金属塑性成形原理课标Word版
第八章 金属的塑性成形
第三节 板 料 冲 压
图８-2４ 单柱冲床 ａ)外形图 ｂ)传动图 1—制动闸 2—曲轴 3—离合器 4—飞轮 5—电动机 6—踏板 7—滑块
8—连杆
第三节 板 料 冲 压
二、冲压基本工序 冲压基本工序有分离工序和变形工序两大类。 (1)分离工序 使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序称为分
离工序，包括剪切和冲裁。
第二节 锻 造 成 形
图８-19 胎模的几种结构 ａ)扣模 ｂ)、ｃ)套筒模 ｄ)合模
(2)胎模锻工艺示例 双联齿轮坯的胎模锻造过程，如图８-２0所 示。
第二节 锻 造 成 形
图８-20 双联齿轮坯胎模锻工艺
3.摩擦压力机上模锻
第二节 锻 造 成 形
图８-２１ 摩擦压力机传动简图 1—螺杆 2—螺母 3—飞轮 4—圆轮 5—带传动 6—电动机 7—滑块 8—导轨 9—机座 10—操纵杆
第二节 锻 造 成 形
(1)镦粗 镦粗是使毛坯高度减小，横截面积增大的锻造工序。 (2)拔长 拔长是使毛坯横截面积减小，长度增加的工序。
图８-13 拔长种类 ａ)平砧拔长 ｂ)赶铁拔长 ｃ)芯棒拔长
(3)冲孔 冲孔是在坯料上冲击通孔和不通孔的锻造工序。 (4)弯曲 弯曲是采用一定的工具模，将坯料弯成规定外形的锻造 工序，如图８-15所示。
2.多晶体金属的塑性变形
第一节 金属塑性成形原理
图８-２ 多晶体金属不均匀 塑性变形过程
第一节 金属塑性成形原理
二、冷变形对金属组织和性能的影响 1.产生冷变形强化现象
图８-３ 金属冷变形强化现象 ａ)纯铜 ｂ)低碳钢
பைடு நூலகம்
2.产生残余内应力 三、冷变形金属在加热时组织和性能的变化(见图８-４)
《金属塑性成形原理》课程讲义1
第一章 绪论一 课程简介《金属塑性成形原理》是材料成形与控制工程的一门专业理论基础课，研究金属塑性变形时在金属学和力学等方面遵循的共同基础和规律，阐明金属在塑性成形时的共性，即金属塑性成形原理是研究和探讨金属在各种塑性加工中可遵循的基础和规律，其目的在于科学地、系统地掌握金属塑性加工过程中遵循的基础和规律，为学习后续的工艺课程作理论基础，也为合理制定塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。
金属塑性成形是金属加工的方法之一。
它是在外力作用下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能、形状和尺寸的零件和毛坯的加工方法。
随着冲压工艺、模锻工艺及模具技术的迅速发展，在现代工业生产中，冲压工艺、模锻工艺在航空、兵工、汽车、拖拉机、电器、电子、仪表及日用品生产中应用十分广泛，占有很重要的地位。
模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺装备，在国民经济中占用重要的地位。
二 金属的塑性及塑性成形1. 金属的塑性2. 塑性成形金属材料在外力作用下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能、形状和尺寸的零件和毛坯的加工方法。
三 金属塑性成形特点与金属切削、铸造、焊接等加工方法相比，金属塑性成形具有以下优点：（1）经过塑性加工，金属的组织、性能得到改善和提高金属在塑性加工过程中，往往要经过锻造、轧制、或者挤压等工序，这些工序使得金属的结构更加致密、组织得到改善、性能得到提高。
对于铸造组织，这种效果更加明显。
例如炼钢铸成的钢锭，其内部组织疏松多孔、晶粒粗大而且不均匀，偏析也比较严重，经过锻造、轧制或者挤压等塑性加工可以改变它的将圆柱形试样进行拉伸试验时，拉力P 与试样伸长△l之间的关系如图l-1所示。
由图可看出，当作用力P <P e （弹性极限载荷）时进行卸载，伸长沿eo 方向减小，最后伸长消失，试样恢复原来长度，这种性质称为材料弹性。
当作用力P >P c （屈服极限载荷）如加载到c 点，然后进行卸载，则伸长随载荷的减小而沿cd 变化（cd ∥eo ）。
金属塑性成形原理
塑性成形
一次加工
块料成形
（体积成 形，锻造）
二次加工
轧制
挤压 冶金厂 拉拔
自由锻 锻造厂
模锻
板料成形 （冲压）
分离工序 成形工序
冲裁 落料 弯曲
拉深
.
