金属塑性成形工艺技术
金属塑性成形
02
金属塑性成形的原理
金属塑性变形的物理基础
01
金属塑性变形的基本概念
金属塑性成形是通过外力作用使金属材料发生塑性变形，从而获得所需
形状和性能的过程。
02
金属的晶体结构与塑性变形
金属的晶体结构是影响其塑性变形行为的重要因素。金属的晶体结构决
定了其塑性变形的机制和特点。
03
温度对金属塑性变形的影响
塑性成形过程中的缺陷与控制
在塑性成形过程中，由于各种因素的影响，可能会出现裂纹、折叠、夹杂等缺陷。为了获得高质量的产 品，需要了解这些缺陷的形成原因，并采取相应的措施进行控制和预防。
03
金属塑性成形的方法
自由锻成形
总结词
自由锻成形是一种金属塑性加工方法，通过锤击或压力机等 工具对金属坯料施加外力，使其发生塑性变形，从而获得所 需形状和尺寸的金属制品。
随着科技的发展，精密金属塑性成形技术逐渐兴起，如精密锻造、精密轧制、精密冲压等 ，这些技术能够制造出更高精度、更复杂形状的金属零件。
数值模拟与智能化技术
近年来，数值模拟与智能化技术在金属塑性成形领域得到了广泛应用，通过计算机模拟技 术可以对金属塑性成形过程进行模拟分析，优化工艺参数，提高产品质量和生产效率。同 时，智能化技术的应用使得金属塑性成形过程更加自动化和智能化。
详细描述
挤压成形适用于生产各种复杂形状的管材、棒材和异型材等。由于其能够实现连续生产，因此具有较 高的生产效率。但挤压成形对设备和操作技术要求较高，且对原材料的表面质量、尺寸精度和化学成 分等要求严格。
拉拔成形
总结词
拉拔成形是一种金属塑性加工方法，通 过拉拔机对金属坯料施加拉力，使其发 生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸 的金属制品。
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。
wwei材料成形技术(塑性)1
二、金属塑性成形的基本生产方式 1、轧制：金属毛坯在两个轧辊之间受压变形而形成各 种产品的成形工艺，图6-1。 2、挤压：金属毛坯在挤压模内受压被挤出模孔而变形 的成形工艺，图6-3。 3、拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的成形 工艺，图6-5。 4、自由锻：金属毛坯在上下砥铁间受冲击或压力而变 形的成形工艺，图6-7（a）。 5、模锻：金属坯料在既有一定形状的锻模模膛内受击 力或压力而变形的成形工艺，图6-7（b） 。
塑性愈大、变形抗力愈小，材料的可锻性愈好
4、可锻性的影响因素
（1）化学成分 A、碳钢中碳和杂质元素的影响
C、H、P（冷脆）、S （热脆） B、合金元素的影响
塑性降低，变形抗力提高。
（2）内部组织
单相组织（纯金属或者固溶体）比多相组织塑性好。 细晶组织比粗晶组织好； 等轴晶比柱状晶好。 面心立方结构的可锻性最好，体心立方结构次之， 而密排六方结构可锻性最差。
冲击力和压力
锻压是锻造与冲压的总称。
★锻造：在加压设备及工（模）具作用下，使坯料、铸锭产生局 部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件 的加工方法。锻造通常是在高温（再结晶温度以上）下成形的，
因此也称为金属热变形或热锻。
★锻造特点：1、压密或焊合铸态金属组 织中的缩孔、缩松、空隙、气泡和裂纹。 2、细化晶粒和破碎夹杂物，从而获得一 定的锻造流线组织。因此，与铸态金属 相比，其性能得到了极大的改善。 3、主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件或毛坯。 如机床的主轴和齿轮、内燃机的连杆、起重机的吊钩等。 4、高温下金属表面的氧化和冷却收缩等各方面的原因，锻件精度 不高、表面质量不好，加之锻件结构工艺性的制约。
2、晶粒和分布在晶界上的非金属夹杂物ห้องสมุดไป่ตู้沿变形方向被拉长， 但是拉长的晶粒可经再结晶又变成等轴细粒状，而这些夹杂物不能 改变，就以细长线条状保留下来，形成了所谓的纤维组织。 纤维组织的化学稳定性很高，只有经过锻压才能改变其分布方向， 用热处理是不能消除或改变纤维组织形态的。 纤维组织使金属的力学性能具有明显的方向性。
金属成型工艺的类别
金属成型工艺的类别
1. 塑性成型工艺，塑性成型工艺是指通过对金属材料施加压力，使其发生塑性变形，从而获得所需形状的工艺过程。
