金属的塑性加工
金属塑性加工
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金属塑性加工
默认分类 2008-07-07 18:27 阅读620 评论0
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绪论
一、金属塑性加工及其分类
金属塑性加工是使金属在外力（通常是压力）作用下，产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和组织、性能的制品的一种基本的金属加
工技术，以往常称压力加工。
金属塑性加工的种类很多，根据加工时工件的受力和变形方式，基本的塑性加工方法有锻造、轧制、挤压、拉拔、拉深、弯曲、剪切等几类（见表0-1）。其中锻造、轧制和挤压是依靠压力作用使金属发生塑性变形；拉拔和拉深是依靠拉力作用发生塑性变形；弯曲是依靠弯矩作用使金属发生弯曲变形；剪切是依靠剪切力作用产生剪切变
形或剪断。锻造、挤压和一部分轧制多半在热态下进行加工；拉拔、拉深和一部分轧制，以及弯曲和剪切是在室温下进行的。
1．锻造靠锻压机的锻锤锤击工件产生压缩变形的一种加工方法，有自由锻和模锻两种方式。自由锻不需专用模具，靠平锤和平砧间工件的压缩变形，使工件镦粗或拔长，其加工精度低，生产率也不高，主要用于轴类、曲柄和连杆等单件的小批生产。模锻通过上、下锻模模腔拉制工作的变形，可加工形状复杂和尺寸精度较高的零件，适于大批量的生产，生产率也较高，是机械零件制造上实现少切削或
无切削加工的重要途径。
2．轧制使通过两个或两个以上旋转轧辊间的轧件产生压缩变形，使其横断面面积减小与形状改变，而纵向长度增加的一种加工方法。根据轧辊与轧件的运动关系，轧制有纵轧、横轧和斜轧三种方式。
（1）纵孔两轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直，金属不论在热态或冷态都可以进行纵轧，是生产矩形断面的板、带、箔材，以及断面复杂的型材常用的金属材料加工方法，具有很高的生产率，能加工长度很大和质量较高的产品，是钢铁和有色金属板、带、箔材以及型钢的主要加工方法。
金属塑性加工
对物理、化学性能的影响
• 导电率、导磁率下降，热导率下降； • 结构缺陷增多； • 化学活性提高，腐蚀加快。
残余应力
三、塑性变形后的金属加热时组织性能的变化
加工硬化是一种不稳定现象，将硬化金属加热后，会相 继发生回复、再结晶和晶粒长大现象，金属的组织和性能也 随之变化。
1、回复
将冷变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。
滑移
滑移：在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一
定的晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）产生相对位移， 且不破坏晶体内部原子排列规律性的塑变方式。
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移变形示意图
d)塑性变形
孪生
孪生：晶体内的一部分原子（红色）相对另一部分原子沿某个
晶面转动，使未转动部分与转动部分的原子排列成镜面对称关系。
冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于该金属的再结 晶温度。
⑵热变形
是指金属材料在其再结晶温度以上进行的塑性变形。
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。
再结晶: 再结晶退火。 T再=0.4T熔（K）
再结晶示意图
再结晶特点：
• 当冷塑性变形金属被加热到较高温度时，由于原子活动能力增大，晶粒的 形状开始发生变化，由破碎拉长的晶粒变为完整的等轴晶粒。
金属的塑性加工
金属的塑性加工
2.1塑性变形和回复、再结晶对金属材料组织和性能的影响
一、金属材料的塑性变形
1、单晶体的塑性变形——滑移和孪生
（1）滑移：