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□ 块料成形（体积成形） 块料成形是在塑性成形过程中靠体积转
移和分配来实现的。可分为一次加工和二次 加工。 ◇ 一次加工
这是属于冶金工业内的原材料生产的加工 方法，可提供棒材、板材、管材、线材等。 包括轧制、挤压和拉拔等。
一般分为分离工序和成形工序两类。 ◇ 分离工序
分离工序是在冲压过程中使冲压零件与板 料沿一定的轮廓线相互分离。包括落料、冲孔、 切断、切边等。
.
20
△ 落料 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是零
件。
△ 冲孔 用冲模沿封闭轮廓线冲切，冲下部分是废
料。
.
21
△ 切断
用剪刀或冲模沿不封闭轮廓线切断，多用 于加工形状简单的平板零件。
正挤
反挤
复合 挤
挤压原理示意图
.
16
△ 拉拔：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。
拉拔原理示意图
.
17Βιβλιοθήκη ◇ 二次加工 为机械制造工业领域内提供零件或坯料的
加工方法。包括自由锻和模锻，统称为锻造。 △ 自由锻：自由锻是在锻锤或水压机上，利用
1)增加应变速率会使金属的真实应力升 高，这是由于塑性变形的机理比较复杂，需要 有一定的时间来进行。流动应力升高会使金属 的塑性降低。
2)增加应变速率，由于没有足够的时间进 行回复或再结晶，因而软化过程不充分而使金 属的塑性降低。
第一节 金属塑性成性原理
(2)特点：
a）加工硬化和再结晶同时发生； b）冶金缺陷得到改善或消除； c）最终得到细小的等轴晶； d）组织致密，力学性能显著提高 e）变形程度大。 3） 温变形：自学
5 、纤维组织和锻造流线
铸锭组织不均，晶粒粗大，气孔、夹杂，塑性变形后， 晶粒及夹杂沿变形方向被拉长或压扁，呈纤维状及流 线分布。 变形增加越明显，纤维状及流线分布越明显。 也就是， 热变形后金属组织与性能： a）气孔、缩孔、缩松能锻合，提高致密度。 b）生成再结晶组织，细化晶粒。 c）生成纤维组织和锻造流线，使材料有方向性。
4、冷变形和热变形: 1)冷变形（冷加工）：在再结晶温度以下进行的 变形。 (1)生产方法：冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔等 (2)特点： a）位错密度上升 —显著加工硬化，强度、硬度 上升，塑性、韧性下降； b）尺寸精度高、表面质量好； c）变形程度不宜过大，避免破裂。 冷变形后的工件若继续进行冷加工，要进行再结 晶退火，因此金属压力加工主要采用热变形来进 行。
(a) 正火态
(b) 变形40%
(c) 变形80%
简单讲，
1）晶粒沿变形最大的方向伸长。 2）晶格晶粒均发生扭曲，产生内应力。 3）晶粒间产生碎晶。
2、性能： １）加工硬化（冷变形强化）：金属经过塑性 变形后，强度和硬度上升，而塑性和韧性下降 的现象。 是通过冷轧、喷丸等强化金属的理论根据。
原因：随变形量增加, 位错密度增加，使变形抗力增加；产生碎 晶；晶格扭曲，增大滑移阻力。→晶格畸变． （1）有利：强化金属，形变强化 ．加工硬化是强化金属的重要 手段之一，对于不能热处理强化的金属和合金尤为重要。 （２）有害：变形抗力↑，继续压力加工困难，对模具不利，设 备吨位↑
铁素体变形80%
650℃加热
金属塑性成形原理.
