塑性加工学(挤压)
一、塑性加工学
塑性加工学所研究的是指利用金属塑性，通过塑性变形不仅改变金属的形状、尺寸，而且改变其组织和性能的过程。
二、金属塑性加工的主要产品及加工方法
主要产品：管、棒、型、线、板、带、条、箔
主要生产方法：挤压、拉伸、轧制、锻造、冲压
管棒型线板带条箔生产方法：
⑴挤压：管棒型
⑵挤压→拉伸：管棒型线
⑶挤压→冷轧→拉伸：管材
水封挤压→高速三辊轧机→盘拉
⑷孔型轧制→拉伸：管棒型线
行星轧制→二联拉→盘拉
⑸斜轧穿孔→拉伸：管材（空心锭）
⑹上引→（冷轧、连续挤压）→拉伸：管棒线
⑺连铸连轧→拉伸：管棒线板带
⑻连铸连拉：棒线
⑼焊管法：管材
⑽铸坯→拉伸：管棒型线
⑾平辊轧制：热轧→冷轧、铸轧→冷轧：板带条箔
第一章挤压
第一节挤压的基本方法
一、正向挤压
1、挤压轴的运动方向与金属的流出方向一致。
2、特点：挤压筒不动，锭在轴推动下向前移动，锭与筒接触面产生很大的摩擦力（挤压力的30～40%）。
⑴金属流动不均匀，变形也不均匀；
⑵金属制品的组织、性能不均；
⑶挤压力较大，比反挤压大30-40％；
⑷金属缩尾废料多，占锭10-15％。
3、优点：⑴设备简单，操作方便；
⑵制品表面质量好（死区）；
⑶制品外形尺寸变化灵活，不受挤压轴直径的影响。
二、反向挤压法
1、挤压时，金属流出方向与轴运动方向相反。
2、特点：由于筒运动，所以筒与金属无摩擦，则：
⑴金属流动较均匀，变形也较均匀
⑵所需挤压力小，挤压速度快
⑶制品的组织性能均匀，残余废料少。
3、缺点：
⑴空心轴受强度限制，挤压制品尺寸受环境限制
⑵制品表面欠佳
⑶设备结构复杂需采用长行程的挤压筒，挤压周期较长。
三、挤压法的优缺点：
1、优点：
⑴具有最佳的应力状态和变形状态,能充分发挥金属的塑性，有些热塑性低的金属如Q Sn6.5-0.1、H Pb63-3只有挤压才能生产；
⑵生产灵活性大，用一台设备可生产多品种管棒型线坯，而且可以生产断面变化形状复杂的型材和管材，如阶段变断面型材、带异型筋条的壁板型材、空心型材等；
⑶挤压制品尺寸精确，表面质量好并可直接出成品；
⑷生产过程易实现自动化和机械化；
⑸能最大限度满足冷加工提出的各种坯料尺寸要求,大大的简化了冷加工生产流程，提高了生产效率。
2、缺点：
⑴金属头尾废料大：主要是压余和缩尾，从而降低了成品率，提高了生产成本；
⑵生产效率比较低：挤速慢，辅助时间长；
⑶制品组织性能不均匀；
⑷工模具消耗大。
从以上分析可知：挤压法适用于品种多、批量小、表面质量尺寸精度要求高的金属加工，尤其是对一些热塑性差的金属，挤压是唯一可以生产加工的方法。
第二节挤压时金属变形规律
挤压分三个阶段
1、填充挤压阶段（开始挤压阶段）
2、平流挤压阶段（稳定挤压阶段、基本挤压阶段）
3、紊流挤压阶段（终了挤压阶段）
一、开始挤压阶段
为了使金属顺利进入挤压筒，锭与筒间存在一个间隙⊿D=Do－Dp。
1、应力状态：二拉一压（镦粗）
2、⊿D的选择：
一般的有：Do≤100，⊿D=2～3，
Do=100～200，⊿D=4～6，
Do=200～300，⊿D=7～10，
Do=300～500 ，⊿D=10～15；
在生产中不希望⊿D太大。
因为：
⑴⊿D越大，填充变形量越大，表面应力状态为一向压，两向拉。塑性低的金属表面易产生裂纹。
⑵⊿D增大而锭长与锭径比值超过了3～4时，在填充时会出现鼓形（单鼓或双鼓），这样在模孔附近易形成封闭空间，其中空气在高温高压下会产生10000大气压，空气将进入锭表面形成气泡或起皮缺陷。
⑶填充量大，进入模孔中的金属增多，出模孔金属量大；使挤管时料头长，增加了头部废料，成品率低。
⑷但对有些要求横向性能的某些铝合金如L Y12、LC4则希望有较大的填充变形量，要求镦粗量为25~30%。
二、基本挤压阶段（平流挤压阶段）
一般以挤压棒材为例说明
特点：金属流动接近于平流，挤压力随锭长减少而减少。
1、挤压时的应力及应变状态
⑴应力及应变状态
①受力情况
②应力状态与变形状态：
应力状态：ζl—压，ζr—压，ζθ—压，
ζθ=ζr（轴对称）
变形状态：ξl—延伸，ξr—压缩，ξθ—压缩
③应力在变形区内的分布：
变形区压缩锥（Ⅰ区）：|ζr| > |ζl|
挤压筒（Ⅱ区）：|ζl| > |ζr|
2、基本挤压阶段金属流动分析
图示是在理想条件下，用锥模挤压时的坐标网格变化图形
⑴网格纵向变化
①原为平行的纵直线变形后仍为平行纵直线说明为平流（无交错运动）；
②在进出变形区压缩锥时发生两次方向相反的弯曲。
其弯曲程度由中心向边层逐渐加大，说明外层金属变形大于内层金属。
③中心层网格变为近似矩形，而外层变为平行四边形，且角度从中心到外层越来越小，说明外层金属除有延伸变形、压缩变形外还有剪切变形，且此变形是从中心到外层越来越大，这说明变形的不均匀性，即边层变形大而中心变形小。
⑵横向网格变化
①原为平行的横线变形后变为中心突出的曲线，且越靠近模孔，弯曲程度越大，说明金属的流动是不均匀的，中心流动比边部快；中心质点的金属运动速度大于外层，且越靠近模孔速差越大。对铜合金：外层金属为挤速的0～0.25倍，中心层金属为挤速的1.35～2.1倍。由于断面上流速不同则产生附加应力。
②棒材上的弯曲横线顶部间距不等，由前端向后端增加，说明延伸变形后端大于前端。
③制品前端横线弯曲很小说明前端金属变形很小，甚至还为铸造组织，所以在生产中前端一段要切除，若为拉伸坯料则为碾头用。.
综上所述：
金属流动：中心＞边部，这是产生附加应力的原因
金属变形：边部＞中心，后端＞前端，这是造成制品组织性能不均匀的原因
3、几个特殊变形区
⑴前端难变形区（死区，前端弹性区）：
在基本挤压阶段死区金属一般不产生塑变，也不参与流动。
①死区形成原因
a.此区阻力大，沿adc曲面比abc曲面所消耗的能量小
b.此区因冷却温度低，金属不易流动
②死区的作用：死区大可阻碍金属表面氧化物流到制品表面上,对产品表面质量有好处。
③影响死区大小的原因
a.模角α：α↑，死区↑
b.摩擦应力：η↑，死区↑
c.变形程度：ε↑,аmax(金属流动平锥角) ↑，死区↓（因为λ↑，P↑，摩擦阻力和金属抗力不足以抵抗P 而使死区参与流动）
d.挤压温度T↑，η↑，受工具冷却作用的部分金属变形抗力较高而难于流动，死区↑；挤压速度V i↑，流动金属对死区的“冲刷”越厉害，死区↓
e.金属强度↑,死区↓；模孔位置越靠近挤压筒壁，死区↓
⑵后端难变形区
①形成原因：是由于垫片和金属间的摩擦力作用和冷却的结果。
②随着挤压过程进行，金属体积越来越小，此区受到横向流动和回流金属的压力也会参加流动。
③作用：阻止锭表面的金属氧化物过早流入制品内部形成挤压缩尾。
⑶剧烈滑移区
在死区和塑性流动区交界处形成剧烈滑移区，其特征是变形特别激烈，在低倍组织
下可观察到明显的金属流线和很大程度的晶粒破碎。
此区大小与金属流动性有关，流动越不均匀，此区越大，一般在挤压后期此区不断扩
大。
此区对某些合金组织性能有一定的影响如：L Y12、LC4会出现淬火粗晶环，对铝青铜由于晶粒破碎严重会导致表面硬度超高。对一些热塑性差的金属易产生皮下缩尾。
三、挤压终了阶段（紊流挤压阶段）
是指在筒内的锭长减小到接近变形区压缩锥高度时金属流动的阶段。
其特点是金属由周边向中心发生剧烈的横向流动，外层金属沿挤压垫片从周边向中心做回转交错的紊流,从而形成挤压缩尾，挤压力上升。
1、挤压缩尾是挤压中的特有缺陷
⑴中心缩尾
①形成原因：由于横向流动加剧，金属硬化速度加快，摩擦力↑即dηt↑，破坏了与d ηd的平衡，促使外层金属向中心流动，沿后端难变形区界面流入中
心而形成。变形区内金属供应不足，促使周边层金属沿垫片回流到制品中。
⑵环形缩尾
①形成原因：与中心缩尾一致，只是表面层金属没有流到制品中心，而流到制品某部位。
⑶皮下缩尾
①形状与分布：有圆形、半圆形、间断半圆形。
②形成原因：在挤压热塑性差且润滑条件好的合金时如Q Sn6.5-0.1棒，由于挤压后期易使塑性变形区与死区界面剧烈滑移，存在很大剪切变形而断裂，则锭表面层氧化物沿断裂面流入制品，同时死区金属也流出模孔，包覆在金属表面上而形成皮下缩尾。
管材缩尾很小主要是金属流动较均匀。
2、减少缩尾的措施：
①留一定压余
型棒：20-40mm，管：15-25mm；
②脱皮挤压（⊿D=2-4mm）；
③预热挤压筒使金属流动均匀；
④挤压后期挤压速度减慢从而减少横向流动；
⑤垫片端面刻槽增大dηd，在生产中垫片端面严禁涂油。
四、影响金属流动不均的因素
1、摩擦与润滑
⑴摩擦↑，金属流动不均↑；润滑↑，金属流动不均↓。
⑵摩擦对金属流动有利一面：
①挤管：穿孔针与管坯间摩擦、冷却，使金属流动不均↓。
②型材：工作带长度不同，摩擦力不同，调整各部分金属流动。
2、金属本身性能
⑴导热性：
①金属导热性能越好，内外温差小，流动不均越小。
②润滑剂导热性差即绝热性好，则锭温差小，金属流动不均越小。
玻璃润滑剂导热系数小，为0.63～1.26W/cm2k。
⑵相变：有相变的合金，由于相变使μ变化而影响金属流动的均匀性。
如：H Pb59-1在720℃以上为β相，其μ= 0.15，在720℃以下为（α+β）相，μ= 0.24，显然在720℃以上流动均匀。
⑶金属强度：ζb高比ζb低流动均匀些。
因为ζb↑，摩擦力对锭断面影响差值小，且变形摩擦产生热量大，使锭外层温升快，从而使内外层温差小。
⑷摩擦系数：一般来说，T℃↑，μ↑，金属粘结工具现象↑，使摩擦力↑，不均↑。
但对紫铜，在700～900℃之间由于表面氧化皮，起到自润滑作用，摩擦力↓，对流动
有好处。
3、工艺参数的影响
⑴挤压温度
T℃↑，μ↑，金属粘结工具现象↑，使摩擦力f↑,不均↑。
T℃↑，锭内外温差↑，不均↑（挤压机能力允许,挤压温度取下限）。
⑵挤压速度
V i ↑，变形热效应↑，T℃↑，不均↑。
⑶变形程度
变形程度↑，变形热效应↑，T℃↑，不均↑。
变形程度↑↑剪切变形渗透的金属中心，不均↓。
如果挤压直接出成品，一般ε≥90%，即λ≥10。
4、工具形状的影响
⑴模子的影响
①模角：锥模比平模流动均匀
②模孔排列：多孔模比单孔模均匀
③舌模及挤管流动均匀