在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动
如拉伸时，滑移面上的外力P分解为正应力σ和切应力τ。
正应力作用使晶格发生弹性伸长；σ↓伸长量↓，σ→O，变形恢复；σ↑伸长量↑，σ＞原子间结合力时，拉断。正应力σ只能使晶体产生弹性变形和断裂，不能使晶体产生塑性变形。
切应力作用使晶格发生弹性歪扭；τ＜τc（临界切应力），τ↓变形量↓，τ→O，变形恢复；τ＞τc，发生滑移，产生永久塑性变形。
a.滑移与位错
·滑移的实现→借助于位错运动。（刚性滑移模型计算出的临界切应力值＞＞实测值）
位错密度→滑移→塑性变形
·位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面→一个原子间距的滑移台阶→塑性变形
·滑移线（晶体表面的滑移台阶）→滑移带（大量滑移线）
·滑移系（滑移面和该面上的一个滑移方向），滑移系数目↑，材料塑性↑；滑移方向↑，材料塑性↑。如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）＞Fe（BCC）＞Zn（HCP）。
b.滑移时晶体的转动
①外力错动→力偶使滑移面转动→滑移面∥拉伸轴。
②以滑移面的法线为转轴的转动→滑移方向∥最大切应力方向。
⑵孪生
晶体的一切分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。→金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。→发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。
第三节金属的塑性加工(共37张PPT)
〔三〕塑性变形对金属组织与性能的影响
1. 塑性变形对金属组织结构的影响
(1) 纤维组织形成 金属发生塑性变形时，外形发生变 化，其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量 很大时，晶粒将被拉长为纤维状。
(2) 亚结构形成
塑性变形 还使晶
粒破碎为亚晶粒。
(3)形变织构的产生 由于
晶粒的转动，当塑性变形到达
其他缺陷合并、同一滑移面上的异号位错相遇合并而 使缺陷数量减少等。
l 由于位错运动使其由冷 塑性变形时的无序状态变 为垂直分布，形成亚晶 界，这一过程称多边形化。
在回复阶段，金属组织
变化不明显，其强度、硬
度略有下降，塑性略有提
⑶滑移时高，晶体，两局但部的内相对应力、电阻率等
⑶滑移时，晶体两局部的相对
• 理论上，整体刚性滑移——滑移困难 • 实际上，位错移动——滑移容易
近代物理学证明，实际晶体内部存在大量缺陷。其中，以位错 (图3-2a)对金属塑性变形的影响最为明显。由于位错的存在，局部原 子处于不稳定状态。在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位 的原子很容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置上(图3-2b)， 形成位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性变形(图 3-2c)。
一定程度时，会使绝大局部晶
粒的某一位向与变形方向趋于
一致，这种现象称织构或择优
金属的塑性加工
变形10% 100×
变形40% 100×
变形80% 纤维组织
100×
工业纯铁不同变 形度的显微组织
二、变形织构
多晶体变形时，各晶粒的滑移同样伴随有晶面的转动，随变 形量的增加，各晶粒的滑移方向都要向主变形方向转动。 结果：产生变形织构，变形量越大，织构越强。 择优取向(形变织构)：多晶体中任意取向的晶粒，在变形过程 中因晶面转动，在空间位向上呈现一定程度一致的组织状态。 织构类型与金属的晶体结构和变形方式有关。主要有两种： 丝织构：拉拔时形成。特征：各晶粒同一指数的晶向与拉拔 方向平行或接近平行。表示：用与线轴平行的晶向<uvw>表示。 板织构：轧制时形成。特征：各晶粒的某一同指数晶面平行 于轧制平面，而某一同指 数晶向平行于轧制方向。 用{hkl}<uvw>表示。 几种常见金属及合金的 变形织构。
