯形件反擠時(shí),假定摩擦小,毛坯高徑比較小,根據(jù)變形力學(xué)可以把變形

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