材料成型原理
材料成型原理
材料成型原理
材料成型原理是指通过加工工艺将原始材料经过一定的变形、组合或者结合等方式，使其达到预期的形状、结构和性能的过程。
该原理涉及多种加工方式，如挤压、铸造、锻造、注塑等，每种方式都有自己独特的原理和应用领域。
挤压是一种常用的材料成型方式，通过将加热至熔融状态的材料通过模具的压力，使其在一定形状的模具孔中流动，并成型为所需的形状。
这种方式适用于制造管材、线材等长条状零件。
挤压的成型原理是利用材料在受到压力作用时的流动性，使其顺应模具的形状，并形成所需的截面形状。
铸造是一种将液态材料倒入铸型中形成所需形状的成型方式。
该方式适用于制造各种形状的零件。
铸造的成型原理是利用熔融态的材料具有流动性，通过将熔融金属或合金倒入模具中并冷却凝固，得到所需的形状。
锻造是一种通过加热金属材料至一定温度后施加压力使其塑性变形、改变原始形状、提高性能的成型方式。
该方式适用于制造各种形状的零件。
锻造的成型原理是通过应用压力改变材料的组织结构，使其粒子得到重新排列并获得更好的力学性能。
注塑是一种将熔融材料注入模具中形成所需形状的成型方式。
该方式适用于制造复杂形状的零件。
注塑的成型原理是将熔融态的材料注射进模具中，并通过冷却凝固，得到所需的形状。
以上是几种常见的材料成型方式及其成型原理，每种方式都有
其独特的应用领域和适用对象。
工程师们可以根据具体需求选择不同的成型方式，以实现材料的预期形状、结构和性能。
材料成型原理与工艺
04
材料成求极高，需要具备轻质、高强度、 耐高温等特性。材料成型原理与工艺的发展为航空航天领域 提供了更多的选择，如钛合金、复合材料等。
这些新型材料的应用有助于减轻飞机和航天器的重量，提高 其性能和安全性。
汽车工业领域的应用
随着环保意识的提高和新能源汽车的 兴起，汽车工业对轻量化材料的需求 越来越大。
件。
锻造工艺
01
02
03
04
自由锻造
利用自由锻锤或压力机对坯料 进行锻打，形成所需形状和尺
寸的锻件。
模锻
利用模具对坯料进行锻打，使 坯料在模具中形成所需形状和
尺寸的锻件。
热锻
将坯料加热至高温后进行锻打 ，使材料易于塑性变形。
冷锻
在常温下对坯料进行锻打，适 用于塑性较差的材料。
焊接工艺
熔化焊
压力焊
材料成型原理与工艺的发展使得汽车 零部件的制造更加高效、精确，如铝 合金、镁合金等轻质材料的广泛应用 ，有助于降低汽车能耗和排放。
能源领域的应用
能源领域如核能、太阳能等需要大量的特殊材料，如耐高 温、耐腐蚀的材料。
材料成型原理与工艺的进步为能源领域提供了可靠的材料 解决方案，如高温合金、耐腐蚀涂层等，有助于提高能源 利用效率和安全性。
材料成型原理与工艺
• 材料成型原理概述 • 材料成型工艺介绍 • 材料成型原理与工艺的发展趋势 • 材料成型原理与工艺的应用前景
01
材料成型原理概述
材料成型的基本概念
材料成型是通过物理或化学手 段改变材料的形状，以达到所 需的结构和性能的过程。
材料成型涉及多种工艺和技术， 如铸造、锻造、焊接、注塑等。
泡沫金属
通过在金属基体中引入孔洞，制备 出具有轻质、高比强度的泡沫金属 材料。
材料成型原理
材料成型原理材料成型是制造业中一项非常重要的工艺过程，它涉及到原材料的加工和成型，对于产品的质量和性能起着至关重要的作用。
在材料成型过程中，需要考虑材料的性质、成型工艺、设备和模具等多个因素，以确保最终产品能够满足设计要求。
首先，材料成型的原理是基于材料的塑性变形特性。
大多数材料在一定条件下都具有塑性，即可以在外力作用下发生形变而不破坏。
利用这一特性，可以通过加工成型将材料变成所需形状。
塑性变形的原理是在外力作用下，材料分子间发生相对位移，从而形成新的结构，使材料发生形变。
这种形变可以通过压力、拉伸、弯曲等方式来实现，从而得到所需的产品形状。
其次，材料成型的原理还涉及到材料的流变性能。
流变性能是材料在加工过程中的变形行为和变形特性，包括材料的屈服点、流变应力、流变指数等参数。
