第3章 金属塑性成形工艺
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金属材料的塑性成形
第3章金属材料的塑性成形概述3.1金属塑性成形基础3.2 常用的塑性成形方法3.3 少、无切削的塑性成形方法3.4 常用的塑性成形金属材料概述金属塑性成形是利用金属材料所具有的塑性，在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。
由于外力多数情况下是以压力的形式出现的，因此也称为金属压力加工。
塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。
金属塑性成形的基本生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻、板料冲压等。
塑性成形的特点及应用：（1）消除缺陷，改善组织，提高力学性能。
（2）材料的利用率高。
（3）较高的生产率。
如利用多工位冷镦工艺加工内角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍。
（4）零件精度较高。
应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削加工。
如精密锻造的伞齿轮可不经切削加工直接使用。
但该方法不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。
塑性成形加工在机械制造、军工、航空、轻工、家用电器等行业得到了广泛应用。
例如，飞机上的塑性成形零件约占85%；汽车、拖拉机上的锻件占60%～80%。
3.1 金属塑性成形基础3.1.1 单晶体和多晶体的塑性变形3.1.2 金属的塑性变形3.1.3 塑性成形金属在加热时组织和性能的变化3.1.4 金属的塑性成形工艺基础3.1.1单晶体和多晶体的塑性变形1.单晶体的塑性变形金属塑性变形最常见的方式是滑移。
滑移是晶体在切应力的作用下，一部分沿一定的晶面（亦称滑移面）和晶向（也称滑移方向）相对于另一部分产生滑动。
晶体滑移变形示意图滑移的实质:是通过晶体中的位错线沿滑移面的移动来实现的。
位错运动引起的滑移变形原理图2.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形是以单晶体的塑性变形为基础的，但多晶体中的晶粒取向不同、晶界的存在，对塑性变形的阻力增加。
晶粒之间也要相互滑动和转动。
3.1.2 金属的塑性变形1.形变强化（亦称加工硬化）金属塑性变形时产生的强度和硬度增加,塑性和韧性下降的现象，称形变强化（亦称加工硬化）。
材料成型工艺基础金属塑性成形
材料成型工艺基础：金属塑性成形1. 引言金属塑性成形是制造业中常见的一种材料成型工艺。
通过对金属材料施加力量，使其在一定的温度和应变条件下发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的制品。
这种成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
本文将介绍金属塑性成形的基本概念、工艺流程以及常见的金属塑性成形方法。
2. 基本概念2.1 金属塑性成形的定义金属塑性成形是指将金属材料通过施加力量，在一定的温度和应变条件下，使其发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的工艺过程。
2.2 塑性变形的基本概念塑性变形是指材料在一定的应力作用下，在超过其屈服点之后发生的可逆性变形。
在这种变形中，金属材料的原子结构会发生改变，从而改变了材料的形状和尺寸。
3. 工艺流程金属塑性成形的工艺流程主要包括以下几个步骤：3.1 原材料准备在金属塑性成形工艺中，首先需要准备好所需的金属原材料。
原材料的选择需要满足产品的要求，包括材料的强度、韧性、耐蚀性等。
3.2 材料加热在金属塑性成形之前，通常需要将金属材料进行加热。
加热可以使金属材料达到一定的塑性状态，更容易发生塑性变形。
加热的温度和时间需要根据不同的金属材料和成形要求进行调整。
3.3 成型工艺金属塑性成形的成型工艺包括以下几种常见方法：3.3.1 锻造锻造是一种利用压力将金属材料塑性变形成形的方法。
在锻造过程中，金属材料会经过压缩、拉伸、冷却等多个步骤，最终得到所需的形状。
3.3.2 拉伸拉伸是将金属材料放在拉伸机上，通过施加力量使其发生塑性变形的方法。
通过拉伸可以改变金属材料的形状和尺寸。