⑵挤压筒；筒与制品形状相似，均匀些。
⑶垫片的影响（凹面）
五、挤压时金属流动的四大类型（P28）
Ⅰ类：金属流动均匀：是反向挤压具有的即无摩擦力作用。
Ⅱ类：金属流动较均匀：是润滑正向挤压高强度合金或冷挤压情况。变形区集中在模孔附近，中心环形缩尾很小，属于这类合金的有：T2、H96、Q Sn6.5-0.1。
Ⅲ类：金属流动不均匀：变形区扩展较大，但在基本挤压阶段未发生外层金属向中心流动的情况。在挤压后期产生不长的缩尾，如：H68、H Sn70-1、铝合金等。
Ⅳ类：金属流动最不均匀：在基本挤压阶段金属就向中心流动，缩尾严重如：H Pb59-1、H62、铝青铜等。
第三节挤压力计算
一、确定挤压力的方法
确定挤压力的方法主要有有实测法和理论计算法
1、挤压力实测：
P=N×P e/P b
式中：N—挤压机的额定挤压力MN
P e—压力表指示的单位压力Mpa
P b—工作液体的额定单位压力Mpa
这在挤压速度很低（约1mm/s）的情况下才能正确读得。
2、理论计算法
皮尔林公式、普罗卓洛夫公式、塞茹尔内公式
皮尔林公式：
P ＝Rs ＋Tt ＋Tz（Tzh）＋Td（Tg）
其中:
Rs —为实现塑变所用的力
Tt —为克服筒壁上的摩擦力所需的力
Tz —为克服变形区压缩锥面上的摩擦力所需的力
Td —为克服模孔定径带上的摩擦力所需的力
二、影响挤压力的因素
⑴金属的强度：ζb↑，P↑
⑵变形程度ε↑，P ↑
⑶挤压温度 T ℃和工模具温度：T ℃↑，P ↓，工模具温度↑，P ↓ ⑷挤压速度 V 挤 或金属流出速度 V 流：V 流=λV 挤。
V 影响复杂：一方面 V ↑，变形摩擦热大，锭温↑，P ↓，另一方面 V ↑，变形加剧金属硬化↑,从而使 P ↑ ⑸ 挤压模：
①模角：实践证明当α= 45～60o 之间 P 最小，因为随α↑，由于流入模孔的附加弯曲变形增加从而消耗在变形区压缩锥中的变形力 Rs 升高，但克服模子锥面上摩擦力的挤压力分量 Tz 则因摩擦面逐渐减少而下降，所以二者相加（Rs+Tz ）后最小值在α= 45 ～ 60o之间。而生产中常采用的锥模α= 60～65o（考虑制品表面质量）。P36 α= 90o 表面质量好，而α= 45～60o表面质量差，而α= 60～65o 与α= 90o 比 P ↓与 45～60o 相比表面质量有所好转，所以取α=60～65o
②模孔形状：模孔形状越复杂由于增加了附加剪切变形，而使 P ↑
模孔形状的复杂程度可用周长与相同面积的圆断面的周长之比表示，即： C = 模孔断面的周长/等断面圆的周长 = L 孔/πD 其中：D — 等断面圆直径， F 孔 = πD 2/4 若 C ↑，则 P ↑
③定径带长度： h d ↑，P ↑ ⑹ 铸锭长度：L d ↑，P ↑ 三、皮尔林公式中各参数的确定：
⑴i = Ln λ
其中：λ — 延伸系数，λ=F 0/F 1
⑵ i j =Ln ，
其中：∑F 1—制品总断面积 — 型材平均厚度 =（t 1＋ t 2 ＋ t 3 ＋ ······ ＋ t n ）/n 所以挤压圆棒时： =
挤压单孔圆棒时：i j = ln = Ln1 = 0
挤压多孔圆棒时：i j = Ln =Ln(m)1/4
⑶S t — 挤压筒中金属塑性剪切应力（ K 筒）
若是润滑挤压时，金属不黏结挤压筒可认为内外塑性相同： 则：S t = S zh0 若无润滑挤压表层金属粘结挤压筒，则： S t = 1.25 S zh0 其中S zh0－ 变形前金属塑性剪切力S zh0 ＝ 0.5 ζ b 而ζb －金属变形抗力（可查 P38 表3－2）
⑷S zh1－在模孔处金属塑性变形剪切应力 S zh1＝C y S zh0
式中：C y －硬化系数，查P40页表3-4（内插法）或P41图3-12，C y 与λ、t s （金属在变形区压缩锥内的停留时间）有关 t s ＝V s / V m
而 V s －塑性变形体积，V m －金属秒流量 V m ＝F 1×V 1=F 0×V j 挤棒时：t s ＝
注意P42页3-26b 式错误！
挤型时：将 D 1改为等效直径代替 即D 1 ＝ D 等 ＝ 4
21/t F ∑
t t 4211)/(F F 1
F t 4211)
/(F mF ()()
12
133130sin 3/cos 1V
D D D
αα--π
/41F
挤管时：t s ＝
P42 页 3-26b 式， 3-27b 式中： α－挤压模半锥角，平模α＝60°（P36）
D 0－筒直径，D 1－制品外径，d 1－制品内径 V 1－金属流出速度，V j －挤压速度 F 1－制品断面积，F 0 －挤压筒断面积
求出λ和 t s 查 P40 表 3-4 ，或P41图3-12可查出 C y 则可求出S zh1 ⑤ －在塑性变形区压缩锥中金属塑性平均剪切应力（K 锥）
算术平均值： =（S zh1＋S zh0）/2= S zh0(1+C y )/2
几何平均值： ⑹死区高度 h s ：
当模角α≤ 60°时 h s ＝ 0 而模角α＞ 60°时 h s ＝ ⑺ ft 、fzh 、fg 的确定：
ft －挤压筒内摩擦系数 fzh －变形区内摩擦系数 fg －模子定径带处摩擦系数
润滑挤压时： 无润滑挤压时：
有软氧化皮如T 2、H 96 ：
金属粘结工具不严重：75
.0==zh t f f
金属粘结工具严重时： （铝）
⑻其他参数 L 0－填充后锭长， λc －填充系数 而 h d －模孔定径带长度 φ角： 例：(P46)15MN 挤压机上将θ150×200mm 锭坯挤压成θ19×2mm 紫铜管。挤压筒 D 0＝155mm ，锥模α＝65o ，h g ＝10mm ；圆柱式针；挤压温度 T=900℃，挤压速度 V j ＝80mm/s 。试用皮尔林公式计算挤压力。
解：a. 确定λ：λ= F 0/F 1 = (1552-152)/(192 -152)=175 b. 确定L 0、h s 、V 1
紫铜可认为是润滑挤压 则：
c.确定 ts ：ts = 0.3
d. 确定 C y 及 、S t 、 S d 据表3－3用内插法查C y ：
ts ： 0.1 0.3 1.0
(
[)
()]
1
131302/32120/75.05.075.04.0V F d D d D ---?zh S zh S y
zh zh zho zh C S S S S 01==25.0===g zh t f f f 5.0=g f 5.0==zh t f f 00.1==zh t f f c d d d L D D L L λ//2
020==()
01/sin arcsin D d α?=3.187155150200/2
22020=÷?==D D L L d d ()()73.72/6558.019155=?--=ctg h s 14000175801=?==λj V V
λ： 15 3.4 2.6 175 3.432 3.1 2.632 1000 3.6 2.8
得：
得：
查表3－2得ζb = 18Mpa
得：
e. 确定ft 、fzh 、fg 有软氧化皮
f. 算挤压力：
将参数代入公式得：P ＝9MN 练习：
在12MN 挤压机上用固定针挤θ34×3紫铜管，铸锭为θ145×200mm ，温度为850℃，挤压筒直径为150mm ，锥模α＝650，h g ＝10mm ，金属流出速度V 1 ＝500mm/s ，用皮尔林公式计算挤压力。
第四节 挤压制品的组织与性能 一、 挤压制品的组织 1、 组织不均匀性
一般沿横断面：中心晶粒大、边部晶粒小 纵向：前端晶粒大、后端晶粒小
原因：⑴变形不均匀，变形越大，晶粒破碎越严重（剪切变形），晶粒越小；
⑵由于外层、后端温降大则温度低，变形抗力大，晶粒破碎大，且不能充分再结晶造成组织差异大,晶粒细小。
⑶但在挤压铝及软铝合金（LF 21 、LF 2）组织则相反，即：表面晶粒大、后端晶粒大。 原因：①因铝挤温低（420～450℃），而工模具预热温度（350～450℃）高，相对工具及周围介质温差小，逸散慢，加之热效应大，使表温＞中温；
②由于表层变形大，T 再低，使晶粒长大的驱动力提高，表现为晶粒尺寸：表层＞中心。
⑷在挤压两相合金时，由于在挤压中温度的变化，使合金在相变的情况下进行塑变，也会造成组织不均匀。 如：H Pb59-1在720℃以上挤压时呈β相，在挤压后温降至相变温度时由β相析出均一的α相，这种情况较好。但如果在挤压中温度低于700℃，则在挤压过程中α相就析出，且在一向拉伸，两向压缩的变形下，被拉长成条状组织（带状组织）。这种组织在后续的热处理过程
中不可能消除，则给后续的冷轧或拉伸带来困难，由于β相在常温塑性比α相低，则这种差值造成金属流动不均匀，而产生附加应力，严重时则产生裂纹。 2、挤压制品的粗大组织—粗晶环：
某些铝合金如：LD 2、LD 5 、LD 10 、L Y 12、L Y 11、LC 4等挤压后或随后的热处理过程中其外层出现大的晶粒组织通常称为粗晶环。
⑴粗晶环的形状与分布：与制品的断面形状和模孔排列有关。
()()432.3151000/)15175(4.36.34.3'=--?-+=y C ()()632.2151000/)15175(6.28.26.2''=--?-+=Y C ()()1
.3085.31.00.1/)1.03.0(632.2432.3432.3≈=--?--=Y C MPa
S zh 9185.0.50b 0=?=?=ζMPa S S zh t 90==()MPa C S S Y zh zh 45.182/9.0)1.31(2/10=?+=+=MPa S C S zh y zh 9.279.01.301=?==5.0==zh t f f
①制品断面的形状。对型材：壁厚处粗晶环较深，距挤压筒壁近处粗晶环也较深。
②模孔排列：单模孔时为圆环形，多模孔时为月牙形。
⑵粗晶环造成的后果
①制品出现性能不均，即粗晶区比细晶区ζb低（如L Y12低7～12Kg/mm2）；
②粗晶环区再深加工则出现裂纹或粗糙表面，所以必须严格控制其深度一般不超过3～5mm 。
⑶粗晶环的类型
①挤压粗晶环：即在挤压过程中产生的粗晶环
