优选第四章塑性成形及工艺控制
材料金属塑性成型工艺设计与工艺制度
03
CHAPTER
材料金属塑性成型工艺制度
温度制度
加热制度
根据金属材料的种类、性能和成型工艺要求，确定合理的加热温度、加热时间和加热方式 ，以保证金属坯料在塑性变形过程中具有良好的塑性和成型性能。
04
CHAPTER
材料金属塑性成型工艺设计 优化
工艺参数优化
温度控制
根据金属材料的特性，合理设定加热和冷却温度，以获得最佳的 塑性和成型效果。
压力调整
根据产品形状和尺寸，调整成型压力，确保金属材料在压力作用 下充分流动和填充模具。
时间控制
合理设定每个成型阶段的停留时间，以保证金属材料在最佳温度 和压力下完成塑性变形。
材料金属塑性成型工艺应用 与发展
传统塑性成型工艺应用
锻造
通过施加外力使金属材料发生塑性变 形，以获得所需形状和性能的工艺。
轧制
通过旋转轧辊对金属材料施加压力， 使其在压力下发生塑性变形，从而获 得所需规格和形状的工艺。
挤压
通过施加外力使金属材料通过一个模 具，使其发生塑性变形，从而获得所 需形状和性能的工艺。
拉拔
通过拉力使金属材料发生塑性变形， 以获得所需规格和形状的工艺。
新型塑性成型工艺发展
精密塑性成型
通过高精度模具和精确控制工艺参数， 实现金属材料高精度、高质量的塑性成
型。
环保塑性成型
采用环保材料和工艺，减少对环境的 污染和资源消耗，实现可持续发展。
高效塑性成型
采用先进的工艺和设备，提高金属材 料的塑性成型效率，降低生产成本。
自由锻工艺设计需要遵循一定的原则，如合理选择锻造温度、变形程度和冷却速度 等，以获得最佳的锻造效果。
工程材料与机械制造基础课件：塑性成形-
2）雙晶： 雙晶亦叫孿晶。雙晶是晶體在外力作用下晶格的一部
分相對另一部分發生轉動。 未變形部分和變形部分的交界面稱為雙晶面。在雙晶
面兩側形成鏡面對稱，如圖3-3所示。
3.1.1 塑性成形的實質
雙晶面
在鍛壓生產中，還應注意使鍛造流線盡可能沿著零件的外形 輪廓分佈，並在切削加工過程中保持鍛造流線不被切斷，使材料 的力學性能得到最充分的發揮。
如圖3-8a)為模鍛鉤，流線分佈合理，使用壽命長，且材料 消耗少，而圖3-8b)是用板材直接切削加工出的拖鉤，拖鉤內側流 線組織被切斷，使用時容易沿切斷處斷裂。
塑性成形 概述
常見的塑性加工方法：
P
P
1 1
2
2
3
3
P 1
2
3
4
a) 自由鍛
b) 模鍛
c) 擠壓
1. 錘頭 2. 坯料 3. 下抵鐵 1. 上模 2. 坯料 3. 下模 1. 擠壓筒 2. 沖頭3. 坯料 4. 擠壓凹模
塑性成形 概述
1
1
1
2
2
2
3
4
d) 拉拔
1. 拉拔模 2. 坯料
e) 軋製
1. 軋輥 2. 坯料
一般金屬的某一質點移動時阻力最小的方向是通 過該質點向金屬變形部分的周邊所作的法線方向，因 為質點沿此方向移動的距離最短，所需的變形功最小。
3.1.4 塑性成形基本規律
2. 最小阻力定律
塑性變形時金屬各質點首先向阻力最小方向移動， 稱為最小阻力定律。
一般金屬的某一質點移動時阻力最小的方向是通 過該質點向金屬變形部分的周邊所作的法線方向，因 為質點沿此方向移動的距離最短，所需的變形功最小。
金属材料塑性精确成形工艺及理论
3.1 金属塑性成形种类与概述
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5
金属塑性成形在国民经济中的地位 金属塑性成形方法的分类 金属塑性成形方法的现状 金属塑性成形方法的最新进展 金属塑性成形方法的发展方向
3.1.1金属塑性成形在国民经济中的地位
金属塑性加工是金属加工方法之一。它是利用金属的 塑性，通过外力使金属发生塑性变形，成为具有所要求的形 状、尺寸和性能的制品的加工方法。因此，这种加工方法也 称为金属压力加工或金属塑性加工。
(3)数据优化。测量所得的数据文件通常非常庞大，往往被形象地称 为数据云或者海量数据需要对测量数据进行优化处理，主要问题有: 如何合理的分布数据点，在尽量保有各种特征信息的基础上合理简 化数据；如何使数据真实反映形面的保凸特性；如何减少人工交互， 提高数据区域划分中的自动化与效果。
