金属压力加工理论基础教学大纲
第一章 金属的成型及金属压力加工基本知识(1)
2、铜及铜合金
• ① 纯铜 • 又称紫铜，密度为8.96g/cm3，熔点为1083℃， 无磁性。纯铜具有优良的导电性、导热性及抗 大气腐蚀性，是重要的导电材料及传热体（如 锅炉、制氧机中的冷凝器、热交换器等）。 • 纯铜的强度低，塑性很好，具有良好的压力加 工和焊接性能，易于冷、热加工成形。
• ② 铜合金 • 黄铜 以锌为主要添加元素的铜合金。 • 通常把铜锌二元合金称为普通黄铜；若加入了 某些其它元素，则称复杂黄铜或特殊黄铜。特 殊黄铜可分为锡黄铜、铅黄铜、铝黄铜等。 • 青铜 人类最早应用的青铜是一种铜-锡合金。 不以锌为主加元素的铜合金统称为青铜，有锡 青铜、铝青铜、铅青铜、铍青铜等。
• (2) 增加质量的成型方法 • 由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品。 • 例如：沉积、焊接（压焊、熔焊、钎焊）与铆 接、胶结等。
• 优点：能获得形状更为复杂的产品，成型过程 中除技术因素外没有产生废品的条件，原料消 耗少，故较为经济。
• (3) 质量恒定的成型方法 • 金属本身不分离出多余质量，也不积累增加质 量的成型方法。 • 例如：凝固成形、塑性成形、粉末压制成形。
• 工程上常用零件受拉伸时的屈服强度σs（或 σ0.2）和抗拉强度σb为强度指标。 • 材料单位面积受载荷称应力，单位是MPa。
• ①屈服强度（бs）：指材料 在拉抻过程中，材料所受应 力达到某一临界值时，载荷 不再增加变形却继续增加或 产生0.2%L时应力值。又称 屈服点或屈服极限。 • 表征了金属材料抵抗微量塑 性变形的能力。 • ② 抗拉强度（бb）：指材料 在拉断前承受的最大应力值。 也叫强度极限。 • 表征了金属材料抵抗断裂的 能力。
• ② 铝合金 • 根据铝合金的化学成 分及加工方法的不同， 分类如下：
第三章 金属的压力加工
（3）金属在温加工变形中的组织与性能 温加工变形：介于冷、热加工之间温度范围内 进行的加工 兼有冷、热加工某些特点： 表面光洁度、尺寸精度比热加工好； 工模具寿命比热加工长； 塑性比冷加工好； 变形抗力比冷加工好 自身特点 应用：奥氏体不锈钢、高速钢、铬钢等加工硬 化显著材料及塑性低的硅钢更适于温加工
d.模锻斜度、圆角半径 d.模锻斜度、圆角半径 2）计算坯料尺寸 G坯料=G锻件+G连皮+G飞边+G烧损 再确定坯料尺寸 3）确定模锻工序 短轴类：镦粗制坯、终锻成形 短轴类：镦粗制坯、终锻成形 或一次终锻成形 长轴类：拔长、滚挤、弯曲、预锻和终锻等 长轴类：拔长、滚挤、弯曲、预锻和终锻等
模锻模膛： 制坯模膛：镦粗、拔长、弯曲、切断 模锻模膛：预锻模膛 终锻模膛 有飞边槽 金属在模膛中的充填过程 金属在模膛中的充填过程 终锻后，一般还要切边、冲孔、校正、热处 理等 4).选择模锻设备 4).选择模锻设备 此外，确定锻造温度范围、加热及冷却规范 等
拔长
L合适 应用：长轴类零件 冲孔 镦粗后坯料上冲通孔、不通孔 冲通孔时，翻面 大孔用空心冲子 扭转 弯曲 切割 错移
（4）确定所需设备与工具 （5）确定火次、加热和锻后冷却以及热处理 规范 （6）填写工艺卡 3.自由锻件的结构工艺性 3.自由锻件的结构工艺性 形状简单规则、锻造方便、节约金属、提高 生产率 4.自由锻特点和应用 4.自由锻特点和应用 设备简单通用，生产率低，劳动强度的大， 技术水平要求高，金属损耗大。适于小批量 生产精度和复杂程度不高的锻件 大小不限 大锻件生产的唯一方法
2.金属的可锻性 2.金属的可锻性 （1）可锻性：衡量材料经受压力加工变形的难 易程度，用塑性和变形抗力两个因素来综合衡 量。 塑性越好，变形抗力越小，可锻性越好。 （2）影响因素 1）金属本质的影响 化学成分 纯金属比合金好 钢中碳含量、合金元素含量越高，成分越复杂， 可锻性越差
金属压力加工培训教材
特种铸造 型砂应具备的性能：强度、透气性、耐火性、退让性 常用的压力加工生产方式：
自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔
2020/4/18
第一节 金属塑性变形的实质
1.单晶体的塑性变形
2020/4/18
4．自由锻造
只用简单的通用性工具．或在锻造设备的上、下砧间直接使 坯料变形而获得所需锻件的锻造方法。