了解材料的流变性能可以帮助选择合适的成型工艺和设备，并且可以预测材料在成型过程中可能出现的问题，从而采取相应的措施进行调整和优化。
另外，材料成型的原理还与成型工艺和设备密切相关。
不同的成型工艺和设备对于材料的成型过程有着不同的影响。
例如，压铸、注塑、挤压等成型工艺都有其独特的特点和适用范围，需要根据产品的要求和材料的性质选择合适的成型工艺。
同时，成型设备的性能和精度也会直接影响到产品的质量和成型效率。
最后，材料成型的原理还包括模具设计和制造。
模具是实现材料成型的重要工具，它的设计和制造质量直接关系到产品的成型质量和精度。
模具的设计需要考虑材料的流动性、收缩率、成型温度等因素，以确保产品能够满足设计要求。
同时，模具的制造精度和表面处理也对产品的外观和尺寸精度有着重要影响。
综上所述，材料成型的原理涉及到材料的塑性变形特性、流变性能、成型工艺和设备以及模具设计和制造等多个方面。
只有充分理解和把握这些原理，才能够有效地进行材料成型工艺的设计和优化，确保最终产品的质量和性能达到预期要求。
材料成型原理
1 表面张力—表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。
表面张力是由于物体在表面上的质点受力不均匀所致。
2 粘度－表面上平行于表面切线方向且各方向大小相等的张力。
或作用于液体表面的应力τ大小与垂直于该平面方向上的速度梯度dvx/dvy的比例系数。
3 表面自由能(表面能)－为产生新的单位面积表面时系统自由能的增量。
4 液态金属的充型能力－液态金属充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力，即液态金属充填铸型的能力。
5 液态金属的流动性－是液态金属的工艺性能之一，与金属的成分、温度、杂质含量及其物理性质有关。
6 铸型的蓄热系数－表示铸型从液态金属吸取并储存在本身中热量的能力。
7 不稳定温度场－温度场不仅在空间上变化，并且也随时间变化的温度场稳定温度场－不随时间而变的温度场（即温度只是坐标的函数）：8 温度梯度—是指温度随距离的变化率。
或沿等温面或等温线某法线方向的温度变化率。
9 溶质平衡分配系数K0—特定温度T*下固相合金成分浓度CS*与液相合金成分CL*达到平衡时的比值。
10 均质形核和异质形核－均质形核(Homogeneous nucleation) ：形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，亦称“自发形核” 。
非均质形核(Hetergeneous nucleation) ：依靠外来质点或型壁界面提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”。
11、粗糙界面和光滑界面－从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置只有50％左右被固相原子所占据，从而形成一个坑坑洼洼凹凸不平的界面层。
粗糙界面在有些文献中也称为“非小晶面”。
光滑界面—从原子尺度上来看，固－液界面固相一侧的点阵位置几乎全部为固相原子占满，只留下少数空位或台阶，从而形成整体上平整光滑的界面结构。
也称为“小晶面”或“小平面”。
12 “成分过冷”与“热过冷”－液态合金在凝固过程中溶质再分配引起固－液界面前沿的溶质富集，导致界面前沿熔体液相线的改变而可能产生所谓的“成分过冷”。
材料成型原理
材料成型原理材料成型是制造业中非常重要的一环，它涉及到材料的加工、塑性变形和成型工艺等多个方面。
在材料成型过程中，需要考虑材料的性能、成型工艺、成型设备等多个因素，以确保最终产品的质量和性能。
本文将就材料成型的原理进行详细介绍。
首先，材料成型的原理是基于材料的塑性变形特性。
在材料成型过程中，通过施加外力或者温度对材料进行塑性变形，使其产生所需形状和尺寸。
这需要材料具有一定的塑性，能够在外力作用下发生形变，而不会破坏其结构。
因此，材料的成型性能是材料成型的基础。