常见的塑性成
型工艺包括锻造、压铸、拉伸、挤压等。
2. 切削成型工艺，切削成型工艺是指通过切削金属材料的方法，将其加工成所需形状的工艺过程。
常见的切削成型工艺包括车削、
铣削、钻削、镗削等。
3. 焊接工艺，焊接工艺是指通过加热或施加压力，使金属材料
相互结合的工艺过程。
常见的焊接工艺包括电弧焊、气体保护焊、
激光焊等。
4. 粉末冶金工艺，粉末冶金工艺是指利用金属粉末或金属粉末
与非金属粉末混合后，通过压制和烧结等工艺形成零件的工艺过程。
5. 热处理工艺，热处理工艺是指通过加热、保温和冷却等方式，改变金属材料的组织结构和性能的工艺过程。
常见的热处理工艺包
括退火、正火、淬火、回火等。
以上是金属成型工艺的主要类别，不同的工艺类别在实际应用中往往会结合使用，以满足不同金属制品的加工需求。
希望以上回答能够全面地解答你的问题。
金属塑性成形课件
2023-11-06•金属塑性成形概述•金属塑性成形工艺•金属塑性成形设备•金属塑性成形技术的发展趋势•金属塑性成形过程中的缺陷与质量控制目•金属塑性成形实例分析录01金属塑性成形概述金属塑性成形是一种使金属材料发生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和性能的加工方法。
金属塑性成形广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子等领域，是一种重要的材料加工技术。
金属塑性成形的定义金属塑性成形可以制造出复杂形状的零件，并且能够获得较高的精度和表面质量。
与切削加工相比，金属塑性成形具有更高的材料利用率和更低的能耗。
金属塑性成形过程中材料的变形是均匀的，因此可以避免应力集中和裂纹等缺陷。
金属塑性成形的特点03金属塑性成形的基本原理包括应力状态、屈服准则、塑性流动规律等。
金属塑性成形的基本原理01金属塑性成形的原理是基于金属的塑性变形规律，即在外力作用下，金属材料会发生形状和尺寸的变化。
02在金属塑性成形过程中，材料的变形受到应力状态、变形温度、变形速度等因素的影响。
02金属塑性成形工艺自由锻工艺自由锻是利用冲击力或静压力使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义特点流程应用自由锻具有较大的灵活性，可以生产形状各异的锻件，但生产效率较低，适用于单件或小批量生产。
自由锻的流程包括坯料准备、加热、变形和锻后冷却。
自由锻主要用于大型锻件和难变形材料的加工，如轴、轮毂、法兰等。
模锻工艺模锻是利用模具使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义模锻具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具制造成本较高。
特点模锻的流程包括坯料准备、加热、放入模具、变形、锻后冷却和修整。
流程模锻广泛应用于中小型锻件的生产，如齿轮、轴套、法兰等。
应用板料冲压工艺板料冲压是利用冲压机将金属板料变形，并施加外力将其冲制成所需形状和尺寸的加工方法。
定义板料冲压具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具对材料的厚度和硬度有一定要求。
金属塑性成型工艺
第二篇金属的塑性成形工艺金属塑性成形——在外力作用下，金属产生了塑性变形，以此获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。
此生产方法称金属塑性成形（也称压力加工）外力冲击力——锤类设备压力——轧机、压力机有一定塑性的金属——压力加工（热态、冷态）基本生产方法：1．轧制——钢板、型材、无缝管材（图6-1）（图6-2）2．挤压——低碳钢、非铁金属及其合金（图6-3）（图6-4）3．拉拔——各种细线材，薄壁管、特殊几何形状的型材（图6-5）（图6-6）4．自由锻——坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而变形（图6-7a）5．模锻——坯料在锻模模腔内受冲击力或压力而变形（图6-7b）6．板料冲压——金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法（图6-7c）金属的原材料，大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。
