材料成型原理第14章PPT课件
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合肥工业大学 考研 材料成型基本原理课件
擦阻力越大，粘度也就越高； 热振动加剧，原子间距增大， δ —— 温度 T液体各原子层之间的间距 而下科学与工程学院制作 23
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
合金组元（或微量元素）对合金液粘度的影响： 表面活性元素（如向Al-Si合金中添加的变质元素Na）
具有自由表面 （类似于固体，不同于气体）； 液体可压缩性很低 （类似于固体，不同于气体）。
合肥工业大学材料科学与工程学院制作 5
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
液 体 性 质
物理性质：密度、粘度、电导率、热导率和扩散
系数等；
物理化学性质：等压热容、等容热容、熔化和气 化潜热、表面张力等；
合肥工业大学材料科学与工程学院制作
16
普通高等教育“十一五”国家级规划教材 《材料成形基本原理》
液体的缺陷模型与几乎与每一种固体金属的晶
体缺陷相对应，诸如点阵空位、位错和晶界等模型。 空穴模型： 金属晶体熔化时，在晶体网格中形成大 微晶模型液态金属可以看成是一种被位错芯严重破 ： 液态金属有很多微小晶体和面缺陷组 位错模型： 量的空位，从而使液态金属的微观结构失去了长程有 成，在微晶体中金属原子或离子组成完整的晶体点 坏的点阵结构。在特定的温度以上，在低温条件下不 序性。大量空位的存在使液态金属易于发生切变，从 含位错的固体点阵结构由于高密度位错的突然出现而 阵，这些微晶体之间以界面相连接。 而具有流动性。随着液态金属温度的提高，空位的数 量也不断增加，表现为液态金属的粘度减小。 变成液体。
外力的作用，液体密度对流动的影响可以忽略（当采用了运动学粘度系
数ν之后，ν金和ν水两者近于一致。例如铸件浇注系统的设计计算时，
完全可以按水力学原理来考虑） 。
塑料成型理论ppt课件
高压时生成小而 不规则的球晶
精品
22
结晶型塑料在注射成形时特点
❖ 结晶型塑料必须要加热至熔点温度以上才能达到软化的状 态。由于结晶熔解需要热量，结晶型塑料达到成形温度要 比无定形塑料达到成形温度需要更多的热量
❖ 塑料制品在模内冷却时，结晶型塑料要比无定形塑料放出 更多的热量，因此结晶型塑料制品在模具内冷却时需要较 长的冷却时间
影响取向的因素
❖ 提高加工温度会使聚合物分子松弛时间加长，有助于产生 解除取向效应
❖ 无定形塑料的松松弛弛时时间间：比结晶型塑料的要长（ ），因此 结晶型塑料容易无使定形取塑向料冻聚合结物，分其子的取松向弛度时间高是于无定形塑料
从熔体加工温度降至熔体玻璃化温度
所经历的时间，而结晶型塑料聚合物
❖ 模温低，熔体冷分却子的速松度弛加时间快是，从则熔体冻加结工取温度向降效应提高，解除
精品
31
聚合物的降解
❖ 聚合物相对分子质量降低的现象称为聚合物的降解 ❖ 降解难以完全避免，大多是有害的
轻度降解 聚合物变色
分解出低分子物 质，制品出现气 泡和流纹等缺陷
严重降解使聚合 物焦化变黑、然
后分解
❖ 在加工过程中，热降解是最主要的，主要是因为聚合物在 高温下受热时间过长，或者加热温度过高
精品
12
压力的影响
❖ 在压力作用下，塑料熔体因受到压缩而体积减小，分子间 作用力的增加致使粘度也随之增大
❖ 由于塑料熔体的压缩率不同，故不同熔体的粘度对压力的 敏感性也不相同
1－PMMA 2－PP 3－LDPE 4－PA66 5－POM
例如： 当压力从 13.8MPa升 高到 17.3MPa时，高 密度聚乙烯 HDPE和 聚丙烯PP的粘度要 增加 4~7 倍，而聚苯 乙烯PS的粘度甚至于 可增加100倍
精品
22
结晶型塑料在注射成形时特点
❖ 结晶型塑料必须要加热至熔点温度以上才能达到软化的状 态。由于结晶熔解需要热量，结晶型塑料达到成形温度要 比无定形塑料达到成形温度需要更多的热量
❖ 塑料制品在模内冷却时，结晶型塑料要比无定形塑料放出 更多的热量，因此结晶型塑料制品在模具内冷却时需要较 长的冷却时间
影响取向的因素
❖ 提高加工温度会使聚合物分子松弛时间加长，有助于产生 解除取向效应
❖ 无定形塑料的松松弛弛时时间间：比结晶型塑料的要长（ ），因此 结晶型塑料容易无使定形取塑向料冻聚合结物，分其子的取松向弛度时间高是于无定形塑料
从熔体加工温度降至熔体玻璃化温度
所经历的时间，而结晶型塑料聚合物
❖ 模温低，熔体冷分却子的速松度弛加时间快是，从则熔体冻加结工取温度向降效应提高，解除
精品
31
聚合物的降解
❖ 聚合物相对分子质量降低的现象称为聚合物的降解 ❖ 降解难以完全避免，大多是有害的
轻度降解 聚合物变色
分解出低分子物 质，制品出现气 泡和流纹等缺陷
严重降解使聚合 物焦化变黑、然
