塑性成形工艺基础
金属塑性成形原理
表1-1 塑性成形方法分类表1-2 五大基本加工方法的分类第 一 章 绪 论一、金属塑性成形的特点与地位金属塑性成形是金属加工的重要方法之一。
它是指金属工件在工具外力（主要是压力）的作用下，产生塑性变形，从而达到要求的形状、尺寸和性能的加工过程。
因此，也把塑性成形称为塑性加工或压力加工。
金属塑性成形与其它加工方法相比，主要具有如下优点：1. 能改善组织性能。
如减轻偏析、致密结构、细化晶粒等，从而提高材料的综合力学性能。
2. 金属废屑少。
因塑性成形主要靠金属塑性状态下的体积转移，故不需切除大量的多余金属，所以金属收得率较高。
3. 生产率高。
这体现在塑性成形可采用高的加工速度，以及可采用连续式（非周期式）的生产方式。
因此特别适用于大批量生产。
由于上述优点，占产钢总量90%以上的钢制品都要经过塑性成形加工过程，其产品广泛应用于各种行业、部门，并随着塑性成形技术的发展，能生产的产品品种及规格也越来越多，因此金属塑性成形在国民经济中占有重要地位。
二、 金属塑性成形方法分类按金属塑性成形的加工方式，即综合考虑工具的特征及工件的变形方式，可将塑性成形方法分为五大类（见表1-1）。
类 别 工具特征 工件变形方式 锻 造直线运动的锻锤或锻模在锻模间体积变形挤 压 直线运动的挤压板及带挤压模的挤压缸 在挤压模孔中挤出拉 拔 直线运动的夹头及拉拔模架 在拉拔模孔中拉出冲 压 直线运动的冲模 在冲模间板料成形轧 制旋转运动的轧辊在轧辊间压缩成形上述五大基本加工方法又可分别进一步细分为若干种如表1-2所例举的加工方法。
基本方法 类 别 锻 造 自 由 锻 模 锻 挤 压 正 挤 反 挤 拉 拔 实心材拉拔 空心材拉拔 冲 压冲 裁 弯 曲表1-3 塑性理论发展概览拉 深轧 制纵 轧横 轧斜 轧三、金属塑性成形理论的发展概况金属塑性成形理论是一门基于金属塑性变形的物理学、物理-化学、金属学与力学基础上的应用技术理论。
发现金属材料的塑性并利用其加工金属制品可追溯至2000 多年前的青铜器时代，但是对金属材料的塑性变形的微观机理的认识，则是与本世纪30年代位错概念的提出分不开的。
《材料塑性成形原理》课程教学大纲
>>教学大纲
《材料塑性成形原理》课程教学大纲
一、课程名称
材料塑性成形原理
二、课程类别
了解变形条件对材料塑性与变形抗力的影响及提高塑性降低变形抗力的措施。
1、主要内容：
第一节塑性与变形抗力的概念
第二节金属的化学成分对塑性与变形抗力的影响
第三节变形温度、变形速度对塑性与变形抗力的影响
第四节应力状态塑性与变形抗力的影响
第五节超塑性
2、本章重点
成分、组织、变形条件对塑性与变形抗力的影响
3、本章难点：
3研究金属变形对变形体的机械性能和物理性能的影响，分析变形条件与组织、性能之间的关系，以便确定金属与合金的塑性加工规范（如变形强度、变形速度、极限变形量、加热速度、冷却速度）。
4讲述材料在塑性成形中的流动规律和变形特点，目的是求得合理的毛坯尺寸，使工件顺利成形，既节约材料又保证质量。
十、本课程与其它课程的联系
1、主要内容：
第一节拉伸试验曲线
第二节压缩试验曲线
2、本章重点
拉伸试验曲线
3、本章难点：
拉伸真实应力应变曲线塑性失稳点的特性和真实应力应变曲线的经验方程
4、本章作业
教材Page 146 35、36
第七章材料塑性成形时的摩擦与润滑（2学时）
了解材料塑性成形过程中的摩擦状态及润滑方式
1、主要内容：
第一节材料塑性成形时摩擦的特点
4、本章作业
教材Page 143--144 1、3、4、5、6、7、8
选修-塑性加工原理(昆工版)
螺位错 将规则排列的晶面想像成一叠间距固定的纸片，若将 这叠纸片剪开（但不完全剪断），然后将剪开的部分其中 一侧上移半层，另一侧下移半层，形成一个类似于楼梯拐 角处的排列结构，则此时在“剪开线”终结处（这里已形 成一条垂直纸面的位错线）附近的原子面将发生畸变，这 种原子不规则排列结构称为一个螺位错。
