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金屬塑性變形的不均勻性

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摘要：能對金屬進行各種各樣的加工主要是因為金屬產(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)因為這些因素的影響而導(dǎo)致金屬在加工的過程中出現(xiàn)的問題需要采取的措施。

關(guān)鍵詞：金屬；加工；塑性變形；不均勻性

一、前言

在新石器時代，人們就開始了對金屬的使用，從此之后，人們對金屬的加工和使用不斷的深入，一直到現(xiàn)在，人們對金屬的性質(zhì)以及加工和使用都還進行著不斷的探索。金屬可以被加工主要的原因是在加工的過程中會產(chǎn)生塑性變形，但是在實際對金屬加工的過程中因為變形區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變不均勻而出現(xiàn)各種各樣的問題，下文展開具體的論述。

二、在加工過程中變形不均勻分布的原因

1、由于金屬在加工過程中與工具間的外摩擦導(dǎo)致

在整個金屬加工的過程中，金屬要放到加工儀器中進行加工，在這個過程中，由于金屬表面會與加工儀器表面在作用的時候產(chǎn)生摩擦，這樣就導(dǎo)致在加工金屬體內(nèi)會引起變形的不均勻分布。變形的不均勻性，由于力的相對作用，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)致金屬在各個區(qū)域的變形是不相同的，其變形總共存在三個區(qū)域，分別是在產(chǎn)生應(yīng)力應(yīng)變的過程中最易產(chǎn)生變形的區(qū)域，稱為易變性區(qū)；金屬不易變形的區(qū)域稱為難變形區(qū)域；而對于介于兩者之間的變形區(qū)則稱為自由變形區(qū)域。

2、由于金屬的形狀而導(dǎo)致

在金屬加工的過程中，由于金屬的形狀不同，對于小斷面來說，通過其單位面積的流線數(shù)目比其余部分的要多，而且對于小斷面來說，其流線分布也是不均勻的。正是因為上述原因的存在，很容易引起在金屬加工過程中產(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

對于在加工過程中容易出現(xiàn)不均勻變形的另一個重要原因是因為金屬內(nèi)部固有的化學成分存在區(qū)別，同時金屬內(nèi)部的還會存在一些雜質(zhì)，從而導(dǎo)致了金屬在加工過程中出現(xiàn)的不均勻變形。

4、溫度而導(dǎo)致

對于金屬來說，其化學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性質(zhì)就會改變。這就導(dǎo)致在變形的過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和金屬的各個接觸面上的應(yīng)力分布不均勻，這樣就會導(dǎo)致在加工過程中產(chǎn)生的形變不均勻的現(xiàn)象。如：對于在橢圓孔型中軋制矩形坯中進行金屬的加工，在施加力的過程中，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)致整個金屬在加工的過程中會產(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完整的整體，這個整體對金屬的整個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；相反來說，變形大的部分對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)力對金屬塑形變形的影響

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

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)力分布不均勻的時候，相應(yīng)的變形抗力增加；在這個時候物體內(nèi)會產(chǎn)生相互平衡的附加應(yīng)力，這時會導(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。對于金屬加工來說，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，就會導(dǎo)致金屬在加工的過程中過早的達到極限強度，一旦到達金屬的極限強度，就意味著再對金屬進行力的作用就會產(chǎn)生破壞，這樣來說，不均勻變形的產(chǎn)生會導(dǎo)致金屬的塑形降低。

最后，導(dǎo)致在整個金屬加工的過程中技術(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，就會使為其進行加工的工具也會產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力，從而導(dǎo)致彈性形變不是均勻的。如，在對金屬進行孔型設(shè)計的時候，如果沒有充分考慮到金屬會產(chǎn)生不均勻應(yīng)力這個條件的話，會導(dǎo)致生產(chǎn)出來的孔型不精密。所以，在對孔型進行軋制的過程中，因為軋件的高度和寬度產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變是不相同的，就必須要使用恰當?shù)膶?dǎo)位裝置來提高孔型的精確性，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

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

1、在對金屬的加工過程中，最主要的就是金屬加工的儀器，所以在對金屬加工的儀器進行設(shè)計時，要使其形狀最大限度的滿足應(yīng)力應(yīng)變均勻分布的要求，以來達到減少應(yīng)力應(yīng)變的產(chǎn)生。

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

3、在對金屬進行選用的時候，就要保證金屬的性質(zhì)，減少因為金屬的化學成分和組織的不均勻而導(dǎo)致的金屬變形不均勻。

4、在金屬的加工過程中，一定要遵循相應(yīng)的施工工藝流程，執(zhí)行準確的技術(shù)操作規(guī)程，避免因為操作的不恰當而導(dǎo)致金屬內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變的不均勻。

五、結(jié)束語

在金屬的加工過程中，應(yīng)力應(yīng)變分布的不均勻是時常存在的，其對金屬加工的影響也是不容小覷的。所以，在進行金屬工藝加工的過程中，要盡量克服因為各種因素而造成的應(yīng)力應(yīng)變不均勻的情況的出現(xiàn)，從而減少問題的發(fā)生。

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