塑性加工工程学(板料成型部分1)
塑性加工力学2014.09
绪 论
0.7.本课程的学习方法
（1）课堂学习与课下学习相结合，加强课堂讨论与提问。 （2）辅助习题课、实验课加强理解。 （3）注意与其他基础课、专业课的融会贯通。 （4）借助其他参考书加强理解、学习。
参考书目： 王大年 金属塑性成形原理 钟春生等 金属塑性力学计算基础 赵志业 金属塑性加工力学 王仲作 塑性加工力学基础 曹乃光 金属塑性加工原理 王廷薄 金属塑性加工学 等
☆ 研究范畴：
金属塑性加工学
材料科学范畴
力学范畴
塑性变形机理，组织性能 与工艺参数之间的关系。
工件变形与外力/摩擦 力之间的关系。
塑性加工力学即在力学范畴内研究金属塑性加工过程中金属变形力学规律的课程。
☆ 研究主线：
研究对象： 金属材料 （假定为均匀连续介质）
研究工件内的应力/应变分布规律
建立工件变形与外力的定量关系
绪 论
0.6.本课程的性质、内容、任务、要求
（1）性质：专业基础课。 （2）内容：金属变形的流动规律，塑性变形力与功。 （3）任务：对物体应力和应变分析的基础上建立求 解塑性加工问题的变形力学方程和解析方法，从而确 定塑性加工成型的力能参数和工艺变形参数，以及影 响这些参数的主要因素。 （4）要求：掌握基本概念、基本原理和基本方法。
P / A S
A 0
平均应力
当
P dP lim Sn A dA
P
全应力
Sn为物体内部过某点，外法线为N截面面上的应力。
1 应力与应变
应力S 是内力的集度。 内力和应力均为矢量。
P S lim A0 A
应力的单位(力/面积)： 1Pa=1N/m2 =1.0197kgf/mm2； 1MPa=106 N/m2
塑性加工原理
44
二 、 稳定轧制阶段
稳定轧制阶段：
从轧件前端离开轧辊中心连线开始，到轧件后端 进入变形区入口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。
45
三 、抛 (甩)出阶段
抛 (甩)出阶段： 从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊 缝（轧辊中心连线），称为抛 (甩)出阶段。
46
1.2.1 咬入条件
1.（自然）咬入条件 受力分析如图 1-1
将各道次的延伸系数相乘，得 F0 F1 Fn1 ln 1 2 n F1 F2 Fn L
F0 1 2 n Fn
故可得出结论：总延伸系数等于相应各部分延 伸系数的乘积。
41
（2）累积压下率与道次压下率之间关系
H hn ＝ H 即 1 (1 1 )(1 2 )(1 3 ) L L (1 n ) H hn hn 1 hn H h1 h1 h2 因为：1 (1 )(1 ) L L (1 ) H H h1 hn hn h1 h2 hn L L H H h1 hn 1
轧件对轧辊的作用力 轧辊对轧件的作用力
图1-1 咬入时轧件受力分析
图1-2
P和T力的分解
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轧辊对轧件的作用力P、T Py 、Ty ：压缩轧件，使轧件产生塑性变形 Px 、Tx ：决定轧件能否咬入 Px ＞ Tx ：不能咬入 Px = Tx ：临界咬入 Px ＜ Tx ：咬入 咬入条件：Px ≤ Tx 而Px = Psinα Tx=P f cosα 即sinα≤f cosα tanα≤f =tanβ
4
3、塑性加工的主要方法
1）按变形温度分类：
热加工：是指再结晶温度以上所完成的压力加工过程。
冷加工：指在再结晶温度以下所完成的压力加工过程。
塑性加工原理
3D model of extrusions
Axis symmetrical finite element model of extrusion
拉拔：
将金属坯料拉过拉拔模模孔，而使金属拔长、其断面与模孔相 同的加工方法。主要用于生产各种细线材、薄壁管和一些特殊 截面形状的型材。
自由锻造：
将加热后的金属坯料置于上下砧铁间受冲击力或压力而变形的 加工方法。 模型锻造（模锻）： 将加热后的金属坯料置于具有一定形状的锻模模膛内受冲击力 或压力而变形的加工方法。
根据金属流动方向与挤压凸模运动方向的关系,挤压可分为四种 方式:
(1)正挤压---金属流动方向与凸模运动方向相同. (2)反挤压---金属流动方向与凸模运动方向相反. (3)复合挤压---坯料一部分金属流动方向与凸模运动方向相同, 另一部分 则相反. (4)径向挤压---金属流动方向与凸模运动方向成90℃.