屈服强度 屈服强度又称为屈服极限 ，常用符号ζs，是材料屈服的临界应力 值。当材料中的应力超过屈服点时，塑性被激活（也就是说，有 塑性应变发生）。 （1）对于屈服现象明显的材料，屈服强度就是屈服点的应力（屈 服值）； （2）对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极 限偏差达到规定值（通常为0.2%的原始标距）时的应力。通常用 作固体材料力学机械性质的评价指标，是材料的实际使用极限。
影响屈服强度的外在因素有：温度、应变速率、应力状态。
1. 随着温度的降低与应变速率的增高,材料的屈服强度升高，尤其是体 心立方金属对温度和应变速率特别敏感，这导致了钢的低温脆化； 2. 应力状态不同，屈服强度值也不同。我们
塑性图
塑性图是指材料的塑性指标随温度变化的曲线，也与应力状态 有关，在制定材料塑性加工工艺时具有参考价值。
面心立方晶体孪生
刃位错
若一个晶面在晶体内部突然终止于某一条线处， 则称这种不规则排列为一个刃位错。刃位错附近的原 子面会发生朝位错线方向的扭曲。 刃位错可由两个量唯一地确定：第一个是位错线，即 多余半原子面终结的那一条直线；第二个是伯格斯矢 量（Burgers vector，简称伯氏矢量或柏氏矢量），它 描述了位错导致的原子面扭曲的大小和方向。对刃位 错而言，其伯氏矢量方向垂直于位错线的方向。
给定化学成分的金属与合金，其塑 性的好坏总是取决于以下三个主要 因素：
材料成形技术基础复习思考题-塑性成形部分-题
《材料成形技术基础》总复习思考题一、基本概念加工硬化、轧制成形、热塑性成形、冷塑性成形、变形速度、塑性变形能力（可锻性）、自由锻造、模型锻造、敷料（余块）、锻造比、镦粗、拔长、冲孔、落料、拉深、拉深系数、反挤压成形、正挤压。
二、是非判断1、塑性是金属固有的一种属性，它不随变形方式或变形条件的变化而变化。
（）2、对于塑性较低的合金材料进行塑性加工时拟采用挤压变形方式效果最好。
（）3、自由锻是生产单件小批量锻件最经济的方法，也是生产重型、大型锻件的惟一方法。
（）4、锻件图上的敷料或余块和加工余量都是在零件图上增加的部分，但两者作用不同。
（）5、模膛深度越深，其拔模斜度就越大。
（）6、对正方体毛坯进行完全镦粗变形时，可得到近似于圆形截面的毛坯。
（）7、对长方体毛坯进行整体镦粗时，金属沿长度方向流动的速度大于横向流动的速度。
（）8、塑性变形过程中一定伴随着弹性变形。
（）9、金属在塑性变形时，压应力数目越多，则表现出的塑性就越好。
（）10、金属变形程度越大，纤维组织越明显，导致其各向异性也就越明显。
（）11、金属变形后的纤维组织稳定性极强，其分布状况一般不能通过热处理消除，只能通过在不同方向上的塑性成形后才能改变。
（）12、材料的变形程度在塑性加工中常用锻造比来表示。
（）13、材料的锻造温度范围是指始锻温度与终锻温度之间的温度。
（）14、加热是提高金属塑性的常用措施。
（）15、将碳钢加热到250℃后进行的塑性变形称为热塑性变性。
（）16、自由锻造成形时，金属在两砧块间受力变形，在其它方向自由流动。
（）17、镦粗、拔长、冲孔工序属于自由锻的基本工序。
（）18、模锻件的通孔可以直接锻造出来。
（）19、可锻铸铁可以进行锻造加工。
（）20、始锻温度过高会导致锻件出现过热和过烧缺陷。
（）21、热模锻成形时，终锻模膛的形状与尺寸与冷锻件相同。
（）22、金属的锻造性与材料的性能有关，而与变形的方式无关。
（）23、模锻件的精度取决于终锻模膛的精度。
合肥工业大学 考研 材料成型基本原理课件12
第12章 金属塑性成形的 物理基础
材料成形力学原理研究的对： 金属塑性成形
第一节 绪 论
塑性：
材料在外力的作用下产生一定的永久变形而 不破坏其完整性的能力。
塑性成形：
材料成形的基本方法之一，它是利用材料的 塑性，在外力作用下获得所需尺寸和形状的工 件的一种加工方法，又称为塑性加工。
第二节 金属在冷态下的塑性变形
一、金属的晶体结构和组织