3.3.3 深冲深冲是将金属材料放在冲压机上，通过模具对材料进行冲压，使其发生塑性变形的方法。
通过调整模具的形状和尺寸，可以得到不同形状和尺寸的制品。
3.4 后处理在金属塑性成形完成之后，通常需要进行一些后处理工艺。
包括去除表面的氧化物、清洗、退火等。
后处理的目的是提高产品的表面质量和性能。
4. 常见的金属塑性成形方法4.1 冷镦成形冷镦成形是一种将金属材料通过冷镦机进行挤压、拉伸、弯曲等操作，使其发生塑性变形的方法。
金属塑性成形1
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特种锻造
• 是在专用设备上或在特殊模具内使金属毛 坯成形的一种特殊锻造工艺，这些工艺方 法都是为了成形一般锻造方法很难或无法 得到的锻件，如精密锻造、径向锻造、热 挤压、辊锻、楔横轧和电热顶镦等。
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特种锻造
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热锻、温锻和冷锻
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2.2 锻前加热 2.2.1 加热方法
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金属塑性成形的分类
锻压（Metal forging and stamping） 1.体积成形(Bulk Metal Forming): 1.1 锻造(Forg) 1.3 拉拔(Drawing) 2. 板料成形(Sheet Metal Forming) 2.1 冲裁(blanking) 2.2 弯曲(Bending) 2.3 拉深(Deep drawing) 2.4 翻边(flanging) 2.5 胀形(Bulging) 轧制（Rolling）
• 凹形坯镦粗 减小鼓肚程度，避免表面出现裂纹。
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软金属垫镦粗
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易变形软金属的流动对坯料产生了向外的主动摩擦力， 促使坯料端部金属向四周流动，结果使坯料的侧面内凹，继 续镦粗，软金属作用降低，得到鼓肚不大的锻件。
(1) 平砧镦粗
• 在套环内镦粗：低塑性高合金钢。 • 坯料迭起镦粗：薄饼类锻件。 • 反复镦粗拔长：目的是变形均匀。
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(1) 平砧镦粗（应力，应变）
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(1) 平砧镦粗____高径比对镦粗件形状的影响
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高径比 H0/D0 H0/D0 =0.8~2.0 单鼓 H0/D0 =1.5~2.5 双鼓——单鼓 H0/D0 =2.5~3.0 双鼓 H0/D0 〉2.5~3.0 失稳弯曲
特种锻造
• 是在专用设备上或在特殊模具内使金属毛 坯成形的一种特殊锻造工艺，这些工艺方 法都是为了成形一般锻造方法很难或无法 得到的锻件，如精密锻造、径向锻造、热 挤压、辊锻、楔横轧和电热顶镦等。
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特种锻造
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热锻、温锻和冷锻
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2.2 锻前加热 2.2.1 加热方法
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金属塑性成形的分类
锻压（Metal forging and stamping） 1.体积成形(Bulk Metal Forming): 1.1 锻造(Forg) 1.3 拉拔(Drawing) 2. 板料成形(Sheet Metal Forming) 2.1 冲裁(blanking) 2.2 弯曲(Bending) 2.3 拉深(Deep drawing) 2.4 翻边(flanging) 2.5 胀形(Bulging) 轧制（Rolling）