(3)温挤压---介于冷挤压和热挤压之间的挤压方法.温挤压时将金属 加热到适当温度(100~800℃)进行挤压.温挤压比冷挤压的变形抗 力小,较容易变形.
挤压成形的工艺特点:
(1)挤压时金属坯料处于三向压应力状态下变形,因此可提高金属坯 料的塑性,有利于扩大金属材料的塑性加工范围.
(2)可挤压出各种形状复杂,深孔,薄壁和异型截面的零件,且零件尺寸 精度高,表面质量好,尤其是冷挤压成形.
1、金属塑性成型特点 • 组织、性能好 • 材料利用率高 • 尺寸精度高 • 生产效率高
2、金属塑性成型的分类
1）块料成型 （1）一次加工
•轧制 •挤压 •拉拔 （2）二次加工 •自由锻 •模锻
2）板料成型
•冲裁 •弯曲 •拉延
3、课程目的和任务
1）阐明金属塑性变形的物理基础：从微观上研究塑性变形机理 及变形条件对金属塑性的影响，以便使工件在塑性成型时获得 最佳塑性状态、最高的变形效率和力学性能。
第八章塑性加工
第八章塑性加工※8·1 锻造成形8·2 板料冲压成形8·3 挤压、轧制、拉拔成形8·4 特种塑性加工方法8·5 塑性加工零件的结构工艺性8·6 塑性加工技术新进展本章小结塑性加工的基本知识塑性变形的主要形式：滑移、孪晶。
滑移的实质是位错的运动。
金属经过塑性变形后将使其强度、硬度升高，塑性、韧性降低。
即产生形变强化。
此外，还将形成纤维组织。
塑性加工特点：1·塑性加工产品的力学性能好。
2·精密塑性加工的产品可以直接达到使用要求，不须进行机械加工就可以使用。
实现少、无切削加工。
3·塑性加工生产率高，易于实现机械化、自动化。
4·加工面广（几克~几百吨）。
常用的塑性加工方法：锻造、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。
8·1 锻造成形8·1·1 自由锻定义、手工自由锻、机器自由锻设备（锻锤和液压机）1·自由锻工序（基本工序、辅助工序、精整工序）基本工序：镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转、错移辅助工序：压钳口、压钢锭棱边、切肩各种典型锻件的锻造2·自由锻工艺规程的制订（举例）8·1·2 模锻定义、特点（生产率高、尺寸精度高、加工余量小、节约材料，减少切削、形状比自由锻的复杂、生产批量大但质量不能大）1·锤上模锻2·压力机上模锻8章塑性加工拔长29使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长。
拔长主要用于轴杆类锻件成形，其作用是改善锻件内部质量。
(1)拔长的种类。
有平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。
8章塑性加工30芯轴拔长8章塑性加工芯轴扩孔型砧拔长圆形断面坯料冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔。
其方法有实心冲子双面冲孔、空心冲子冲孔、垫环冲孔等。
8章塑性加工各种典型锻件的锻造1、圆轴类锻件的自由锻2、盘套类锻件的自由锻3、叉杆类锻件的自由锻4、全纤维锻件的自由锻8章塑性加工典型锻件的自由锻工艺示例43锻件名称工艺类别锻造温度范围设备材料加热火次齿轮坯自由锻1200～800℃65kg空气锤45钢1锻件图坯料图序号工序名称工序简图使用工具操作要点1局部镦粗火钳镦粗漏盘控制镦粗后的高度为45mm序号工序名称工序简图使用工具操作要点2冲孔火钳镦粗漏盘冲子冲孔漏盘（1）注意冲子对中（2）采用双面冲孔3修整外圆火钳冲子边轻打边修整，消除外圆鼓形，并达到φ92±1 mm续表序号工序名称工序简图使用工具操作要点4修整平面火钳镦粗漏盘轻打使锻件厚度达到45±1 mm续表自由锻工艺规程的制订（1）绘制锻件图（敷料或余块、锻件余量、锻件公差）※锻件图上用双点画线画出零件主要轮廓形状，并在锻件尺寸线下面用括号标出零件尺寸。
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。
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。
塑性成型工艺名词解释
1.冷冲压：利用在压力机上对金属（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零件的加工方法。
