金属塑性成形理论
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。
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。
金属塑性成型原理
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。
金属塑性成形的概念
金属塑性成形的概念金属塑性成形是指通过在金属材料中施加外力、应用热力或化学反应等手段，使金属材料发生塑性变形的一种金属加工工艺。
与传统的金属加工方式相比，金属塑性成形具有高效性、精确性和经济性的特点。
它广泛应用于汽车、航空航天、冶金等行业。
金属塑性成形的基本原理是利用金属材料的塑性变形特性，通过施加外力使金属材料由原有的形态发生塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
金属塑性成形可以分为几种不同的形式，主要包括锤击成形、挤压成形、拉伸成形、压力成形和转轧成形等。
锤击成形是一种传统的金属塑性成形方法，它通常通过将金属材料置于锻造设备中，然后利用锤击力量使金属材料发生塑性变形。
锤击成形具有成本低、生产周期短的优点，但是需要大量的人力和物力投入。
挤压成形是指将金属材料置于挤压机中，通过挤压头施加压力使金属材料发生塑性变形。
挤压成形可以分为直接挤压和间接挤压两种形式。
直接挤压是指将金属材料直接放入挤压腔内，然后施加压力使金属材料发生压缩变形。
间接挤压是指将金属材料包裹在特殊形状的模具中，然后施加压力使金属材料逐渐挤出模具，从而达到所需的形状和尺寸。
拉伸成形是通过在金属材料表面施加拉力，使其发生塑性变形。
拉伸成形通常用于制备薄壁结构，如汽车车身、空调管道等。
拉伸成形由于受到法向拉力和剪切力的作用，易造成材料表面的应力集中和变形不均匀，因此在拉伸成形过程中需要注意控制应力分布和变形。
压力成形是一种利用液压或气压对金属材料施加压力的金属塑性成形方法。
压力成形通常具有成形精度高、产品质量好的优点，并且可以实现批量生产。
压力成形主要包括冲压成形、压铸成形和锻压成形等。
转轧成形是一种将金属材料置于转轧机中进行塑性变形的金属加工方法。
转轧成形通常用于制备薄板材料，如钢板、铝板等。
转轧成形具有高效、节省原材料和简便的优点，且可以保证成形件的尺寸精度和表面质量。
总之，金属塑性成形是一种广泛应用于金属加工领域的重要技术，通过施加力量和热力等手段，对金属材料进行塑性变形，从而得到所需的形状和尺寸。
第六章 金属塑性成形的工艺理论基础
8
4. 自由锻
自由锻指将金属坯料放在锻造设备的上下砥铁之间，施 加冲击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方 法。
坯料在锻造过程中，除与上下砥铁 或其它辅助工具接触的部分表面外， 都是自由表面，变形不受限制，锻件 的形状和尺寸靠锻工的技术来保证， 所用设备与工具通用性强。
自由锻主要用于：
1、冷变形
变形温度低于再结晶温度时，金属在变形过程中只有加工硬 化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组 织，这种变形称为冷变形。
特点：产品表面品质好、尺寸精度高、力学性能好，一般不
需再切削加工。
生产中常用它来提高产品的性能。
21
2、热变形
变形温度高于再结晶温度时，变形产生的加工硬化被随即发 生的再结晶所抵消，变形后金属具有细而均匀的再结晶等轴 晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。
再结晶时的温度称为再结晶温度T再 = （0.35~0.4）T熔（K）
再结晶退火：为了消除加工生产中加工硬化给金属继续进行塑性 变形带来的困难，生产中以再结晶以上的温度加热已加工硬化的 金属，使其发生再结晶而再次获得良好的塑性的操作工艺。
二、金属塑性变形的类型
金属在不同温度下变形对其组织和性能的影响不同，因 此金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种。
具有纤维组织的金属， 各个方向上的机械性 能不相同。
平行于纤维方向的机械性能比垂直于纤维方向的好。
金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能 的方向性也就越显著。