• 凹形坯镦粗 减小鼓肚程度，避免表面出现裂纹。
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软金属垫镦粗
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易变形软金属的流动对坯料产生了向外的主动摩擦力， 促使坯料端部金属向四周流动，结果使坯料的侧面内凹，继 续镦粗，软金属作用降低，得到鼓肚不大的锻件。
(1) 平砧镦粗
• 在套环内镦粗：低塑性高合金钢。 • 坯料迭起镦粗：薄饼类锻件。 • 反复镦粗拔长：目的是变形均匀。
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(1) 平砧镦粗（应力，应变）
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(1) 平砧镦粗____高径比对镦粗件形状的影响
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高径比 H0/D0 H0/D0 =0.8~2.0 单鼓 H0/D0 =1.5~2.5 双鼓——单鼓 H0/D0 =2.5~3.0 双鼓 H0/D0 〉2.5~3.0 失稳弯曲
材料成型基础-金属塑性成型
金属拉伸时的应力—应变曲线（低碳钢）
一、 塑性变形的实质
金属材料是晶体结构，金属受到外力会使金属内部产生应力。 当内应力超过弹性极限，发生伸长或歪扭（应力消失，变形消失）——弹 性变形 当内应力超过屈服极限值，发生滑移（不可逆变形）——塑性变形
金属的变形实际上就是组成金属的晶粒变形，包括晶内变形和 晶间变形。
M
孪生与滑移的区别
• 由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整 个孪生变形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不 均匀的；
• 孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数 倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离 是滑移方向原子间距的整数倍；
• 孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而 滑移时，滑移面两边晶体位向不变；
正挤
反挤
（3）拉拔：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 拉拔是获得金属丝的唯一方法。利用轧制或挤压后的型材为 坯料，可拉制各种细线材、薄壁管和各种特殊几何形状的型 材。（高精度、小表面粗糙度）
(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形 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
刃型位错运动造成晶体滑移变形的示意
螺型位错运动造成晶体滑移变形的示意
2）孪生
孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为孪生方向） 发生均匀切变。孪生变形后，晶体的变形部分与未变 形部分构成了镜面对称关系，镜面两侧晶体的相对位 向发生了改变。这种在变形过程中产生的孪生变形部 分称为“形变孪晶”，以区别于由退火过程中产生的 孪晶。与滑移过程相似，孪生也是通过位错运动拉力 实现的，每层镜面与它相邻镜面沿孪生方向移动小于 一个原子间距的距离。
一、 塑性变形的实质
金属材料是晶体结构，金属受到外力会使金属内部产生应力。 当内应力超过弹性极限，发生伸长或歪扭（应力消失，变形消失）——弹 性变形 当内应力超过屈服极限值，发生滑移（不可逆变形）——塑性变形
金属的变形实际上就是组成金属的晶粒变形，包括晶内变形和 晶间变形。
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孪生与滑移的区别
• 由孪生的变形过程可知，孪生所发生的切变均匀地波及整 个孪生变形区，而滑移变形只集中在滑移面上，切变是不 均匀的；
• 孪生切变时原子移动的距离不是孪生方向原子间距的整数 倍（而是几分之一原子间距），而滑移时原子移动的距离 是滑移方向原子间距的整数倍；
• 孪生变形后，孪晶面两边晶体位向不同，成镜像对称；而 滑移时，滑移面两边晶体位向不变；
正挤
反挤