(4)曲面重构研究。在反算控制点时仍然存在反算标准及精度的问题； 对于起伏剧烈的数据点群，使用单块曲面描述会有较大差异；如何 解决有关曲面重构算法的有效性、效率以及误差问题曲面在三角离 散和层切时的不确定性问题等。
基于知识的工程设计
(Knowledge Based Engineering， KBE)
KBE (Knowledge Based Engineering， KBE)是面向工程开发，以提高市场竞争域异构知识系统和多种描述形式知 识集成的分布式开放设计环境，并获得创新 能力的工程设计方法。
反求工程
以实物模型为依据来生成数字化几何模型 的设计方法即为反求工程。反求工程并不是一 种创造性的设计思路，但是通过对多种方案的 筛选和评估，有可能使其设计方案优于现有方 案，并且缩短方案的设计时间，提高设计方案 的可靠性反求工程是产品数字化的重要手段之 一，作为21世纪数字化塑性成形技术的重要 环节，反求工程这种思想对于消化吸收国外模 具设计的先进技术，提高我国的模具设计水平 具有重要的意义。
塑性成形工艺与模具设计(最简明)
第一章塑性成形（塑性加工、压力加工）：金属材料在一定的外力作用下，利用金属的塑性而使其成形为具有一定形状及一定力学性能的加工方法。
塑性成形工艺与其他加工工艺相比，特点：1、材料利用率高2、力学性能好3、尺寸精度高4、生产效率高塑性成形工艺的分类按加工对象的属性：一次塑性加工（轧制、挤压、拉拔等）、二次塑性加工按塑性成形毛坯特点：体积成形（块形成形）、板料成形轧制：纵轧、横轧、斜轧挤压（坯料后端施加压力）：正挤压、反挤压、复合挤压拉拔（坯料前端施加压力）板料成形（冲压、冷冲压、板料冲压），按性质分为：分离工序（落料、冲孔、切断、切边、剖切等）、成形工序（弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压等）体积成形，分为锻造（自由锻、模锻）、挤压（开式模锻、闭式模锻）自由锻，主要用于单件、小批量生产、大锻件生产或冶金厂开坯。
冲压工艺分类按变形性质分类：1、分离工序2、成形工序*按基本变形方式分类：1、冲裁2、弯曲3、拉深4、成形*按工序组合形式分类1、简单工序2、组合工序（1、复合冲压2、连续冲压3、连续-复合冲压）板料成形的失稳现象：拉伸失稳（板料在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂）压缩失稳（板料在压应力作用下出现起皱）*板料冲压成形性能影响较大的力学性能指标：1、屈服强度σs(小好)2、屈强比σs/σb（小好）3、伸长率4、硬化指数n硬化指数：单向拉伸硬化曲线可写成σ=cε^n，其中指数n即为硬化指数，表示在塑性变形中材料的硬化程度。
*Q：什么叫加工硬化和硬化指数?加工硬化对冲压成形有有利和不利的影响？A：加工硬化：指随着冷变形程度的增加，金属材料的强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降的现象。
优：由于加工过硬化使变形抗力提高，又提高了材料承载能力。
缺：加工硬化变形越大，会使断面在局部地方易形成缩颈，容易被拉断不利于成形。
5、厚向异性系数γ（大好）厚向异性系数越大，表示板料越不易在厚度方向上产生变形，不易出现变薄和增厚。
塑性成型工艺与模具设计重点
1塑性成形定义：金属材料在一定的外力作用下，利用金属的塑性使其成形为具有一定形状及一定力学性能的加工方法。
分类：一次塑性加工（轧制、挤压、拉拔），二次塑性加工{板料成形[分离工序(落料、冲孔、切断、切边、剖切等)、成型工序（弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压）]，体积成形(锻造{自由锻、模锻}(开式、闭式))、挤压))2冲压定义：它是利用冲模在压力机上对金属（或非金属）板料施加压力使其分离或变形，从而得到一定形状，并且满足一定使用要求的零件的方法。
分类：按变形性质分分离和成形分类：按基本变形方式分冲裁、弯曲、拉深、成形；按工序组合分简单和组合工序（复合工序、连续工序、连续—复合工序）。