其次，材料成型的原理还与成型工艺密切相关。
不同的成型工艺对材料的成型原理有着不同的要求。
例如，在压铸工艺中，需要将熔化的金属注入模具中，通过高压使其充填模腔并形成所需的零件。
而在挤压工艺中，需要将金属坯料通过模具的缝隙挤压成所需形状的截面。
因此，不同的成型工艺对材料的成型原理有着不同的要求。
此外，成型设备也是影响材料成型原理的重要因素。
成型设备的性能和精度直接影响着材料的成型质量。
例如，对于注塑成型设备，需要具备一定的射出压力和温度控制能力，以确保熔化的塑料材料能够充分填充模腔并形成完整的产品。
因此，成型设备的选择和使用对材料成型原理具有重要影响。
综上所述，材料成型原理是基于材料的塑性变形特性，同时受到成型工艺和成型设备的影响。
只有充分理解材料成型的原理，才能够选择合适的工艺和设备，确保最终产品的质量和性能。
在实际生产中，需要根据不同的材料和产品要求，灵活运用各种成型原理，以满足不同的生产需求。
希望本文能够对材料成型原理有所启发，为相关领域的工作者提供一定的参考和帮助。
材料成型原理
绪论塑性变形要点：1，外力作用；2，永久变形；3，材料没有被破坏。
塑性成型：利用塑性，外力作用，获得尺寸形状，提高一定的力学性能。
特点：生产效率高，易于大批量生产；改善组织结构和性能，金属纤维不会被切断，可获得细小的晶粒；材料利用效率高；尺寸精度高；热成型：在再结晶温度以上的成型。
铅再结晶温度低于室温（20摄氏度）。
板料成型一般为冷成型（精度高），不是绝对的。
高强钢板成型，先热加工，再蘸火，改善组织。
还有温成型，等温成型（磨具温度与胚料温度一样。
）理论基础：屈服：弹性变形到塑性变形的初始阶段。
屈服准则：任务：阐明塑性成型的规律，学习工艺，金属学的基础，应力应变关系和屈服准则等；塑性成型时金属的流动规律和变形的特点，影响流动的因素；掌握几种简单的解法。
合金：两种或两种以上的金属构成，具备原来金属不具备的性质。
固溶体：单相合金，多相合金：单晶体：多晶体：许多的大小、位相不同的单晶组成，各向同性的，除非经过扎制等；各个晶粒变形不同，变形的不均匀性和协调性。
晶界和晶内：（晶界）室温强度较高，有杂质汇聚；扩散速度快，能量较高；熔点低于晶内；变形相互协调。
晶内变形：滑移、孪生。
滑移：变形由切应力产生，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面和晶向产生相对的滑移。
滑移面：原子最密排面（密度大），面与面距离大，易沿着这个面滑移。
滑移系：滑移面和面上的一个滑移方向。
阻碍作用：晶界阻碍、相邻晶粒的阻碍。
取向因子：软取向：45°硬取向：临界值相同：同一材料孪生：滑移优先于孪生变形，孪生变形量小，为一个补充的变形方式。
晶间变形：晶粒转动晶界变形：外力大，利用来提高综合性能。
合金的变形：固溶体：化合物：滑移是一种基本的变形方式,孪生为其补充方式。
细化晶粒，晶粒增加，晶界增加，变形抗力增加；裂纹扩展较难；变形在更多的晶粒内出现，更均匀。
加工硬化：金属的热变形：温度的确定：与再结晶温度经行比较，铅在室温下成型为热成型。
材料成型原理
材料成型原理材料成型是指将原材料通过一定的加工工艺，使其获得所需形状和尺寸的过程。
成型工艺是制造业中非常重要的一环，它直接影响着制品的质量、成本和生产效率。
在材料成型过程中，原材料经历了多种力的作用，使得其内部结构发生变化，最终形成所需的产品。
本文将围绕材料成型原理展开讨论。
首先，材料成型的原理可以分为两种基本类型，一种是塑性变形，另一种是非塑性变形。
塑性变形是指在材料受到外力作用下，其形状和尺寸发生永久性变化的过程。
而非塑性变形则是指在材料受到外力作用下，其形状和尺寸发生弹性变化，当外力消失后，材料会恢复到原来的形状和尺寸。
这两种变形方式在材料成型过程中起着至关重要的作用。
其次，材料成型的原理还涉及到材料的流变性质。
材料的流变性质是指在受到外力作用下，材料的形变和应力之间的关系。
不同材料的流变性质各不相同，这直接影响了材料在成型过程中的变形行为。