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三、六方晶系晶面与晶向指数
2、晶向指数
标定方法：
1. 平移晶向(或坐标)，让原 点为晶向上一点，取另一 点的坐标，有:
2. 并满足p＋q＋r＝0 ； 3. 化成最小、整数比 u：v：t：w 4. 放在方方括号[uvtw]，不加逗号，负号记在上方 。
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金属的实际晶体结构
标定方法：
1. 建立坐标系 结点为原点，三棱为方向， 点阵常数为单位 ； 2. 在晶向上任两点的坐标(x1,y1,z1) (x2,y2,z2)。(若平移晶向或坐标，让在第 一点在原点则下一步更简单)； 3. 计算x2-x1 ： y2-y1 ： z2-z1 ； 4. 化成最小、整数比u：v：w ； 5. 放在方括号[uvw]中，不加逗号，负号记在 上方 。
一、多晶体结构
单晶体:
一块晶体材料，其内部 的晶体位向完全一致时，即 整个材料是一个晶体，这块 晶体就称之为“单晶体”， 实用材料中如半导体集成电 路用的单晶硅、专门制造的 金须和其他一些供研究用的 材料。
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一、多晶体结构
多晶体:
实际应用的工程材料 中，那怕是一块尺寸很小 材料，绝大多数包含着许 许多多的小晶体，每个小 晶体的内部，晶格位向是 均匀一致的，而各个小晶 体之间，彼此的位向却不 相同。称这种由多个小晶 体组成的晶体结构称之为 “多晶体”。
第一章 金属塑性变形的基础理论 主要内容
金属的晶体结构
位错理论基础 单晶体塑性变形 多晶体塑性变形
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1.1 金属的晶体结构
金属塑性成形原理 教学大纲
金属塑性成形原理一、课程说明课程编号：080103Z10课程名称：金属塑性成形原理/Principles of Metal Plastic Forming课程类别：专业教育学时/学分：40/2.5（其中实验学时：4）先修课程：工程力学(材料力学) 或弹性力学、工程材料或材料性能学适用专业：机械设计制造及其自动化（材料成型及控制工程，机械制造，工程装备等方向），车辆工程，微电子科学与工程教材、教学参考书：[1]李尧主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，机械工业出版社，2013[2]运新兵主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，冶金工业出版社，2012[3]董湘怀主编, 金属塑性成形原理，机械工业出版社，2011[4]万胜狄主编，金属塑性成形原理，机械工业出版社，1995[5]李尧主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，机械工业出版社，2013[6]运新兵主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，冶金工业出版社，2012[7]董湘怀主编, 金属塑性成形原理，机械工业出版社，2011二、课程设置的目的意义本课程设置的目的是科学、系统地阐明金属塑性变形的基础与规律，使学生掌握金属塑性加工的基本原理和共性问题，包括塑性加工力学、塑性加工材料学和塑性加工摩擦学等。
通过学习初步了解金属塑性成形的物理基础、力学基础理论，熟悉塑性成形中的摩擦、塑性成形中的不均匀变形，掌握塑性成形力学的求解方法等，为学习后续的塑性加工工艺与技术课程（轧制与挤压、锻造成形、旋压成形、汽车覆盖件与板料冲压成形、特种微纳制造等）作理论准备，为合理制定各种塑性变形工艺奠定理论基础。
本课程是机械设计制造、车辆工程和微电子制造等涉及金属塑性成形技术相关专业的技术基础课程，特别是机械设计制造专业（材料成型及控制方向）的(必修)核心课。
三、课程的基本要求（一）知识要求（1）掌握金属塑性加工过程的热力学条件及应力应变分析的基本概念和基本理论。
金属塑性成形原理课程教学大纲
金属塑性成形原理课程教学大纲课程名称：金属塑性成形原理课程编号：16118587学时/学分：32/2.0开课学期：5适用专业：材料成型及控制工程课程类型：专业方向选修课一、课程的目的和任务目的：通过本课程的学习其目的是科学地、系统地阐明金属塑性变形的基础与规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，为合理制定塑性变形工艺奠定理论基础。