②淬火粗晶环：即在挤压为纤维组织，淬火加热时出现的粗晶环；
③二次粗晶环：即由于变形程度大，使制品破碎严重的细晶粒在淬火加热时，以一次再结晶的晶粒作核，进而继续长大的粗晶环（可属淬火粗晶环）。
⑷形成粗晶环的机理
①挤压粗晶环形成机理：挤压过程中由于外层金属变形大，晶粒承受剧烈的剪切变形，其晶粒破碎和晶粒扭曲的程度比内部严重的多。从而降低了外层的再结晶温度，使晶粒形核以及核子长大的驱动力提高，挤压后的冷却过程中，由于静态再结晶而产生粗晶环，且温度越高粗晶环越厚。
②淬火粗晶环形成机理：
主要产生于可热处理强化的铝合金：如：LD2、LD5、LD10 、L Y12、L Y11、LC4等
由于在挤压过程中其强化相如MnAl6、CrAl7等，在应力作用下部分强化相以弥散质点状态析出并聚集在晶界上，使晶粒形核率和长大速度都下降，使再结晶温度提高，阻碍了晶粒的长大和聚集，得到部分金属化合物析出并聚集在晶界上的不完全组织（纤维组织）。淬火前加热时一般温度高，时间长，使这些金属化合物重新溶入固熔体内，于是阻碍再结晶的条件消失，制品表层细小晶粒区的晶粒极易长大聚集成为粗晶环。
⑸影响粗晶环的几个因素：
①合金元素的影响：合金中含有Mn、Cr、Ti、Zr等时则会出现粗晶环。
当含有Mn量很少时或不含锰时一般不出现；当锰为0.2～0.6%最深；为0.9%可显著减少粗晶环；当提高到1.03%可减少至1mm以下，为1.2%时粗晶环完全消失。
实际上，合金中增加含锰、鉻等元素的含量，并不能避免粗晶环的出现,只是合金元素含量高时，可提高T再,如锰含量在0.9%时可达520℃，为1.2%时T再达535℃。
②挤压温度：一般T℃↑，粗晶环↑；由于T℃↑,变形不均↑，扩散激活能降低，有利于再结晶过程的进行。
也有人认为T℃↑，粗晶环↓，其理论是因为温度升高晶粒脆化及畸变变小，故物理变形程度小而使T再升高则不易形成粗晶环。
③变形程度：ε℅↑，T再↓，粗晶环深度↑。
④铸锭均匀化处理温度和时间的影响（如下图）：
可见，均匀化处理温度越高，时间越长，粗晶环深度越大（d↑）。（第二相的析出与长大，L Y12中MnAl6）
⑤挤压筒温度：筒温不低于锭温时，铸锭内外层温差小，金属变形较均匀，从而减少了粗晶环。
根据上述原因，可根据不同合金采用相应的措施来减少或消除粗晶环。如：LD2 、LD4等可提高筒温或降低淬火温度。L Y12可适当提高Mn含量。
总之，减少不均匀变形和控制再结晶温度，从而减少粗晶环。
3、挤压制品的层状组织（如Q Al10-3-1、Q Al10-4-
4、H Pb59-1、铝合金：LD2、LD4)
⑴层状组织的特征和分布（也称片状组织):
断口像木质一样凹凸不平并带有一定的裂纹，分层方向与棒材长度（挤压）方向平行。
⑵对性能的影响：对纵向性能影响不大，但对横向机械性能尤其是对延伸率、冲击韧性影响较大，后续的加工都不能消除这种组织。
⑶产生原因：
①锭中有非金属夹杂。这种夹杂物T再很高，再经热变形或热处理过程中难以产生再结晶，但在高温和强烈的三向应力作用下具有一定的塑性，能沿延伸方向拉长，并一直保留在制品中。
②锭中有缩孔和气眼等缺陷，在挤压时被拉长从而出现层状组织。
二．挤压制品的性质
1、机械性能的不均匀性（变形不均导致组织不均，则性能不均）
一般：外层：ζb高而δ低
内层；ζb低而δ高
前端：ζb低而δ高
后端：ζb高而δ低
某些铝合金则相反。
性能不均也反应到横向和纵向上的差异：一般在纵向上ζ b 、δ都比横向高。其原因是挤压时是两向压缩一向拉伸变形状态，晶粒沿挤压方向形成条状组织和变形织构产生各向异性，从而纵向性能高而横向低。
2、挤压效应
⑴挤压效应：某些铝合金，如LD2、LD5、LD10、L Y11、L Y12、LC4、LC6等挤压制品，经淬火和时效后比同一成分的合金经轧制、锻造或其他热加工方法，再采用同一热处理制度后其纵向性能要高出20～30%，这种现象称为挤压效应。
⑵挤压效应的组织性能与特征
①经加热淬火后仍保持着加工组织
②制品存在着变形织构因而性能具有明显的方向性。
挤压效应也发生在含有Mn、Cr、Zr元素合金制品。
挤压效应和粗晶环是一个问题的两个方面，同属于再结晶问题。即随着再结晶程度的提高，形成粗晶环的倾向越大，挤压效应就越低。
第五节挤压工具
挤压工具
包括：
①模子
②穿孔针
③挤压垫片
④挤压轴
⑤挤压筒
第七节挤压工艺
最佳的挤压工艺包括：
⑴正确选择挤压方法和挤压设备
⑵正确确定挤压工艺参数*
⑶选择优良的润滑条件
⑷确定合理的锭坯尺寸*
⑸采用最佳的挤压模设计方法等
⑹挤压制品的质量分析*
一．挤压工艺参数的确定
参数选择是否正确，直接影响制品的质量（组织、性能、尺寸偏差、表面质量等）以及成品率，生产率及经济指标。
1、挤压温度（加热温度、加热时间、炉内气氛）
⑴铸锭加热温度确定：
一般T↑，晶粒d↑、ζb↓、δ↑；
T ↑↑，d↑↑、ζb↓、δ↓。
另外T↑，金属流动不均匀↑，组织性能不均匀↑,缩尾↑
但T ↓，P↑，后期锭产生挤不动现象
所以应正确选择。
①金属与合金的可挤压性：可挤性为金属的内在性能,即在挤压过程中成材的可能性。它包括在高温条件下金属与合金的变形抗力与塑性这两个指标。
a. 合金成分：根据合金成分的不同，查其合金相图确定挤压温度的加热范围，一般为合金熔点绝对温度的0.75～0.95倍，即查找金属熔点和该成分合金在相图上固相点温度，确定挤压温度的上限，以避免挤压时的热脆性。其次，高温时存在相变的合金，最好在单相区热挤压（下限）。
b. 金属与合金的塑性：根据合金的塑性图，尽量在高温塑性范围的温度下挤压，而避免在脆性区范围内挤压。
②制品质量要求
组织性能：一般对易产生表面过硬氧化皮和易粘接工具的金属材料，温度不宜过高；对具有明显淬火粗晶环和挤压效应的合金，应降低挤压温度；对利用制品出模口后的高温直接淬火的合金，应采用高温挤压。
制品尺寸：当制品出模孔温度沿长度方向上有波动时，冷却后的断面尺寸沿长度方向上也存在波动，则不要首先判断为“模孔磨损”，应采用挤压速度来调整温度或采用梯温加热或等温挤压工艺。
表面质量：若温度越高粘结工具越严重，则使制品表面质量恶化，因此应将温度控制在一定的范围内。使用组合模挤空心型材和管材时应提高温度来控制制品的焊接缝质量。
③挤压时的变形热
由于挤压时热效应大而引起温升，所以挤压温度一般比其它加工方法的温度低50℃。
综上，温度范围的确定：既考虑合金状态图、高温塑性图又要考虑第二类再结晶相图，还要结合生产实际（包括生产规程、设备性能等），同时要考虑金属热平衡关系。（加热温度在P135页表7-2）
⑵铸锭加热时间的确定（加热时间、保温时间）：
原则上加热时间应达到合金所规定的温度，并保证锭内外温度均匀，主要与以下因素有关：
①加热温度与金属的导热性：温度低，导热性能好，时间短，反之越长
②锭直径（尺寸）：D d↑、L d ↑，时间长
③加热方式：
火焰炉加热—油、煤气，较快
电阻炉加热—较慢
对铝1.5—3.5小时，对铜1—2.5小时
感应加热—最快，10分钟
⑶炉内气氛：电阻炉或感应炉内气氛属微氧化性气氛；火焰加热炉中可控制气氛为氧化性气氛或还原性气氛，如TU1要求含O2不大于0.003%，控制为还原性气氛。
2、挤压速度的选择（V流、V挤）
⑴V流对制品质量的影响
当V流↓↓，挤压时间越长，挤压后期铸锭温度低,制品产生加工组织（未充分再结晶），甚至出现挤不动现象，并使生产率↓；
当V流↑↑，虽生产率↑，但热效应致使锭温不断上升，至一定程度，制品表面则产生裂纹，黄铜脱锌或黏结金属，从而影响表面质量
所以应在保证产品质量和设备能力的情况下，尽量提高V流，提高生产率。
⑵V流的确定
①金属与合金的可挤压性：选定了挤压温度后，则可根据金属的热平衡，确定V流。当金属与合金的温度范围较宽时，只要金属出口温度允许，则可采用较高的V流，因此纯金属V
流比合金高，高温塑性范围窄的应采取较低的V流。
当测到金属出口温度高于规定值时，应降低V流。
②制品质量要求：
a. V流越快，金属流动不均↑。因此挤压型材时，为避免产生较大的附加应力而使型材产生弯曲与扭拧，V流应较圆棒低；挤管时较棒高；表面摩擦状态差的较之状态好的V流低；对同一合金加热温度高较之低的V流低。
b. 使用组合模挤压空心型材时，为保证焊缝质量要使金属在焊合室有足够的停留时间，故应V流↓。
③设备能力限制
a. V流↑，金属变形抗力↑，则P↑，受到设备能力的限制。
b. V流↑，会缩短锭坯的加热时间，从而产生“加热不透现象” 。
⑶V流的确定：书P140-141表7-3～7-8
3、变形程度的选择
为保证制品的组织性能：对挤压直接出成品的制品应λ>10；对挤压后再继续加工λ>5；当挤制品用于二次挤压坯料λ不限，但应根据二次挤压筒的直径来确定其规格。
变形程度对挤压制品性能影响较大：
当ε=20%时，制品表面与中心性能差异很小；当ε>20%时，随ε的增加，性能差值增大(变形不均增加)；当ε>60%时，则性能差值逐渐减小（变形不均逐渐减小)；当ε>90%时，内外性能趋于一致，说明金属变形均匀(剪切变形深入内部，网格由原来凸起的曲线变成两条直线)。
一般挤压ε>90%；λ>10。
4、参数间的关系：（如图）
Ⅰ－合理挤压制度区
Ⅱ－超过设备能力
Ⅲ－金属已熔化出现裂纹
左半部（低温区）：随T↑，λ↑，V流↑，生产率↑；如T 不变，λ↑，P↑，趋于等压线或超过等压线，进入Ⅱ区，超过设备能力，挤不动。
右半部：随T↑，λ↓，V流↓；如T 不变，λ↑V流↑，热效应↑，进入Ⅲ区，熔化，出现裂纹。
5、挤压过程中的温度－速度控制
一般T ↓则V流↑，T ↑则V流↓
对于对温度、速度较敏感合金，例如硬铝合金，其热效应大，为使铸锭内外温度均匀，还应采用如下措施：
⑴锭坯的梯温加热法。即使锭在长度上或者断面上的加热温度有一个梯度
①断面上：
a. 由于锭表面与筒剧烈摩擦而使金属T ↑，应使锭的温度表面低于中心（可将锭加热后放入水中冷却）
b. 锭与筒的温差大。锭表面温度逸散应使锭的温度表面高于中心（可采用快速加热法）
②长度上：应使后端温度低于前端。
挤压过程后期温度上升