因此，晶体的滑移过程不仅是消耗位错
的过程，而且是不断产生新的位错的过程，
随着滑移的不断进行， 晶体中位错数量大大
增加，畸变增加，塑变所需外力增大，这就
是金属晶体塑性变形的实质。
三．
多晶体的塑性变形
本质上，与单晶体无区别，但由于存在晶界及晶粒之间的 位向差，变形过程要复杂，塑性变形抗力要比同种金属的单晶 体高的多。 多晶体的强度随晶粒细化而提高。 细晶强化：用细化晶粒来提高材料强度的方法。 图示双晶粒试样变形后，晶界处呈竹节状。说明晶界附近 滑移受阻，变形量较小。晶界上原子排列不规则，杂质、缺陷 多，能量较高，阻碍位错的通过，即晶界对塑性变形起阻碍作 用。 细晶强化本质：晶界提高了位错运动的阻力，晶界越多， 即晶粒越细，材料的强度越高。
材料成型工艺学 金属塑性加工
第三章 板料冲压
板料冲压:
利用冲模使板料产生
分离或变形的加工方法。
通常是在冷态下进行的， 所以又叫冷冲压。只有当板 料厚度超过 8～10mm时，才采用热冲压。
板料冲压特点:
(1) 可以冲压出形状复杂的零件 (2) 产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度值 (3) 能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的
一、金属的本质
1. 化学成分的影响
● 纯金属的可锻性比合金好; ● 碳钢的含碳量越低, 可锻性越好; ● 钢中含有形成碳化物的元素 (如铬、钼、钨、钒 等)
时，其可锻性显著下降。
2. 金属组织的影响
● 纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好， ● 碳化物（如渗碳体）的可锻性差。 ● 粗晶粒结构不如晶粒细小的组织的可锻性好。
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
一. 落料及冲孔（冲裁）
冲裁：使坯料按封闭轮廓分离的工序。
落料时，冲落部分为成品，周边为废料 冲孔时，----------- 废料，-------成品
金属塑性加工方法——旋压(一)
金属塑性加工方法——旋压(一)
金属塑性加工是一种通过施加力和应变来改变金属形状和结构
的方法。旋压是金属塑性加工的一种常见方法，它使用旋压机将金
属材料塑性变形成所需的形状。
旋压原理
旋压的原理是通过旋转金属材料来施加力和应变。旋压机由一
个圆筒形的工件和一个将工件固定在轴上并施加旋转力的夹具组成。在旋转的同时，夹具还会向工件施加一定的径向力。这样，金属材
料就会在旋转和径向力的作用下发生塑性变形。
旋压过程
旋压过程可以分为以下几个步骤：
1. 原料准备：选择适合旋压的金属材料，并根据所需形状和尺
寸切割成合适的工件。
2. 夹具调整：将工件固定在旋压机的夹具上，并根据需要调整夹具的径向力。
3. 旋压加工：启动旋压机，使工件开始旋转。同时，夹具会施加一定的径向力，使金属材料开始塑性变形。
4. 修整和检验：完成旋压加工后，对成品进行修整和检验，确保其达到质量要求。
旋压应用
旋压方法适用于许多金属材料，如铝、铜、不锈钢等。它常用于制造圆形或柱状的工件，如轴承套、奖杯底座等。
旋压有许多优点，包括：
- 简单而高效的加工过程。
- 较低的材料浪费。
- 产生的工件表面质量高。
结论
旋压是一种常见的金属塑性加工方法，适用于制造圆形或柱状的工件。它通过旋转金属材料和施加径向力来改变其形状和结构。旋压具有简单高效、材料浪费少和工件表面质量高的优点。在实际应用中，我们可以根据需要选择合适的金属材料和夹具参数来进行旋压加工。
工程材料—金属的塑性加工
3.塑性变形对金属组织与性能的影响
（2）塑性变形对金属性能的影响
a. 产生加工硬化现象
随冷塑性变形量增加，金属的强度、硬度提高，塑 性、韧性下降的现象称加工硬化。
低碳钢的加工硬化现象
3.塑性变形对金属组织与性能的影响
（2）塑性变形对金属性能的影响
b. 使金属的性能产生各向异性
形变织构使金属呈现各向异性，在深冲零件时， 易产生“制耳”现象，使零件边缘不齐，厚薄不匀。 但织构可提高硅钢 片的导磁率。