第六章金属塑性成形的工艺理论基础压力加工——对金属施加外力→塑性变形金属在外力作用下，使其内部产生应力——发生弹性变形外力>屈服应力塑性变形塑性变形过程中一定有弹性变形存在，外力去除后，弹性变形将恢复→“弹复”现象，它对有些压力加工件的变形和工件质量有很大影响，须采取工艺措施的保证产品质量。
§6-1 塑性变形理论及假设一、最小阻力定律金属塑性成形问题实质，金属塑性流动，影响金属流动的因素十分复杂（定量很困难）。
应用最小阻力定律——定性分析（质点流动方向）最小阻力定律——受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。
利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的流动量→成形合理。
最小阻力定律示意图在镦粗中，此定律也称——最小周边法则二、塑性变形前后体积不变的假设弹性变形——考虑体积变化塑性变形——假设体积不变（由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略）此假设+最小阻力定律——成形时金属流动模型三、变形程度的计算变形程度——用“锻造比”表示拔长时锻造比为： T 拔=Fo/F镦粗时锻造比： Y 镦=Ho/H式中：H 0、F 0——坯料变形前的高度和横截面积H 、F ——坯料变形后的高度和横截面积T 锻=2~2.5 （要求横向力学性能）纵向Y 锻↑由Y 锻可得坯料的尺寸。
装备制造业之塑性成形技术
装备制造业之塑性成形技术随着现代工业的不断发展，各类装备制造业在实现高效生产和优质产品方面面临着日益严峻的挑战。
然而，塑性成形技术作为一种重要的制造工艺，正逐渐成为解决这些问题的关键。
本文将介绍塑性成形技术在装备制造业中的应用及其优势，并分析其未来发展趋势。
一、塑性成形技术在装备制造业中的应用1. 金属板材的压力成形金属板材压力成形技术是制造高强度、高精度零部件的重要手段。
通过将金属板材置于模具中，并施加压力，使金属板材发生弯曲、拉伸或冲裁等变形过程，从而得到所需形状的零部件。
该技术广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域，并且可以生产出具有优良机械性能和表面质量的产品。
2. 金属管材的拉伸和冲压成形金属管材的拉伸和冲压成形技术主要用于制造管道、管接头和其他金属管材零部件。
通过控制拉伸和冲压力度，使金属管材在变形过程中逐渐改变截面形状，从而得到满足需求的产品。
该技术在石油化工设备、船舶制造等行业中得到广泛应用。
3. 塑性挤压技术塑性挤压技术是将金属坯料通过模具挤压成型，用于制造复杂截面的金属材料。
该技术具有高效率、节能和资源利用率高的特点，并且可以生产出优质的零部件。
在航空航天、铁路交通等领域，塑性挤压技术已成为制造高性能轻质构件的重要工艺。
二、塑性成形技术的优势1. 精度高塑性成形技术可以通过精确的模具设计和控制，实现对材料的精细加工，从而获得高度精密的零部件。
与传统加工工艺相比，塑性成形技术具有更低的工艺损失和变形量，可以提供更高的制造精度和表面质量。
2. 材料利用率高塑性成形技术将材料的变形过程与材料的剪切、挤压和拉伸等工艺相结合，可大幅提高材料的利用率。
与传统切削加工相比，塑性成形技术减少了材料废料的产生，并可在一次成形中得到复杂形状的零部件。
3. 生产效率高塑性成形技术具有高效率、批量生产的优势。
通过合理的设备配置和工艺优化，可以实现自动化、连续化生产，从而大幅提高生产效率。
此外，塑性成形技术还可以快速响应市场需求，缩短产品的开发周期。
金属塑性成形
第四章金属塑性成形在工业生产中，金属塑性成形方法是指：金属材料通过压力加工，使其产生塑性变形，从而获得所需要工件的尺寸、形状以及性能的一种工艺方法。
常用的金属塑性成形方法如下：自由锻造：手工自由锻、机器自由锻锻造成形模型锻造：锤上模锻、压力机上模锻金属塑性成形冲压成形、挤压成形、拉拔成形、轧锻成形金属材料经过塑性成形后，其内部组织更加致密、均匀，承受载荷能力及耐冲击能力有所提高。
因此凡承受重载荷及冲击载荷的重要零件，如机床主轴、传动轴、齿轮、曲轴、连杆、起重机吊钩等多以锻件为毛坯。
用于塑性成形的金属必须具有良好的塑性，以便加工时易于产生永久性变形而不断裂。
