金属塑性加工工艺

金属塑性加工工艺

20103606 材料加工1班魏绪1.材料加工：

金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。

2.适用范围：

钢、铝、铜、钛等及其合金。

3.主要加工方法：

(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横轧、斜轧。

举例：汽车车身板、烟箔等；

其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。

(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取各种断面金属材料的加工方法。

定义：金属材料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多的有色金属管、棒、型材及线坯。

正挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向一致。

反挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向相反。

举例：管、棒、型；

其它：异型截面。

特点： ① 具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属可以发挥其最大的塑性，获得大变形量。可加工用轧制或锻造加工有困难甚至无法加工的金属材料。

② 可生产断面极其复杂的，变断面的管材和型材。

卧式挤压机 正挤

反挤

③灵活性很大，只需更换模具，即可生产出很多产品。

④产品尺寸精确，表面质量好。

(3) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形

•定义：借助锻锤、压力机等设备对坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和一定组织性能的锻件。垂直方向（Z向）受力，水平方向（X、Y向）自由变形。

A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而产生塑性变形的加工

我国自行研制的万吨级水压机

B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲击力或压力而产生塑性变形的加工。

举例：飞机大梁，火箭捆挷环等。

万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环

特点：在塑性变形中，能使坯料的粗晶粒破碎、疏松、孔隙被压实、焊合，锻件的内部组织和性能得到较大改善。

应用：锻造应用十分的广泛，可以生产几克重到200t以上各种形状的锻件，如各种轴类、曲柄和连杆。

(4) 冲压：金属坯料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法，通常在冷态下进行，又称冷冲压。

特点：

①冲压出形状复杂的零件，废料较少。

②冲压加工出来的产品具有足够高的精度和较低表面粗糙度互换性好。

③能获得质量轻、强度和刚度较高的零件。

④操作简便，生产效率高，工艺过程便于机械化和自动化。

（5）拉拔：

将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。是生产管材、棒材、型材及线材的主要方法之一。

特点：

①拉拔制品尺寸精度高，表面光洁度好。

②工具与设备简单，维护方便。

③最适合于连续高速生产断面尺寸小的长制品。

④拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制，工艺过程长。过大的道次加工率将导致制品尺寸、形状不合格，甚至被拉断。原因是变形区内为两压一拉应力状态，不利于充分发挥金属的塑性。

4. 特点：

(1)质量比铸件好(尺寸精度高，表面质量好、性能好)；a. 细化晶粒；b.消除微观缺陷。

(2)不产生切削，金属利用率高；

(3)易实现连续化、自动化、高速、大批量生产；

(4)设备较庞大，相对铸造能耗较高。

5．塑性加工理论的发展概况：

金属塑性加工力学：连续介质力学＋晶体力学CMTP (Continuum Mechanics of Textured Polycrystals)

塑性变形材料学：1）塑性变形组织控制

2）织构控制

塑性加工摩擦学：干摩擦、湿摩擦、边界摩擦、混合摩擦＋润滑剂

（1）. 金属塑性加工力学(力学冶金)

是随塑性力学(塑性理论)在金属塑性加工中的应用而发展起来的一个分支。

1864年Tresca首次提出最大剪切屈服准则；

1925年Karman将塑性力学应用于塑性加工；

Sachs和Siebel提出工程法(主应力法)；

20世纪中期建立滑移线法研究平面变形；

20世纪50年代发展变形功平衡法；

现代，塑性有限元法。

（2）. 金属塑性加工材料学

运用物理冶金原理研究塑性变形过程中金属的组织演变及性能变化的规律。

运用位错理论解释金属塑性变形过程，如滑移、机械孪生、加工硬化、裂纹形成、扩展和断裂。

胞状结构、剪切带、过渡带、形变带以及晶粒取向演变与分布。

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25 m

用电子背散射衍射（EBSD）技术获得的微取向分布上图

（3）. 塑性加工摩擦学

塑性加工过程中接触表面间的相对运动引起摩擦，发生一系列物理、化学和力学变化，对金属塑性变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。

➢机械摩擦理论：阿芒顿－库仑定律；

➢粘着摩擦理论：

✓①F.P.鲍－D.泰伯焊合摩擦理论

✓②И.B克拉盖尔斯基理论

➢磨损

➢润滑