上砥铁
坯料 下砥铁
2020/4/18
5．模锻
利用模具使坯料变形而获得所需锻件的锻造方法。
2020/4/18
6．板料冲压
利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得 所需零件的工艺方法。
2020/4/18
第9章 塑性成型的理论基础
主要内容
9.1 金属塑性变形的实质 9.2 塑性变形对金属组织和性能的影响 9.3 金属的可锻性
重点内容： 1. 金属塑性成型的原理； 2. 纤维组织的形成及利用； 3. 金属可锻性及其影响因素。
2020/4/18
上次课内容的回顾
铸件壁厚的设计：
（1） 铸件壁厚应均匀、避免厚大截面
1）滑移：
单晶体承受切应力时，晶体会发生弹性变形，当切应力的 数值超过某一临界值时，晶体内的一部分相对另一部分沿一定 的晶面（称滑移面）和晶向（称滑移方向）发生相对滑动。
τ
τ
2020/4/18
τ
τ
但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。 实际晶体内部存在大量缺陷。其中，以位错对金属塑性变
形的影响最为明显。由于位错的存在，部分原子处于不稳定状 态。在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位的原子很 容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置上，形成位错 运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性变形。
金属工艺学压力加工上课
3.模锻斜度
模锻件上平行于锤击方向 ( 垂直于分模面 ) 的外表必须具有斜度 ，以便于从模膛中取出锻件。
工作时，上模与锤头一起作上下往复运动，以迫使 模膛内的金属受压变形，从而获得锻件。
上下模的接触面叫分模面－8。
模膛按其功能分模锻模膛、制坯模膛。
〔一〕模锻模膛:包括预锻模膛和终锻模膛
⑴终锻模膛：使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺 寸。
特点：
a.由于模锻需要加热后进展，锻件冷却后尺寸会有 所缩减，所以终锻模膛的尺寸应比实际锻件尺寸放大一 个收缩量。
三、多晶体的塑性变形 1.金属晶粒越细，强度就越大,塑韧性越好。
因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。 2.多晶体塑性变形不均匀。
第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响
一、加工硬化
金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显 著提高, 塑性和韧性明显下，这种现象称为加工硬化, 也叫形变 强化。
3. 应力状态的影响 在三向应力状态下，压应力的数目越多，那么
其塑性越好；拉应力的数目越多，那么其塑性越差。
第二章 锻造
❖ 第一节 锻造方法 ❖ 第二节 锻造工艺规程的制订 ❖ 第三节 锻件构造的工艺性
第一节 锻造方法
一、自由锻 自由锻：利用冲击力，使金属在上、下砧铁之间，
产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件 的一种加工方法。
(2)滚挤模膛
减小坯料某局部的横截面积，以增大另一局部 的横截面积。主要是使金属坯料能够按模锻件的形 状来分布。
⑶弯曲模膛 使坯料弯曲，弯曲后坯料将翻转90°。
⑷切断模膛 在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属。
可用于从坯料上切下锻件或从锻件上切钳口，也可用于 多件锻造后别离成单个锻件。
第九章 金属压力加工基础
钢丝变形模拟
加工硬化与再结晶
8/7/2020 2:57 AM
9.3 金属的可锻性
可锻性——常用金属材料在经受压力加工产 生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是 以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。
塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变 形，而不破坏其完整性的能力。
9.2 金属变形过程中的组织与性能
9.2.1 纤维组织变化
目的
1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再 结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织。
2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使 金属组织更加致密，其力学性能会有很大提高。
3、铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和 沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉 长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。
8/7/2020 2:57 AM
上次可内容的回顾 砂型铸造的工艺设计
铸造工艺图的绘制 分型面的选择 浇注位置的确定 工艺参数的确定
铸件的结构设计
铸件的外形设计 铸件的内腔设计 铸件壁厚的设计 铸件壁的连接
8/7/2020 2:57 AM
第3篇 金属压力加工（锻压）
主要内容：
本篇重点：
第9章 金属压力加工基础 1. 了解金属塑性成型的理论
金属塑性变形的实质是：
晶体内部产生滑移的结果
目的
金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织， 获得细化的再结晶组织。
将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属组织更加致 密，其力学性能会有很大提高。
金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形， 沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。
毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工。
金属工艺学课程教学大纲
金属工艺学课程教学大纲一、课程简介金属工艺学是一门研究金属材料加工加工工艺的学科，通过对金属加工的基本原理和方法的学习，使学生全面了解金属材料的特性与金属材料加工技术的基本知识，为学生开展金属材料加工工艺的研究和实践提供基础。
二、课程目标1.使学生掌握金属工艺学的基本理论和基本知识，了解金属材料的基本特性和机械加工加工原理；2.培养学生良好的实验观察、数据处理和问题解决的能力，并树立正确的科学态度；3.引导学生了解金属工业生产及相关材料加工的现状与发展趋势，增强学生立体、创新思维；4.培养学生的工程实践和技术创新能力，为今后从事金属材料加工工艺的工作做好准备。
三、课程内容1.金属工艺学导论1.1 金属工艺学的定义和发展概况1.2 金属工艺学与相关学科的关系1.3 金属材料加工的重要性和应用领域1.4 金属工艺学研究的方法和手段2.金属材料的物理与化学性质2.1 金属材料的常见物理性质2.2 金属材料的组织结构和相变规律 2.3 金属材料的常见化学性质2.4 金属材料的热处理和表面处理3.金属材料的机械加工工艺3.1 金属材料的加工硬化机制3.2 金属材料的塑性变形和损伤3.3 金属材料的切削加工原理3.4 金属材料的压力加工原理4.常见金属加工工艺技术4.1 金属材料的铸造工艺4.2 金属材料的焊接工艺4.3 金属材料的热处理工艺4.4 金属材料的表面处理工艺五、教学方法1.理论授课：通过课堂讲授的方式，介绍金属工艺学的基本原理和知识点，培养学生的理论基础。
2.实验教学：组织学生进行金属工艺实验，让学生亲自操作、观察和记录实验数据，培养学生的实验能力和数据处理能力。
3.案例分析：通过分析实际案例，引导学生应用所学知识解决问题，培养学生的分析和解决问题的能力。
4.讨论与互动：鼓励学生积极参与课堂讨论和互动，促进思想交流与碰撞，培养学生的合作与交流能力。
六、考核方式1.平时成绩：包括学生的课堂表现、作业完成情况和实验报告等。
金属压力加工
图2—17 简单冲模基本构造