3板料力学性能与冲压成形性能的关系：板料对冲压成形工艺的适应能力称为板料的冲压成形性能。
板料在成形中可能出现两种失稳，一种是拉伸失稳，即局部缩颈或断裂；另一种是压缩失稳，即拉力下的起皱。
失稳前可达到最大变形程度叫做成形极限，分为总体成形极限和局部成形极限。
成形极限越高板料冲压性能越好。
板料的冲压成形性能，应包括抗破裂性、贴模性、贴模性是指在中压中取得与磨具形状一致的能力。
成形过程中发生的起皱、塌陷等缺陷均会降低贴模性。
定型性是指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。
影响定型性的因素是回弹，零件脱模后回弹会造成尺寸误差。
贴模性和定型性是决定零件形状和尺寸精度的重要因素。
主要用抗破裂性作为评价板料冲压性能的指标。
板料力学性能指标与板料冲压性能有密切关系。
强度指标越高，产生相同变形量所需的力越大;塑性指标越高，成型时所能承受的极限变形量越大；刚性指标越高成型时抗失稳能力越大。
4板料冲压成形性能影响较大的力学性能指标屈服强度屈服强度小，材料容易屈服，则变形抗力小，压缩变形时不易出现起皱屈强比屈强比小说明值小而值大，即容易产生塑性变形而不易产生拉裂伸长率拉伸实验中，试样拉断时的伸长率硬化指数n：单向拉伸硬化曲线可写成，其中指数n即为硬化指数，表示在塑性变形中材料的硬化度。
[农学]塑 性 成 形
![[农学]塑 性 成 形](https://img.taocdn.com/s3/m/8ba7dae6dc3383c4bb4cf7ec4afe04a1b171b05c.png)
第五节 锻压件结构工艺性
一、自由锻锻件的结构工艺性
第五节 锻压件结构工艺性
第五节 锻压件结构工艺性
第五节 锻压件结构工艺性
第五节 锻压件结构工艺性
第五节 锻压件结构工艺性
二、模锻件的结构工艺性 有合理分模面； 应设计模锻斜度、模锻圆角； 零件外形力求简单、平直、对称； 尽量避免窄沟、深槽、深孔、多孔； 形状复杂件应采用锻焊结构。
3. 影响金属流动的因素 （1）挤压筒壁上的摩擦力 （2）筒温 （3）金属导热性 （4）润滑剂的绝热性 （5）合金相状态 （6）金属的强度 （7）模角 （8）变形程度
三、挤压工具
(a) 平模
（b）平流模
(c) 双锥模
(d) 锥模
(e) 平锥模
(f) 碗形模
第三节 拉拔加工
一、拉拔原理、方法、特点 1. 定义：
在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产 生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的 制品的加工方法，称之为拉拔（或称为拉伸）。 是生产管材、棒材、型材及线材的主要方法之 一。
坯料
dN
dN
dN
dT
dN
r
l
dT
P
r
坯料
l
坯料
拉拔成形原理示意图
2. 拉拔方法 实心材拉拔—棒材、型材、线材 空心材拉拔—管材
一般模锻：模具直线运动 辊锻：模具旋转运动 轧制：轧辊整个圆周都是工作部分，采用长
坯料 辊锻：只有扇形模一部分工作，短坯料
轧辊 坯料
辊锻模
辊锻示意图
特点：
（1）连续的静压过程，无冲击和振动。 变形实质是坯料的拔长。
（2）生产率高。 （3）节约金属材料。 （4）设备结构简单。 （5）劳动条件好，易实现机械化和自动
材料的塑性成形工艺
材料的塑性成形工艺引言塑性成形是一种常见的材料加工工艺，通过施加力量使材料发生形变，以获得所需的形状和尺寸。
塑性成形工艺包括冷拔、冷加工、锻造、挤压、拉伸等多种方法。
本文将介绍几种常见的材料塑性成形工艺及其特点。
一、冷拔1.1 工艺流程冷拔是一种拉伸加工的方法，主要用于金属材料。
其工艺流程包括以下几个步骤：1.选材：选择合适的原材料进行冷拔加工。
2.加热：将材料加热至适当的温度，以提高其塑性。
3.均质化处理：通过变形和退火等处理方法，使材料组织更加均匀。
4.拉拔：将材料拉伸至所需的形状和尺寸。
5.精整：通过切割、修整等方法，使成品达到要求的尺寸。