纤维组织的化学稳定性强，其分布状况一般不能通 过热处理消除，只能通过不同方向上的锻压成形才 能改变；
为充分利用纤维组织的方向性，应遵循的原则是：
塑性成形原理知识点
塑性成形原理知识点塑性成形是一种利用金属材料的塑性变形能力，在一定的条件下通过压力使金属材料发生塑性变形，从而获得所需形状的加工方法。
塑性成形技术是金属加工工艺中的重要分支，广泛应用于汽车、航空、航天、电子、家电、建筑等工业领域。
1.塑性变形：在塑性成形过程中，金属材料通过外力作用下的塑性变形使其形状发生改变。
塑性变形是金属材料中原子的相对位置发生改变而引起的宏观形变，其主要表现为材料的延伸、压缩、弯曲等。
塑性变形是金属材料的塑性性质所决定的，不同材料的塑性性能不同。
2.应力-应变关系：金属材料受到外力作用时，材料内部会产生应力，应力与应变之间存在一定的关系。
在塑性成形过程中，材料会发生塑性变形，使其产生应变。
应力-应变关系是描述材料塑性变形过程中应力和应变之间关系的数学模型，常用的模型有胡克定律模型和流变模型。
3.材料流动：塑性成形过程中，材料会发生流动从而获得所需的形状。
材料流动是指塑性材料在外力作用下，发生内部原子的相对位移和重新组合，从而使整个材料的结构发生变化。
材料流动是实现塑性成形的关键，其流动性能决定了成形工艺的可行性和成品质量。
4.成形工艺：塑性成形工艺是金属材料经过一系列工艺操作，通过压力使其发生塑性变形，最终获得所需形状的过程。
常见的塑性成形工艺包括冲压、拉伸、挤压、压铸、滚压等。
不同工艺适用于不同形状的零件，根据材料的性质和零件的要求选择合适的成形工艺。
5.工艺过程控制：塑性成形过程中，需要对各个环节进行控制以确保成品质量。
工艺过程控制包括工艺参数的选择、设备的调整、模具结构的设计等。
在塑性成形过程中，要控制好温度、应力、应变速率等因素，以避免过大的变形应力引起材料的断裂或变形过大导致零件尺寸偏差。
塑性成形技术不仅可以实现复杂形状的制造，而且可以提高材料的强度和刚度，降低材料的质量，节省原材料和能源。
因此，塑性成形技术在现代工业生产中具有重要的地位和应用价值。
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理金属塑性成形是一种重要的金属加工方法，它通过施加外力使金属发生变形，从而获得所需形状和尺寸的工件。
金属塑性成形原理是指金属在一定条件下，经过外力作用下，发生塑性变形的规律和原则。
金属塑性成形原理的研究对于提高金属成形工艺的质量和效率具有重要意义。
首先，金属塑性成形原理与金属的塑性变形特性密切相关。
金属的塑性变形是指金属在外力作用下，能够发生形状和尺寸的变化，而不断地保持新形状。
金属的塑性变形特性包括延展性和韧性，这些特性直接影响着金属在成形过程中的变形行为。
不同金属的塑性变形特性有所差异，因此在实际生产中需要根据金属的特性选择合适的成形工艺和工艺参数。
其次，金属塑性成形原理与成形工艺的选择和设计密切相关。
在金属塑性成形过程中，需要根据工件的形状和尺寸要求，选择合适的成形工艺。
不同的成形工艺包括锻造、压力成形、拉伸成形、挤压成形等，它们在金属塑性成形过程中起着不同的作用。
同时，成形工艺的设计也需要考虑金属的塑性变形特性和成形设备的性能，以确保成形过程顺利进行并获得高质量的工件。
另外，金属塑性成形原理与成形设备的选择和优化密切相关。
成形设备是实现金属塑性成形的关键工具，它包括各种类型的成形机床、模具和辅助设备。
在金属塑性成形过程中，需要根据工件的形状和尺寸要求，选择合适的成形设备。
同时，成形设备的性能和精度也会影响金属的成形质量和效率，因此需要对成形设备进行优化和改进。
最后，金属塑性成形原理还与成形工艺的控制和改进密切相关。
在金属塑性成形过程中，需要对成形工艺进行精确的控制，以确保工件的形状和尺寸满足要求。
同时，还需要通过改进成形工艺，提高成形质量和效率，降低成本和能耗。
因此，金属塑性成形原理的研究也包括成形工艺的控制和改进方法。
综上所述，金属塑性成形原理是金属塑性成形过程中的基本规律和原则，它涉及金属的塑性变形特性、成形工艺的选择和设计、成形设备的选择和优化、成形工艺的控制和改进等方面。
金属塑性成形原理---第二章_金属塑性变形的物理基础
位错的攀移
❖ 螺型位错无攀移
❖ 正攀移——正刃型位错位错线上移
负刃型位错位错线下移
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位错的交割
