锻造大型锻件时塑性变形的基本定律

锻件的塑性变形遵循以下的基本规律：

1.切应力定律

锻件的塑性变形，只有当其内部的切应力达到一定临界值时才会发生，这个规律称为切应力定律。

切应力的临界值取决于锻件材料本身、锻造的变形温度、变形速度和变形程度。一般来说，钢的含碳量，或合金含量越高，切应力的临界值就越高，越不容易发生塑性变形；而提高变形温度、降低变形速度或减小变形程度，就会降低切应力的临界值， 就越容易发生塑性变形。

2.锻件塑性变形时有弹性变形

由于金属在锻造加工时塑性变形前已经发生了弹性变形，所以，金属发生塑性变形的同时，必定伴随着弹性变形的发生。

由于金属塑性变形时有弹性变形，所以在使金属变形的外力撤除后，工件的塑性变形保留下来，但弹性变形部分要回复，会使工件的尺寸和形状发生一定的变化，这种由于回复弹性变形而引起工件的尺寸和形状变化的现象称为回弹，在生产中，要注意回弹对工件尺寸和形状的影响。

3.体积不变的假设

金属的体积在塑性变形过程中，变形前的体积等于变形后的体积，这个规律称为体积不变定律。

在锻造生产中，根据体积不变定律，可以进行锻述的尺寸、工序件的尺寸及模具的尺寸等工艺计算。

4.最小阻力定律

若物体的质点能在不同的方向移动时，则物体上的每一个质点将向着阻力最小的方向移动，这个规律称为最小阻力定律。这里所提及的阻力，包括摩擦力和工具形状对金属流动的限制等，最小阻力定律阐述了金属质点流动的可能性和流动方向等问题。

最小阻力定律对锻造是非常重要的定律，自由锻造和模锻都是利用最小阻力定律来提高制件质量、降低设备吨位和提高生产率的，以下是锻造工艺举例。

(1)圆形截面毛坯的镦粗

—个圆形坯料镦粗时，其内部各质点在水平方向必定沿其半径方向移动，这是因为质点沿半径方向移动的路径最短，所受的阻力也最小，故圆截面的坯料镦粗后仍然是圆形。

(2)矩形截面毛坯的镦粗

矩形截面金属质点流动的方向，可分为四个流动区域，镦粗的开始阶段，会同正方形镦粗一样，对角线上的阻力最大，形成椭圆。

根据最小阻力定律，离周边的距离越近，阻力越小，锻件质点必然沿这个方向流动，因此梯形区域流出的金属多于三角形区域流出的金属。长边出现的凸肚大，短边出现的凸肚小，也就是说，向长边法线流动的金属多，向短边法线流动的金属少，椭圆形会逐渐向圆形趋近，如果矩形的长宽比不大，或变形程度大，矩形毛坯也会镦粗为圆形。

(3)正方形截面毛坯的镦粗

一个正方形截面毛坯在平砧上银粗，可以得到一个圆饼的现象：正方形毛坯随 变形程度的增加，毛坯在平站上逐渐趋于圆形，如图7—8c所示。这是因为平砧与 金属的接触面存在摩擦力，并且正方形毛坯角的平分线上距离最长，摩擦力最大， 所以，金属质点就沿着最短的法线方向流动，各边首先出现凸肚，而逐渐趋于圆形。

(4)坯料拔长

坯料在平砧上拔长，选择不同的送进量，可以得到不同方向的拔长工件，伸长量大于展宽量的拔长：送进量小于还料宽，截面形成若干矩形，长度方向的流动快，得到轴向长的工件，拔长效果最好。

伸长量等于展宽量的拔长：送进量等于坯料宽，截面形成若 干正方形，长度方向和宽度方向的金属流动相同，得到轴向和宽度方向变形相等的工件，拔长效果一般。

伸长量小于展宽量的拔长：送进量大于坯料宽，截面形成若干矩形，宽度方向的流动快，得到宽度伸展大的工件，拔长效果最差。

(5)模锻

应该根据最小阻力定律，对锻件进行金属质点流动方向的定性分析，通过调整某个方向的阻力，才能合理地设计锻模。

金属将有两个流动方向（A处和飞边槽）。为了保证金属填充模膛，应增加A处的金属流动量，可采取以下两个措施：以飞边槽的粗糙表面来增加模锻件流向飞边槽的阻力；或修整A处的进入圆角，减小金属流向A处的阻力。