（3）拉拔：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。 拉拔是获得金属丝的唯一方法。利用轧制或挤压后的型材为 坯料，可拉制各种细线材、薄壁管和各种特殊几何形状的型 材。（高精度、小表面粗糙度）
(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形 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
刃型位错运动造成晶体滑移变形的示意
螺型位错运动造成晶体滑移变形的示意
2）孪生
孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定 的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为孪生方向） 发生均匀切变。孪生变形后，晶体的变形部分与未变 形部分构成了镜面对称关系，镜面两侧晶体的相对位 向发生了改变。这种在变形过程中产生的孪生变形部 分称为“形变孪晶”，以区别于由退火过程中产生的 孪晶。与滑移过程相似，孪生也是通过位错运动拉力 实现的，每层镜面与它相邻镜面沿孪生方向移动小于 一个原子间距的距离。
机械制造基础第三章 塑性成形
一、塑性成形的实质
具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力 达到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都 是晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构 来说明。 1、单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种方式：滑移变形和双晶变形。 1）滑移变形：晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列 紧密的晶面作相对滑动。其变形过程如图3-2 所示。 晶体在晶面上的滑移，是通过位错的不断运动来实现 的 。如图3-3所示。 当很多晶面同时滑移积累起来就形成滑移带，如图34所示，形成可见的变形。
4）生产现场劳动条件较差。
常用塑性成形加工方法有：1 ）自由锻造，2）模型锻造， 3）挤压，4）拉拔，5）轧锻，6）板料冲压。如图3-1所 示。 塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、炮 筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的 重要零部件。
第一节 塑性成形理论基础
一、塑性成形的实质 二、冷变形强化与再结晶 三、锻造比与锻造流线 四、塑性成形基本规律 五、金属的锻造性能
第3章
塑性成形
第一节 塑性成形理论基础 第二节 塑性成形方法 第三节 塑性成形工艺设计 第四节 塑性加工方法的结构工艺性 第五节 塑性成形新发展
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塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形， 获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方 法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可 在冷态或热态下进行塑性成形加工。
对某些不能通过热处理来强化的金属，可用低温变形 来提高金属强度指标，如用冷轧、冷拔和冷挤来提高低碳 钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。
但在塑性加工中，冷变形强化使塑性变形困难，故采 用加热的方法使金属再结晶，而获得好的塑性。 2、回复： 指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处 于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的 晶格扭曲的过程，可使内应力减少。
第3章金属塑性成形
区域Ⅲ：其变形程度介于区域Ⅰ与区域Ⅱ 之间，称为“小变形区”。因鼓形部分存 在切向拉应力，容易引起表面产生纵向裂 纹。
第3章 金属塑性成形
对不同高径比尺寸的坯料进行镦粗时，产 生鼓形特征和内部变形分布也不同。