2、硬化指数n：单向拉伸硬化曲线可写成σ=cεn，其中指数n即为硬化指数。
3、厚向异性系数：指单向拉伸试样宽度应变和厚度应变的比值，即r=εb/εt。
4、冲裁：利用模具使板料产生分离的冲压工序。
3.排样：冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。
5、搭边：排样时零件之间以及零件与条料侧边之间留下的剩料。
6、冲裁力：冲裁过程中凸模对材料的压力。
7、冲裁间隙：冲裁凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙。
8、模具中心压力：冲压力合力的作用点。
9、弯曲：将板料、棒料、管料和型材等弯曲成一定形状及角度的零件的成形方法。
10、应力中性层：弯曲主应力分布图中应力不连续（）的纤维层。
11、应变中性层：板料弯曲时长度始终不发生变化的纤维层。
12、最小相对弯曲半径：防止外层纤维拉裂的极限弯曲半径，r/t。
min13、弯曲回弹：当弯曲件从模具中取出后，塑性变形保留，弹性变形完全消失，发生弯曲角和弯曲半径与模具不一致的现象。
14、拉深：又称拉延，是利用拉伸模具将冲裁好的平板毛坯压制成各种开口的空心工件，或将已制成的开口空心件加工成其他形状空心件的冲压加工方法。
15、拉深系数：指拉深后圆筒形件的直径与拉深前毛坯的直径之比。
16、变薄拉深：在拉深过程中改变拉深件筒壁的厚度，二毛坯直径变化很小的拉深方法。
17、软模拉深：用橡胶、液体或气体代替刚性凸模或凹模，直接作用于毛坯上进行冲压加工的方法。
18、翻边:沿曲线或直线薄板坯料边部或坯料上预制孔边部窄带区域的材料弯折成竖边的塑性加工方法。
19、缩口：将空心件或管件的口部直径缩小的成形方法。
20、旋压：将板料或毛坯重心加紧在胎具上，由旋压机带动胎模和毛坯一起高速旋转，同时用赶棒压于毛坯，使毛坯产生局部塑性变形并使变形逐步扩展，最后获得所需形状和尺寸的制件。
21、胀形：利用模具是板料拉伸变薄局部表面积增大以获得零件的加工方法。
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②曲面形状零件拉深成形。使金属平板胚料外法兰部分缩 小、内法兰部分伸长，变成非直壁、非平底的空心零件的一 种冲压成形方法。
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第一节冲压工艺及设备
③拉形。拉形又称为拉弯或整体胀形，是将平板胚料两端 加紧、对胚料进行弯曲并带有拉深变形，从而获得曲率半径 很大的零件的冲压成形方法。
②选用压力机规格。确定压力机规格应遵循下列原则: 压力机的公称压力应大于冲压工序所需的压力，当进行弯曲
或拉深时，还应注意所选用的压力机的许可压力曲线在曲轴 全部转角内高于冲压变形力曲线;压力机滑块行程应满足制件 在高度上能获得所需尺寸，并在冲压后能顺利地从模具上取 出来;
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第一节冲压工艺及设备
无法加工的形状复杂的制件; 加工的制件尺寸稳定，互换性好; 材料的利用率高、废料少，且加工后的制件强度高、刚度好、
重量轻; 操作简单，生产过程易于实现机械化和自动化，生产效率高; 在大批量生产的条件下，冲压制件成本较低。
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第一节冲压工艺及设备
2.冲压工序的分类 按照板料在冲压加工中的变形力学范围的不同，可以把冲压
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第一节冲压工艺及设备
(1)压缩类成型 这是一种在胚料的变形部分以切向压缩为主、 表面积收缩变小的冲压成型加工方法，其基本工序主要有两 种。
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。
塑性成型
第一章1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高2.试述塑性成形的一般分类。
Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。
可分为一次成型和二次加工。