据实验：采用梯温加热法可大大降低制品的性能差。如：头尾温度为400/250℃，制品平均波动值为2.25%，而450/350℃为7.05%，而使用均匀加热法为21.14。
⑵控制工具的温度
①水冷模：通过冷却模子使制品温度不致于过高，从而可提高V流。
②水冷挤压筒：水冷挤压筒前端部，使变形区温度↓,而V流↑。
⑶调整挤压速度
通过变形速度的变化来调整金属的温度，从而达到均匀的目的。
①以往采用挤压后期降低V流的方法，其缺点是挤压周期变长，生产率低。
②采用低温和冷挤压来提高V流，但受设备能力的限制。
③等温挤压：通过测出出口温度反馈，来调整挤压速度，但由于热敏元件的可靠性，还有设备的热惯性等技术问题等难以解决。
④模拟等温挤压：据大量实测数据找出V流与T 的变化规律，事先编好V流控制程序进行挤压，效果较好,生产率可提高20%，成品率提高5%。
6、工具预热
目的：
①减少锭断面温差，将使金属流动不均↓；
②防止急冷急热的热冲击，延长使用寿命。
预热制度：
①挤压筒：250～350℃
②挤压模：200～300℃
③挤压垫：200～300℃
④挤压针：250～350℃
二、铸锭尺寸确定
D d 大、L d大，相对压余、切头尾减少，成品率提高;但D d 大、L d 长，性能不均↑，起皮，起泡的可能性大，挤压力大，后期可能产生挤不动现象。
1、锭直径D d：
锭直径D d 选择：要保证ε≥90％或λ≥10。
对棒型：D0＝（4F1λ/π）1/2
对管：D0＝（4F1λ/π＋d12 ）1/2
其中：D0－筒径、F1－制品断面、λ－延伸系数，
λ≥10、d1－针径（制品内径）
则：D d＝D0－（2～10）d d ＝d1 ＋（2 ～4）
2、锭长L d 确定
⑴对不定尺的：
铜合金：型棒：L d =(2-3.5)D d，管：L d =(1.5-2.5)D d
铝合金：型棒：L d =（4-6）D d，管：L d≤4.5D d
⑵对定尺的不但要符合上范围而且要用下式计算：
L d ＝{ [ ( L1 ＋l1 ) m ＋l2 ] n F1／F o＋h y }λc
式中：L1-制品长、l1-长度余量（l1=10-20mm）、m-成品倍数（根数）、n-模孔数度、F1-制品断面、l2-切头尾长度(切头：100-200mm，切尾：200-400mm)、h y-压余长（型棒：
h y=25-40mm，管：h y=20-30mm）、λc-填充系数（λc＝F0/F d），λ-挤压比（λ＝F0/nF1）
三、废品分析
1、挤压裂纹：
一些热塑性差的合金（Q sn6.5-0.1、H sn70-1、LY12、LC4等）常出现周期性裂纹。
⑴产生原因
①附加应力（流动不均）
②临界温度，挤压裂纹
应力分析如图：
⑵为何呈周期性：挤压裂纹产生过程是能量聚集与释放过程，当能量（附拉应力）达到一定值时裂纹产生,裂纹产生能量释放，裂纹消失，挤压继续能量增加，新裂纹产生，周而复始。
⑶减少或消除措施
①在设备能力允许下，降低T↓（挤压温度）；
②控制温度—速度的关系，即T↑，V流↓，采用梯温加热、等温挤压、水冷模等技术要求；
③减少金属流动的不均匀性，采用润滑挤压、锥模挤压等减少附加应力
④预热工具或采用短小铸锭以减少内外前后温差。
2、管材偏心
⑴偏心表示法
①偏心值a ＝（S max－S min）／2
②壁厚不均度⊿S＝S max－S min
⑵偏心沿管长度上的分布
⊿S头尾大，中间小的原因：
①头⊿S大：由于填充不好导致穿孔针偏移
②中间小：穿孔针、垫片在挤压过程中有自动调整中心的作用
③尾大：穿孔针、垫片失去了自动调整中心的作用。
⑶产生偏心原因
①挤压工艺与操作
a. 未填充或填充不好
b. 加热不均
c. 空心锭内孔不正、端面不平
②工具配合不当磨损不均
a.垫片设计不当，
b.针弯曲头部变形，
c.筒磨损不均，
d.模孔中心不正，
e.模子或模套与筒配合不好或磨损不均，
f.轴弯曲端面不平，
g.设备安装中心不正
3、挤制品尺寸不合格
①外形尺寸不合多属设计和修模不好；
②挤高温高强合金时模子易产生塑变造成头部大尾部小；
③短尺（长度不够）锭长计算错误或V流慢温降大,压余长；
④挤压过程中温度—速度未控制好，造成温度波动而使尺寸波动。
4、型材弯扭
①模孔设计不合理
②加热不均
③润滑不均
5、表面起泡起皮：
①铸锭质量不好，内有气眼、缩孔，表面不好
②筒不清洁，内有油、水、脏物、残屑
③润滑剂太多
6、高锌黄铜脱锌（H62 H68 H pb59-1）现象：
表面发白（氧化锌粉）
原因：温度过高、速度过快
练习：
1.挤压铝及软铝合金制品的组织性能沿断面及长度方向的分布如何？为何这样？
2.死区是如何形成的？有何作用？为何挤棒时多采用平模？挤管时多采用锥模？
3. 今有一台1200T挤压机，配有三种挤压筒Ф185、150、Ф120，挤压黄铜H62棒材，尺寸为Ф40×8000mm,压余长为40，切头50，切尾1000，试选取铸锭尺寸。
《金属塑性加工技术》思考题解答版
宽展由滑动宽展、翻平宽展、鼓形宽展组成. 轧制时主电机轴上输出的传动力矩,主要克服的阻力矩有:轧制力矩M、空转力矩M0、附加摩擦力矩M f、动力矩M d. 自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等 冲孔的方法通常包括实心冲子冲孔、空心冲子冲孔和在垫环上冲孔. 锻造过程中常出现的缺陷有表面裂纹、非金属夹杂、过热等. 孔型轧制时宽展类型分为自由宽展、限制宽展、强迫宽展3种. 实现带滑动拉拔的基本条件为绞盘的圆周速度大于绕在绞盘上线的运动速度. 带滑动多模连续拉拔配模的必要条件第n道次以后的总延伸系数必须大于收线盘与第n个绞盘圆周线速度之比. 带滑动多模连续拉拔配模的充分条件任一道次的延伸系数应大于相邻两个绞盘的速比. 金属挤压时,按金属流动特征分类有正挤和反挤. 正向或反向挤压时,其变形能计算式中的系数Ce分别为0.7和0.9. 正向挤压时,锭坯的尺寸为φ60mm,挤压杆的移动速度为100mm/s,φ20mm的圆棒单根流出模孔的速度则为900mm/s. “Y”孔型的特征参数:形状参数K=b/R、面积参数M=f/d2、内接圆参数G=d/b. 孔型轧制的品种包括:线杆、棒材、管材、型材 热轧:金属在再结晶温度以上的轧制过程,金属在该过程中无加工硬化,热轧时金属具有较高的塑性和较低的变形抗力,可用较少能量获得较大变形. 冷轧:金属在再结晶温度以下的轧制过程,不发生再结晶过程,只发生加工硬化,金属的强度和变形抗力提高,同时塑性降低. 轧制过程中性角:后滑区与前滑区的分界面为中性面,与中性面对应,前滑区接触弧所对应的圆心角为中性角. 轧制压力:轧件给轧辊的合力的垂直分量,亦即指是用测压仪在压下螺丝下面测得的总压力. 最小可轧厚度:在一定轧制条件下(轧辊直径、轧制张力、轧制速度、摩擦条件等不变的情况下),无论如何调整辊缝或反复轧制多次,轧件都不能再轧薄了的极限厚度. 轧制变形区:轧制时金属在轧辊间产生塑性变形的区域称为轧制变形区,包括几何变形区和非接触变形区. 轧制接触角:轧件与轧辊的接触弧所对应的圆心角称为轧制接触角. 前滑:轧件的出口速度大于该处轧辊圆周速度的现象称为前滑. 后滑:轧件的入口速度小于入口断面上轧辊水平速度的现象称为后滑. 轧制负荷图:轧制负荷图是指一个轧制周期内,主电机轴上的力矩随时变化的负荷图,分为静负荷图与静负荷和动负荷的合成负荷图两种情况. 轧制工作图表:时间与各轧机工作状态图. 集束拉拔:将两根以上断面为圆形或异型的坯料同时通过圆的或异型孔的模子进行拉拔,以获得特殊形状的异型材的一种加工方法. 闭式模锻:闭式模锻亦称无飞边模锻,即在成形过程中模膛是封闭的,分模面间隙是常数. 液态模锻:将一定量的液态金属直接注入金属模腔,然后在压力作用下,使处于熔融/半熔融状态的金属液发生流动,并凝固成形,同时伴有少量的塑性变形,从而获得毛坯或零件的加工方法. 精密模锻:它是一种效率高而又精密的压力加工方法,模锻件尺寸与成品零件的尺寸很接近,因而可以实现少切削或无切削加工. 拉深系数:拉深系数m=d/D0,d-拉深制件直径,D0-坯料直径,m越小,变形程度越大,变形区金属硬化越厉害,抗失稳能力变小,板坯越易起皱. 冲压:通过模具对板料施加外力,使之塑性变形或分离,从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯的加工方法. 挤压比:挤压前的制品的总横断面积/挤压后的制品的总横断面积. 填充系数:挤压筒内孔横断面积与锭坯横断面积之比. 连续挤压:连续挤压是通过有效利用坯料与旋转挤压轮之间的强摩擦所产生足够的挤压力和温度,将杆料、颗粒料或熔融金属以真正连续大剪切变形方式直接一次挤压成制品的塑性加工方法. 脱皮挤压:在挤压过程中锭坯表层金属被挤压垫切离而滞留在挤压筒内的挤压方法称为脱皮挤压 挤压效应:挤压效应是指某些铝合金挤压制品与其他加工制品(如轧制、拉拔和锻造等)经相同的热处理后,前者的强度比后者高,而塑性比后者低.这一效应是挤压制品所独有的特征. 挤压缩尾:出现在制品尾部的一种特有缺陷,制品后端金属内部夹杂了外来杂质或较冷的金属空洞、疏松等,主要产生在终了挤压阶段. 孔型系:轧件由粗变细必须在截面的各个方向上进行压缩(至少两个方向),因而要经过一系列不同形状和尺寸的孔型进行轧制,这一系列孔型称之为孔型系. 综述金属塑性加工技术的发展趋势. 金属塑性成形技术正向高科技、自动化和精密成形的方向发展.
金属塑性加工工艺
1.材料加工： 金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。 2.适用范围： 钢、铝、铜、钛等及其合金。 3.主要加工方法： (1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧。 举例：汽车车身板、烟箔等； 其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。 (2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取各种断面金属材料的加工方法。