❖ 两根刃型位错线都在各自的滑移面上移动，
则在相遇后交截分别形成各界，形成割阶后
仍分别在各自的平面内运动。
❖ 刃型位错和螺型位错交割时，在各自的位错
线上形成刃型割阶，位错线也能继续滑移。
❖ 螺型位错和螺型位错交割时，相交后形成的
❖ 假设：理想晶体两排原子相距为a，同排原子间距
为b。原子在平衡位置时，能量处于最低的位置。
在外力τ作用下，原子偏离平衡位置时，能量上升，
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以上。
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典型的晶胞结构
编辑课件
典型的晶胞结构
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三种晶胞的晶格结构
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一、塑性变形机理
实际金属的晶体结构
❖ 单晶体:各方向上的原子密度不同——各向
异性
❖ 多晶体:晶粒方向性互相抵消——各向同性
❖ 塑性成形所用的金属材料绝大多数为多晶
体，其变形过程比单晶体复杂的多。
编辑课件
多晶体塑性变形的分类
加工中，会使变形力显著增
加，对成形工件和模具都有
III．抛物线硬化阶段：
一定的损害作用；但利用金
与位错的交滑移过程有关，
θ3
随应变增加而降低，应力应变
属加工硬化的性质，对材料
曲线变为抛物线。
进行预处理，会使其力学性
能提高
编辑课件
2.2 金属热态下的塑性变形
第10章_锻造成形分析
第一节 塑性成形理论基础
三、冷变形、热变形、温变形
1.冷变形 金属在回复温度以下进行的塑性 变形称为冷变形。变形过程中会出现加工硬化。 2.热变形 在再结晶温度以上进行的塑性变 形称为热变形。金属在热变形过程中既有加工硬 化又有再结晶，但加工硬化会被回复和再结晶完 全消除 3.温变形 即金属在高于回复温度和低于再 结晶温度范围内进行的塑性成形过程，温变形过 程中有加工硬化及回复现象，但无再结晶，硬化 只得到部分消除。
第一节 塑性成形理论基础
二、加工硬化、回复和再结晶
1.加工硬化(Process Induration) 金属在冷变形（低于再结晶温度）加工时，随 着变形量的增加，金属材料的强度、硬度提高，但 塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。如图53所示。 2.回复(Revert)和再结晶(Recrystal) (1) 回复 将冷成形后的金属加热至一定温度 后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减 小的现象，称为回复，如图5-4c所示。回复温度约 为(0.25-0.3)T熔（K）。 (2) 再结晶 塑性变形后金属被拉长了的晶粒 出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象，称为 再结晶，如图5-4d所示。再结晶温度一般为0.4T熔 (K)以上。
第二节 金属塑性成形方法
（一）自由锻基本工序 4 错移 错移是指将坯料的一部分相对于另一部分平移错开， 但仍保持轴线平行的锻造工序。
5 锻接
锻接是指将坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两 坯料在固相状态下结合的方法。
6 弯曲 弯曲是指采用一定的工模具将坯料弯成规定外形的锻 造工序。
第二节 金属塑性成形方法
第五章 塑性成形工艺
第十章 锻压成形
塑性成形 (Plasticity Forming) （锻压成形）是 金属材料成形方法之一。它是指对金属材料施加外力 作用，利用金属的塑性使其产生塑性变形，从而获得 具有一定的形状、尺寸、组织和性能的工件或毛坯的 加工方法，也称为塑性加工或压力加工。常见的塑性 成形方法有：锻造、冲压、挤压 (3) 、轧制、拉拔等 ( 图5-1)。
金属塑性成形
1、金属塑性成形的定义
改变形状 金属坯料
产生
塑性变形
达到
改变尺寸 改善性能
外力
得到 毛坯 零件
又称为压力加工。
2、塑性成形加工的特点及应用