镦粗高径比H0/D0=2.5～1.5的坯料时， 开始在坯料的两端先产生双鼓形，形成Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个变形区。其中，区域Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ同前所述，料中部为均匀变形区Ⅳ ， 该区受摩擦影响小，内部变形均匀分布， 侧表面保持圆柱形。如果继续镦粗到 H/D≤1 ，则由双鼓形变为单鼓形。
天津理工大学材料科学与工程学院
第 3 章 金属塑性成形
主讲教师：毕大森
第2章 金属塑性成形加工工艺
金属塑性成形（锻造）
自由锻造 模型锻造 特种锻造 冲压成形
镦粗 拔长 弯曲 冲孔 扩孔 切断
终锻 预锻 拔长 滚挤 弯曲 镦粗
挤压 轧制 拉拔 精密模锻 多向模锻 摆辗成形
冲裁 弯曲 拉深 翻边 胀形 校正
第3章 金属塑性成形
在研究拔长工序时，除了分析影响拔长质 量的因素以外，还应分析影响拔长效率的 有关因素。
1.拔长变形特点 特点：每送进压下一次，只部分金属变形。
第3章 金属塑性成形
拔长的变形程度：是以坯料拔长前后的截 面积之比— 锻造比（简称锻比）KL来表示， 即：
KL=F0/F 式中 F0 —拔长前坯料的截面积
第3章 金属塑性成形
1．锻造对金属组织的影响 （1）消除铸态组织粗大的树枝晶并获得 均匀细化等轴晶
第3章 金属塑性成形
（2）可破碎并改善碳化物及非金属夹杂 物在钢中的分布
对钢锭进行锻造，可将聚集在晶界的碳化 物、非金属夹杂物和其它过剩相组织击碎， 再加上高温扩散和互相溶解作用，使之较 均匀的分散在金属基体内，因而改善了金 属组织，提高了锻件使用性能。
第3章 金属塑性成形
对不同高径比尺寸的坯料进行镦粗时，产 生鼓形特征和内部变形分布也不同。
镦粗高径比H0/D0=2.5～1.5的坯料时， 开始在坯料的两端先产生双鼓形，形成Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个变形区。其中，区域Ⅰ、 Ⅱ、Ⅲ同前所述，料中部为均匀变形区Ⅳ ， 该区受摩擦影响小，内部变形均匀分布， 侧表面保持圆柱形。如果继续镦粗到 H/D≤1 ，则由双鼓形变为单鼓形。
天津理工大学材料科学与工程学院
第 3 章 金属塑性成形
主讲教师：毕大森
第2章 金属塑性成形加工工艺
金属塑性成形（锻造）
自由锻造 模型锻造 特种锻造 冲压成形
镦粗 拔长 弯曲 冲孔 扩孔 切断
终锻 预锻 拔长 滚挤 弯曲 镦粗
挤压 轧制 拉拔 精密模锻 多向模锻 摆辗成形
冲裁 弯曲 拉深 翻边 胀形 校正
第3章 金属塑性成形
在研究拔长工序时，除了分析影响拔长质 量的因素以外，还应分析影响拔长效率的 有关因素。
1.拔长变形特点 特点：每送进压下一次，只部分金属变形。
第3章 金属塑性成形
拔长的变形程度：是以坯料拔长前后的截 面积之比— 锻造比（简称锻比）KL来表示， 即：
KL=F0/F 式中 F0 —拔长前坯料的截面积
第3章 金属塑性成形
1．锻造对金属组织的影响 （1）消除铸态组织粗大的树枝晶并获得 均匀细化等轴晶
第3章 金属塑性成形
（2）可破碎并改善碳化物及非金属夹杂 物在钢中的分布
对钢锭进行锻造，可将聚集在晶界的碳化 物、非金属夹杂物和其它过剩相组织击碎， 再加上高温扩散和互相溶解作用，使之较 均匀的分散在金属基体内，因而改善了金 属组织，提高了锻件使用性能。
金属材料成型_3.6超塑性成型
5）超塑性无模拉拔成形
利用超塑性材料在超塑性状态下对温度的敏感性，只在被加工 的棒料或管材外部加设感应加热圈，并在棒料或管材的两端施加载 荷，当感应圈移动时，就会形成横截面周期变化，甚至非周期变化 的棒形零件，或者是变壁厚的管形零件。
TWO
2
超塑性成型工艺特点
1)金属塑性大为提高,过去认为只能采用铸造成形而不能锻造成形 的镍基合金，也可进行超塑性模锻成形，因而扩大了可锻金属的种类。
图3-36 飞机上采用的部分SPF、SPF/DB构件
FOUR
4
超塑性成型重点企业
Luxfer 的集团公司 Superform USA 及其附属公司 Superform Aluminium 是全球最大的铝、镁和钛超塑成型零件供 应商，主要为航空航天、汽车、卡车、铁路、医疗系统和建筑行 业提供零件。Airstair 是一种内置于小型飞机门内的四级楼梯，需 要制造有23 个焊接部件的铝组件。但 Superform USA 使用 PA M - S TA M P 对 该 组 件 进 行 了 整 体 设 计 ， 实 现 了 更 轻 量 、 刚 性 和 低成本的解决方案。