定义：金属材料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多的有色金属管、棒、型材及线坯。 正挤压——坯料流动方向与凸模运动方向一致。 反挤压——坯料流动方向与凸模运动方向相反。 正挤反挤 举例：管、棒、型； 其它：异型截面。 卧式挤压机 特点： ①具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属可以发挥其最大的塑性，获得大变形量。 可加工用轧制或锻造加工有困难甚至无法加工的金属材料。 ②可生产断面极其复杂的，变断面的管材和型材。
③ 灵活性很大，只需更换模具，即可生产出很多产品。 ④ 产品尺寸精确，表面质量好。 (3) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形 ? 定义 ：借助锻锤、压力机等设备对坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和一定组织性能的锻件。垂直方向（Z 向）受力，水平方向（X 、Y 向）自由变形。 A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而产生塑性变形的加工 B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲 击力或压力而产生塑性变形的加工。 举例：飞机大梁，火箭捆挷环等。 我国自行研制的万吨级水压机 万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环
金属塑性成形工艺
有色金属塑性加工趋势 冶金 金属塑性成形工艺有着悠久的历史，4000多年前(青铜器时代)，金属的塑性加工与金属的熔炼与铸造同时出现，可加工铜、铁、银、金、铅、锌、锡等，所采用的工艺包括热锻、冷锻、板材加工、旋压、箔材和丝材拉拨。 近代第一次技术革命开始于18世纪中叶，以蒸汽机的发明和广泛使用为标志，从而实现了手工工具到机械工具的转变。塑性加工也从手工自由锻向机械压力机(蒸汽锤、自由锻锤及蒸汽轧钢机)进步。 近代第二次技术革命以电力技术为主导，电磁理论的建立，为电力取代蒸汽动力的革命奠定了基础。金属塑性加工设备以蒸汽向电力驱动进步。机械制造业的进一步发展，提高了塑性加工设备的制造水平，出现了轧钢机、挤压机、锻造机、拉拨机和压力机。 现代科技革命开始于上世纪40年代，其主要标志为电子技术的发展，电控和电子计算机的应用，塑性加工设备和技术向全流程自动化进步。现在可以做到配料、熔炼、铸造、轧制及随后处理全线自动化。 目前，金属材料在日常生活和高科技中占有相当大的比例，其加工技术是其它加工的基础。材料加工成形工艺通常有液态金属成形、塑性成形、连接成形等。塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的体积转移因而材料的利用率高流线分布合理高了制品的强度, 可以达到较高的精度, 具有较高的生产率. 坯料在热变形过程中可能发生了再结晶或部分再结晶，粗大的树枝晶组织被打破，疏松和孔隙被压实、焊合，内部组织和性能得到了较大的改善和提高。有色金属塑性加工的基本方法：轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压等。 近年来，随着科学技术整体的飞速进步，金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到随着科学技术整体的飞速进步，金属塑性加工技术也取得了迅速发展。人们充分认识到最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此，材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。最终决定材料及产品结构和控制性能的关键是合成与加工。因此，材料科学与材料工程学紧密结合成为开发新材料和提高传统材料性能的必然途径。有色金属材料加工技术向高精度、高性能、低消耗、低成本、优化生产过程和自动化方向发展。目前金属塑性加工技术现状与总的发展趋势是主要体现在以下一些方面：（1）生产方法、工艺技术向着节能降耗、综合连续、优化精简、高速高效的方向发展。如实行冶炼、铸造与加工的综合一体化，采用连铸连轧，连续铸轧、连续铸挤，半固态加工等新工艺技术；尽量生产最终和接近最终形状产品；利用余热变形、热变形与温变形配合，冷加工与热加工变形量之间的优化匹配，变形与热处理的配合，省略或减少加热与中间退火次数等。（2）工艺装备更新换代加快，设备更趋大型、精密、成套、连续，自动化水平更加提高。生产线更趋大型化、专业化。产品单重大大增加。（3）产品向多品种、高质量、高精度发展，产品结构不断调整，新材料新产品不断被开发。轻型薄壁材料、复合材料、镀层涂层材料等不断发展，产品注重深度加工，有色材料的产品综合性能和使用效能大大提高。（4）工模具结构、材质，加工工艺、热处理工艺和表面处理工艺不断改进和完善。模具的质量和使用效果、寿命得到极大的提高。（5）在加工辅助工序和其他环节，开发新型辅助设备，采取先进技术和多种
金属塑性加工
单日志页面显示设置网易首页 网易博客 金属塑性加工 默认分类 2008-07-07 18:27 阅读620 评论0 字号：大中小 绪论 一、金属塑性加工及其分类 金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组织、性能的制品的一种基本的金属加 工技术，以往常称压力加工。 金属塑性加工的种类很多，根据加工时工件的受力和变形方式，基本的塑性加工方法有锻造、轧制、挤压、拉拔、拉深、弯曲、剪切等几类（见表0-1）。其中锻造、轧制和挤压是依靠压力作用使金属发生塑性变形；拉拔和拉深是依靠拉力作用发生塑性变形；弯曲是依靠弯矩作用使金属发生弯曲变形；剪切是依靠剪切力作用产生剪切变
形或剪断。锻造、挤压和一部分轧制多半在热态下进行加工；拉拔、拉深和一部分轧制，以及弯曲和剪切是在室温下进行的。 1．锻造靠锻压机的锻锤锤击工件产生压缩变形的一种加工方法，有自由锻和模锻两种方式。自由锻不需专用模具，靠平锤和平砧间工件的压缩变形，使工件镦粗或拔长，其加工精度低，生产率也不高，主要用于轴类、曲柄和连杆等单件的小批生产。模锻通过上、下锻模模腔拉制工作的变形，可加工形状复杂和尺寸精度较高的零件，适于大批量的生产，生产率也较高，是机械零件制造上实现少切削或 无切削加工的重要途径。 2．轧制使通过两个或两个以上旋转轧辊间的轧件产生压缩变形，使其横断面面积减小与形状改变，而纵向长度增加的一种加工方法。根据轧辊与轧件的运动关系，轧制有纵轧、横轧和斜轧三种方式。 （1）纵孔两轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直，金属不论在热态或冷态都可以进行纵轧，是生产矩形断面的板、带、箔材，以及断面复杂的型材常用的金属材料加工方法，具有很高的生产率，能加工长度很大和质量较高的产品，是钢铁和有色金属板、带、箔材以及型钢的主要加工方法。 （2）横轧两轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线平衡，轧件获得绕纵轴的旋转运动。可加工加转体工件，如变断面轴、丝杆、周期断面型材以及钢球等。
塑性加工工艺学期末作业
第一章塑性加工概论 1.金属塑性加工的特点有哪些 1)力学性能好；2) 材料利用率高；3) 生产率高；4) 产品尺寸稳定，互换性好； 5)能生产形状复杂的零件；6)操作简单，便于生产的机械化和自动化。 2.最小阻力定律、体积不变定律、薄板材成形时的平面应力假设、板材拉深成 形时的面积不变假设 1)最小阻力定律：金属受外力作用发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可 以移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。 2)体积不变假设（定律）：金属弹性变形时，体积变化与形状变化比例相当，必须考 虑体积变化对变形的影响。但在塑性变形时，由于金属材料连续而且致密，体积变 化很微小，与形状变化相比可以忽略，因此假设体积不变。即塑性变形时，变形前 金属的体积等于变形后的体积。（可表达为：?+?+?=0） 3)薄板材成形时的平面应力假设：在薄板材冲压成形的过程中，由于板平面的尺寸远 大于板厚尺寸，即使在板厚方向受到较大的压力（如压边力、凸模作用力等），但其应力值却远远小于板平面内的主应力值，其绝对值也很小。因此，在分析板材冲 压成形时的受力状态时，一般按平面应力处理，即板厚方向的应力应为零。但厚板 弯曲成形时，板厚方向的应力对变形有较大影响，故不能作平面应力处理。 4)板材拉深成形时的面积不变假设：在板材拉深成形时，由于不同部位的应力状态不 同，必然会存在有的部位板厚增加，而有的部位板厚减小，但这种板厚的变化所引 起的板平面面积的变化却非常小。因此，在拉深成形时，一般假设板材在拉深成形 之前毛坯的面积等于拉深成形之后拉深件的表面积。 第二章锻造用坯料及加热 1、钢锭与型材常见缺陷分别有哪些 钢锭的常见缺陷：偏析、夹杂、气体、气泡、缩孔、疏松、裂纹等。 型材的常见缺陷:划痕、折叠、发裂、结疤、碳化物偏析、白点、非金属夹杂、铝合 金的氧化膜、粗晶环。 2、锻造用原材料的下料方法及特点。 下料：在进行锻造前必须把型材切断成所需长度的坯料，称为下料。 1)剪切法特点：效率高，操作简单，断口无金属损耗，模具费用低等。 2)锯切法特点：生产率低，锯口损耗较大，但下料长度准确，锯割端面平整， 特别用在精锻工艺中，是一种主要的下料方法。 3)砂轮片切割法特点：适于切割小截面棒料、管料和异形截面材料。优点是 设备简单，操作方便，下料长度准确，端面平整。但砂轮片耗量大，易崩碎， 噪声大。 4)折断法特点：生产效率高，断口金属损耗小，所用工具简单，无需专用设 备，但折断和剪切下料长度尺寸精度比较差，误差达到数毫米。折断法尤其适 用于硬度较高的钢，如高碳钢和合金钢，不过这类钢在折断之前应预热至 300~400℃。 5)气割法特点：所用设备简单，便于野外作业，可切割各种截面材料，尤其 适用于对厚板材料进行曲线切割。主要缺点是切割面不平整，精度差，断口金 属损耗大，生产效率低，劳动条件差，而且对操作技术要求较高。 还有冷折法、车削法和剁断法等。