（1）特点 优点： a）与铸造相比：力学性能高，内部缺陷被压合， 晶粒显著细化。 ｂ)与切削加工比：材料的利用率和生产率高。 缺点： a) 形状不能太复杂 b) 坯料塑性要好 （2）应用 汽车、拖拉机、宇航、军工、电器、桥梁、建筑等
回复只能部分消除加工硬化
3、再结晶 温度上升到一定温度时，开始以某些 碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，加工 硬化完全消除，这个过程称为再结晶。 （1）再结晶的结果 a）原子热振动加剧 b）以某些质点为核心重结晶 c）加工硬化全部消除 （2）再结晶温度 金属经大量塑性变形后开始再结晶的 最低温度。
T再=（0.4-0.5）T熔
自由锻、模锻、胎模
锻
（4）冲压
利用冲模将金属板料切离或变形为各种冲压件。
（5）拉拔
将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成形为各种线 材、薄壁管材、特殊截面型材等
第一节
金属塑性变形
• 塑性变形的实质 • 冷变形和热变形 • 金属的可锻性及影响因素
一、金属塑性成形的实质
塑性：金属在外力作用下，产生永久变形而不破 坏的能力。 金属变形过程： a）金属材料在外力作用下发生弹性变形 b）当外力超过一定值后产生塑性变形 c）外力继续加大，发生断裂 金属塑性变形的实质： a）晶粒内部滑移和孪生
纤维组织合理分布
（1）零件最大拉应 力方向应与锻造流线平 行 （2）零件最大剪切 应力方向应与锻造流线 垂直 （3）零件外形轮廓 应与锻造纤维的分布相 符合而不被切断。
三、冷变形和热变形
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理金属塑性成形是指通过外力作用下，金属材料在一定温度范围内发生塑性变形的过程。
金属塑性成形是制造工业中常用的一种加工方法，它能够制造出各种形状和尺寸的零部件，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
金属塑性成形的原理是基于金属材料的内部结构和性能特点，通过外力使其发生形变，从而得到所需的形状和尺寸。
金属材料的塑性成形主要依靠金属的塑性变形特性，其原理主要包括以下几个方面：一、应力和应变。
金属材料在受到外力作用时，会产生应力和应变。
应力是单位面积上的力，而应变是单位长度上的变形量。
金属材料在受到外力作用时，会发生应力和应变的变化，从而产生塑性变形。
二、晶粒滑移。
金属材料的内部结构是由大量的晶粒组成的，晶粒之间存在着晶界。
当金属受到外力作用时，晶粒会沿着晶界发生滑移，从而使得金属材料发生塑性变形。
晶粒滑移是金属塑性成形的重要原理之一。
三、冷加工和热加工。
金属材料在不同温度下的塑性变形特性是不同的。
在常温下进行的金属塑性成形称为冷加工，而在一定温度范围内进行的金属塑性成形称为热加工。
冷加工和热加工对金属材料的塑性成形有着不同的影响，需要根据具体的工艺要求来选择合适的加工方法。
四、金属材料的变形机制。
金属材料的塑性变形主要有拉伸、压缩、弯曲、挤压等形式。
这些变形机制是通过外力作用下，金属材料内部晶粒的滑移和变形来实现的。
不同的变形机制对应着不同的加工工艺和设备，需要根据具体的要求来选择合适的成形方式。
综上所述，金属塑性成形的原理是基于金属材料的内部结构和性能特点，通过外力使其发生形变，从而得到所需的形状和尺寸。
金属塑性成形是制造工业中常用的一种加工方法，它能够制造出各种形状和尺寸的零部件，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
深入理解金属塑性成形的原理，对于提高加工工艺的效率和质量具有重要意义。
第六章金属塑性成形工艺理论基础
3）冲压件尺寸精度高，质量稳定，互换性好， 一般不需机械加工即可作零件使用。 4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机 械化和自动化。
5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。
6）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用 高，只适用于大批量生产。
坯料在锻造过程中，除与上下抵铁或其它辅 助工具接触的部分表面外，都是自由表面，变形 不受限制，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保 证，所用设备与工具通用性强。