1.2 特点冷拔工艺具有以下特点：•成品尺寸精度高，表面质量好。
•可加工各种材料，包括金属和非金属材料。
•可以提高材料的强度和硬度。
二、冷加工2.1 工艺流程冷加工是一种在常温下进行的成形加工方法，常用于金属材料。
其工艺流程包括以下几个步骤：1.选材：选择合适的原材料进行冷加工。
2.切削：通过刀具对材料进行切削加工。
3.成型：通过冷加工设备对材料进行压制、弯曲、卷曲等成型操作。
4.精整：通过修整、研磨等方法，使成品达到要求的尺寸和表面质量。
2.2 特点冷加工具有以下特点：•成品尺寸精度高，表面质量好。
•可以加工多种材料，包括金属和非金属材料。
•部件形状复杂度高，适用于精密加工要求较高的产品。
三、锻造3.1 工艺流程锻造是一种通过施加压力将材料压制成所需形状的工艺方法。
其工艺流程包括以下几个步骤：1.选材：选择合适的原材料进行锻造。
2.加热：将材料加热至适当的温度，以提高其塑性。
3.锻造：通过锻造设备施加压力，将材料压制成所需形状。
4.精整：通过修整、热处理等方法，使成品达到要求的尺寸和性能。
3.2 特点锻造具有以下特点：•可以加工各种金属材料，包括高温合金和非金属材料。
•成品强度高，韧性好。
•高生产效率，适用于大批量生产。
四、挤压4.1 工艺流程挤压是一种将材料挤压成所需截面形状的塑性成形工艺。
塑性成形技术重点内容
第一部分绪论一、塑性成形工艺分类1一次塑性加工：轧制、挤压、拉拔等工艺，是生产型材、板材、线材、管材的加工方法。
2二次塑性加工：以一次塑性加工获得的型材、板材、线材、管材、棒材为原材料进行再次塑性成形——冲压、锻造。
第二部分冲压工艺一、冲压加工三要素：1冲压设备2模具3原材料二、冲压工艺分类：1按变形性质分：⑴分离工序——被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。
⑵成形工序——被加工材料在外力作用下仅仅产生塑性变形，得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称成形工序。
2按变形方式分：冲裁、弯曲、拉深、成形。
3按工序组合形式分：⑴复合冲压⑵连续冲压⑶连续-复合冲压三、板料力学性能与冲压成形性能的关系1两种失稳状态：⑴拉伸失稳——板料在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂。
⑵压缩失稳——板料在压应力作用下出现起皱。
2衡量冲压成形性能的标准——破裂性、贴模性、定形性。
⑴冲压成形性能——板料对冲压成形工艺的适应能力。
⑵贴模性——板料在冲压过程中取得与模具形状一致性的能力。
影响贴模性的因素是起皱、塌陷。
⑶定形性——零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。
影响定形性的主要因素是回弹。
3板平面各向异性指数△γ△γ↑，表示板平面内各向异性↑，拉深时在零件端部出现不平整的凸耳现象，必须进行修边处理。
第三部分锻造工艺第一章热锻（P239）一、锻造分类1按变形温度：热锻、温锻、冷锻2按作用力来源：①手工锻造②机械锻造：自由锻模锻胎膜锻特种锻造胎膜锻——在自由锻设备上采用活动模具成形锻件的方法。
二、锻前加热(P242)1目的：↑塑性，↓变形抗力，使之易于流动成形并获得良好的锻后组织。
2加热方法：⑴火焰加热⑵电加热：①感应电加热②接触电加热③电阻炉加热⑶少无氧化加热：精锻生产中，实现少无氧化加热的加热方法：①快速加热②介质保护加热③少无氧化火焰加热三、锻造温度范围选择原则（P245~246）1始锻温度T始：AE线以下150~250℃，尽可能高，但不能过高2终锻温度T终：①碳钢：T终≧A1线②亚共析钢：T终=A3+15~50℃（800℃左右），尽可能低，但不能过低③共析钢和过共析钢： A1+50~70℃≤T终≤Acm线参见P246图9-9四、加热缺陷（P247）1氧化：生成氧化铁（氧化皮）2脱碳：表面含碳量↓，变软3过热：强度和韧性↓定义：当毛坯加热温度超过始锻温度或毛坯在高温下停留时间过长，都会引起奥氏体晶粒迅速长大，即过热。