后分解
❖ 在加工过程中，热降解是最主要的，主要是因为聚合物在 高温下受热时间过长，或者加热温度过高
精品
12
压力的影响
❖ 在压力作用下，塑料熔体因受到压缩而体积减小，分子间 作用力的增加致使粘度也随之增大
❖ 由于塑料熔体的压缩率不同，故不同熔体的粘度对压力的 敏感性也不相同
1－PMMA 2－PP 3－LDPE 4－PA66 5－POM
例如： 当压力从 13.8MPa升 高到 17.3MPa时，高 密度聚乙烯 HDPE和 聚丙烯PP的粘度要 增加 4~7 倍，而聚苯 乙烯PS的粘度甚至于 可增加100倍
主切应力和最大切应力--材料成型原理
三、主切应力和最大切应力
主切应力平面：使切应力达到极大值的平面称为主切 应力平面；
主切应力：主切应力平面上所作用的切应力称为主切 应力。
在主轴空间中，垂直于一个主平面而与另两个主平面 交角为45的平面就是主切应力平面。
图 14-6 主切应力平面图
22
1
1
1
a ） l 0, m2 n2 1 b ）l 0, m n 1 c ）m 0,l n 1 d ）
表示。 设三个主应力的关系为 1 2 3 ，则
max
1 3
2
（14-19）
主切应力平面上的正应力值和主切应力值
12
1
2
2
；
23
2
3
2
；
31
3
2
1
；
12 23 31
1 2 3
2
2
3
2
1
2
（14-20）
主切应力的性质：
• 若1=2=3=，即变形体处于三向等拉或三向等压 的应力状态（即球应力状态）时，主切应力为零： 12=23=31=0
由此得
( x
x x
dx)dydz
x dydz
(
yx
yx y
dy)dzdx
y xdzdx
( zx
zx z
dz)dxdy zx dxdy 0
x yx zx 0
x y z
得质点的应力平衡微分方程
x
x
yx
y
zx
z
0
xy
x
y
y
zy
z
0
xz
x
yz
• 若三个主应力同时增加或减少一个相同的值时，主切 应力值将保持不变。
主切应力平面：使切应力达到极大值的平面称为主切 应力平面；
主切应力：主切应力平面上所作用的切应力称为主切 应力。
在主轴空间中，垂直于一个主平面而与另两个主平面 交角为45的平面就是主切应力平面。
图 14-6 主切应力平面图
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a ） l 0, m2 n2 1 b ）l 0, m n 1 c ）m 0,l n 1 d ）
表示。 设三个主应力的关系为 1 2 3 ，则
max
1 3
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（14-19）
主切应力平面上的正应力值和主切应力值
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（14-20）
主切应力的性质：
• 若1=2=3=，即变形体处于三向等拉或三向等压 的应力状态（即球应力状态）时，主切应力为零： 12=23=31=0
由此得
( x
x x
dx)dydz
x dydz
(
yx
yx y
dy)dzdx
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( zx
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dz)dxdy zx dxdy 0
x yx zx 0
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得质点的应力平衡微分方程
x
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x
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• 若三个主应力同时增加或减少一个相同的值时，主切 应力值将保持不变。
材料成形绪论讲义课件
ive4umK. circuit!灵魂1.之内
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THANKS
感谢观看
未来，随着新材料、智能制造和绿色制造等领域的快速发展，材料成形技术将迎来更多的发展机遇和挑战。
材料成形技术的发展历史悠久，最早可追溯到古代的铸造和锻造技术。
材料成形的工艺方法
CATALOGUE
02
利用砂型生产铸件的方法，适用于各种合金和铸铁件的生产。
砂型铸造
熔模铸造
压力铸造
通过熔化易熔模料获得空腔铸型，常用于精密铸造。
轻质材料
如碳纤维复合材料，在汽车、航空航天和体育用品等领域的应用逐渐增多，以提高产品的强度和减轻重量。
高性能复合材料
具有高硬度、高耐磨性和耐高温等特点，在机械、电子和化工等领域有广阔的应用前景。
新型陶瓷材料