第三篇--金属塑性加工习体
第三篇金属塑性加工 一、填空题 1.金属的可锻性就金属的本身来说主要取决于金属的塑性和变形抗力。 2.冲模可分为简单冲模、__连续冲模___和复合冲模三种。 3.落料时， 4.冲孔时，凹 凸 模刃口尺寸等于工件尺寸。 模刃口尺寸等于工件尺寸。 5.金属塑性变形的基本方式是热变形和冷变形。 6.模锻不能锻出通孔，中间一般会有冲孔连皮。 7.金属的塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性越好。 8.对于形状较复杂的毛坯一般采用 9.冷变形后金属的强度增加，塑性铸造 降低 加工方法。。 10.锻压是__锻造___和____冲压____的总称。 11.按锻造的加工方式不同，锻造可分为自由锻、_模锻___等类型 12.自由锻造的基本工序主要有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切 断等，自由锻造按使用设备不同，又可分为手工锻造和机器锻造。 13.冲压的基本工序可分为两大类，一是分离工序，二是成型工序。 14.根据胎模的结构特点，胎模可分为扣模、筒模和合模等。 15.分离工序是指使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的冲压工序，主要 有切断、冲孔、落料、切口等。 16.改善金属可锻性的有效措施是提高金属变形时的温度。 17.纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关。变形程度越大，纤维组织 越__明显 18.模锻件上垂直于锤击方向的表面必需具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。 19.分模面最好是一个平面，以便于锻模的安装与调试，并防止锻造过程 中上下锻模错动。 20.再结晶温度以上的塑性变形叫____热变形___。 21.再结晶温度以下的塑性变形叫____冷变形___。 22.锻造完成的螺钉比切削出来的螺钉质量__要好___。 23.冷挤压与热挤压相比，坯料氧化脱碳少，表面粗糙度值较低，产品 尺寸精度24.拉深系数 较高 越小 。 ，表明拉深件直径越小，变形程度越大，坯料被拉
金属塑性加工学轧制理论与工艺样本
轧制理论某些思考题 1.简朴轧制过程条件，变形区及重要参数有哪些？ 答：简朴轧制过程：轧制过程上下辊直径相等，转速相似，且均为积极辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其她任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件自身力学性质均匀。变形区：（1）几何变形区：入口和出口截面之间区域、（2）物理变形区：发生塑性变形区域变形区参数：（1）咬入弧：轧件与轧辊相接触圆弧。（2）咬入角α：咬入弧所相应圆心角称为咬入角。（3）变形区长：咬入弧水平投影。（4）轧辊半径R。（5）轧件轧前、后厚度H、h。（6）平均厚度。（7）轧件轧前、后宽度B、b。（8）平均宽度。（9）压下量 2.改进咬入条件途径。 答：由α≦β应使α↓,β↑ 1.减小α办法：由α=arccos(1-△h/D) 1）减小压下量。 2）增大D。生产中惯用办法：3）采用开始小压下或采用带有楔形端钢坯进行轧制办法 2.提高β办法：轧制中摩擦系数重要与轧辊和轧件表面状态、轧制时轧件对轧辊变形抗力以及轧辊线速度大小关于1）变化表面状态，如清除氧化皮。2）合理调节轧制速度，随轧制速度提高摩擦系数减少，采用低速咬入。3）变化润滑状况等。 3.宽展构成及分类。 答：构成：滑动宽展△B1、翻平宽展△B2、鼓形宽展△B3 分类：自由宽展、限制宽展、强制宽展 4.先后滑区、中性角定义。
答：（1）前滑区：摩擦力方向与带钢运营方向相反，在变形区出口处，金属速度不不大于轧辊圆周速度，相对轧辊向前运动。 （2）后滑区：摩擦力方向与带钢运营方向相似，在变形区入口处，金属速度不大于轧辊圆周速度，相对轧辊向后运动。 （3）中性角：前滑区与后滑区别界面相应圆心角叫中性角，金属速度与轧辊圆周速度相等，相对轧辊没有运动。 5.拟定平均单位压力办法，阐明。 答：（1）理论计算法：它是建立在理论分析基本上，用计算公式拟定单位压力。普通，都要一方面拟定变形区内单位压力分布形式及大小，然后再计算平均单位压力。 （2）实测法：即在轧钢机上放置专门设计压力传感器，将压力信号转换成电信号，通过放大或直接送往测量仪表将其记录下来，获得实测轧制压力资料。用实测轧制压力除以接触面积，便求出平均单位压力。 （3）经验公式和图表法：依照大量实测记录资料，进行一定数学解决，抓住某些重要影响因素，建立经验公式或图表。 6.卡尔曼微分方程：条件、作图、推到建立，M.D斯通公式轧制力、轧制力矩计算。(P50) 7.轧材按断面形状特性分类及重要用途。 答：依照轧材断面形状特性，分为型材、线材、板材、带材、管材和特殊类型等。依照加工方式，轧制产品分为热轧材和冷轧材两大类。 （1）型材中工字钢、槽钢、角钢广泛应用于工业建筑和金属构造，扁钢重要用作桥梁、房架、栅栏、输电、船舶、车辆等。圆钢、方钢用作各种机械零件、农
金属塑性加工学—轧制理论与工艺
1.简单轧制过程的条件，变形区及主要参数有哪些？P5-7 答：简单轧制过程：轧制过程上下辊直径相等，转速相同，且均为主动辊、轧制过程对两个轧辊完全对称、轧辊为刚性、轧件除受轧辊作用外，不受其他任何外力作用、轧件在入辊处和出辊处速度均匀、轧件本身的力学性质均匀。 变形区：（1）几何变形区：入口和出口截面之间的区域、（2）物理变形区：发生塑性变形的区域 变形区参数：（1）咬入弧：轧件与轧辊相接触的圆弧。（2）咬入角α：咬入弧所对应的圆心角称为咬入角。（3）变形区长：咬入弧的水平投影。（4）轧辊半径R。（5）轧件轧前、后的厚度H、h。（6）平均厚度。（7）轧件轧前、后宽度B、b。（8）平均宽度。（9）压下量 2.改善咬入条件的途径。P17 答：由α≦β应使α↓,β↑ 1.减小α方法：由α=arccos(1-△h/D) 1）减小压下量。2）增大D。生产中常用方法：3）采用开始小压下或采用带有楔形端的钢坯进行轧制的方法 2.提高β的方法：轧制中摩擦系数主要与轧辊和轧件的表面状态、轧制时轧件对轧辊的变形抗力以及轧辊线速度的大小有关1）改变表面状态，如清除氧化皮。2）合理调节轧制速度，随轧制速度提高摩擦系数降低，采取低速咬入。3）改变润滑情况等。 3.宽展的组成及分类。P19 答：组成：滑动宽展△B1、翻平宽展△B2、鼓形宽展△B3 分类：自由宽展、限制宽展、强制宽展 4.前、后滑区、中性角的定义。P37-40 答：（1）前滑区：摩擦力方向与带钢运行方向相反，在变形区出口处，金属速度大于轧辊圆周速度，相对轧辊向前运动。 （2）后滑区：摩擦力方向与带钢运行方向相同，在变形区入口处，金属速度小于轧辊圆周速度，相对轧辊向后运动。 （3）中性角：前滑区与后滑区的分界面对应的圆心角叫中性角，金属速度与轧辊圆周速度相等，相对轧辊没有运动。 5.确定平均单位压力的方法、说明。P50 答：（1）理论计算法：它是建立在理论分析基础上，用计算公式确定单位压力。通常，都要首先确定变形区内单位压力分布形式及大小，然后再计算平均单位压力。 （2）实测法：即在轧钢机上放置专门设计的压力传感器，将压力信号转换成电信号，通过放大或直接送往测量仪表将其记录下来，获得实测的轧制压力资料。用实测的轧制压力除以接触面积，便求出平均单位压力。 （3）经验公式和图表法：根据大量的实测统计资料，进行一定的数学处理，抓住一些主要影响因素，建立经验公式或图表。 6.卡尔曼微分方程：条件、作图、推导建立。M.D斯通公式轧制力、轧制力矩计算。P50 7.轧材按断面形状特征的分类及主要用途。P100 答：根据轧材的断面形状的特征，分为型材、线材、板材、带材、管材和特殊类型等。根据加工方式，轧制产品分为热轧材和冷轧材两大类。 （1）型材中的工字钢、槽钢、角钢广泛应用于工业建筑和金属结构，扁钢主要
金属塑性成型原理
第一章 1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？ 塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力； 塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能 的加工方法，也称塑性加工或压力加工； 塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高 2.试述塑性成形的一般分类。 Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类 1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。可分为一次成型和二次加工。一次加工： ①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。 ②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。 ③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。生产棒材、管材和线材。 二次加工： ①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形 状和尺寸的加工方法。