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➢模型锻造的特点：见书109-112页
➢录像：锤上模锻、平锻机上模锻、压力机上模锻
锻造
锻造
冲压
➢冲压定义及特点:见书113页 ➢冲压用原料：板料、条料和带料，具体材料种类：书113页。 ➢冲压用设备: 剪床和冲床； ➢板料冲压基本工序:
1) 分离工序：见表3.4 冲裁间隙的影响：合理、过大和过小
➢轧制： 1）定义：书91页
纵轧
2）分类：
横轧 斜轧
辊锻轧制 碾环轧制
锲横轧等 3）轧制过程及产品的质量控制
轧制和挤压
第3章 金属压力加工
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
控制轧制：控制加热温度、 控制轧制温度、控制变形程 度、控制轧后冷却速度
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
锻造
➢锻造定义:见书102页打铁和锻造自动生产线 ➢分类: 自由锻造和模型锻造 ➢自由锻造:
1) 基本工艺过程:设计锻件图下料加热锻造冷却 及热处理锻件清理 动画：余块和余量、镦粗、拔长
2）基本工序: 见表3.1 3）特点:具有通用性、生产锻件的质量范围大 ➢录像：锤上自由锻
锻前加热和锻后冷却对锻件质量的影响：
2）变形工序：见表3.5和图3.6、3.7、3.8、3.9和3.10 ➢其它冲压成形方法：旋压成形、爆炸成形和电磁成形
冲压
特种塑性成形加工
➢精密模锻： ➢粉末热锻： ➢特种轧制： ➢高能率成形：爆炸成形＼电液成形＼电磁成形 ➢超塑性成形：
1）超塑性： 2）和普通模锻的主要差别：图3.5和表3.3 3）超塑性模锻的工艺优势：见书125页。
特种塑性成形加工
爆炸成形： 1)成形原理 2)应用特点
特种塑性成形加工
电液成形： 1)成形原理 2)应用特点
特种塑性成形加工
电磁成形： 1)成形原理 2)成形方法
特种塑性成形加工
常见压力加工方法
锻造 板料冲压 轧制 挤压
基本介绍
重庆大学开发的镁合金板材和大型特种型材
基本介绍
部分挤压出的薄壁中空特种型材（材料：AZ31）
金属的塑性加工成形性
➢ 金属的塑性加工成形性：衡量金属在外力作用下发生塑性变形
而不易产生裂纹的能力，其是金属重要的工艺性能之一，受金 属材料的成分、组织、性能及压力加工的方法和条件影响。
➢ 塑性加工的分类：热加工和冷加工（热成形性能和冷成形性能） ➢ 金属的可锻性：用来衡量材料在热状态下的成形性能。表示材
料在热状态下经受压力加工时塑性变形的难易程度。 可锻性一般用金属的塑性和变形抗力来衡量。 影响可锻性的因素：金属的成分、组织和加工条件
变形温度、变形速度和应力状态
➢金属冷成形性的影响因素：力学性能参量＼冶金因素
锻造
锻造
锻造
➢模型锻造定义: 模锻过程 ➢基本生产工艺过程：确定变形工步设计模膛选择模锻
设备确定坯料加热规范安排切边 冲孔、修整、热处理和检验等。
➢设计锻模及模膛：分型面选择
1）模膛分类：制坯模膛和模锻模膛（对于形状复杂、要 求高的锻件，还可分为预锻模膛和终锻膛）
2）模膛的布置：制坯模膛和模锻模膛可单独，也可布置 在同一锻模上（见下页图）
第四章塑性成形及工艺控制
基本介绍
➢压力加工简要介绍:
压力加工是指在不破坏金属自身完整性的条件下,利用外力作 用使金属产生塑性变形,从而获得具有一定形状、尺寸和机械 性能的毛坯或零件的加工方法。其主要依靠金属具有的塑性 变形能力对金属进行加工，又称为塑性加工。
➢特点及应用：见书87页。
➢录像及动画: 塑性变形过程示意和多晶体塑性变形.
轧制和挤压
➢挤压： 1）定义：书97页 正挤压
动画：正挤压空心件和实心件
反挤压 3）分类： 复合挤压
径向挤压 静液挤压等 3）挤压的特点及其制品的质量控制：
热挤压 冷挤压 温挤压
轧制和挤压
轧制和挤压பைடு நூலகம்
轧制和挤压
轧制和挤压
➢拉拔： 1）定义：书100页 2）特点：书101页 3）动画：拉拔和冷变形加工硬化