一次加工：①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。
分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。
②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。
分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。
③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。
生产棒材、管材和线材。
二次加工：①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形状和尺寸的加工方法。
精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。
②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。
分开式模锻和闭式模锻。
2）板料成型一般称为冲压。
分为分离工序和成形工序。
分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。
金属塑性成形力学课后答案
金属塑性成形力学课后答案【篇一：金属塑性成形原理习题】述提高金属塑性变形的主要途径有哪些？(1)提高材料成分和组织的均匀性(2)合理选择变形温度和应变速率(3)合理选择变形方式(4)减小变形的不均匀性2. 简答滑移和孪生变形的区别相同点：都是通过位错运动来实现, 都是切应变不同点：孪生使一部分晶体发生了均匀切变，而滑移只集中在一些滑移面上进行；孪生的晶体变形部分的位向发生了改变，而滑移后晶体各部分位向未改变。
3. 塑性成型时的润滑方法有哪些？(1) 特种流体润滑法。
(2) 表面磷化-皂化处理。
(3) 表面镀软金属。
4. 塑性变形时应力应变关系的特点？在塑性变形时，应力与应变之间的关系有如下特点（1）应力与应变之间的关系是非线性的，因此，全量应变主轴和应力主轴不一定重合。
（2）塑性变形时，可以认为体积不变，即应变球张量为零，泊松比??0.5。
、（3）对于应变硬化材料，卸载后再重新加载时的屈服应力就是卸载时的屈服应力，比初始屈服应力要高。
（4）塑性变形是不可逆的，与应变历史有关，即应力－应变关系不再保持单值关系。
5. levy－mises理论的基本假设是什么？（1）材料是刚塑性材料，级弹性应变增量为零，塑性应变增量就是总的应变增量。
（2）材料符合米塞斯屈服准则。
（3）每一加载瞬时，应力主轴和应变增量主轴重合。
（4）塑性变形上体积不变。
6. 细化晶粒的主要途径有哪些？（1）在原材料冶炼时加入一些合金元素及最终采用铝、钛等作脱氧剂。
（2）采用适当的变形程度和变形温度。
（3）采用锻后正火等相变重结晶的方法。
7. 试从变形机理上解释冷加工和超塑性变形的特点。
冷塑性变形的主要机理：滑移和孪生。
金属塑性变形的特点：不同时性、相互协调性和不均匀性。
由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织，称为变形织构。
随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性韧性降低，这种现象称为加工硬化。
超塑性变形机理主要是晶界滑移和原子扩散（扩散蠕变）。
塑性加工
8.1.2 模锻
模锻是在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的 模膛，使坯科在摸膛内受压变形的锻造方法。 在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻 造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。
模锻优点（与自由锻比较）
(1)生产率较高。
(2)模锻件尺寸精确，加工余量小。
(3)可以锻造出形状比较复杂的锻件 (4)模锻生产可以比自由锻生产 节省金属材料，减少切削加工工 作量。
弯曲连杆锻造过程
3)修整工序 ①切边和冲孔
在压力机上切除模锻 件上的飞边及连皮。
②校正 ③热处理 正火或退火
④清理
2．压力机上的模锻