第二章
金属材料组织和性能的控制
纯金属的结晶
合金的结晶
第一节
第二节
第三节
第四节 第五节
金属的塑性加工
钢的热处理 钢的合金化
1
2.3 金属的塑性加工
主要内容：
2.3.1 金属塑性变形 2.3.2 金属的回复和再结晶
2.3.3
塑性变形和再结晶在工程应用
重 点：
塑性变形的机制；加工硬化的本质及实际意义； 塑性变形及再结晶对金属组织和性能的影响。
3.晶粒长大
影响再结晶退火后晶粒度的因素
再结晶退火温度对晶粒度的影响
a. 加热温度和保温时间 加热温度越高，保温时间越 长，金属的晶粒越粗大，加热 温度的影响尤为显著。
3.晶粒长大
b. 预先变形度
预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响。 当变形度很小时，晶格畸变小，不足以引起再结晶。 当变形达到2~10%时，只有部分晶粒变形，变形极 不均匀，再结晶晶粒大 小相差悬殊，易互相吞 并和长大，再结晶后晶 粒特别粗大，这个变形 度称临界变形度。
金属塑性加工工艺
金属塑性加工工艺
金属塑性加工工艺是一种将金属材料通过塑性变形而制成的工艺。塑性加工是工程领
域中较为常见的一种加工方式，可以生产出各种不同形状和尺寸的金属制品，比如机床、
船舶、汽车、飞机、电子、家具等等。
本文将从几个方面介绍金属塑性加工工艺的一些基本知识。
1. 塑性加工的分类
塑性加工可以大致分为两类：热加工和冷加工。热加工又分为锻造和轧制两种，冷加
工又分为拉伸、压缩、弯曲、挤压等几种。不同的加工方式适用于不同的金属材料和加工
要求，其中最常用的是轧制和拉伸。
2. 加工流程
每一种塑性加工方式都有其独特的加工流程，但是每一种流程都包含了几个基本步骤，如下：
1) 选材：选择适合加工的材料。
2) 制备：对材料进行清理、切割和热处理（如有必要）。
3) 加工：进行塑性加工，通常包括粗加工和精加工两个阶段。
4) 检测：对加工后的制品进行外观检测、尺寸检查、化学成分检测等。
5) 打磨：对制品进行表面加工，包括研磨、抛光等。
6) 包装：对制品进行包装，以防止损坏。
与锻造等传统加工方式相比，塑性加工有以下优点：
1) 可以在较低的温度下进行加工，不会破坏材料的金属结构。
2) 通过加工可以获得更精确、更复杂的形状，可实现高度自动化生产。
3) 相比于锻造等加工方式，塑性加工可以轻松进行大批量生产，并且成本更低。
4. 材料的选择
在进行塑性加工之前，需要选择适合加工的材料。不同金属材料的物理和化学性质都
有所区别，对于不同加工工艺的要求也不同。使用不同材料的加工流程也不同。如下是常
用的几种材料：
1) 铝：适合进行拉伸、挤压等冷加工流程。
金属塑性加工原理
金属塑性加工原理
金属塑性加工原理是指在适当的工艺条件下，通过施加外力使金属材料发生塑性变形的过程。金属塑性加工原理的基础是金属的塑性特性，即金属材料在受力作用下能够发生可逆的形状变化。
金属塑性加工原理涉及到金属材料的结晶学、力学性能和变形机制等方面的知识。在金属塑性加工中，通过外力的作用，原材料的形状和尺寸可发生变化，实现所需的加工目标。
金属塑性加工原理主要可以归纳为以下几个方面：
1. 金属材料的结晶学：金属材料由多个晶粒组成，晶粒内部有晶界，而晶界是塑性变形的主要路径。在金属的塑性加工过程中，晶粒的滑移和再结晶是主要的塑性变形机制。
2. 应力和变形：金属在受力作用下，原子间的键合力会发生改变，使得晶体发生滑移。滑移可以使晶体的形状发生变化，从而完成金属的塑性加工。在金属的塑性加工过程中，需要合理控制应力和变形，以使材料达到所需的形状和尺寸。
3. 材料的加工硬化：金属经过塑性变形后，晶粒内部会发生位错的堆积，使材料的晶界和晶内的位错密度增加，从而增加材料的硬度和强度。这种加工硬化现象可以通过热处理来消除或减轻。
4. 金属材料的可塑性和加工性：金属材料的可塑性是指金属在
塑性变形过程中的变形能力。不同种类的金属材料具有不同的可塑性和加工性能，需要根据实际情况选择合适的金属材料进行塑性加工。