图3-35 径向辅助压力拉深原理示意
4）超塑性挤压成形
将毛坯直接放入模具内一起加热到最佳的超塑性温度，保持恒 温，以恒定的慢速加载、保压，在封闭的模具中进行压缩成形的工 艺。它是利用超塑性合金在变形中的极低变形抗力进行挤压成形， 故所使用的模具简单，寿命高，对变形程度大的零件，可一次成形， 省去了中间退火程序，工序得到简化。它可成形零件和模具。
近年来，我国新机研制及改进机型中，前缘襟翼、鸭翼、整体壁板和 腹鳍等大尺寸钛合金构件采用SPF/DB技术。针对型号对金属防热结构的 需求，航天材料及工艺研究所开展了钛合金波纹板SPF 技术研究，成功 制备出TC4 钛合金防热瓦等热结构部件。
塑性成形工艺
3.2.1 塑性变形理论及假设（续）
2 塑性变形前后体积不变的假设 3 变形程度的计算 ▪ 锻造比
➢ 代表变形程度大小。 ➢ 用y表示 ➢ 拔长：截面比Y拔 = F0/F = L/L0 ➢ 镦粗：高度比Y镦= F/ F0= H0/H
坯料拔长时横截面积的变化
3.2.1 塑性变形理论及假设（续）
根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采 用拔长锻造时，坯料所用的截面F坯料的大小应 保证满足技术要求规定的锻造比Y拔，即坯料截 面积应为：F坯料 = Y拔F锻件
金属工艺学
授课教师：彭辉 penghuihust@
第三篇 塑性成形工艺
金属的塑性成型
知识点:
金属的塑性变形
金属塑性变形的实质
塑性变形与组织、性能
金属的可锻性
组织和性能
组
性
织
能
（
加
工
硬
化
）
加工时的塑性变形
回
再冷
热
复
结变
变
（
晶形
形
温
度
）
可 锻 性 的 概 念
锻 造 比
可影 锻响 性可 的锻 衡性 量的
加工条件的影响(外因)
变形温度的影响
在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能 升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。
若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低， 这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界 氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废， 这一现象称为“过烧”。
本节的重点： 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。
3.2.1 塑性变形理论及假设
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4、锻件结构工艺性
工艺要求
合理结构
加强筋和表面凸台等结构是难 以用自由锻造方法获得的，应避免 加强筋和凸台等结构。
它的选择应根据金属材料的种类和锻件尺寸及所需性 能、锻造工序等多方面因素进行选择。
3.2 塑性成形理论基础
4、金属的锻造性能
金属的锻造性能是指金属经受锻造成形的能力，通常用 塑性与变形抗力来评价。金属的塑性越高，变形抗力越低， 则其锻造性能越好，越有利于加工成形。 1）化学成分影响。通常，纯金属的锻造性能比合金好，低碳
挤压
拉拔
自由锻
V形砧 圆形砧
3.2 塑性成形理论基础
4、金属的锻造性能
4）变形温度。变形温度低，金属塑性差，变形抗力大，锻
造性能差。高温变形，动态再结晶可随时消除冷变形强
化效应，使变形抗力减少，有利于塑性变形。
5）变形速率。速率增大，再结晶
不能及时克服加工硬化，塑性
下降，变形抗力上升，可锻性
下降；速率增大，变形能转化
为热能，热效应明显，可锻性
上升。
速率对塑性及变形抗力的影响
3.3 体积成形——锻造工艺
将金属坯料放在上、下砧铁或锻模之间，使之受到冲击 力或压力而变形的加工方法叫锻造。
可以分为自由锻造和模型锻造两种类型。 自由锻：利用压力，使金属 在上、下砧铁之间，产生塑性变 形一种加工方法。 模锻：利用锻模，使金属坯 料在模膛内受压产生塑性变形的 加工方法。
钢锻造性能优于高碳钢，碳钢锻造性能优于合金钢，低合 金钢锻造性能优于高合金钢。。 2）金属组织影响。单相固溶体合金比多相合金具有更好的塑 性和锻造性能。第二相的性能、数量、形状、分布等对多 相合金的锻造性能有重要作用。
3.2 塑性成形理论基础
4、金属的锻造性能