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
通过引入先进的工业机器人、自动化设备和传感器等技术，实现生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。
压力焊
利用熔点低于母材的金属作为钎料进行焊接。
钎焊
通过注射机将塑料熔体注入模具中成型。
注射成型
通过挤出机将塑料熔体挤出成型。
挤出成型
通过压延机将塑料片材压制成所需形状。
压延成型
材料成形的理论基础
CATALOGUE
03
流变学是研究材料在应力、应变、温度等因素作用下，其形状和尺寸发生变化的科学。
材料成形绪论讲义课件
目录
CATALOGUE
《材料成型基础》课件
塑性成型
塑性成型是指通过材料的塑性变形来改变其形状的成型方法。 常见的塑性成型工艺包括挤压、拉伸、压力成型等。
金属成型
金属成型是将金属材料通过力的作用进行塑性、剪切等。
粉末冶金成型
粉末冶金成型是一种通过将金属粉末压制成形再进行烧结的成型方法。 常见的粉末冶金成型方法包括热压成型、冷压成型等。
《材料成型基础》PPT课 件
材料成型基础课程的目标是通过了解成型过程的基本概念，掌握几种常见的 成型方法，以及理解成型工艺对材料特性的影响。
成型过程概述
成型是指将材料通过力、热或其他外界条件，从一个形状变成另一个形状的 工艺过程。
成型工艺有许多不同的分类方法，包括塑性成型、金属成型、粉末冶金成型 和复合材料成型。
复合材料成型
复合材料成型是指在成型过程中使用不同类型的材料组合而成的成型方法。 常见的复合材料成型方法包括层合、注塑等。
成型工艺对材料特性的影响
材料成型前后会出现性质差异，成型工艺参数也会对材料性能产生影响。 此外，成型过程中可能存在的缺陷也会对材料性能造成影响。
小结
通过本课程的学习，我们了解了成型过程的基本概念，掌握了几种常见的成 型方法。 希望大家在学习过程中收获满满，对材料成型有更深入的理解。 在未来的课程中，我们将继续探讨更多关于材料成型的知识。
《材料成型技术》课件
锻造
通过对金属进行加热和冷却，使其在压力下改变形 状，常用于制造零件和工具。
挤压
将材料穿过模具的缝隙，使其变形成所需形状，常 用于制造管道、线材等。
铸造
将液态材料注入模具中，待冷却后得到所需形状， 广泛应用于汽车、航空等行业。
成型
通过热塑性材料的加热和压力，将其形成所需形状， 常见于塑料制品生产。
常见的材料成型技术
局限性
• 材料限制 • 工艺复杂性 • 有限的成型尺寸
材料成型技术的发展趋势
1
智能化制造
通过引入自动化和智能化技术，提高生产效率和质量。
2
新材料应用
开发和使用新型材料，提高产品性能和使用寿命。
3
环保节能
减少能源消耗和废弃物产生，实现可持续发展。
总结和展望
材料成型技术在各个领域都扮演着重要角色，随着科学技术的进步，我们可以期待在未来看到更多创新和突破。
《材料成型技术》PPT课 件
材料成型技术是一门研究材料加工和加工工艺的学科，涵盖了大量不同类型 的材料和方法，对各个领域的工业和科研都具有重要的意义。
什么是材料成型技术
材料成型技术是通过加热、压力、变形等方式将原材料转变为所需形状和尺寸的工艺。它包括了常见的加工方法， 如锻造、铸造、挤压等。
不同类型的材料成型技术
航空航天领域对高强度和轻质的材料需求较高， 成型技术为其提供了多种解决方案。
3 电子产品
4 建筑领域
成型技术在电子产品制造中的应用包括电路板、 塑料外壳等部件的生产。
通过材料成型技术可以生产建筑中常见的构件， 如钢结构、玻璃幕墙等。
材料成型技术的优势与局限性
优势
• 高效生产 • 多样化的产品形状 • 成本效益
材料成型PPT课件
残余内应力不稳定状态通过变形缓解应 力回到稳定状态。
• 变形的规律：（预计变形方向）
34
第34页/共42页
Ｔ形梁：厚部受拉产生压缩变形, 平板：中心、下部冷却 慢，受拉压缩变形。
上凹下凸。
床身：上凹下凸，导轨内凹。
图1-15 车床床身
35
第35页/共42页
• 防止变形的办法： 1）减小应力的各种方法。 2）铸件壁厚设计均匀，结构对称。 3）反变形法：最有效。 4）粗加工后时效处理：自然时效（露天放置半年）
（6）信息化 (计算机的应用)
柔性、集成系统，信息和控制技术，远程控制和无人化成形工厂。
9
第9页/共42页
五、材料成形的分类
• （1）受迫成形
定义：利用材料的流动性和塑性在特定外力或边界 的约束下成形的方法。
主要方法：铸造、锻压、注塑成形。
特征：模具、型腔。
柔性较差，适于定型产品的大批量生产或毛坯制造。 • （2）去除成形 定义：运用材料的可分离性，把一部分材料有序地
32
第32页/共42页
• 热应力的规律：
（a）缓冷部位（厚壁、心部）受拉伸。
快冷部位（薄壁，表层）受压缩。
（b）温差↑ ，定向凝固↑ ，固态收缩率↑ ，弹 性模量↑ ，则热应力↑ 。