合金：由两种或两种以上的金属构成，按组织特征分为单相 合金（以基体金属为基的单相固溶体组织）和多相合金（ 除基体外，还有第二相）。
多晶体：由许多大小、形状和位向都不同的晶粒组成，晶粒 之间存在晶界 。变形的不均匀性和各晶粒变形的相互协调 性是其变形的主要特点。
• 掌握应力、应变、应力应变关系和屈服准则等 塑性理论基础知识，以便对变形过程进行应力 应变分析，并寻找塑性变形物体的应力应变分 布规律；
• 掌握塑性成形时的金属流动规律和变形特点， 分析影响金属塑性流动的各种因素，以合理地 确定坯料尺寸和成形工序，使工件顺利成形；
• 掌握塑性成形力学问题的各种解法及其在具体 工艺中的应用，以便确定变形体中的应力应变 分布规律和所需的变形力和功，为选择成形设 备和设计模具提供依据。
低温回复（0.1～0.3）Tm时，回复的主要机理是点缺陷运 动和互相结合，使点缺陷的浓度下降。
中温回复（0.3～0.5）Tm时，位错发团内部位错重新组合 和调整、位错运动和异号位错互毁，导致位错发团厚度变薄 ，位错网络清晰，晶界位错密度下降，亚晶缓慢长大。
高温回复发生时（T>0.5Tm），发生位错攀移，亚晶合并和 多边形化现象。
其次，由一个晶粒到另一个晶粒的位向有突变，即晶界 处晶粒的结构是不连续的，因此，晶界处各晶粒相互 制约晶界变形困难。
材料成型工艺学 金属塑性加工
二、模锻件的结构工艺性
1. 模锻件上必须具有一个合理的分模面 2. 零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工,
其它表面均应设计为非加工表面 (模锻斜度、圆角) 3. 模锻件外形应力求简单、平直和对称。避免截面间差别
过大, 薄壁、高筋、高台等结构 (充满模膛、减少工序) 4. 尽量避免深孔和多孔设计 5. 采用锻- 焊组合结构
自由锻设备：锻锤 — 中、小型锻件 液压机 — 大型锻件
在重型机械中,自由锻是生产大型和特大型锻件的 惟一成形方法。
1.自由锻工序 自由锻工序：基本工序 辅助工序 精整工序
(1) 基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求, 达
到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、
扭转、错移、切割 (2) 辅助工序
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
§3 金属的可锻性
金属的可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形 而不开裂的能力。
金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工 成形； 可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法 成形。
衡量指标：金属的塑性（ψ、δ ）； 变形抗力（σb、HB）。
塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。
金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
金属液态成型加工工艺
金属液态成型加工工艺第一篇：金属液态成型加工工艺第一篇:金属液态成型加工工艺第一章液态成型理论基础一、铸件的凝固方式金属的凝固过程是一个结晶过程，包括形核和晶体长大两个基本过程。
凝固组织对铸件的力学性能影响很大，一般情况下晶粒越细小均匀，铸件的强度、硬度越高，塑性和韧性越好。
铸件的凝固方式: 1)逐层凝固(流动性最好) 2)糊状凝固3)中间凝固，影响凝固方式的因素:1)合金的结晶温度范围2)铸件断面的温度梯度(温度梯度? 凝固区宽度?)二、液态金属的工艺性能液态金属的工艺性能称铸造性能，具体包括流动性、收缩性、吸气性、偏析等。
充型能力:金属液充满铸型型腔，获得轮廓清晰、形状准确的铸件的能力。