任务：掌握金属塑性变形体中应力、应变的大小、分布及其相互关系，确定变形由弹性状态过渡到塑性状态的力学条件；掌握变形和变形力的求解模式。
掌握金属塑性变形机理以及塑性变形与化学成分、金属组织状态之间的关系；研究热力学条件及摩擦与润滑等因素对变形过程的影响，确定由弹性状态到塑性状态过渡的条件。
二、课程的基本要求1.知识要求：掌握金属塑性加工过程的热力学条件及应力应变分析的基本概念和基本理论。
熟悉和掌握塑性加工过程中金属变形的微观与宏观的基本规律，以及各种基本变形力学方程，能推导典型塑性加工问题的应力与应变计算公式。
掌握金属在塑性加工过程中组织性能的变化及金属的塑性、变形抗力、断裂等与加工条件的关系。
能按照要求或给定公式进行变形程度、应变速度、工件尺寸与变形力能参数等计算。
根据所学知识，对金属的流动、产品质量等有关因素进行相应分析，能基本制定或选择出优质、高产、低消耗的生产工艺。
2.能力要求：能够初步运用所学的塑性成形理论解决实际生产中的工程问题；并对已有的成形方案能从理论上给予解释说明；在此基础上探索的提出金属成形较合理的工艺措施和方法。
3.素质要求：培养学生理论联系实践、运用扎实的理论解决金属塑性成形中的工程问题。
三、课程基本内容和学时安排第一章绪论（1学时）知识点：金属塑性加工的定义、分类、特点、地位、发展概况；本课程的性质、内容、意义、发展概况。
第二章金属塑性变形的力学基础（14学时）知识点：应力分析：外力、内力、应力概念；点的应力状态概念、描述方法；斜面应力的确定；应力边界条件；应力张量定义与性质；应力不变量；主应力图；应力张量分解；应力平衡微分方程；应变分析：位移、位移增量、应变、几何方程；点的应变状态概念、描述方法；任意方向上应变的确定；应变张量与不变量；应变张量分解；应变协调方程概念与意义，塑性变形体积不变，应变增量张量定义、意义，全量应变与增量应变关系；金属塑性变形过程和力学特点；Tresca与Mises屈服条件，二者的差异；加载与卸载准则，加载路径概念；增量理论与与全量理论；变形抗力概念，加工硬化曲线，影响变形抗力因素；平面应变问题与轴对称问题。
金属塑性成形原理
第一章 塑性成形原理实验一 真实应力-------应变曲线的测定一、实验目的：测定铝的静态（室温、低速）真实应力——应变曲线。
二、实验原理：在塑性成形力学分析中，真实应力——应变曲线是不可缺少的重要参数，例如材料进入塑性状态。
必须满足等效应力等于单向应力状态下的屈服应力。
而这个应力是随变形温度、变形速度和变形程度而变化的。
在一定温度、变形速度情况下，真实应力)(s 随变形程度ε的关系称为真实应力——应变曲线（也称硬化曲线）。
这里真实应力是指在单向应力状态下，任一瞬时作用在试件上的变形力)(P 与该瞬时试件横截面积)(F 之比：F P S /= -------------------------------（1）真实应力——应变曲线可通过单向拉伸；均匀镦粗试验获得或通过扭转等试验间接获得。
由于单向拉伸试验出现颈缩，变形程度爱到一定的限制，所以广泛采用均匀镦粗获得真实应力——应变曲线。
本实验采取以下措施：（1）、上下压板经淬硬、回火、硬削和抛光； （2）、试件尺寸比为1/00=R D ；（3）、试件端面置浅坑，储存润滑剂 。
（4）、试件每压下10%时，重新涂润滑剂。
压缩时对数应变：HH 0ln= ---------------------------------------------（2）0H ——压缩前试件高度 H——压缩瞬时试件高度压缩时的真实力按平均压力计算： 0F P F P S ==-----------------------------（3）F ——试件变形某一瞬时面积 ； 0F ——试件变形前面积； P ——轴向载荷。
三、实验设备和仪器：实验是在材力试验机上进行（也可在锤上或曲柄压力机上进行）。
力和变形的测量采用传感器、应变仪。
由X —Y 记录仪记录变形和位移的变化。
二个传感器及X —Y 记录仪简要说明见附录。
四、实验步骤：（1）、精确测量试件原始尺寸0D ，0H ；（2）、安装测力、测位移传感器并将其接入动态应变仪，再将应变仪输出端接入X—Y记录仪；（3）、标定传达传感器（可直接用标定曲线）；（4）、将试件上下端涂润滑剂（石腊），放在试件压板之间；（5）、加压变形，每变形△H= mm卸载，重涂润滑剂；（6）、再加压直至所需变形程度；（7）、X—Y记录仪记录变形过程。