3）变形应力状态影响。压应力使金属密实，防止或减少裂 纹产生，阻止或减小晶间变形，提高塑性。应力数目越 多，塑性越好，金属塑性变形越容易；拉应力使金属内 部微孔及微裂纹处产生应力集中，使其扩展，促使晶间 变形，加速晶界破坏，塑性下降。拉应力数目越多，塑 性越差。
2)最小阻力定律 变形过程中，某金属质点有几种流动方向的可能时， 它将沿阻力最小的方向流动。根据这一定律，可指导 工艺设计。
镦粗前
镦粗后
3.2 塑性成形理论基础
1、塑性成形基本规律
3)临界切应力定律
晶体滑移的驱动力是外力在滑 移系上的分切应力
只有当滑移系上分切应力达到 一定值时，该滑移系才能开动 产塑性变形。
3.3 体积成形——自由锻
2、自由锻工序选择
3.3 体积成形——自由锻
2、自由锻工序选择
类别
图例
1 盘类锻件
2 轴类锻件
3 筒类件
4 环类件
5
曲轴类锻 件
6
弯曲类锻 件
变形工序方案
镦粗或局部镦粗 冲孔
①拔长-压肩-墩台阶 ②镦粗-拔长
镦粗 拔长 心轴拔长 镦粗 冲孔 心轴上扩孔 拔长 错移 锻台阶 扭转
模锻
冲压
挤压
轧制拉拔Βιβλιοθήκη 3.1 塑性成形概述2、塑性成形的特点
1）能改善金属的组织，提高金属的力学性能。塑性加工能消 除铸锭内部缩孔和树枝晶等缺陷，产生细小的再结晶，得 到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。
2）可提高材料的利用率。塑性成形时使金属改变形状，使其 体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。
4)塑性变形时伴随有弹性变形的定律
变形金属是由弹性变形和塑性 变形所组成。
当卸载后，弹性变形部分消失 ，总应变量减小
金属拉伸变形曲线
3.2 塑性成形理论基础
2、塑性变形对组织和性能的影响
1）塑性变形可使金属强化（加工硬化），具有加工硬化的 组织在一定温度下将发生恢复和再结晶，使材料软化。
2）热塑性变形可以改善铸态组织——破碎树枝状组织，焊 合内部孔隙，在主伸长变形方向形成金属纤维组织。
3）具有较高的生产率。塑性成形加工一般是利用压力机和模 具进行成形加工的，生产效率高。
4）可获得精度较高的毛坯或零件。塑性加工时，坯料经过塑 性变形可获得较高的精度。
3.2 塑性成形理论基础
1、塑性成形基本规律
1)体积不变原则 金属塑性变形前的体积等于塑性变形后的体积。 弹性恢复和内部空隙消失被忽略
3.3 体积成形——自由锻
1、基本工序
3.3 体积成形——自由锻
1、基本工序
实际生产中最常用的是镦粗、拔长、冲孔3个基本工序。
1）镦粗 使坯料高度减小、横截面积增大的 工序，是最常用工序，适用于盘套类锻件。
2）拔长 使坯料横截面积减小、长度增加的 工序，适用于轴类锻件。
3）冲孔 在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。 对圆环类锻件。
5 锻出凸肩
3.3 体积成形——自由锻
4、锻件结构工艺性
工艺要求 圆锥体的锻造需用专门工具， 锻造比较困难，因此锻件上应尽量 避免锥体或斜面结构。
合理结构
圆柱体与圆柱体交接处锻造很 困难，应改为平面与圆柱体交接。
避免椭圆形、工字形或其他非 规则形状截面及非规则外形。
不合理结构
3.3 体积成形——自由锻
①同轴类工序 ②弯曲
实例
法兰、齿轮叶轮、 模块等
传动轴、齿轮轴、 连杆
圆筒、套、空心 轴
圆环、齿圈、法 兰等
各种曲轴、偏心 轴
吊钩、弯接头等
3.3 体积成形——自由锻
3、自由锻工艺规程实例
表3-5 压盖自由锻工艺
序号 工序名称
简图
备注
1
压肩
2 拔长一端
3 局部镦粗
4
冲孔
压肩长度55是根据压盖下部圆筒形的体积计算 确定的 为便于下一步放入漏盘，故拔长至φ120 考虑到冲孔和锻出凸肩时，锻件高度还会缩小， 故镦粗高度为85 为防止冲孔时φ130外径胀大，漏盘不取下
3）塑性变形对固态相变有影响，影响金属的组织和性能。 4）塑性变形通常是不均匀的，它对金属组织和性能的影响
具有双重性。
3.2 塑性成形理论基础
3、锻造比
锻造可以改善铸态金属组织结构和性能，改善的程度取 决于塑性变形度，采用锻造比表示。
镦粗锻造比 Y墩 F / F0
拔长锻造比
Y拔 F0 / F
F0——坯料锻前的横截面积； F0——坯料锻后的横截面积。
制造工艺基础
第三章 金属塑性成形工艺
本章提纲
3.1 塑性成形概述 3.2 塑性成形理论基础 3.3 体积成形工艺 3.4 薄板成形工艺 3.5 先进塑性成形技术
3.1 塑性成形概述
1、定义
利用金属所具有的塑性能力，在外力作用下通过塑性变 形获得具有一定形状、尺寸和性能零件或毛坯的加工方法。
自由锻