• 热应力的防止：缩小温差，均匀冷却。
措施：材料弹性模量小的合金，
设计壁厚均匀，
工艺同时凝固。
• 同时凝固：内浇道开在薄壁处，厚壁处放冷铁， 使各部位同时凝固。
在铸件内。用于不重要的铸件中。 ❖ 形状复杂的铸件可设置多个冒口、冷铁。
29
第29页/共42页
图1-8 阀体铸件的定向凝固
②缩松的防止 ❖缩松的危害：影响铸件的气密性。 ❖防止方法： 加大冷却速度——热节处安放冷铁，
《材料塑性成型原理》PPT课件
主应力法 滑移线法 上限法 有限元法
.
28
金属塑性成形问题的求解方法
主应力法（初等解析法）
从塑性变形体的应力边界条件出发，建立简化 的平衡方程和屈服条件，并联立求解，得出边 界上的正应力和变形的力能参数，不考虑变形 体内的应变状态。
.
29
金属塑性成形问题的求解方法
滑移线法
假设材料为刚塑性体，在平面变形状态下，塑 性变形区内任一点存在两族正交的滑移线族， 结合边界条件可解出滑移线场和速度场，从而 求出塑性变形区内的应力状态和瞬时流动状态 ，计算出力能参数。
.
42
汽车翼子板拉深过程有限元分析
1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
.
43
汽车翼子板拉深过程有限元分析
1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
.
54
1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
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汽车翼子板拉深过程有限元分析
1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
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28
金属塑性成形问题的求解方法
主应力法（初等解析法）
从塑性变形体的应力边界条件出发，建立简化 的平衡方程和屈服条件，并联立求解，得出边 界上的正应力和变形的力能参数，不考虑变形 体内的应变状态。
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29
金属塑性成形问题的求解方法
滑移线法
假设材料为刚塑性体，在平面变形状态下，塑 性变形区内任一点存在两族正交的滑移线族， 结合边界条件可解出滑移线场和速度场，从而 求出塑性变形区内的应力状态和瞬时流动状态 ，计算出力能参数。
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汽车翼子板拉深过程有限元分析
1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
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43
汽车翼子板拉深过程有限元分析
1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
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1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
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55
汽车翼子板拉深过程有限元分析
1.5
模拟结果与分析
★拉深工作过程
⑴凸模不动，压边圈 下行压住板料； ⑵压边圈不动，保持 一定压边力压住板料， 凸模下行，合模，拉 深板料成形；⑶凸模 到达下止点，继续加 压定型板料；⑷卸载。
《材料成形工艺》课件
建筑领域
在建筑领域中，焊接工艺被用 于钢结构、钢筋混凝土结构的
连接和加固。
05
热处理工艺
热处理工艺的原理
热处理是通过加热、保温和冷却的方式改变金属材料的内部组织结构，以达到改善其力学性能、提高 耐腐蚀性和加工性的目的。
热处理过程中，金属材料内部的原子或分子的运动速度会随着温度的升高而加快，当温度达到一定的临 界点时，原子或分子的排列会发生改变，形成新的晶体结构。
焊接工艺的原理基于金属的热传导和热对流，以及液态金属的流动和结晶。
焊接工艺的种类
01
熔焊
将待焊接的金属加热至熔化状态，然后通过液态金属将两块金属连接在
ห้องสมุดไป่ตู้
一起。常见的熔焊方法有电弧焊、气焊等。
02
压焊
通过施加压力将两块金属连接在一起，常见的压焊方法有电阻焊、摩擦
焊等。
03
钎焊
利用熔点低于母材的钎料，将其加热至熔化状态，润湿并填满母材接头
模锻
将金属坯料放入模具中，在压力 作用下进行塑性变形，以获得所 需形状和尺寸的加工方法。
特种锻造