金属塑性成型原理第一篇塑性变形力学基础
3 I1 2 I2 I3 0
－－求主应力的特征方程
（1.10）
I1、I2、I3称作应力
应力张量三个不变量：
张量的第一、二、三 不变量。
I1 x y z
I2
(
x
y
y
z
z
x)
2 xy
2 yz
2 zx
器 I3
x
y z
ijlil j ijli
n
S
2 n
2 n
截面应力分解
3
塑性成形时，变形体一般是多向受力，
显然不能只用一点某一切面上的应力来
求得该点其他方向切面的应力，也就是
说，仅仅用某一方向切面上的应力还不 能足以全面地表示出一点的受力状况。
一般情况下变形体外力一定→内力一定
器
辑 →变形体内任一点的应力状态就一定
辑 导和理解！！
PDF编 捷
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13
主切应力、主切应力平面、最大主切应 力的讨论，请看书中P14~16页。
DF编辑器 §1.2.3 八面体应力与等效应力 P 八面体应力
在主应力空间中，每一卦限中均有一组与三个坐标轴成 等倾角的平面，八个卦限共有八组，构成正八面体面。八面
迅捷体表面上的应力为八面体应力。
金属塑性成形原理 1-3章
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。
金属塑性成形原理(3-1,3-2,3-3)
3、应力椭球面：
在主轴坐标系中点应力状态的几何表达。 几何含义： 主半轴长度分别为1 2 3 的应力椭球面； 物理含义： 1）主轴坐标系中，对于一个确定的应力状态，任 意斜切面上的全应力矢量S的端点必在椭球面上； 2）一点应力状态中，三个主应力中的最大值、最 小值也是过该点所有截面上应力的最大和最小值 讨论： a）单向应力状态 b）两向应力状态 c）圆柱应力状态 d）球面应力状态
第二节 应变分析
一、应变及其分量 单元体的变形分为： 1）棱边长度的变化（正应变，线应变）； 2）棱边所夹角度的变化（切应变，剪应变） 1、名义应变（相对应变，工程应变）及其分量 正应变：单位长度的改变量 x ,y ,z 伸长为正，缩短为负； 切应变：单位长度上的偏移量或两棱边夹角的 变化量 夹角减小为正，增大为负； xy , yz , zx
2 2 2 Sn S x Sy Sx Si Si
(i x, y, z )
n S x l x S y l y S z l z ij li l j
2 2 n Sn n
(i, j x, y, z)
四、主应力、应力张量不变量
1、主应力 主应力：切应力为零的微分面上的正应力分量称主应力 主平面：可以找到三个相互垂直的面，其上只有正应 力，无切应力，这样的微分面称主平面。 应力主轴：主平面的法线方向，即主应力的方向，称为 应力主方向或者应力主轴。
九、 平面应力状态和轴对称应力状态
1、平面应力状态 特点：1）变形体内各质点在与某一方向（如Z轴）垂直的平 面上没有应力作用，即 zx zy z 0 2）z轴是一个主方向 3）应力分量与z轴无关，即对z轴的偏导数为零。
平面应力状态下的应力摩尔圆
《金属塑性成形原理》课程讲义2
第二章金属塑性变形的物理基础教学目的和要求：掌握塑性、滑移、孪生的概念，金属塑性变形的机理、金属变形后加热过程中的软化机制、热加工过程中的软化机制、影响金属塑性的因素。
教学内容：1.金属冷态下的塑性变形机理；2.金属热态下的塑性变形机理；3.金属的超塑性变形；4.金属在塑性加工过程中的塑性行为；教学重点和难点：重点：塑性、滑移、孪生的概念，金属塑性变形的机理、金属变形后加热过程中的软化机制、热加工过程中的软化机制、影响金属塑性的因素。
难点：滑移、孪生的概念，金属塑性变形的机理、影响金属塑性的因素。
第一节金属冷态下的塑性变形塑性成形所用的金属材料绝大部分是多晶体，其变形过程较单晶体的变形复杂多，这主要是与多晶体的结构特点有关。
多晶体是由许多结晶方向不同的晶粒组成，每个晶粒可看成一个单晶体，相邻晶粒彼此位向不同，但晶体结构相同、化学组成也基本一样；晶粒又有一些更小的亚晶粒组成。
晶粒之间存在厚度相当小的晶界，晶界的结构与相邻两晶粒之间的位向差有关，一般可分为小角度晶界和大角度晶界。
一金属的晶体结构（选讲）1．晶格和晶胞固体物质中的原子排列有两种情况，一种是原子呈周期性有规则的排列，这种物质被称为晶体，另一种是原子呈不规则排列，被称为非晶体。