流动性越好，充型能力越强。
影响流动性的因素:1)合金成分2)合金种类3)浇注条件4)铸型的填充条件铸型的填充条件包括:(1)铸型的蓄热能力(蓄热系数)(2)铸型形状(3)铸型温度(4) 铸型中气体浇注条件:浇注温度和充型能力合金成分越远离共晶成分，结晶温度范围越宽，流动性越差。
三、合金的收缩1)液态收缩:液面下降2)凝固收缩:液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的根本原因3)固态收缩:铸件的外形尺寸减小;用线收缩率:产生铸造应力，变形、裂纹等的原因叙述缩孔的形成,缩松的形成,(书上有)4)缩孔和缩松的防止其产生使铸件的机械性能下降，甚至渗漏2缩松的防止1缩孔的防止: ?加压补缩 ?采用顺序凝固原则使铸件在压力下凝固，可显著减少经冒口充型、向冒口和内浇道方向凝固、最终将缩孔转移到冒缩口中、可获得致密的铸件，但使铸件各部分 ?再热节处安放冷铁活在局部砂温差大，易产生内应力。
冒口增加成本型表面涂敷激冷涂料，加大冷却速用于收缩大，凝固温度范围窄的合金度。
?合理确定浇注系统和浇注工艺 ?加大结晶压力，破坏树枝状晶浇注系统的位置影响铸型的温度分布，体，减少其对金属液流动的阻力进而影响其凝固顺序 ?合理应用冒口、冷铁、补贴，目的为使铸件顺序凝固3铸造应力铸造应力有热应力、收缩应力和相变应力。
塑性成形控形与控性技术发展概述
目录
一、引言
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术 高温锻造过程中空洞型缺陷的演变及其数值模拟
背景
二、概念
大锻件锻造的一个重要目的就是要创造合适的应力应变状 态，以闭合原始铸锭内部的空洞和疏松型缺陷，并通过高温保 压使缺陷焊合。
三、具体技术
解决的问题
如果锻件内任意一点有空洞型缺陷(给定缺陷体积百分比)
靠弯矩和剪力 剪切
目录
一、引言 二、概念
轧制
组织性能控制的发展
• 六七十年代，热处理及化学成分的调整； • 七八十年代，控轧方式实现强韧化； • 八十年代以后，控轧控冷技术实现强韧化；
• 至此，热机械控制工艺得到了广泛应用。
轧制过程及轧后冷却过程的组织演变规律是控轧控冷理论的基础 近年来，对轧制过程中钢材组织性能演变的模拟、预测与控制成 为国际材料研究的热点 随着现代物理冶金热变形技术、热机械处理技术和计算机技术 的兴起与发展使预测和控制合金热塑性变形过程中的组织演变 从而获得良好的最终机械性能成为可能，因而当今的塑性成形 正朝着控形控性即控制成形方向发展。 其基本思想是应用新的理论优化产品塑性成形工艺及后续热处 理工艺再应用现代控制技术控制塑性成形的全过程使产品的外 形尺寸及其组织结构和性能均在塑性成形过程中一次达到设计 要求。
塑性成形控形与控性技术发展
一
目录
二
三
目录
一、引言 二、概念
三、具体技术
目录
一、引言 二、概念
我国制造业现状
大而不强
三、具体技术
没有竞争力的 低附加值产品
高端装备
关键零 部件
目录
一、引言 二、概念
我国制造业现状
金属塑性成形原理期末复习
塑性指标：拉伸率δ和断面收缩率Ψ。 概 念： 金属在破坏前产生的最大
变形程度，即极限变形量。
H0 - Hk
塑性指标ε= ------------- ×100%（压缩法）
H0
塑性指标衡量金属塑性高低的指标。 塑性状态图及其应用 概念：表示金属塑性指标与变形温度及加载方式的关系曲线图形，简称塑性图。 应用：合理选择加工方法
静态回复 动态回复——主要通过位错的攀移、交滑移来实现。 2.再结晶
静态再结晶：利用金属变形余热发生 动态再结晶：热塑性变形过程中发生 亚动态再结晶：动态再结晶晶粒在热变形停止后的长大过程 (二)热塑性变形后金属组织和性能的变化 1.改善铸造组织，锻合内部缺陷 2.形成纤维组织 3 产生带状组织 超塑性的分类：恒温超塑性或第一类超塑性。