针对特殊要求或特殊材料，采用 特殊的工艺和工具进行塑性变形 的加工方法。
锻造工艺的应用
航空航天领域
由于对材料性能要求极高，锻造工艺广泛应用于航空航天领域的 各种零件制造，如发动机叶片、涡轮盘等。
汽车工业
热处理工艺的原理就是通过控制加热、保温和冷却三个阶段的时间和温度，使金属材料内部组织结构发 生变化，从而达到所需的性能要求。
热处理工艺的种类
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
退火
将金属材料加热到一定 温度后保温一段时间， 然后缓慢冷却至室温。 退火可以消除金属内部 的应力，提高其塑性和 韧性。
在建筑领域中，焊接工艺被用 于钢结构、钢筋混凝土结构的
连接和加固。
05
热处理工艺
热处理工艺的原理
热处理是通过加热、保温和冷却的方式改变金属材料的内部组织结构，以达到改善其力学性能、提高 耐腐蚀性和加工性的目的。
热处理过程中，金属材料内部的原子或分子的运动速度会随着温度的升高而加快，当温度达到一定的临 界点时，原子或分子的排列会发生改变，形成新的晶体结构。
焊接工艺的原理基于金属的热传导和热对流，以及液态金属的流动和结晶。
焊接工艺的种类
01
熔焊
将待焊接的金属加热至熔化状态，然后通过液态金属将两块金属连接在
ห้องสมุดไป่ตู้
一起。常见的熔焊方法有电弧焊、气焊等。
02
压焊
通过施加压力将两块金属连接在一起，常见的压焊方法有电阻焊、摩擦
焊等。
03
钎焊
利用熔点低于母材的钎料，将其加热至熔化状态，润湿并填满母材接头
模锻
将金属坯料放入模具中，在压力 作用下进行塑性变形，以获得所 需形状和尺寸的加工方法。
特种锻造
针对特殊要求或特殊材料，采用 特殊的工艺和工具进行塑性变形 的加工方法。
锻造工艺的应用
航空航天领域
由于对材料性能要求极高，锻造工艺广泛应用于航空航天领域的 各种零件制造，如发动机叶片、涡轮盘等。
汽车工业
热处理工艺的原理就是通过控制加热、保温和冷却三个阶段的时间和温度，使金属材料内部组织结构发 生变化，从而达到所需的性能要求。
热处理工艺的种类
第一季度
第二季度
第三季度
第四季度
退火
将金属材料加热到一定 温度后保温一段时间， 然后缓慢冷却至室温。 退火可以消除金属内部 的应力，提高其塑性和 韧性。
材料成型原理作业 PPT课件
12. 何谓结晶过程中的溶质再分配?它是否仅由平衡分配系数k0所 决定?当相图上的液相线和固相线皆为直线时，试证明k0为一常数。
• 结晶过程中的溶质再分配：是指在结晶过程中溶质在液、固 两相重新分布的现象。
• 溶质再分配不仅由平衡分配系数k0决定 ，还受自身扩散性质 的制约，液相中的对流强弱等因素也将影响溶质再分配。
• 第三种情况，通过在液相中造成很大的微区富集而迫使结晶相提前 弥散析出而生核。
（2）对于第二类生核剂，它的作用在于使枝晶产生更细的缩颈，其 结果必然导致结晶更易于游离。这种晶粒细化剂之所以使枝晶缩颈更 细，主要是溶质的偏析造成的，在凝固过程中由于溶质在枝晶侧向的 偏析，使此处的过冷度减少，从而使晶体的长大受到抑制而产生细的 缩颈。
3. 动态下晶粒细化：振动、搅拌、铸型旋转等方法。 4. 铸型性质和铸件结构：（1）采用金属型铸造；
（2）减小液态金属与铸型表面的润湿角； （3）提高铸型表面粗糙度。
6. 在 一般情况下希望铸件获得细等轴晶组织，为什 么？怎样才能获得？
等轴晶是在成分过冷区和凝固区域较大的范围内 生长而成的。它的分枝比较发达，晶界夹杂等缺 陷比较分散。且各晶粒取向具有宏观的各向同性， 故其性能比较均匀和稳定。 细等轴晶组织有着较为理 想的综合机械性能，疲 劳强度也随着晶粒的细化而提高。
③ 中心等轴晶区 ：由各向同性的等轴晶粒组成。 等轴晶的尺寸往往比表面细等轴晶区的晶粒 尺寸粗大。
表面细等轴晶的形成机理：非均质形核和大量游离晶 粒提供了表面细等轴晶区的晶核，型壁附近产生较大 过冷而大量生核，这些晶核迅速长大并且互相接触， 从而形成无方向性的表面细等轴晶区。
中间柱状晶的形成机理：柱状晶主要从表面细等轴晶 区形成并发展而来，稳定的凝固壳层一旦形成处在凝 固界面前沿的晶粒在垂直于型壁的单向热流的作用下， 便转而以枝晶状延伸生长。由于择优生长，在逐渐淘 汰掉取向不利的晶体过程中发展成柱状晶组织。
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——接触面上的摩擦切应力。
由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称 常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较 好的加工过程，此定律较适用。
2020/10/13
5
2．最大摩擦条件
当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状