精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。 ②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从 而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。分开式模锻和闭式模锻。 2）板料成型一般称为冲压。分为分离工序和成形工序。 分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序； 成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。 Ⅱ.按成型时工件的温度可分为热成形、冷成形和温成形。 第二章 3.试分析多晶体塑性变形的特点。 1）各晶粒变形的不同时性。不同时性是由多晶体的各个晶粒位向不同引起的。 2）各晶粒变形的相互协调性。晶粒之间的连续性决定，还要求每个晶粒进行多系滑移；每个晶粒至少要求有5个独立的滑移系启动才能保证。 3）晶粒与晶粒之间和晶粒部与晶界附近区域之间的变形的不均匀性。 Add： 4）滑移的传递，必须激发相邻晶粒的位错源。 5）多晶体的变形抗力比单晶体大，变形更不均匀。 6）塑性变形时，导致一些物理，化学性能的变化。 7）时间性。hcp系的多晶体金属与单晶体比较，前者具有明显的晶界阻滞效应和极高的加工硬化率，而在立方晶系金属中，多晶和单晶试样的应力—应变曲线就没有那么大的差别。 4.试分析晶粒大小对金属塑性和变形抗力的影响。
塑性加工润滑知识
金属塑性加工的摩擦与润滑 §4. 1 概述 金属塑性加工中是在工具与工件相接触的条件下进行的，这时必然产生 阻止金属流动的摩擦力。这种发生在工件和工具接触面间，阻碍金属流动的摩 擦，称外摩擦。由于摩擦的作用，工具产生磨损，工件被擦伤；金属变形力、 能增加造成金属变形不均；严重时使工件出现裂纹，还要定期更换工具。因此， 塑性加工中，须加以润滑。 润滑技术的开发能促进金属塑性加工的发展。随着压力加工新技术新材料 新工艺的出现，必将要求人们解决新的润滑问题。 §4. 2 金属塑性加工时摩擦的特点及作用 4. 2. 1 塑性成形时摩擦的特点 塑性成形中的摩擦与机械传动中的摩擦相比，有下列特点： （1）在高压下产生的摩擦。塑性成形时接触表面上的单位压力很大，一般 热加工时面压力为100~150MPa ，冷加工时可高达500~2500MPa 。但是，机器轴 承中，接触面压通常只有20~50MPa ，如此高的面压使润滑剂难以带入或易从变 形区挤出，使润滑困难及润滑方法特殊。 （2）较高温度下的摩擦。塑性加工时界面温度条件例恶劣。对于热加工， 根据金属不同，温度在数百度至一千多度之间，对于冷加工，则由于变形热效 应、表面摩擦热，温度可达到颇高的程度。高温下的金属材料，除了内部组织 和性能变化外，金属表面要发生氧化，给摩擦润滑带来很大影响。 （3）伴随着塑性变形而产生的摩擦，在塑性变形过程中由于高压下变形， 会不断增加新的接触表面，使工具与金属之间的接触条件不断改变。接触面上 各处的塑性流动情况不同，有的滑动，有的粘着，有的快，有的慢，因而在接 触面上各点的摩擦也不一样。 （4）摩擦副（金属与工具）的性质相差大，一般工具都硬且要求在使用时 不产生塑性变形；而金属不但比工具柔软得多，且希望有较大的塑性变形。二 者的性质与作用差异如此之大，因而使变形时摩擦情况也很特殊。 4. 2. 2 外摩擦在压力加工中的作用 塑性加工中的外摩擦，大多数情况是有害的，但在某些情况下，亦可为我 所用。 摩擦的不利方面： （1）改变物体应力状态，使变形力和能耗增加。以平锤锻造圆柱体试样为 例（图4-1），当无摩擦时，为单向压应力状态，s σσ=3，而有摩擦时，则呈 现三向应力状态，即13σβσσ+=s 。3σ为主变形力，1σ为摩擦力引起的。若
金属塑性加工
金属塑性加工：指使金属在外力作用下，产生塑性变形，获得所需形状，尺寸和组织性能制品的一种基本的金属加工技术。 轧制：轧件通过两个以上旋或两个旋转辊时产生压缩变形，其横断面面积减小与形状改变，而纵向长度增加的一种加工方法。 全量应变：指反映单元体在某一变形过程终了时的变形大小，其度量基准是变形以前的原始尺寸。 增量应变：指变形过程中某一瞬间阶段的无限小应变，其度量基准是变形过程中某一瞬间尺寸。 简单加载：指单元体的应力张量各分量之间的比值保持不变，按同一比例参量之单调增长，应变主方向与应力主方向重合。Bauschinger效应：在简单压缩下，忽略摩擦影响，得到的压缩实验屈服极限与拉伸试验屈服极限数值基本相等，但是若将拉伸屈服后的试样经卸载并反向加载至屈服，发现反向屈服极限值一般低于初始屈服极限值。同理，先压后拉也有类似现象，这种正向变形软化的现象称做Bauschinger效应。变形力：金属塑性加工时，加工工具使金属产生塑性变形所需加的外力称为变形力。 滑移线：塑性变形区内，最大剪切应力等于材料屈服切应力k 的轨迹线。 汉盖第一定理：同族的两条滑移线与另一族的任意一条滑移线相交于两点的倾角差△φ和静水压力变化量△P均保持不变。 汉盖第二定理：一动点沿某族任意一条滑移线移动时，过该动点起始位置的另一族两条滑移线的曲率变化量等于该点所移动的路程。 有心扇形：滑移线场由一族汇集于一点的辐射线和与之正交的另一族为同心圆弧所构成。 无心扇形：滑移线场由一族为不汇集于一点的直线和一族为不同心的圆弧线所构成的滑移线场。 最小阻力定律：在变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动，即做最小的功，走最捷径的路。 残余应力：塑性变形完毕后保留在变形物体内的附加应力。附加应力：物体不均匀变形受到其整体性限制，而引起物体内相互平衡的应力。 塑性图：表示金属塑性指标的变形温度及加载方式的关系曲线图形，称为塑性状态图或简称塑性图。 非晶机构：指在一定的变形温度和速度条件下，多晶体中的原子非同步地连续地在应力场和热激活的作用下，发生定向迁移的过程。 塑性：指固体金属在外力作用下能稳定地产生永久变形而不破坏其完整性的性能。拉伸，压缩，扭转，轧制模拟试验法。温度效应：塑性变形过程中因金属发热而促进金属的变形温度升高的效果，称为温度效应。 热效应：指变形过程中金属的发热现象。 金属塑性加工有何特点：依靠塑性变形使物质发生转移来实现工件形状和尺寸的变化，不会产生切屑。因而材料的利用率高得多。结构致密，粗晶破碎细化和均匀，性能提升。适用于大批量生产，生产效率高。塑性加工产品的尺寸精度和表面质量较高。设备较庞大，能耗较高。 塑性力学上应力的正负号是如何规定的：对于正应力，正应力的符号以拉伸为正，压缩为负。对于切应力，外法线方向与坐标轴正方向为正面，反之为负面。正面上指向坐标轴正向的切应力为正值，反之为负，负面上指坐标轴负方向的切应力也为正值，反之为负。 金属塑性变形有哪些特点：在塑性变形时，弹性变形依然存在。在塑性变形时，加载卸载过程不同的σ—ξ关系。塑性变形的σ—ξ关系与变形历史或路径有关。σ> σs以后的对应点都可以看成是重新加载时的屈服点，且对σs以后的点加载之后再卸载，再加载，一般存在有为此使的应力小于σs，材料的及一强化现象称为材料的加工硬化。 常见的测量应力-应变曲线的试验有哪些：单向压缩试验曲线，平面应变压缩试验，扭转实验，双向等拉实验，单向拉伸试验 影响金属塑性流动与变形的主要因素有哪些：接触面上的外摩擦，变形区的几何因素，变形物体与工具的形状，变形温度及金属本身性质等。 变形不均匀产生的原因和后果：产生的原因是金属质点的不均匀流动引起的。后果是使物体外形歪扭和内部组织不均匀，而且还使变形体内应力分布不均匀，产生附加应力，由不均匀变形引起附加应力造成许多不良后果。引起变形体的应力状态发生变化，是应力分布更不均匀。造成物体的破坏，使材料变形抗力提高和塑性降低。使产品质量降低。使生产操作复杂。形成残余应力。 减少不均匀变形的主要措施有哪些：正确选定变形的温度-速度制度。尽量减小接触面上外摩擦的有害影响。合理设计加工工具形状。尽可能保证变形金属的成分及组织均匀。 金属的可加工性：不同加工方法进行塑性加工时，工件出现第一条可见裂纹前达到的最大变形量。 Levy-Mises增量理论的基本假设有：材料是刚塑性件，材料符合Mises塑料条件σe=σT。塑性变形时体积不变。塑性应变增量主轴的偏应力主轴相重合。 外摩擦：发生在金属和工具相接触表面之间的，阻碍金属自由流动的摩擦。 干摩擦：指不存在任何外来介质时金属与工具的接触表面之间的摩擦。 工程法的基本要点和基本假设有哪些：把实际变形过程视具体情况的不同看作是平面应变问题和轴对称问题，如平板压缩，宽板轧制等。假设变形体内的应力分布是均匀，仅是一个坐标的函数，这样就可获得近似的平衡微分方程。或直接在变形区内截取单元体假定切面的正应力为主应力且均匀分布，由此建立改单元体的平面微分方程为常微分方程。采用近似的塑性条件，工程法把接触面上的正应力假定为主应力，于是对于平面应变问题，塑性条件 简化接触面上的摩擦，采用两种近似法，库伦摩擦定律，常摩擦定律。不考虑工模受弹性变形的影响，材料变形均质和各向同性等。要点是工程法师一种近似解析法，通过对物体应力状态作一些简化假设，建立以主应力表示的简化平衡微分方程和塑性条件。 多余应变：指物体中某一部位所受的剪切变形对工件的外形变化并没有直接贡献，故通常把这种变形叫做多余应变。多余攻指消耗于多余应变上的能量。 滑移线的主要几何性质有哪些：滑移线为最大切应力等于材料屈服切应力为k的迹线，与主应力迹线相交成π/4角。滑移线场由两族彼此正交的滑移线构成，布满整个塑性变形区。滑移线上任意一点的倾角值与坐标的选择有关，而静水压力p 的大小与坐标的选择无关。沿一滑移线上的相邻两点间静水压力差与相应的倾角差城正比。同族的两条滑移线与另族任意一条滑移线相交两点的倾角差和静水压力变化量均保持不变。一点沿某族任意一条滑移线移动时，过该动点起始位置的另一族两条滑移线的曲率变化量等于该点所移动的路程。同族滑移线必然有个相同的曲率方向。 滑移线的边值问题有哪几种：有特征线问题，特征值问题，混合问题。 滑移线场的应力边界条件有哪些：有四种，自由表面，无摩擦接触表面，粘着摩擦接触表面，滑动摩擦接触表面。 简述塑性加工工艺润滑剂选择的基本原则：润滑剂应有良好的耐压性能。应具有良好的耐高温性能。有冷却模具的作用。不应对金属和模具有腐蚀作用。对人体是无害，不污染环境。要求使用清理方便，来源方便丰富，价格便宜。 冷变形金属显微组织的变化：纤维组织，原来等轴的晶粒沿着主变形方向被拉长，金属中的夹杂物和第二相粒子也沿延伸方向拉长或链状排列。亚结构， 简述塑性加工工件残余应力的来源及减小或消除的措施：来源，塑性变形完后保留在变形物体内的附加应力所形成的。措施：减小材料在加工处理过程中产生不均匀变形。对加工件进行热处理。进行机械处理：使零件彼此碰撞。用木追打击表面。表面辗压或压平。表面拉制。在模子中作表面校形或精压。 简述塑脆性转变温度及其影响因素：规定塑性下降百分之五十的点的温度为塑性-脆性转变温度。影响对于因素：对于一定材料来说，脆性转变温度高，表征该材料脆性趋势愈大。变形速度的影响，在一定条件下，高于临界变形程度，便产生脆性断裂，应变速度的提高相当于变形温度降低的效果。应力状态的影响，拉应力状态越强，材料的脆性转变温度越高，脆性趋势越大。金属材料的化学成分和组织状态的影响。