例如，金属材料通常具有良好的塑性，能够在一定条件下产生塑性变形，而陶瓷材料则通常具有较差的塑性，容易发生开裂和破碎。
另外，材料成型的原理还包括了成型工艺中的温度、压力和速度等因素。
这些因素直接影响着材料的变形行为和成型过程中的能量转化。
在成型过程中，适当的温度可以使材料更容易发生塑性变形，而过高或过低的温度则可能导致材料的不均匀变形或者开裂。
同时，适当的压力和速度也能够有效控制材料的成型过程，保证成型产品的质量。
总的来说，材料成型原理是一个涉及多方面知识的复杂系统工程，它需要结合材料科学、力学、热学等多个学科的知识。
只有深入理解材料成型的原理，才能够更好地掌握成型工艺，提高产品的质量和生产效率。
希望本文能够为您对材料成型原理有更深入的了解提供帮助。
材料成型原理
材料成型原理
材料成型是指通过施加力使材料发生塑性变形，最终将其形成所需的形状和结构的加工过程。
材料成型原理主要包括塑性变形原理、流变性原理和热力学原理。
首先，塑性变形原理是指在加工过程中，通过施加外力，使材料的形状和结构发生塑性变化。
材料在外力作用下，内部的晶格结构发生变化，原子和分子之间的间距发生改变，从而使材料在塑性变形时能够保持一定的变形。
塑性变形的主要特点是具有可逆性和延展性，材料可以通过外力的作用重新回复到原来的形状。
其次，流变性原理是指材料在加工过程中具有流动性的特点。
材料的塑性变形是在材料内部原子和分子之间的相互作用力的作用下进行的，这种相互作用力与材料的成分、结构和处理状态等多种因素有关。
材料在受力作用下会发生流动，流变性的大小取决于材料的粘度和塑性变形时的应变速率。
最后，热力学原理是指在材料成型过程中，热量的传导和转化对塑性变形和流变性的影响。
材料在受力作用下会产生热量，而热量的传导和转化又会对塑性变形和流变性产生影响。
例如，在金属材料的锻造加工中，受力作用下会产生大量的热量，而热量的传导又会使材料的温度升高，从而影响材料的塑性变形和流变性。
总之，材料成型原理是在外力的作用下，通过塑性变形、流变性和热力学的相互关系，实现材料的形状和结构的加工过程。
了解和掌握材料成型原理，可以指导材料加工和制造过程的设计和优化，提高材料的性能和加工效率。
- 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)。
塑性加工力学
1 应力分析
1.3 主平面、主应力、主方向
塑性加工力学
1 应力分析
应力张量、应力偏张量、应力球张量：
应力张量等于应力偏张量+应力球张量。 应力偏张量：只能使物体产生形状变化，而不能产生体积变化。应力球张 量：不能使物体产生形状变化和塑性变形，而只能产生体积变化。
xx yx zx
ij xy yy zy
xz
yz
zz
xx
材料成型原理
塑性加工力学
1 应力分析
1.1 应力张量
物体所承受的外力可以分成两类： 一类是作用在物体表面上的力，叫做面力或接触力，它可 以是集中力，但更一般的是分布力； 二类是作用在物体每个质点上的力，叫做体力。
内力： 在外力作用下，物体内各质点之间就会产生相互作 用的力。
应力：单位面积上的内力。
m
yx
xy yy m
zx zy
0
m
0
m
0
0
xz
yz
zz
m
0
0
m
塑性加工力学 1.2 直角坐标系中一点的应力状态
1 应力分析
应力分量 设在直角坐标系中有一承受任意力系的物体，物体内有一
任意点Q，围绕Q切取一矩形六面体作为单元体，其棱边分 别平行于三根坐标轴。取六面体中三个相互垂直的表面作为 微分面，如果这三个微分面上的应力都可以通过静力平衡求 得。这就是说，可以用质点在三个相互垂直的微分面上的应 力来完整地描述该质点的应力状态。
1 应力分析
展开行列式得到应力状态特征方程， J1,J2,J3为应力张量不变量：
3J1 2J2J30
主应力求解
解方程即得三个根，即为主应力及
主方向： 1,2,3
解方程组即得主方向l,m,n：
(x )l yxmzxn 0 xyl (y )mzyn 0 xzl yzm(z )n 0