态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动
时的临界切应力k，即：
= k
3．摩擦力不变条件
2020/10/13
10
谢谢您的指导
THANK YOU FOR YOUR GUIDANCE.
感谢阅读！为了方便学习和使用，本文档的内容可以在下载后随意修改，调整和打印。欢迎下载！
2020/10/13
汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
11
为摩擦符合库仑定律。其内容如下： （1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，
与摩擦表面的大小无关； （2）摩擦力与滑动速度的大小无关； （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。
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4
其数学表达式为： FN 或 N
式中 F——摩擦力；
——外摩擦系数；
N——垂直于接触面正压力；
N——接触面上的正应力；
• 在平面应变条件下，变形前为平截面变形后仍为 平截面，且与原平截面平行
• 在轴对称条件下，变形前的圆柱面在变形后仍为 圆柱面，且与原圆柱面同轴
• 对于形状复杂的变形体，可以根据变形体流动规 律，将其分成若干部分，对每一部分都近似地按
平面应变或轴对称问题处理，最后再拼合在一起，
就可以得到整个问题的解
❖ 将偏微分应力平衡方程简化为常微分应力平衡 方程；
❖ 将二次方程的Mises屈服准则简化为线性方程；
➢ 最后归结为求解一阶常微分应力平衡方程问题。
优点是数学运算简单，可以确定材料参数、变
形几何体尺寸、摩擦等对成形的影响
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7
主应力法
➢ 主应力法的基本原理
❖假设材料变形是均匀的，变形状态属于平面应变 或轴对称问题；
➢恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低 工具寿命
摩擦的利用
例如，用增大摩擦改善咬入条件，强化轧 制过程；增大冲头与板片间的摩擦，强化 工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。
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3
塑性加工时接触表面摩擦力的计算
在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列 三种情况考虑
1．库仑摩擦条件 这时不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认
9
主应力法
➢ 主应力法的基本原理 ❖ 在应用Mises屈服准则时，忽略应力和摩擦切应
力的影响，将Mises屈服准则简化为线性方程； • 对于平面应变问题，习惯用剪切屈服强度k表示
x - y = 2k 或 x - y = -2k • 对于轴对称问题，习惯用屈服应力s表示
r - z = s 或 x - y = -s
第十四章 金属塑性成 形解析方法
2020/10/13
1
14-1 塑性成形问题的解与简化
塑性成形时摩擦的特点 ➢在高压下产生的摩擦 ➢较高温度下的摩擦 ➢摩擦副（金属与工具）的性质相差大 ➢在接触面上各点的摩擦也不一样
2020/10/13
2
外摩擦在压力加工中的作用
摩擦的不利方面
➢改变物体应力状态，使变形力和能耗增加 ➢引起工件变形与应力分布不均匀
2020/10/13
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主应力法
➢ 主应力法的基本原理 ❖根据变形体的塑性流动规律切取单元体，单元体
包含接触表面在内； • 通常所切取的单元体高度等于变形区的高度，将
切面上的正应力假设为均匀分布的主应力 • 正应力的分布只随单一坐标变化，就可以将偏微
分应力平衡方程简化为常微分应力平衡方程
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认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。 其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达 式为：
=m·k 式中，m为摩擦因子
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14-2 主主应力应法力法
➢ 主应力法
