第八講 金屬塑性變形時應力和變形的不均勻性

2024年3月17日發(作者：定量分析)

第八講 金屬塑性變形時應力和變形的不均勻性

1、 均勻變形和不均勻變形

物體不僅在高度方向上變形均勻，并且在寬度方向上（從而也是在長度方向上）

變形也均勻時，方能稱為均勻變形。

要想充分實現均勻變形，嚴格說來是不可能的?？梢姡趯嶋H的金屬壓力加工

時，變形不均勻分布是客觀存在的。

2、基本應力、附加應力、工作應力、殘余應力

（1）基本應力

由外力作用所引起的應力叫做基本應力。

（2）附加應力

由于物體內各層的不均勻變形受到物體整體性的限制，而引起其間相互平衡的

應力叫做附加應力。

（3）工作應力

基本應力與附加應力的代數和即為工作應力。

（4）殘余應力

如果塑性變形結束后附加應力仍殘留在變形物體中時，這種應力即稱之為殘余

應力。

3、接觸面上外摩擦對變形及應力不均勻分布的影響

圖6-2 鐓粗時摩擦力對變形及應力分布的影響

如圖6-2所示，若接觸面無摩擦力影響時（并認為材料性能均勻）則發生均勻

變形。由于接觸面上有摩擦力存在，可將變形金屬整個體積大致分為三個變形

大小不等的區域，Ⅰ區稱為難亦形區，Ⅱ區是大變形區，Ⅲ區是變形程度居中

的自由變形區。

由于I區的變形小，Ⅱ區的變形大，由金屬的整體性的影響可知在Ⅰ區金屬產

生的是附加拉應力，但由于接觸摩擦的影響，I區徑向所受壓縮應力大于附加

拉應力，所以I區仍保持較強的三向壓應力狀態，沒有危險；Ⅲ區金屬產生的

也是附加拉應力，原因是當Ⅱ區金屬變形時要產生向外擴張，而外層的Ⅲ區金

屬，則象一套筒把Ⅱ區金屬套住而限制了Ⅱ區金屬變形的向外擴張。由于Ⅱ區

與Ⅲ區相互作用，在Ⅲ區之外側表面，便產生了較強的環向附加拉應力，當該

拉應力大到一定程度后，將會導致金屬在環向產生縱向裂紋，如圖6-3所示。

圖6-3 環向附加拉應力引起的縱裂紋

4、變形區幾何因素的影響（H/d）

實驗表明：鐓粗圓柱體時；當試樣原始高度與直徑比H/d≤2.0時，發生單鼓形

不均勻變形。當坯料高度較大并且變形程度很小時（H/d＞2.0），則往往只產生

表面變形（變形不深透），而中間層的金屬不產生塑性變形或者塑性變形很小，

結果形成雙鼓形，如圖6-4所示。

軋制時的不均勻變形與鐓粗時的不均勻變形，在性質上相類似。鐓粗時的各種

不均勻現象，在軋制過程中都可以看到。實驗表明：軋制時變形分布的不均勻

性與變形區長度l和變形區的平均高度 =（H+h）/2有關。并隨比值 /l

的改變呈現不同狀態。

圖6-4 當鐓粗高件時不同區域的變形分布情況

5、工具的影響

A 工具的輪廓形狀造成變形不均勻

例1：在鋼板軋制時，由于輥型凸度控制不當，會產生舌形和魚尾形，其變形