锤上模锻具有工艺适应性广的特点，目前仍在 锻压生产中得到广泛应用。 模锻锤在工作中存在震动和噪音大、劳动条件 差、蒸汽效率低、能源消耗多等难以克服的缺点。 因此近年来大吨位模锻锤有 逐步被压力机取代的趋势。 摩擦压力机、曲柄压力机、平锻机、模锻水压机：
1)制订模锻件图
①分模面
分模面即上下级模在模锻件 上的分界面 a）要保证模锻件能从模膛中 取出。 a-a面为分模面时
b）按选定的分模面制成锻模后， 应使上下两模沿分模面的模膛轮 廓一致。 c-c面为分模面时
c)最好把分模面选在能使模膛深度 最浅的位置处。 b-b面为分模面时 d)选定的分模面应使零件上所加的敷 料最少。 b-b面为分模面时
模锻生产由于受模锻设备吨位的限 制，模锻件不能太大，模锻件质量 一般在150kg以下。
模锻生产适合于小型锻件的大批大量生产。
各类连杆锻件
连杆模具
1．锤上模锻
(1)缎模结构 锤上模锻用的锻模(图8．4)是由 带有燕尾的上模2和下模4两部 分组成 (2)模膛分类 根据其功用的不同 模膛可分为模锻模膛 和制坯模膛两大类。
材料成型及控制工程专业(塑性成形与模具技术方向)课程介绍
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塑性成形与模具技术研究所
课程简介
材料成型计算机基础
主要讲述材料成形计算机应用方面的基本理论、基本方法以及计算 主要讲述材料成形计算机应用方面的基本理论、 机在材料成形中的应用技术。通过学习， 机在材料成形中的应用技术。通过学习，使学生了解材料成形中计算机 应用的基本概念、材料成形计算机应用技术的发展和现状， 应用的基本概念、材料成形计算机应用技术的发展和现状，初步具备材 料成形计算机应用系统的应用与开发能力，为今后液态金属成形、 料成形计算机应用系统的应用与开发能力，为今后液态金属成形、金属 塑性成形、焊接成形、塑料注射成形的数值模拟与CAD/CAM等的进一 塑性成形、焊接成形、塑料注射成形的数值模拟与 等的进一 步学习和研究打下基础。 步学习和研究打下基础。 本课程主要介绍计算机应用基础知识， 本课程主要介绍计算机应用基础知识，包括计算机在材料加工中的 应用概述，工程中的数据处理，工程数据库基础，软件工程基础， 应用概述，工程中的数据处理，工程数据库基础，软件工程基础，图形 变换，几何造型，有限差分与有限元基础，工程中的优化设计方法， 变换，几何造型，有限差分与有限元基础，工程中的优化设计方法，图 像识别与处理，专家系统概论等。 像识别与处理，专家系统概论等。
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课程简介
材料成型计算机应用软件
主要讲述在材料加工中应用面较广的计算机应用软件。要求学生通 主要讲述在材料加工中应用面较广的计算机应用软件。 过本课程的学习，了解目前流行的设计软件及其特点、功能， 过本课程的学习，了解目前流行的设计软件及其特点、功能，掌握常用 的二维设计软件AutoCAD、三维设计软件 、三维设计软件UG，有限元分析软件 的二维设计软件 ，有限元分析软件ANSYS 的使用。通过本课程的学习， 的使用。通过本课程的学习，使学生具备利用计算机应用软件解决工程 设计问题以及对工程结构进行力学分析的能力，增强其服务社会的本领。 设计问题以及对工程结构进行力学分析的能力，增强其服务社会的本领。 本课程主要介绍如何采用AutoCAD绘制出符合工程设计要求的二维 本课程主要介绍如何采用 绘制出符合工程设计要求的二维 图形，采用UG绘制并编辑曲线、 草图 ， 进行特征 、 曲面设计及三维实 绘制并编辑曲线、 图形 ， 采用 绘制并编辑曲线 草图，进行特征、 体造型 ， 并绘制工程图纸 ， 实现零部件之间的装配 。 介绍如何采用 ANSYS软解建立结构分析的几何模型、数值分析模型，并根据实际问题 软解建立结构分析的几何模型、数值分析模型， 软解建立结构分析的几何模型 进行线性或非线性分析求解，最后对求解的结果进行后处理。 进行线性或非线性分析求解，最后对求解的结果进行后处理。
塑性成形第17章塑性加工工艺(新技术
塑性加工新技术及发展趋势
塑性加工的一般情况
塑性加工过程是在外力（载荷）和一定的加载方式、 加载速度、约束条件、几何形状、接触摩擦条件、温 度场等作用下对材料进行“力”处理和“热处理”的 过程，使材料发生所希望的几何形状的变化（成形） 与组织性能的变化。