综上所述，金属塑性加工原理是通过施加外力使金属材料发生塑性变形，实现所需形状和尺寸的改变。金属材料的结晶学、力学性能、变形机制和加工硬化等方面的知识对于金属塑性加工具有重要意义。在实际加工过程中，需要综合考虑材料的可塑性和加工性能，以确保加工过程的稳定性和质量。
金属塑性加工
第三篇金属塑性加工
1、金属塑性加工包括：锻
造、冲压、挤压、轧制、
拉拔。
2、塑性变形：当外力增大
到使金属的内应力超过
该金属的屈服点后，而
产生一部分永久变形，
称为塑性变形。
3、金属塑性变形的实质是
滑移
4、金属在常温下经过塑性
变形，内部组织发生变
化：（1）晶粒沿最大变
形的方向伸长2）晶格
与晶粒均发生扭曲，产
生内应力3)晶粒间产生
碎晶
5、金属本质受1）化学成
分影响2）金属组织影
响
6、压应力的数目越多，则
金属的塑性越好，拉应
力数目越多，则金属的
塑性越差。
7、自由锻工序分为基本工
序、辅助工序和精整工
序三大类
8、基本工序包括：镦粗、
拔长、冲孔、扭转、错
移、切割
9、锻件图是根据零件图绘
制的，还考虑途块加工
余量和锻造公差，分模
面、模段斜率，横锻圆
角半径，连皮厚度。10、冲压产生的基本
工序有分离工序和变形
工序两大类
11、冲横的工作中心
必然有磨损，落料尺寸
回随凹模刃口的磨损而
增大。而冲孔件尺寸则
随凹模刃口的磨损而增大，而冲孔件尺寸则随凸模的磨损而减小。为了保证冲裁件的尺寸要求，并提高模具的使用寿命，落料时，凹模刃口尺寸应靠近落料公差范围内的最小尺寸，冲孔时选取凸模刃口的尺寸靠近孔德公差范围内的最大尺寸。
《材料工程基础》课件——第五章 金属的塑性加工(第5、6、7节)
P
芯杆
模子
固定芯头拉拔
固定芯头拉拔是在拉拔时管坯内部放芯头，并用芯杆固定， 拉拔后管坯可实现减径和减壁。是实际中应用最广泛的方 法 。
芯杆 坯料
制品
P
芯头
模子
游动芯头拉拔
游动芯头拉拔是指拉拔时管坯内部放芯头，但芯头不固定， 依靠自身形状稳定在变形区中。此法使盘管拉拔得以实现。
坯料 游动芯头
制品
P
扩孔——减小空心毛坯壁厚而增大其内径和外径 的锻造工序。
冲头扩孔 扩孔的方法
心轴扩孔
切向受拉应力， 容易胀裂，所以 每次扩孔量不宜 太大
冲头扩孔
心轴扩孔：利用上砧和心轴对空心坯料沿圆周依 次连续压缩而实现扩孔。
切向拉应力很 小，坯料不容 易破裂，加工 薄壁锻件
心轴扩孔
⑤弯形
弯形——采用一定的工模具将毛坯弯成所规定外 形的锻造工序。
➢ 2012年4月1日，中国二重独立自主设计、制造、安装的 世界最大的8万吨模锻压机热负荷试车一次成功
➢ 论证5年，建造5年，至少上千人参与了建造。
➢ 总高42米，重约2.2万吨，单件重量在75吨以上的零件68件， 压机尺寸、整体质量和最大单件重量均为世界第一
锻造的特点
通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优 化微观组织结构，提高金属的力学性能。 具有较高的劳动生产率。 适应范围广。 可以大大地节省金属材料和减少切削加工工时。 不能锻造形状复杂的锻件。
金属材料的塑性加工与成形方法
金属材料的塑性加工与成形方法金属材料的塑性加工是指通过外力作用，改变金属材料的形状和尺寸，从而获得所需的零件和产品。在工业生产中，金属材料的塑性加工具有重要的地位和作用。本文将针对金属材料的塑性加工与成形方法展开讨论。
一、金属材料的塑性加工方法
1. 锻造
锻造是将金属材料加热到一定温度，然后施加压力使其在模具中产生塑性变形的加工方法。锻造可以分为自由锻造和模锻造两种，可用于加工各种金属材料，广泛应用于航空航天、汽车制造等行业。
2. 拉伸
拉伸是利用拉伸力使金属材料产生塑性变形，并最终延伸其长度的一种加工方法。拉伸适用于薄板、线材等材料的加工，常用于金属制品的生产中。
3. 压缩
压缩是将金属材料置于模具中，通过施加压力使其在垂直方向上发生塑性变形的一种加工方法。压缩可用于加工各种形状的金属材料，特别适用于生产大型零件和产品。
4. 轧制
轧制是将金属材料置于辊子之间进行连续压制，使其发生塑性变形的加工方法。轧制广泛应用于金属片材、线材等薄型材料的加工，可实现尺寸精度高、表面光洁度好的要求。
5. 剪切