有色金属塑性加工复习材料
1、有色金属及合金如何分类？其塑性加工方法有哪些？ 1、金属材料 1.1、黑色金属:铁、铬、锰等 1.2、有色金属：除铁、铬锰等之外的金属材料 2、无机非金属材料 3、高分子材料 4、复合材料 塑性加工基本方法：轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压、旋压等 2、金属塑性加工的特点是什么？ （1）坯料在热变形过程中可能发生了再结晶或部分再结晶，粗大的树枝晶组织被打破，疏松和孔隙被压实、焊合，内部组织和性能得到了较大的改善和提高 （2）塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的体积转移因而材料的利用率高流线分布合理提高了制品的强度 （3）可以达到较高的精度 （4）具有较高的生产率 3、轧制的概念，轧制方法如何分类的？轧制过程分为哪四个阶段？ 轧制是靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进轧辊间的缝隙并使之受到压缩产生塑性变形的过程。 分类：A按轧辊的配置、运动特点和产品形状分纵轧、横轧和斜轧 B根据轧制时轧件的温度分为热轧和冷轧 C根据轧辊的形状轧制分为平辊轧制和型辊轧制 四个阶段：开始咬入阶段，曳入阶段，稳定轧制阶段，轧制终了阶段
4、简述超塑性成型概念及用途 超塑性成形是指金属或合金在特定的条件下，即低的变形速率、一定的变形温度和均匀的细晶粒度，其相对延伸率超过100%以上的特性。 1.1板料冲压1.2 板料气压成形1.3 挤压和模锻 2、旋压成形 3、摆动碾压成形 4、粉末冶金锻造 5、液态模锻 6、高能率成形 7、充液拉深 8、聚氨酯成形 *5、铝及铝合金是如何分类的？熟悉铝及铝合金牌号及特点 按成分和工艺特点分为：形变铝合金：不可热处理强化铝合金、可热处理强化铝合金 铸造铝合金 （1）热处理不可强化铝合金：即没有固溶和析出作用而强化 工业纯铝、Al-Mn系、Al-Mg系、Al-Mn系、Al-Mn-Mg系、Al-Fe-Si系 （2）热处理可强化铝合金：通过高温加热，使合金元素溶解在基体中（固溶热处理），然后低温加热或室温下使合金元素及其所形成的金属间化合物以弥散微粒或共格形成从固溶体中析出来提高铝合金强度 Al-Mg-Si系（锻铝）、Al-Zn-Mg-Cu系（超硬铝）、Al-Cu-Mg-Zn系（硬铝） 铝的特点：熔点660 ℃; 密度2.7×103kg/m3; 晶格为面心立方结构;导电率为铜的60% 6、铜、镁及合金是如何分类的？熟悉它们牌号及特点 铜的分类：（1）工业纯铜 铜含量99.90%-99.96% 按脱氧方法和氧含量分为:纯铜T1 、T2…. 无氧铜TU1、TU2……. 脱氧铜TP1 TP2
金属塑性变形理论习题集
《金属塑性变形理论》习题集张国滨张贵杰编 河北理工大学 金属材料与加工工程系 2005年10月
前言 前言 《金属塑性变形理论》是关于金属塑性加工学科的基础理论课，也是“金属材料工程”专业大学本科生的主干课程，同时也是报考金属塑性加工专业方向硕士研究生的必考科目。 《金属塑性变形理论》总学时为100，内容上分为两部分，即“塑性加工力学”（60学时）和“塑性加工金属学”（40学时）。为增强学生的社会适应能力和拓宽就业渠道，在加强基础、淡化专业的今天，本课程的学时数不但没有减少还略有增加（原88学时），更加突出了本课程对学科的发展以及在学生素质的培养中所占有的重要地位。 为使学生能够学好本课，以奠定扎实的理论基础，提高分析问题和解决问题的能力，编者集20余年的教学经验特编制本习题集，一方面作为学生在学习本课程时的辅导材料，供课下消化课堂内容时使用，另一方面也可供任课教师在授课时参考，此外对报考研究生的学生还具有指导复习的作用。 本“习题集”在编写时，充分考虑了学科内容的系统性、学生学习的连贯性以及与教材顺序的一致性。该“习题集”中具有前后关联的一个个题目，带有由浅入深的启发性，能够引导学生将所学的知识不断深化。教师也可根据教学进程从中选题，作为课外作业指导学生进行练习。所有这些都会有助于学生理解和消化课堂上所学习的内容，从而提高课下的学习效率。 编者 2005年10月
第一部分：塑性加工力学 第一章 应力状态分析 1． 金属塑性加工中的外力有哪几种？其意义如何？ 2． 为什么应力分量的表达需用双下标？每个下标都表示何物理意义？ 3． 已知应力状态如图1-1所示，写出应力分量，并以张量形式表示。 4． 已知应力状态的六个分量7-=x σ，4-=xy τ，0=y σ，4=yz τ， 8-=zx τ，15-=z σ(MPa)，画出应力状态图，写出应力张量。 5． 作出单向拉伸、单向压缩、三向等值压缩、平面应力、平面应变、 纯剪切应力状态的应力Mehr 圆。 6． 已知应力状态如图1-2所示，当斜面法线方向与三个坐标轴夹角余弦 31===n m l 时，求该斜面上的全应力S 、全应力在坐标轴上的分量x S 、y S 、z S 及斜面上的法线应力n σ和切应力n τ。 图 1-1
塑性成形方法
第五节其它塑性成形方法 随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。 一、挤压 挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。 挤压法的特点： （1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。 （2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。 （3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μ m，从而 （4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。 （5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。 挤压方法的分类： 1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：
（１）正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2-69所示。 （２）反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。 （３）复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。 （４）径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-72所示。 图2-69 正挤压 图2-70 反挤压
金属塑性加工试卷及答案
中南大学考试试卷 2001 —— 2002 学年第二学期时间110 分钟金属塑性加工原理课程64 学时 4 学分考试形式：闭卷 专业年级材料1999 级总分100 分，占总评成绩70% 一、名词解释（本题10分，每小题2分） 1.热效应 2.塑脆转变现象 3.动态再结晶 4.冷变形 5.附加应力 二.填空题（本题10分，每小题2分） 1.主变形图取决于______，与_______无关。 2.第二类再结晶图是_____，_______与__________的关系图。 3.第二类硬化曲线是金属变形过程中__________与__________之间的关系曲线。 4.保证液体润滑剂良好润滑性能的条件是_______，__________。 5.出现细晶超塑性的条件是_______，__________，__________。 三、判断题（本题10分，每小题2分） 1.金属材料冷变形的变形机构有滑移（），非晶机构（），孪生（），晶间滑动（）。 2.塑性变形时，静水压力愈大，则金属的塑性愈高（），变形抗力愈低（）。 3.金属的塑性是指金属变形的难易程度（）。 4.为了获得平整的板材，冷轧时用凸辊型，热轧时用凹辊型（）。 5.从金相照片上观察到的冷变形纤维组织，就是变形织构（）。 四、问答题（本题40 分，每小题10 分） 1.分别画出挤压、平辊轧制、模锻这三种加工方法的变形力学图，并说明在生产中对于低塑性材料的开坯采用哪种方法为佳？为什么？
2.已知材料的真实应变曲线，A 为材料常数，n 为硬化指数。试问简单拉伸时材料出现细颈时的应变量为多少？ 3.试比较金属材料在冷，热变形后所产生的纤维组织异同及消除措施？ 4.以下两轧件在变形时轧件宽度方向哪一个均匀？随着加工的进行会出现什么现象？为什么？（箭头表示轧 制方向） 五、证明题（本题10 分） 证明Mises 塑性条件可表达成：