塑性加工具有高效、优质、低耗等特点，是材料加工 和零部件制造的重要手段。据粗略估计，有75%的零 件毛坯和50%的精加工零件是采用塑性成形的方式完 成的。
塑性加工新技术
柔性快速制造技术：无模多点成形和数控渐进 成形，借助于高度可调整的基本体群构成离散 的上、下工具表面，代替传统的上、下模具进 行板材的曲面成形；
复合材料塑性成形技术：双金属复合、铝塑复 合板、管、叠层材料成形；
复合加工方式的技术：连续挤压、连续铸挤、 连铸连轧和连续铸轧等。
新能源的利用---- 激光
改变超声波强度，可改变坯料变形阻力和设备载荷，大 幅度提高产品的质量和材料成形极限；
管材、线材和棒材的拉拔成形、板材拉深成形都可以引 入超声波，形成塑性成形新技术，成为一些特殊新材料 的有效加工途径。
功率超声波成形
柔性成形技术
以软介质（主要是各种液体）代替半边刚性模具， 减小模具制造成本；
显著地提高材料的抗疲劳和抗应力腐蚀等性能，
激光冲击成形原理
吸收层：黑漆、石墨、铝箔 约束层：水、树脂、硅胶
单次激光冲击下板料的典型成形截面
新能源的利用----电磁场力
利用金属材料在交变电磁场中产生感生电流（涡流）， 感生电流又受到电磁场的作用力，当电磁压力达到材料 的屈服强度时，金属材料将发生塑性变形；
凹模的高覆模性， 可控性好：单脉冲冲压变形可控在0.035mm，最大变形可控在若
第1章-塑性加工金属学
1、回复和再结晶
从热力学角度来看，变形引起加工硬化，晶体缺陷增多，金属 畸变内能增加，原子处于不稳定的高自由能状态，具有向低自由 能状态转变的趋势。当加热升温时，原子具有相当的扩散能力， 变形后的金属自发地向低自由能状态转变。这一转变过程称为回 复和再结晶，这一过程伴随有晶粒长大。
多相合金（两相合金）中的第二相可以是纯金属、固溶 体或化合物，起强化作用的主要是硬而脆的化合物。
合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形 状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然 是滑移和孪生
第二相以连续网状分布在基体晶粒的边界上 随着第二相数量的增加，合金的强度和塑性皆下
降。
第二相以弥散质点（颗粒）分布在基体晶粒内部 合金的强度显著提高而对塑性和韧性的影响较小。
图13-15 回复和再结晶对金属组织和性能的变化
表13-1 回复、再结晶和晶粒长大的特点及应用
回复
再结晶
晶粒长大
发生温度
较低温度
较高温度
更高温度
转变机制
原子活动能量小，空位 移动使晶格扭曲恢复。 位错短程移动，适当集 中形成规则排列
原严直无子重至晶扩畸畸格散变变类能组晶型力织粒转大中完变，形全新核消晶和失粒生，在长但，新晶粒生粒，晶吞晶粒并界中小位大晶移
四、本课程的任务
目的：
科学系统地阐明金属塑性成形的基础和规律， 为合理制订塑性成形工艺奠定理论基础。
任务：
• 掌握塑性成形时的金属学基础，以便使工件在成 形时获得最佳的塑性状态，最高的变形效率和优 质的性能；
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但未达到强度极限σb，使材料产生塑性变形，从而 成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。
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第一章 冲压成型基础
三、冲模
1.冲模的分类 （1）根据工艺性质分类： 冲裁模、弯曲模、拉深模、成形模等。 （2）根据工序组合程度分类：
单工序模、复合模、级进模
材料成型与控制专业塑性加工工程学课程
主讲人 曹建刚
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材料成型与控制专业课程
课程情况总体简介
授课学时：4学时
课程任务： 1.了解常见冲压工序的变形规律； 2.认识冲压成形理论的构成； 3.掌握拉伸失稳与压缩失稳理论； 4.具备在冲压工艺编制、冲模设计、冲
模制造中应用冲压理论的能力。
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冲压成型基本理论
②模具标准化程度低； ③模具设计方法和手段、模具制造工艺及设备落后； ④模具专业化水平低。