1-定位销 2-导板 3-卸料板 4-凸模 5-凸模固定板 6-垫板 7-模柄 8-上模版 9-导套 10-导柱 11-凹模 12-凹模固定板 13-下模板
常用锻造材料的锻造温度见表3—1(教材)。 主要工艺方法有：自由锻造、模型锻造和特种锻造。 锻件内部组织致密、均匀，机械性能优良，可承受较大
负荷和冲击，可减少零件结构尺寸；锻造生产效率高， 成本较低，锻件精度高。 主要用于重要零件（如轴、齿轮等）的毛坯生产，但不 适用于普通铸铁等脆性材料加工。
14一工作活塞 15一压缩活塞 16一连杆 17、18一上、下旋阀
二、自由锻造的基本工序
自由锻造时，锻件的形状是通过一些基本变形工序，将坯 料逐渐锻造成的。
自由锻造基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错 移、切断等，其中以前三种工序应用最多。
1、镦粗 是使坯料高度减小，横截面积增大的锻造工序 镦粗加工用于锻制齿轮坯、法兰盘等圆盘工件；也可作为
ห้องสมุดไป่ตู้
进行机械加工。 冲压加工很容易实现自动化，生产率很高。 冲压加工主要设备是冲床和压力机。
一、冲压设备——冲床
图2—13 开式双柱冲床 1—导轨 1—床身 3—电动机 4—连杆 5—制动器 6—曲轴 7—离合器 8—带轮 9—V形带
10—滑块 11—工作台 12—踏板 13—减速系统 14—拉杆
图2—11单模膛模锻 1--砧座 2—楔块 3—模座 4、8—楔铁 5—下模 6—坯料 7—上模 9—锤头
多模膛模锻 锻模上有多个模膛。 适用于形状复杂需要经过多次成形的锻件
第9章 金属压力加工基础
纯金属的可锻性比合金的可锻性好。 钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。 例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。
2、金属组织的影响
纯金属及单一固溶体组成的合金（如奥氏体）的可锻性好；碳化 物（如渗碳体）的可锻性差。 铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀组织的可锻性好。
金属在外力作用下内部产生应力使原子离开原来的平衡位置改变了原子间距离变形原子位能的提高当外力撤消后金属完全恢复原状弹性变形当应力超过金属的屈服点当外力撤消后不能完全恢复产生部分永久变形塑性变形二金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果
第三篇 金属压力加工
本篇主要内容
本篇重点
1 2 3 4
（a）未变形
（b）位错变形
（c）塑性变形
位错运动引起塑性变形示意图
2.多晶体塑性变形
通常使用的金属材料大多数是多晶体，其塑性变形可以看 成是由组成多晶体的许多单个晶粒产生变形（晶内变形）的综 合效果。 同时，晶粒之间也有滑动和转动（晶间变形）。
多晶体塑性变形示意图
一般来说，同一成分的金属，晶粒越细，其强度、硬度越 高，而且塑性和韧性也越好。（为什么？）
思 考 题
1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的力 学性能有何影响? 2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷 镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同?
二、变形速度的影响
变形速度即单位时间的变形程度 ，它对可锻性的影响是矛盾的。 一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工 硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。
另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分 转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)。变形速度越大，热 效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降，可锻性变好。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《金属压力加工理论基础》教学大纲