金属一般是晶体。
在晶体中，原子排列的规律不同，其性能也不同。
所以研究金属的晶体结构，首先必须从金属原子的实际排列情况着手。
实际中，晶体的原子堆积在一起，肉眼难以分辨其规律性。
为了清楚的表明原子在空间的排列规律性，人们对晶体结构进行了抽象简化。
即将构成晶体的实际质点（包括原子、离子或者分子）忽略，将他们抽象为纯粹的几何点，称之为阵点或结点。
这些阵点可以是原子（或者分子）的中心，也可以是原子群（或者分子群）的中心点。
用许多平行的直线将这些阵点连接起来，就构成了一个三维的空间格架，这种用以描述晶体中原子（离子或者分子）排列规律的空间格架称为空间点阵，简称为点阵或晶格。
从晶格中取出一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元，来分析晶体中原子排列的规律性，这个最小的单元称为晶胞。
金属塑性成形原理--第一章_绪论
第一章 绪论
主要内容 1.1 金属塑性成形的特点及分类 1.2 金属塑性成形原理课程的目的和任务 1.3 金属塑性成形理论的发展概况
1.1 金属塑性成形的特点及分类
图1-1 塑性材料拉伸时拉力与伸长之间的关系
金属试样的拉深试验
当P<Pp 时，材料处于弹性阶段，应力σ、应变ε成
塑性成形在加工工业中有着极其重要的地位， 它在成形加工中具有极大优势，是其他工艺 所无法替代的。
塑性成形的分类
一次加工
塑 性 成型加工
板料成形（冲压）：分为分离
工序和成形工序
冷成型、热成形和温成形
一次加工
一次加工用于提供型材、管材、板材和线材等。
轧制（多辊轧制）
正比σ=Eε（E为弹性模量） 当P>Pe时的一段小曲线上，应力基本保持不变，
应变显著增加，材料的这种现象称为屈服或流动 过了屈服阶段，在到达b点之前阶段，材料又恢复
抵抗变形的能力，处于强化阶段 过了b点之后，试样出现颈缩现象，处于局部变形
阶段，随着颈缩横截面积减小，材料最终被拉断
基本概念
线几何性质 1930，A Reuss弹塑性应力应变关系
应用
1925，卡尔曼，用初等方法建立了轧制时的 应力分布规律。
萨克斯和齐别尔，提出了主应力法 上限法UBET 视塑性法 FEM(FiniteElement Method)
有限元应用
有限元软件分析
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称为塑性。是指材料的永久变 形能力。
弹性：材料的可恢复变形的能力 塑性成形：使材料在一定的外力作用下，利用其塑
性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法，称 为塑性成形（塑性加工或压力加工） 弹塑性：弹性+塑性
金属塑性成形原理课标
金属塑性成形原理课程标准（78学时）一.课程性质和任务本课程是高等职业技术学校材料成形专业的一门专业基础课程。
通过本课程的学习，使学生了解有关塑性成形原理的专业知识；掌握塑性成形方法及简单工艺流程，应力.应变和塑性变形的相关知识；变形力计算方法；塑性成形件质量的一般分析方法；掌握压力加工模拟及其成立条件。
二.课程教学目标本课程的教学目标是：使学生掌握塑性.塑性加工方法.塑性加工变形力计算等相关概念，包括晶体缺陷.晶格类型.塑性成形件质量分析.各种计算变形力的方法等。
并且使学生掌握塑性相关概念，质量分析方法及变形力的理论计算；培养学生动手分析计算解决实际问题的能力。
（一）知识教学目标1．掌握塑性.塑性加工的相关基础知识。
2．掌握热加工.冷加工的区别及各自的优缺点。
3. 掌握金属变形区域的应力.应变分析方法。
4．熟悉塑性成形件的质量分析方法。
5．掌握变形力计算相关理论推导公式。
6．掌握主应力法.上限法的计算方法。
7．掌握塑性成形中的摩擦及其影响因素。
8．了解刚塑性有限元法的基本原理。
9. 了解压力加工模拟的条件及意义.（二）能力培养目标1．对本专业的发展历史.发展趋势有所了解。
2．能对塑性成形中质量影响因素进行分析。
3．具有对实际成形计算其变形力的能力。
（三）思想教育目标1．具有热爱科学.实事求是的学风和勇于实践.勇于创新的意识和精神。
2．具有良好的职业道德。
三.教学内容和要求基础模块（一）绪论1．金属塑性成形特点及分类掌握塑性成形的优点及局限性。
2．金属塑性成形原理课程的目的和任务了解本课程的学习目的和任务，掌握学习方法。
3．金属塑性成形理论的发展概况了解塑性理论的发展历史及今后发展趋势。
（二）金属塑料变形的物理基础1．金属冷态下的塑性变形掌握冷加工的优缺点；了解冷加工的适用范围。