1 0 0
ij
塑性加工力学
1 应力分析
主方向l,m,n应满足方程组：
质点在任意切面 上的应力
(x )l yxmzxn 0 xyl (y )mzyn 0 xzl yzm(z )n 0
对于线性齐次方程组，非零解条件：：
x yx zx xy y zy 0 xz yz z
塑性加工力学
上述三个微分面上的应力都可以按坐标轴的方向分成三 个分量。由于每个微分都与一坐标轴面垂直而与另两坐标轴 平行，故三个应力分量中必有一个是正应力分量，另两个则 是剪应力分量因此一般情况下，一点的应力状态应该用九个
应力分量来描述，如图4-2所示。
塑性加工力学
预备知识:
l cos(N, x) cos mcos(N, y) cos
0
2
0
0 0 3
塑性加工力学
1 应力分析
1.3 主平面、主应力、主方向
主应力求解
三、主平面、主应力主方向 如果点应力状态的应力分量已确定，那么微分面ABC上
的正应力σ及剪应力τ都将随法线N的方向，也即随l、m、n的 数值而变。 主平面：τ =0的微分面叫做主平面，假如N在某一方向时，微 分面上的τ =0，这样的特殊微分面就叫做主平面； 主应力：，主平面面上作用的正应力即为主应力（其数值有时 可能为0）。 应力主方向：主平面上的法线方向则称为应力主方向或应力主 轴。
塑性加工力学
1.1 应力张量
xx yx zx
ij xy yy zy
xz
yz
zz
应力正负判断标准： 正平面，正方向；应力为正； 正平面，负方向；应力为负； 负平面，正方向；应力为负； 负平面，负方向；应力为正；
1 应力分析
yx xy yz zy zx xz
2S22
塑性加工力学
1 应力分析
S 如果S为主应力：
S x S cos( S , x) S y S cos( S , y ) S z S cos( S , z )
质点在任意切面 上的应力
Sx l Sy m
Sz n
代入下式，得： Sx xl yxm zxn
S y xyl ym zyn Sz xzl yzm zn
l2 m2 1
OAcB o s AcB o N ,x sA B l O B AcB o s AcB o N ,y sA B m
二维坐标系推广到三维坐标系
1 应力分析
y
A
x
N
xy
x
O yx
y
B
塑性加工力学
1 应力分析
1.2 直角坐标系中一点的应力状态
质点在任意切面上的应力。取质点Q（单元体）如图（图4-3），则该
现以单向均匀拉伸为例（如图4-1）进行分析。
塑性加工力学
1.1 应力张量——单向拉伸
SF0 c PosF P 0co s0cos
Scos 0 cos2 Ssin 120 sin2
当 4 时 5取 ， m a0 .x 50
1 应力分析
塑性加工力学
1.1 应力张量
1 应力分析
xx yx zx 在 x 方向 xy y zy 在 y 方向 xz yz z 在 z 方向 在在在 x yz 平平平 面面面
塑性加工力学
1 应力分析
1.2 直角坐标系中一点的应力状态
质点在任意切面 上的应力
静力平衡：
P x Sc d S o ,x F ) s x Q ( y B Q x C z A x Q C 0 A
P x S x d F x ld y F m x d zn xF d 0F
同理：
Sxxlym x zx n
Sx xl yxm zxn Sy xyl ym zyn Sz xzl yzm zn
塑性加工力学
1 应力分析
1.2 直角坐标系中一点的应力状态
质点在任意切面 上的应力
S2Sx2Sy2Sz2
SxlSymSzn
xl2 ym2 zn2
2(xylmyzmnzxnl)
微分面上的应力就是质点在任意切面上的应力，它可通过四面体QABC的静 力平衡求得。
lco N ,s x)(m ,co N ,s y)(n ,co N ,s z) l2m 2n2 1
dF ABC
dF
x
QBC
ldF
dF
y
QAC
mdF
dF z QAB ndF
P SxSd co F S,x s) (SxdF