一、课程性质和任务
本课程属材料成型及控制技术专业必修课，通过本课程学习，使学生熟悉和掌握金属塑性变形原理和轧制原理的有关理论和专业基本知识，为培养轧制工程专业及相关的有用人才打下一定的基础。
二、教学基本要求
本课程是在学习金属学的基础上而开设的，只有了解和掌握了金属学的有关理论知识才可能学好本课程。
学习本课程将为学习金属压力加工工艺，设备等课程打下一定的理论基础；为掌握有关专业工作岗位的操作技能提出相关的理论依据。
学完本课程应达到以下基本要求
1.了解并掌握金属塑性变形的力学基础知识。
2.了解并掌握金属在塑性变形的基本规律。
3.了解并掌握金属的塑性、变形抗力和屈服条件。
4.理解金属塑性变形中断裂的现象，掌握其基本类型。
5.掌握轧制过程的基本概念。
6.掌握轧制过程中的宽展、前滑的概念以及在轧制中的作用。
7.了解轧制压力、轧制力矩、功率的概念，掌握有关理论及计算公式、图表的应用。
8.掌握轧制时弹、塑性曲线的概念及在实际中的应用。
9.了解连轧基本理论。
三、教学内容
第一篇金属塑性变形原理
第一章金属塑性变形的力学基础
课程要求：
1、掌握压力加工中工件所受的外力。
2、掌握金属原子间作用力和能。
3、掌握弹性变形、塑性变形和弹、塑性变形的概念。
4、掌握内力和应力、应力状态的概念及应力状态图示、主变形方向、主变形图示。
课程内容：
第一节力与变形
第二节应力状态及图示
第三节变形图示与变形的力学图
第四节变形量的表示方法
第五节外摩擦
第二章金属塑性变形的基本规律
课程要求：
1、掌握体积不变定律。
2、掌握最小阻力定律。
3、掌握移位体积与变形速度。
4、了解不均匀变形。
课程内容：
第一节体积不变定律
第二节最小阻力定律
第三节移位体积与变形速度
第四节不均匀变形
第三章金属在塑性、变形抗力和屈服条件
课程要求：
1、掌握金属的塑性指标及影响因素。
2、掌握开始塑性变形的条件
3、掌握影响金属的变形抗力的因素。
课程内容：
第一节金属的塑性
第二节变形抗力与屈服条件
第四章塑性变形中的断裂
课程要求：
1、掌握断裂的基本概念和类型。
2、掌握压力加工中金属的断裂的影响因素。
课程内容：
第一节断裂的基本类型
第二节压力加工中金属的断裂
第二篇轧制理论第五章轧制过程的建立
课程要求：
1、掌握简单轧制条件。
2、掌握实现轧制时的条件。
3、掌握三种典型轧制情况。
课程内容：
第一节简单轧制条件
第二节实现轧制的条件
第三节平均工作辊径与平均压下量
第四节三种典型轧制情况
第五节轧制变形区的应力状态
第六章轧制时的宽展、前滑和后滑
课程要求：
1、掌握宽展的概念及宽展的种类、组成。
3、掌握影响宽展的因素。
4、掌握宽展的计算。
5、掌握轧制时的前滑与后滑。
课程内容：
第一节宽展的种类与组成
第二节影响宽展的因素
第三节宽展的计算公式
第四节轧制时的前滑和后滑
第七章轧制压力
课程要求：
1、掌握轧制压力的概念。
2、了解接触面积的计算
3、掌握平均单位的压力计算
课程内容：
第一节轧制压力的概念
第二节接触面积的计算
第三节平均单位压力的计算
第八章轧制力矩与主电机容量校核
课程要求：
1、掌握轧辊受力分析。
2、掌握轧制力矩的确定。
3、掌握轧机传动力矩的组成和计算。
4、掌握主电机容量校核。
课程内容：
第一节轧辊系受力分析
第二节轧制力矩的确定
第三节轧机传动力矩的组成和计算
第四节主电机容量校核
第九章轧制时的弹塑性曲线与张力方程
课程要求：
1、掌握轧件的塑性曲线。
2、掌握轧机的弹性曲线。
3、掌握轧制时的弹塑性曲线。
4、了解连轧理论。
课程内容：
第一节轧件的塑性曲线
第二节轧机的弹性曲线
第三节轧制时的弹塑性曲线
第四节连轧基本理论
四、实践环节
试验一金属拉伸试验 2学时试验二带钢轧制过程的宽展试验 2学时试验三带钢轧制过程的前滑试验 2学时
六、考核方式
毕卷考试
七、推荐教材和教学参考书
教材：《金属压力加工理论基础》，段小勇编著，冶金工业出版社，2004年。
参考书：《金属塑性变形原理及轧制理论》，赵志业编著冶金工业出版社 2004年。
八、说明
1．由于学时有限推荐教材中有关轧钢专业理论知识的章节及内容适当调整和删减。
2．为培养学生的专业技能，提高学生能用专业理论知识分析问题和解决问题的能力，
讲授中注意多增加生产实例分析说明。