2．金属热态下的塑性变形掌握热加工的优缺点；了解热加工的适用范围。
3. 金属的超塑性变形了解超塑性的概念；掌握超塑性原；了解超塑性的应用前景。
1 绪论
金属塑性成形原理
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）的一种
特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模）。
冲压加工的特点及其应用：
1、低耗、高效、低成本 2、“一模一样”、质量稳定、高一致性 3、可加工薄壁、复杂零件，板材有良好的冲压成形性能
金属塑性成形原理
（2）材料利用率高，可以节约大量金属材料；
金属塑性成形主要靠金属的体积转移来获得一定的形状和尺寸，无切削， 只有少量的工艺废料，因此材料利用率高。
一般可达75%～85%，最高可达98%以上
（3）尺寸精度较高；
精密锻造、精密挤压、精密冲裁零件，可以达到不需机械加工就可以使用 的程度。
金属塑性成形原理
第一章： 绪论
内容提纲
金属塑性成形原理
第一节 金属塑性成形的特点及分类 第二节 本课程的性质、任务和目的 第三节 金属塑性变形理论的发展概况
金属塑性成形原理
第一节 金属塑性成形的特点及分类
1.1 金属的塑性、塑性成形及其特点
P＜Pe：弹性变形阶段，Pe为弹性极限载荷； Pe ＜P ＜ Ps ：屈服阶段，Ps为屈服载荷； Ps ＜P ＜ Pb：塑性变形阶段；在些过程中 （如c点），卸载后，试样将保留部分残余 变形量Od（称为塑性变形）。恢复量dh为 弹性变形量。 P ＞ Pb：材料局部缩颈，载荷下降， Pb为 最大抗 拉载荷；继续变形后断裂（k点）
分离工序 成形工序
二次加工
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理
体积成形
1.锻造：用锻锤运动锤击或用压力机压头压缩工件。 锻造产品：各种轴类、曲柄和连杆
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金属塑性成形原理课程标准
(78学时)
一.课程性质和任务
本课程是高等职业技术学校材料成形专业的一门专业基础课程。
通过本课程的学习，使学生了解有关塑性成形原理的专业知识；掌握塑性成形方法及简单工艺流程，应力.应变和塑性变形的相关知识；变形力计算方法；塑性成形件质量的一般分析方法；掌握压力加工模拟及其成立条件。
二.课程教学目标
本课程的教学目标是：使学生掌握塑性.塑性加工方法.塑性加工变形力计算等相关概念，包括晶体缺陷.晶格类型.塑性成形件质量分析.各种计算变形力的方法等。
并且使学生掌握塑性相关概念，质量分析方法及变形力的理论计算；培养学生动手分析计算解决实际问题的能力。
(一) 知识教学目标
1．掌握塑性.塑性加工的相关基础知识。
2．掌握热加工.冷加工的区别及各自的优缺点。
3. 掌握金属变形区域的应力.应变分析方法。
4．熟悉塑性成形件的质量分析方法。
5．掌握变形力计算相关理论推导公式。
6．掌握主应力法.上限法的计算方法。
7．掌握塑性成形中的摩擦及其影响因素。
8．了解刚塑性有限元法的基本原理。
9. 了解压力加工模拟的条件及意义.
(二) 能力培养目标
1．对本专业的发展历史.发展趋势有所了解。
2．能对塑性成形中质量影响因素进行分析。
3．具有对实际成形计算其变形力的能力。
(三) 思想教育目标
1．具有热爱科学.实事求是的学风和勇于实践.勇于创新的意识和精神。
2．具有良好的职业道德。
三.教学内容和要求
基础模块
(一)绪论
1．金属塑性成形特点及分类
掌握塑性成形的优点及局限性。
2．金属塑性成形原理课程的目的和任务
了解本课程的学习目的和任务，掌握学习方法。
3．金属塑性成形理论的发展概况
了解塑性理论的发展历史及今后发展趋势。
(二) 金属塑料变形的物理基础
1．金属冷态下的塑性变形
掌握冷加工的优缺点；
了解冷加工的适用范围。
2．金属热态下的塑性变形
掌握热加工的优缺点；
了解热加工的适用范围。
3. 金属的超塑性变形
了解超塑性的概念；
掌握超塑性原；
了解超塑性的应用前景。
4. 金属在塑性加工过程中的塑性行为
了解常见的金属塑性行为及其影响因素
(三) 金属塑性变形的力学基础
1．应力分析
理解内力.外力.面力.体积力的概念；
掌握塑性变形中应力分析的方法。
2．应变分析
理解应变的相关概念；
掌握塑性变形中应变分析的方法。
3．平面问题和轴对称问题