所以，结果导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等
方面与先进工业发达国家的模具相比差距相当大。
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第一章 冲压成型基础
2.冲压技术发展方向
产品市场变化：
技术发展：
多品种、少批量，更新换代速度快 计算机技术、制造新技术
床总产值为78亿美元；1987年前者为124亿美元， 后者为102亿美元；1991年前者为131亿美元，后者 为120亿美元。
其中冲压模具在所有模具（锻造模、压铸模、 注塑模..…）中，无论从数量（套数）、重量（吨 位），或是从价值（金额）上都位居榜首。
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第一章 冲压成型基础
冲 模 设 计
冲 模 制 造
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第一章 冲压成型基础
五轴车铣中心
多轴联动、复合加工
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五轴加工中心
第一章 冲压成型基础
慢走丝线切割技术
加工精度可达到±1.5μm，
加
工表面粗糙度Ra0.1～0.2μm。
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第一章 冲压成型基础
精密坐标磨床
成型磨床
精密磨削、微细加工技术
数控光学曲线磨床
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第一章 冲压成型基础
3R装夹系统（统一工艺基准定位系统）应用
冲压工艺：
冲压加工中的具体方法或技术经验可称为冲 压工艺 。
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第一章 冲压成型基础
冲压： 室温下 压力机 模具 材料 分离或塑性变形。
冲 压 生 产 场 景
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第一章 冲压成型基础
加工对象：主要金属板材 加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性） 加工设备：主要是压力机 加工工艺装备：冲压模具
冲压模具：在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）
(1)冲压成形理论及冲压工艺 加强理论研究，开展CAE技术应用。 开发和应用冲压新工艺。
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第一章 冲压成型基础
2.冲压技术发展方向（续） (2)模具先进制造工艺及设备
数控化、高速化、复合化加工技术 先进特种加工技术 精密磨削、微细加工技术 先进工艺装备技术 数控测量
效率和质量是制造业的永恒主题。
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第一章 冲压成型基础
(3)模具新材料及热、表处理 提高使用性能,改善加工性能 ，提高寿命。
(4)模具CAD/CAM技术 二、三维相结合的数字化设计技术与数字化制造技术。 模具行业是最早应用CAD/CAM技术的行业之一。
(5)快速经济制模技术 加快模具的制造速度，降低模具生产成本。适应小批 量试制。
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第一章 冲压成型基础
2.冲模组成零件
冲模通常由上、下模两部分构成。组成模具的零件主要有两类：
①工艺零件：直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，
包括：工作零件、定位零件、卸料与压料零件等；
②结构零件：不直接参与完成工艺过程，也不和坯料有直接接
触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模 具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零件、 标准件及其它零件等.