剪切是将金属材料置于剪切机中，通过施加剪切力使其在剪切刃上发生塑性变形而分离的一种加工方法。剪切广泛应用于金属板材、线材等材料的加工，可实现快速高效的生产。
二、金属材料的成形方法
1. 冷冲压
冷冲压是利用冲压设备将金属板材置于模具中，通过施加压力使其在常温下进行塑性变形和分离的成形方法。冷冲压广泛应用于制造汽车零部件、家电产品等。
2. 热冲压
热冲压是通过将金属材料加热到一定温度后进行塑性变形和分离的成形方法。热冲压一般适用于高硬度、高强度的金属材料的加工，可获得较高精度和表面质量。
金属的塑性加工教学PPT
根据挤压时金属坯料温度的不同，挤压可分为热挤压和冷挤压两种。
详细描述
热挤压是将金属坯料加热至高温后进行挤压，具有加工效率高、材料利用率高等优点，但产品精度相对较低。冷挤压则是在常温下进行挤压，产品精度高、表面质量好，但加工难度较大。
01
02
03
04
挤压技术
拉拔是将金属坯料一端固定，另一端施加拉力，使其通过一个模具孔发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制品。
详细描述
冲压机由压力机和工作台组成，通过模具将金属材料冲制成各种形状。模具是冲压机的关键部件，其形状和尺寸决定了冲压件的质量和精度。冲压机在汽车、家电等制造业中广泛应用，可用于生产各种冲压件、钣金件等。
冲压机与模具
05
金属塑性加工的应用与发展
03
能源领域
金属塑性加工在能源领域的应用包括核能和太阳能等，用于制造核反应堆压力壳和太阳能板边框等。
原材料选择
原材料质量检查
原材料加工
确保原材料质量符合要求，无缺陷、无杂质。
对原材料进行矫直、切割等初步加工，以满足后续工艺要求。
03
02
01
原材料准备
根据金属种类和工艺要求选择合适的加热方式，如火焰加热、电热、微波加热等。
加热方式选择
通过温度控制系统精确控制加热温度，确保金属达到适宜的塑性状态。
温度控制
金属塑性加工
(1)化学成分 纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越
多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯 铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。 (2)金属组织
纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。碳化物(如渗碳体) 的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又 均匀的组织的可锻性好。
轧制 使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续 塑性变形，改变其性能，获得所要求的截面形状的加 工方法。
挤压 将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的 模孔中挤出，横截面积减小，获得所需制品的加工方 法。
拉拔 坯料在牵引力作用下通过拉拔模的模孔拉出，产 生塑性变形，得到截面细小、长度增加的制品的加工 方法，拉拔一般是在冷态下进行。
2、加工条件的影响(外因)
(1)变形温度 在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，
从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。 若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种
现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏 了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为 “过烧”。
2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷 镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同?