钢、铜、铝等金属材料具有良好的塑性，可进行锻压加工；铸铁的塑性很差，在外力作用下易裂碎，不用于锻压。
在金属塑性成形方法中，锻造、冲压两种成形方法合称锻压，主要用于生产各种机器零件的毛坯或成品。
挤压、拉拔、轧锻三种成形方法是以生产金属材料为主，如型材、管材、线材、板料等，也用于制造某些零件，如轧锻齿轮、挤压活塞销等。
第一节锻造锻造是金属热加工成形的一种主要加工方法，通常采用中碳钢和低合金钢作锻件材料，锻造加工一般在金属加热后进行，使金属坯料具有良好的可变形性，以保证锻造加工顺利进行。
基本生产工艺过程如下：下料→坯料加热→锻造成形→冷却→热处理→清理→检验。
一、锻坯的加热和锻件的冷却1．加热的目的锻坯加热是为了提高其塑性和降低变形抗力，以便锻造时省力，同时在产生较大的塑性变形时不致破裂。
一般地说，金属随着加热温度的升高，塑性增加，变形抗力降低，可锻性得以提高。
但是加热温度过高又容易产生一些缺陷，因此，锻坯的加热温度应控制在一定的温度范围之内。
2．锻造温度范围各种金属材料在锻造时允许的最高加热温度，称为该材料的始锻温度。
加热温度过高会产生组织晶粒粗大和晶间低熔点物质熔化，导致过热和过烧现象。
碳钢的始锻温度一般应低于其熔点100～200︒C，合金钢的始锻温度较碳钢低。
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例：如图所示的轴，批量为10件/月，材料为45号钢。
安徽工程科技学院机械系
2.确定变形工序 锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、
技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑 。
一般来说，盘类锻件以镦粗为主，轴杆类 锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔(大孔还 需要进一步扩孔)，弯杆少不了弯曲。各类自 由锻件的基本变形工序方案见表3-8。
拔or滚or弯制坯+预锻+终
3.计算坯料尺锻寸：根据锻件质量和加热、
锻造过程中的损耗计算。（略）
4.选定模锻锤吨位：根据锻件质量查表确定。 5.确定锻造温度范围、加热和冷却规范。
6.修整工序:
即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序 。
①切边：即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序 。
②冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮 的工序。
， 锻后再由冲孔切边模切除。
★模锻斜度:垂直于分型面的表面上加。
外壁斜度5º或7º，内壁斜度7º或10º
★圆角半径:所有转角都应为圆角。
内圆角r =1 ~ 4mm，外圆角R =(3 ~ 4)r
安徽工程科技学院机械系
齿轮锻件图
A U TS
2.确定模锻工步
盘类（齿轮、法兰等）：
镦粗制坯+（预锻）+终锻 轴类（曲轴、连杆等）：
②各表面交接处应避免弧线或曲线， 尽量采用直线或圆，以利于锻制。
③应避免肋板或凸台， 以利于减少余块和简化锻造工艺。
④大件和形状复杂的锻件， 可采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构， 以利于锻造和机械加工。
8.自由锻工艺设计示例
例：试绘出图示齿轮轴的自由锻件图，并选 择锻造工序和计算坯料尺寸。
安徽工程科技学院机械系
AUTS
3.计算毛坯重量
m0=（md+mc+mq）（1+δ） 式中 m0 —— 毛坯重量（kg）
md ——锻件重量（kg） mc —— 冲孔芯料重量（kg） mq —— 切除料头重量（kg） δ—— 烧损率，燃料加热一般取2％~3％，
电加热取0.5%~1%。
4.计算毛坯尺寸
当锻造的第一工序为镦粗时：
始锻温度：1200℃，终锻温度：800℃
（2）加热：箱式加热炉（煤、油或电能）
可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中，提高生产率 。
（3）冷却：
空冷： WC≤0.5%的碳钢 及WC≤0.3%的低合金钢中、小锻件一般采用空冷。
6.选择锻造设备
（1）选择依据：锻件重量、类型和尺寸。