内容简介：
本部分内容讲述: 冲压成型基础 冲压变形基本规律； 塑性加工过程中的失稳； 冲压成形成型过程中的硬化 。
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冲压成型基本理论
学习目的与要求：
1．掌握冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类； 2．了解冲压基本理论的构成； 3．了解常见的冲压变形规律； 4．了解板冲压性能的基本参数、冲压成形性能、硬 化规律、卸载弹性恢复规律和反载软化现象； 6．掌握冲压加工过程中的拉伸失稳与压缩失稳。
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冲压成型基本理论
重点：
冲压成形基本概念、冲压成形基本规律、冲压 成形性能、冲压成型过程中的失稳。
难点：
冲压成形基本规律、冲压成形性能、冲压成型 过程中的失稳。
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第一章 冲压成型基础
第一节 冲压成形概述
一、冲压与冲模概念
1.基本概念
冲压： 冲压加工是借助于冲压设备的动力，使板料在模具 里进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产 品零件的生产技术
冲压成形产品示例一——日常用品 冲压成形产品示例二——高科技产品
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第一章 冲压成型基础
二、冲压工序的分类
根据材料的变形特点分： 分离工序、成形工序
分离工序：冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限σb，
使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离 工序主要有剪裁和冲裁等。
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第一章 冲压成型基础
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第一章 冲压成型基础
冲压加工在国民经济各个领域中应用广泛 宇航、航空、军工、机械、农机、电机、电
子、信息、铁道、邮电、交通、化工、日用电器 及轻工等。 每个人的生活都直接与冲压产品发生联系
飞机、火车、汽车、拖拉机、计算机、手表 等上就有很多大、中、小型冲压件。
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第一章 冲压成型基础
冲压加工是制造业中最常用的一种材料成形加工方法。
(6)先进生产管理模式 并行工程思想、标准化、专业化生产。
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第一章 冲压成型基础
在现代生产制造技术中，冲压加工占有很重 要的地位。
在20世纪60年代，美国用金属板料经冲压加 工后就已创造出了相当于原材料价值12倍的增值， 其所创造的总价值占到国民生产总值的1／1发达国家的模具总产值已超过了机床的总产值 日本,1982年模具总产值为86亿美元，同期机
牵引
推动
冲压模具设计与制造技术正由手工设计、依靠人工经验和常规 机械加工技术向以计算机辅助设计（CAD）、数控切削加工、数
控电加工为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技术转变。
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第一章 冲压成型基础
2.冲压技术发展方向
满足产品开发在T(Time)、Q(Quality)、 C(Cost)、S(Service)、E(Environment)的要求。
的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲 模）。
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第一章 冲压成型基础
冲 压 生 合理的冲压工艺 产 的 先进的模具 三 高效的冲压设备 要 素
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第一章 冲压成型基础
特别强调：冲压模具重要性
冲模一种特殊工艺装备。
冲模与冲压件有 “一模一样”的关系。冲模 没有通用性。
冲模是冲压生产必不可少的工艺装备，决定着产
先进工艺装备技术
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第一章 冲压成型基础
三坐标数控测量
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第一章 冲压成型基础
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第一章 冲压成型基础
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第一章 冲压成型基础
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品的质量、效益和新产品的开发能力。
冲模的功能和作用、冲模设计与制造方法和手段，
决定了冲模是技术密集、高附加值型产品。
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第一章 冲压成型基础
2．冲压成形加工特点
冲压设备的行程次数为每分钟几十次； 高速冲床 每分钟达数百次、千次以上
低耗、高效、低成本 “一模一样”、质量稳定、高一致
性 可加工薄壁、复杂零件 板材有良好的冲压成形性能 模具成本高 所以，冲压成形适宜批量生产。
冲模设计与制造场景
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第一章 冲压成型基础
多工位精密级进模
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第一章 冲压成型基础
冲 压 成 形 产 品 示 例 一
日 常 用 品
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第一章 冲压成型基础
汽 车 覆 盖 件
飞
冲压成形产品示例二——
机
高科技产品
蒙
皮
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第一章 冲压成型基础
数控高速铣削加工 高效 、高精度 、高的表面质量 、可加工高硬材料
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第一章 冲压成型基础
四、冲模设计与制造的要求
冲压产品生产流程：
（冲压）产品设计
相互关联
冲压成形工艺设计
冲压模具设计
相互影响
冲模制造
冲压产品生产
冲模设计与制造流程图
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第一章 冲压成型基础
五、冲压技术现状与发展方向
1.我国冲压技术现状 技术落后、经济效益低。 主要原因：①冲压基础理论与成形工艺落后；