了解平面问题和轴对称问题的基本概念；
掌握平面问题和轴对称问题的常见处理方法。
4．屈服准则
理解材料的屈服现象；
掌握屈雷斯加屈服准则及米塞斯准则的使用原则和范围；了解影响材料屈服强度的相关因素。
5．塑性变形时的应力应变关系
掌握本构关系满足的条件；
掌握应力应变关系的应用条件和场合。
6．真实应力—应变曲线
掌握名义应力应变曲线的由来及其不足；
掌握真实应力应变曲线的意义及应用价值。
(四) 金属塑性成形中的摩擦
1．金属塑性成形中摩擦的特点
掌握塑性中的摩擦与机械摩擦的区别。
2．塑性成形中摩擦的分类及机理
了解塑性成形摩擦的分类及机理。
3．描述接触表面上摩擦力的数学表达式
了解接触摩擦定律；
掌握影响摩擦系数的因素；
了解测定摩擦系数的方法。
4．影响摩擦系数的主要因素
了解摩擦系数对塑性变形的影响；
掌握各因素对摩擦系数的影响趋势。
5．测定外摩擦系数的方法
了解测定外摩擦系数的意义。
掌握几种测定外摩擦系数的方法。
6．塑性成形中的润滑
了解润滑的重要意义。
掌握塑性成形中润滑的分类。
7．不同塑性成形条件下的摩擦系数
了解不同塑性成形条件下的摩擦系数
(五) 塑性成形件质量的定性分析
1．概述
掌握质量的基本概念。
2．塑性成形件中的空洞和裂纹
掌握空洞和裂纹的概念；
掌握空洞和裂纹的内在关系及其对金属断裂的影响。
3．塑性成形件中的晶粒度
了解晶粒度的基本概念；
掌握常见组织的晶粒度。
4．塑性成形件中的折叠
掌握折叠的概念；
掌握解决折叠的措施。
5．塑性加工中的失稳
了解失稳的概念；
掌握解决失稳的方法
(六) 主应力法及其应用
1．概述
了解主应力法的意义及实际应用时所做的假设。
2．主应力法的基本原理
了解主应力法计算变形力的基本方法和原理。
3．几种金属流动类型变形力公式简介
了解各种典型变形力计算公式的推导过程仅适用条件。
4.主应力法在塑性成形中的应用
掌握主应力法在塑性成形中的应用条件。
5.关于接触表面上的磨擦切应力及其对压应力分布的影响掌握摩擦切应力的概念。
掌握摩擦切应力分布对正压力的影响。
选用模块
(一) 滑移线场理论应用
1．滑移线场的速度场理论
了解速度场的由来及应用。
2.滑移线场理论在塑性成形中的应用举例
了解常见的塑性变形适合使用滑移线场理论计算的场合。
3.滑移线场的矩阵算子法简介
了解矩阵算子法的由来及应用。
(二)上限法简介
1．概述
理解上限法的原理及应用。
2. 虚功原理与基本能量方程式。
了解虚功的应用。
掌握能量方程式的应用原理。
3. 最大散逸功原理
了解逸散功的概念；
掌握最大逸散功原理的应用场合。
4. 上下限定理
理解上下限定理的意义；
掌握上下限定理的应用场合。
(三) 刚塑性有限元法简介
1．概述
了解刚塑性有限元法的原理及发展。
2．连续体的离散化
了解离散化的意义。
掌握离散化在实际塑性成形中的应用。
3.单元几何特性
掌握离散化常用的几何单元。
4.刚塑性有限元法及应用。
掌握刚塑性有限元法的应用特点及注意事项。
实践教学模块
(一) 锤形锤头法测定外摩擦系数
1. 锥形锤头法。
（1）试验准备
锥形锤头六组，锥底角分别为20°，22°，24°，26°，28°，30°；
45钢圆柱试样6个，规格φ25mm×40mm，两端面加工成倒圆锥，锥底角分别为20°，22°，24°，26°，28°，30°；
压力试验机1台。
（2）试验过程
将锥底角相等的锤头与钢试样配对，放压力试验机上缓慢加载，直至出现明显变形停止；
观察变形后试样形状，找出形状与变形前把持一直的试样，试样与锤头的摩擦系数就等于其对应锥底角的正切值。
（二）金属的真实应力应变曲线测定。
（1）试验准备
45钢圆柱试样1个，规格φ10mm×100mm；
坐标纸两张；
材料拉伸试验机1台。
（2）试验过程
将坐标纸放置于试验机画笔处；
将拉伸试样放压力试验机上夹持稳固后，缓慢加载，直至断裂；
将得到的名义应力应变曲线转变为神识应力应变曲线。
四.说明
1．适用范围和使用方法
(1) 本课程教学基本要求适用于高等职业技术学校材料成形专业 (3年制)。
(2) 本课程教学内容采用模块结构，包括基础模块.选用模块和实践教学模块。
基础模块和实践教学模块中的基本实训是材料成形专业各个专门化方向必学的内容，选用模块和实践教学模块中的选做实训可根据专门化方向的特点与实际情况分别选用。
课程内容及学时数分配见下表。
学时分配建议
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）。