自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产 大型锻件的唯一方法。
1) 自由锻设备
空气锤 它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适
用于小型锻件；65~750Kg
挤压成形是使坯料在外力作用下，使模具内的金属坯 料产生定向塑性变形，并通过模具上的孔型，而获得 具有一定形状和尺寸的零件的加工方法。
图6-3 挤压
挤压的优点：
1）可提高成形零件的尺寸精度，并减小表面粗糙 度。 2）具有较高的生产率，并可提高材料的利用率。 3）提高零件的力学性能。 4）挤压可生产形状复杂的管材、型材及零件。
3）精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不 平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平 整端面、校直弯曲。
3）自由锻的特点
优点：
1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法
3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属 的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的 设备吨位小。
实例：
当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与 杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力 顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱(如图示 )。
塑性成形原理
塑性成形原理塑性成形是指通过外力作用下，金属材料经过塑性变形，改变其外形和尺寸的加工方法。
在工程制造中，塑性成形是一种常用的加工工艺，可以用于生产各种各样的零部件和产品。
塑性成形原理是塑性加工的基础，了解和掌握塑性成形原理对于工程技术人员来说至关重要。
首先，塑性成形原理的基础是金属材料的塑性变形特性。
金属材料在外力作用下会发生塑性变形，这是因为金属材料的内部结构存在晶粒和晶界，晶粒内部存在位错。
当外力作用到金属材料上时，位错会发生滑移和交错，从而引起晶粒的形变，最终导致金属材料整体的塑性变形。
因此，了解金属材料的晶体结构和塑性变形机制是理解塑性成形原理的关键。
其次，塑性成形原理涉及到金属材料的应力和应变关系。
在塑性成形过程中，金属材料会受到外力的作用，从而产生应力。
当应力超过金属材料的屈服强度时，金属材料就会发生塑性变形。
而金属材料的应变则是指金属材料在外力作用下的变形程度，通常用应变曲线来描述金属材料的应力和应变关系。
通过研究金属材料的应力和应变关系，可以确定金属材料的塑性变形特性，为塑性成形工艺的设计和优化提供依据。
另外，塑性成形原理还包括金属材料的流变行为。
金属材料在塑性成形过程中会发生流变，即金属材料的形状和尺寸会发生变化。
了解金属材料的流变行为可以帮助工程技术人员选择合适的成形工艺和工艺参数，从而实现对金属材料的精确成形。
总的来说，塑性成形原理是塑性加工的基础，它涉及金属材料的塑性变形特性、应力和应变关系以及流变行为。
掌握塑性成形原理可以帮助工程技术人员更好地理解金属材料的加工特性，指导和优化塑性成形工艺，提高产品的质量和生产效率。
因此，对于从事工程制造和金属加工的人员来说，深入学习和掌握塑性成形原理是非常重要的。
第一节 金属塑性变形基础
六、材料的塑性成形性
材料的塑性成形性：材料通过塑性变形而不产生裂 纹和破裂以获得所需形状的性能。 衡量指标：材料的塑性和变形抗力 影响因素：材料性质和变形条件
1. 材料的本质
a.化学成分 纯金属 > 合金； 碳化物形成元素使塑性成形性下降 Nb、 Ti、V、Cr、Mo、W 纯金属和固溶体 > 碳化物； 均匀细小晶粒 > 粗晶粒
金属质点将向阻力最小的方向移动
2. 体积不变条件
εx + εy+ εz=0 εx= - (εy+ εz)，某一主方向的微小应变等于另两个方向的 微小应变之和，且变形方向相反。如用V型铁拔长。
体积不变条件是塑性变形过程中力学分析的前提，也可 用于计算原毛坯的体积。