提高塑性的主要途径有以下几个方面： (1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性； (2)采用合适的变形温度—速度制度； (3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态； (4)避免加热和加工时周围介质的不良影响
第二节 金属的流动及其影响因素
第三节 金属塑性成形中的摩擦和润滑
几个基本概念 弹性(Elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆性。 塑性(Plasticity)：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 性的能力 屈服(Yielding)：开始产生塑性变形的临界状态 损伤(Damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程 断裂(Fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断的过程
一般讲，如果变形速度大，有没有足够时间完成塑性变形，金属的变形抗力会提高，塑 性降低。变形速度对塑性的影响概括为变形速度的增大，金属和合金的变形抗力提高； 随变形速度提高，塑性变化的一般趋势如图；变形速度对锻压工艺也有广泛的影响。
锻压比
3.2.1 塑性变形理论及假设
1 最小阻力定律
如果金属颗粒在几个方 向上都可移动， 向上都可移动，那么金属颗 粒就沿着阻力最小 阻力最小的方向移 粒就沿着阻力最小的方向移 这就叫做最小阻力定律 最小阻力定律。 动，这就叫做最小阻力定律。 圆形、方形、矩形截面上各 圆形、方形、矩形截面上各 质点在镦粗时的流动方向， 质点在镦粗时的流动方向， 方形截面镦粗后的截面形状。 方形截面镦粗后的截面形状。
热变形
变形温度在再结晶温度以上时， 变形温度在再结晶温度以上时，变形 产生的加工硬化 加工硬化被随即发生的再结晶所抵 产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵 消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组 而无任何加工硬化痕迹， 织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称 热变形。 为热变形。
钢丝变形模拟
加工硬化与再结晶
3.3.2.2 终锻模膛
终锻模膛的作用是： 终锻模膛的作用是：是使坯 料最后变形到锻件所要求的形状 和尺寸， 和尺寸，因此它的形状应和锻件 的形状相同。 的形状相同。 终锻模膛的尺寸应比锻件 尺寸放大一个收缩量。 尺寸放大一个收缩量。钢件收 缩量取1.5% 缩量取 沿模膛四周有飞边槽， 沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出 的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。 的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮 冲孔连皮。 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。
3.2.3 冷变形及热变形
冷变形
变形温度低于回复温度时， 变形温度低于回复温度时，金属在变形 过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象， 加工硬化而无回复与再结晶现象 过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象， 变形后的金属只具有加工硬化组织， 变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变 形称为冷变形 冷变形。 形称为冷变形。