设备吨位大小要适当，既不能造成能量的过分浪费 ，又要保证锻件能充分锻透。
3.3 金属塑性成形工艺设计
3.3.1 自由锻工艺设计 主要内容：
①绘制锻件图； ②确定变形工序； ③计算坯料的重量和尺寸； ④确定加热温度及冷却方式； ⑤选定锻造设备等。
1.绘制锻件图
锻件图＝零件图 + 余块
+ 加工余量 + 锻造公差
绘制方法：一般用粗实线画出锻件最终轮 廓,用双点划线画出零件的主要轮廓形状 。在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与 公差；在尺寸线下方或右面用圆括号标出 零件尺寸。
的位置，以便于金属充满模膛。
AUTS
例1:
★加工余量和公差：只在锻后需机加工之处添加。
★余块（为简化形状而增加的料块）:窄槽、齿形、小
孔（孔径小于25mm）、深孔（深度大于3倍直径）、 横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出。
★冲孔连皮（为避免上、下冲头对撞损坏模具而在模锻 通孔时留下的金属层）: 连皮厚度一般为4～8 mm
V 则坯料直径：D0≥0.8 3 0
当锻造的第一工序为拔长时：
D0≥ Y Dmax
D0 — 毛坯直径（mm）； V0 — 坯料的体积（mm3）； Dmax— 拔长后锻件的最大直径（mm）； Y — 锻造比。
根据算出的坯料重量可算出坯料的体积，
坯料的尺寸则取决于第一工序的性质。
若是镦粗，则坯料的高径比不应超过2.5（以 免镦弯），但要大于1.25（使下料方便）；
L0＝
V坯 ＝ 1.031ห้องสมุดไป่ตู้27 F0 3.14 0.42
260
mm
即坯料尺寸为φ80×260 。
3.3.2 锤模锻工艺设计
主要内容： 1、绘制模锻件图； 2、计算坯料的重量和尺寸； 3、确定模锻工步； 4、选择锻压设备； 5、设计锻模模膛； 6、确定锻造温度范围、加热和冷却规范。
1.绘制模锻件图
若是拔长，则按锻件的最大截面（最小变形） 处满足锻造比要求来选择坯料尺寸。 最后所确定的坯料直径或边长应为标准值(市 场可买到），再按体积计算坯料的长度，即：
L0＝V0/F0 ＝ 4 V0/D02 采用钢锭为坯料的大型锻件，则根据算出的 坯料重量选取标准钢锭。
5.确定锻造温度范围及加热冷却规范 （1）锻造温度范围：对于45号钢
D01＝（0.8～1）3 V1＝（63 ～ 79）mm
杆部拔长段 D02＝ 1.3 ~ 1.5 Dmax ＝ (1.14 ～1.22)×70
＝（80 ～86） mm 最终取D0＝80 mm V锻＝3.14×(0.552×0.5+0.352×1+0.252×2.1)＝1.27 dm3
m锻＝V锻×ρ，m烧损＝ m锻＝3％m锻，m料损忽略不计 m坯＝1.03 m锻＝1.03×V锻×ρ
（2）确定方法：理论计算法和查表法。
目前生产中比较实用的是查表法，可根据锻件大小 和形状查表选择锻锤的吨位。
工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制 定加热及冷却规范、热处理工艺等内容，最终需将 设计结果填写在工艺卡片上。
7.零件结构的自由锻工艺性
①应避免锥形、楔形， 尽量采用圆柱面或平行平面,以利于锻造。
解：①绘锻件图：根据锻件总长度340，最大直 径100查表知，a=10±4绘出锻件图如下。
110±4 (100)
70±4 (60)
50±4
(40)
50±8 (30)
150±8 (130)
360±8 (340)
AUTS
②变形工序：头部镦粗→杆部分段拔长
③计算坯料：
头部镦粗段 V1＝3.14×0.552×0.5＝0.475 dm3
模锻件图＝零件图+分模面+加工余量+模锻斜度
+冲孔连皮+余块+圆角+公差 ★分模面（上、下模的分界面） 选择原则：
A. 应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模; B. 尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造; C. 应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便
于及时发现错模； D. 选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致