锻压技术：挤压变形时的应力与应变

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一、挤压变形时金属的流动
) K! g8 ]2 G2 p( @+ I8 R实际生产发现正挤压铝质零件端部出现很深的缩孔，缩孔是挤压产品质量问题之一，从提高产品质量出发，应分析这些事实，找出防止和消除的办法。为此，我们应对冷挤压时金属的流动进行研究。
8 C% B; I  A+ l. ^& _) c研究金属变形和应力的方法很多，目前应用的方法有坐标网法、模拟实验法、硬度实验法、光塑性法和密栅云纹法。下面介绍这些方法。
1.坐标网法。坐标同法是一种应用广泛的方法．如图l-5所示，把毛坯剖成两块半圆柱体，其中一块刻有坐标网（图1-6b），网格尺寸3×3毫米2，另一块表面光滑、平整（图1-6C）。为了便于分开拼合面。在两个半圆拼合面上涂有润滑剂。某些对表面刻痕敏感性的材料，最好把试样表面抛光，涂上感光膜，再覆上正确的坐标网底片，经感光、冲洗后，得到精细的坐标网。然后把两个圆柱（图l-6a）放人凹模中挤压，可以从挤压后刻有坐标网的半块金属上，看出变形大的区域、变形流动困难的区域及变形不均匀的状态。
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' t9 x( D# ?2 L3 k图1-6 毛坯上刻的坐标网
（a）粘合在一起的毛坯（1，2）（b）剖切面上刻有坐标网半块毛坯（1）
（c）剖切平面光滑的半块毛坯
* c- K2 _' e  P1 ^2.模拟试验法：它是用望趔整进行模拟试验来研究金属的流动情况。这种塑料体由黄蜡、凡士林及白垩按9:18:73的比例混合而成。试样分别以不同的颜色分层制成。挤压后将试样沿对称面切开，由分层的位置变化来观察变形的情况。图1-7就是试验后的塑料体试样。当然，由于金属的物理性能和塑料体的不一样，对塑料体进行挤压的结果与金属挤压时的流动情况不可能完全相同，因此这种方法仅能用作模拟试验。

图1-7 塑料体挤压流动
& d3 \% d- d  g' ?8 E: w/ ~3.硬度试验法：在冷变形时，金属的硬度是随变形程度的增加而增加的，所以只要知道变形种部分硬度的变化，就可以大体上了解变形的数值以及变形不均匀分布的情况。图1-8所示，为钢零件用不同方法冷挤压后各部分硬度变化的情况。
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( Q$ l" H9 Z$ h% Z% Z( Z5 @图1-8用硬度试验法研究钢零件的变形分布
左—反挤压  中—正挤压实心件 右—正挤压空心件
$ W$ J, `- q* f4.光塑性法：目前研究塑性变形体内应力分布情况的主要方法是光学分析法。它利用偏振光（或称偏极光）透过各向同性的变形试样以产生各种彩色的线条，借以观察试样内应力的分布情况。光塑性法基本上和实验应力的光弹性法一样，不过光塑性所用的材料，除了须符合一般光弹性测量的要求外，还要能适用于塑性变形试验，这就要求具有好的透明度、光学性能以及在机械性能上的各向同性和易于机械加工，同时要在温度变化不大时光学性能和机械性能稳定，能有较大的塑性变形。常用的材料有赛璐珞、树胶、松脂酸等。
5.密栅云纹法：密栅云纹法是利用已制好的高精度的密栅板，用照相考贝等方法翻印在胶片上制成密栅片，将此胶片粘贴在试样上作为试件栅，另gFW印在玻璃片上作为基准栅。云纹试验也可以在金属材料上进行（用化学腐蚀或光在材料上刻出云纹），也可以用其他材料制作模型进行试验，然后再按相似理论推算出实物上的应力与应变。
- x! q  D. F  q- x3 @0 p4 @0 O/ T二、挤压变形时的与应变
凸模作用在金属材料上给面坯料以压制，凹模阻止金属坯料向四周流动，也给金属坯料一个压力。毛坯在凸模的作用下只有向凹模孔口（图1-9a）流出（正挤压），或沿凸、凹模之间的间隙流动（图1-9b，反挤压）。此外，由于金属流动与凹模有相对运动，产生阻止金属流动的摩擦力。在这种情况下，金属要从凹模孔口或沿凸、凹模间隙流动，凸模势必要施加更大的压力，以克服摩擦力和金属抗力。
挤压时，变形区内任意一点的应力状态和应力状态，都可用主应力图和主应变图来表示。由上分析可知，挤压变形区内的基本应力状态皆为三压应力，但在变形区的不同区域，应力和应变的顺序是不同的。下面分区进行研究。
7 O# F' d' f4 H: ~对于实心件正挤和杯形件反挤时，假定摩擦小，毛坯高径比较小，根据变形力学可以把变形区分为两个截然不同的区域，如图1-9所示。
! o) D1 |- G$ c实心件正挤时（图1-9a），区域1是直接受压缩区，它的变形和环形毛坯在封闭模腔中镦粗相似，受三向不等的压应力，应变为两向压应变一向拉应变。而区域2的变形却与用子午线圆轴相似，仍受三向压应力，轴向为拉应变，切向、径向为压应变。
杯形件反挤时（图1-9a），区域1是直接受压缩区，与圆形毛坯在两平板间镦粗相似，受三向不等的压应力，应变为两向拉应变一向压应变。区域3是间接受压缩区，它受三向压应力，应变为两向压应变一向拉应变。
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图1-9  挤压变形时金属的应力与应变
这样的应力与应变状态有利于提高金属的机械性能，降低由于材料内部缺陷引起的破坏。此外可用低塑性、低强度金属代替高强度金属。
3 }" ?4 h' U' m. ^) c6 L文章关键词： 锻压