塑性加工基本方式 自由锻
自由锻是指用简单的通用性工具，或在锻造设 备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几 何形状及内部质量锻件的方法。
有色金属塑性加工成型方法概述
有色金属塑性加工成型方法概述
有色金属塑性加工成型是指通过各种加工方式对有色金属进行变形和
成型的过程。常见的有色金属包括铜、铝、镁、钛等。有色金属塑性加工
成型方法主要包括铸造、锻造、轧制、挤压、拉伸和旋压等。下面将对这
些方法进行详细介绍。
首先是铸造。铸造是将熔融状态的有色金属倒入铸型中，然后冷却凝
固成型的过程。铸造的优点是能够制造形状复杂的零件，并且可以得到大
型和小型零件。铸造方法包括重力铸造、压力铸造和离心铸造等。
其次是锻造。锻造是通过施加压力使有色金属在高温下变形成型的方法。锻造的优点是能够增加材料的密实性、改善机械性能和表面质量。锻
造方法包括自由锻造、模锻和冷锻等。
再次是轧制。轧制是通过将有色金属放入排列有一定形状的轧辊间，
使其产生塑性变形并得到所需截面形状和尺寸的方法。轧制的优点是能够
大规模生产均匀的板材、带材和管材等。轧制方法包括热轧、冷轧和挤轧等。
然后是挤压。挤压是通过把固态材料压入由模具定义的空腔中，然后
经过强制挤压形成所需工件形状的方法。挤压的优点是能够生产大尺寸、
高强度和高精度的零件。挤压方法包括直接挤压、间接挤压和特殊挤压等。
接下来是拉伸。拉伸是将有色金属材料放入张力下，使其在拉伸力的
作用下产生塑性变形并得到所需形状的方法。拉伸的优点是能够制造高强
度和高塑性的零件。拉伸方法包括拉拔、挤拔和卷拔等。
最后是旋压。旋压是通过将有色金属材料放置在旋转模具中，并在模
具旋转时施加轴向力，使材料发生塑性变形并得到所需的形状的方法。旋
压的优点是能够制造形状复杂、表面光滑和尺寸精度高的零件。旋压方法
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板料冲压的特点：
在常温下加工，金属板料必须具有足够的塑性和较低 的变形抗力。 金属板料经冷变形强化，并获得一定的几何形状后， 结构轻巧，强度和刚度较高。 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。 冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机械化和自 动化。 可以冲压形状复杂的零件，废料少。 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。
（3） 确定变形工步
齿轮坯自由锻工艺过程:
锻件图 下料 镦粗 垫环局 部镦粗 冲 孔
冲子冲孔
修整
半轴自由锻工艺 锻出头部
拔长
拔长及修 整台阶 锻件图 材料: 18CrMnTi 坯料尺寸:Ф130×240 坯料重量:25kg 锻造设备:0.5T自由锻锤 拔长并留 出台阶 锻出凹挡 及拔长端 部并修整
一、冲压设备
二、板料冲压的基本工序
分离工序和成形工序
1、分离工序
使坯料的一部分与另一部分分离的工序
冲孔和落料、修整、切断、精密冲裁、切口 （1）冲孔和落料（冲裁 ）
2、自由锻工序
根据作用与变形要求的不同，可分为
基本工序、辅助工序和精整工序 基本工序 ：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件
基本成形的工序；包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切 割、扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。
辅助工序 ：为了方便基本工序的操作，而使坯
料预先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和 切肩。
纤维组织的机械性能 使金属的机械性能具有明显的各向异性，纵向 的强度．塑性和韧性显著大于其横向。