主应力法是求解塑性加工问题的一种比较常用
的解析方法。又称为切块法，初等解析法，力 平衡法等
❖ 假设材料以均匀变形；
由于摩擦系数为常数（由实验确定），故又称 常摩擦系数定律。对于像拉拔及其他润滑效果较 好的加工过程，此定律较适用。
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2．最大摩擦条件
当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状
态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动
时的临界切应力k，即：
= k
3．摩擦力不变条件
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为摩擦符合库仑定律。其内容如下： （1）摩擦力与作用于摩擦表面的垂直压力成正比例，
与摩擦表面的大小无关； （2）摩擦力与滑动速度的大小无关； （3）静摩擦系数大于动摩擦系数。
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其数学表达式为： FN 或 N
式中 F——摩擦力；
——外摩擦系数；
N——垂直于接触面正压力；
N——接触面上的正应力；
• 在平面应变条件下，变形前为平截面变形后仍为 平截面，且与原平截面平行
• 在轴对称条件下，变形前的圆柱面在变形后仍为 圆柱面，且与原圆柱面同轴
• 对于形状复杂的变形体，可以根据变形体流动规 律，将其分成若干部分，对每一部分都近似地按
平面应变或轴对称问题处理，最后再拼合在一起，
就可以得到整个问题的解
❖ 将偏微分应力平衡方程简化为常微分应力平衡 方程；
❖ 将二次方程的Mises屈服准则简化为线性方程；
➢ 最后归结为求解一阶常微分应力平衡方程问题。
优点是数学运算简单，可以确定材料参数、变
形几何体尺寸、摩擦等对成形的影响
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主应力法
➢ 主应力法的基本原理
❖假设材料变形是均匀的，变形状态属于平面应变 或轴对称问题；
➢恶化工件表面质量，加速模具磨损，降低 工具寿命
摩擦的利用
例如，用增大摩擦改善咬入条件，强化轧 制过程；增大冲头与板片间的摩擦，强化 工艺，减少起皱和撕裂等造成的废品。
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塑性加工时接触表面摩擦力的计算
在计算金属塑性加工时的摩擦力时，分下列 三种情况考虑
1．库仑摩擦条件 这时不考虑接触面上的粘合现象（即全滑动），认
9
主应力法
➢ 主应力法的基本原理 ❖ 在应用Mises屈服准则时，忽略应力和摩擦切应
力的影响，将Mises屈服准则简化为线性方程； • 对于平面应变问题，习惯用剪切屈服强度k表示
x - y = 2k 或 x - y = -2k • 对于轴对称问题，习惯用屈服应力s表示
r - z = s 或 x - y = -s
第十四章 金属塑性成 形解析方法
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14-1 塑性成形问题的解与简化
塑性成形时摩擦的特点 ➢在高压下产生的摩擦 ➢较高温度下的摩擦 ➢摩擦副（金属与工具）的性质相差大 ➢在接触面上各点的摩擦也不一样
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外摩擦在压力加工中的作用
摩擦的不利方面
➢改变物体应力状态，使变形力和能耗增加 ➢引起工件变形与应力分布不均匀
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主应力法
➢ 主应力法的基本原理 ❖根据变形体的塑性流动规律切取单元体，单元体
包含接触表面在内； • 通常所切取的单元体高度等于变形区的高度，将
切面上的正应力假设为均匀分布的主应力 • 正应力的分布只随单一坐标变化，就可以将偏微
分应力平衡方程简化为常微分应力平衡方程
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认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。 其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达 式为：
=m·k 式中，m为摩擦因子
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14-2 主主应力应法力法
➢ 主应力法
主应力法是求解塑性加工问题的一种比较常用
的解析方法。又称为切块法，初等解析法，力 平衡法等
❖ 假设材料以均匀变形；