根据最小阻力定律和体积不变条件可分析金属坯料的 变形趋势，制定金属流动模型，以采取相应措施，保证生 产过程及产品质量控制。
(3) 生产率高，易机械化、自动化 (4) 制品精度较高
缺点: (1)不能加工脆性材料
(2)难以加工内腔形状特别复杂、体积大的制品 (3)设备、模具投资费用高 塑性成形广泛应用于机械制造、汽拖、容器、造船、 建筑、包装、航空航天工业部门。
§2-1 金属塑性变形基础
金属超塑性成形的理论与实践研究
金属超塑性成形的理论与实践研究金属超塑性成形是一种新型的金属加工方法，它具有高精度、高效率、高质量的特点。
近年来，随着金属材料科学技术的发展，越来越多的研究者开始关注金属超塑性成形技术的发展。
本文主要介绍金属超塑性成形的理论与实践研究。
一、金属超塑性成形的概念金属超塑性成形是指在高温和高应变率下，金属材料表现出了极好的塑性变形和高度的变形容限。
这种性能在某些特殊工艺条件下，可以实现细节复杂、形状相对规则的零部件的加工。
金属超塑性成形在工业的应用领域非常广泛，尤其在航空、航天、汽车、电子、玻璃和陶瓷领域中占有重要的地位。
二、金属超塑性成形的理论金属超塑性成形理论主要包括两部分：材料理论和加工技术理论。
材料理论：金属超塑性成形的理论基础主要是材料的变形学和热力学。
材料的变形学研究材料在各种外力作用下的变形行为，包括刚性塑性变形、弹性变形和塑性变形等。
而热力学则是研究材料在加热和冷却过程中所产生的热量以及其对材料的影响。
加工技术理论：金属超塑性成形的加工技术理论主要包括加热加工、变形机制、变形控制和断裂行为等几个方面。
其中，加热加工是指将材料升温，使材料达到超塑变形温度；变形机制则是指材料的变形方式和变形过程。
变形控制是指采取合理的控制措施，使材料变形到设计的形状和尺寸。
而断裂行为则是指超塑材料在变形过程中的断裂机制和规律。
三、金属超塑性成形的应用金属超塑性成形技术在航空、航天、汽车、电子、玻璃和陶瓷领域中有着广泛的应用。
在航空和航天领域，金属超塑性成形技术被广泛用于制造各种零部件，如涡轮叶片、喷气发动机燃烧室和飞机机身等。
在汽车领域，金属超塑性成形技术可以用于制造车身外壳、排气管、油箱和变速器壳体等。
相较于传统的冲压技术，金属超塑性成形技术可以提高成形精度，减少板材的扭曲和变形。
在电子领域，金属超塑性成形技术可以用于制造微型零件，例如微型夹具、微型感应器、微型电机和半导体器件等。
在玻璃和陶瓷领域，金属超塑性成形技术可以用于制造高精度的模具，例如光纤芯棒、金属注塑机配件和玻璃成型机的零部件。
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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博士研究生入学专业基础课考试大纲
课程名称：金属塑性成形理论
一、考试要求
应考者需全面系统地掌握金属塑性成形的基本概念、基本原理、研究方法及其主要应用领域，重点考查金属塑性变形的物理基础和力学基础，要求能够解释金属塑性变形的热力学机理，掌握金属塑性力学基本理论并对典型塑性成形工序进行力学分析。
二、考试内容
1) 金属塑性变形物理基础
塑性变形的特点及分类
金属冷态下的变形机理
金属热态下的变形机理
金属的塑性变形能力及主要影响因素
2) 应力分析和应变分析
一点应力的表示
应力张量和应力偏量
应力状态的分类及表征
应力张量不变量及其物理意义
小变形与有限变形
体积不变条件及应变类型分类
3) 应力应变关系
塑性变形应力应变关系特点
全量理论、增量理论
金属材料常用本构关系
应力应变顺序对应规律及其物理意义
4) 屈服准则
屈服准则与强度理论的区别与联系
韧性材料常用屈服准则及选用原则
屈服准则的实验验证及主要结论
后继屈服与各向异性材料屈服
5) 典型塑性成形工序
挤压变形时变形分区及各区应力应变状态
板料拉深时各部位的应力应变状态及板材充液拉深原理
管材内高压成形原理及典型应力应变状态
三、试卷结构
考试时间180分钟，满分100分
1)题型结构
概念题：20分
简答题：50分
论述题及应用题：30分
2)内容结构
塑性变形物理基础：20分
应力分析、应变分析：25分
应力应变关系：25分
屈服准则：15分
塑性成形实例分析：15分
四、参考书目
1)《塑性加工力学基础》，王仲仁主编，国防工业出版社，1989
2)《金属塑性成形原理》，俞汉清，陈金德，机械工业出版社，1999。