2、锻造比 是锻造生产中代表金属变形大小的一个参数， 一般用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示。
镦粗工序，锻造比为：
H0 y镦 H
拔长工序，锻造比：
变形前的高度 变形后的高度
S0 y拔 S
变形前的面积 变形后的面积
胎模分类 1）摔模，用于锻造回转体锻件； 2）扣模，用于平整侧面； 3）套筒模，用于镦粗锻件； 4）合模，用锻造比较复杂锻件。
第三节 板料冲压
板料冲压：利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，
使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。又称 薄板冲压或冷冲压。
冲压工艺广泛应用于汽车、飞机、农业机械、 仪表电器、轻工和日用品等工业部门。
4） 选择模锻设备
锻件质量 设备吨位
5） 后续工序
去除飞边、冲孔连皮、清除氧化皮、校正
（三） 模锻件的结构工艺性
应具有合理的分型面；
锻件上与分型面垂直的非加工表面应设计有结 构斜度；
在满足使用要求的前提下，锻件形状应力求简 化； 应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构；
可采用锻-焊组合工艺，简化模锻工艺。
可以镦粗、拔长、滚挤、弯 曲、成形、预锻、终锻
曲柄压力机
可锻造较低塑形合金；
便于实现机械化和自动 化，具有很高生产率；
滑块运动精度高；
振动和噪音较小，劳动 条件改善。
平锻机
平锻机上模锻的锻件
摩擦压锻机
螺杆与滑块非刚性连接， 承受偏心能力差； 滑块行程、打击能量可自 动调节。
适应性好，广泛应用在中 小锻件的小批或中批生产。例 如：铆钉、螺栓、螺母
3、锻造比对金属的组织和性能的影响
锻造比 组织细密化 力学性能
锻造比过大
组织的紧密程度 晶粒细化程度
力学性能
4、纤维组织应用 锻造流线的稳定性很高，而且用热处理不能消除。
锻造流线的方向，使最大正应力与流线方向一致， 切应力或冲击应力与流线方向垂直。
使锻造流线的分布与零件的外形轮廓相符合，而 不被切断。
四、塑性成形基本规律
塑性成形规律
指塑性成形时金属质点流动的规律。即在给定条 件下，变形体内将出现什么样的位移速度场和位移场， 以确定物体形状、尺寸的变化及应变场。从而为选择 变形工步和设计成型模具奠定基础。 1、体积不变定律：金属塑性变形前后体积不变。
可计算各工序尺寸
2、最小阻力定律：塑性变形时金属质点首先向阻力 最小方向移动。
热变形
指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形。 锻造、热挤和轧制等 能消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变 形抗力和良好的塑性。
三、纤维组织
1、纤维组织 通过热加工，可使铸态金属中的枝晶偏析和非金 属夹杂的分布发生改变，使它们沿着变形的方向细碎 拉长，形成所谓热加工“纤维组织”（在宏观检验时 常把它叫做“流线”）。
冷变形强化（加工硬化）：
指金属在低温下进行塑性变形时， 金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下 降的现象。
指当温度升高时，金 属原子获得热能，使冷变形 时处于高位能的原子回复到 正常排列，消除由于变形而 产生的晶格扭曲的过程。
冷变形强化的原因 在塑性变形过程中，在滑移面上产生了许多晶格 方向混乱的微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生了畸 变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。 提高金属强度、硬度
冷变形强化
回复：
后续加工困难
不改变晶粒的形状及晶粒变形时所构成的方向性， 也不能使晶粒内部的破坏现象及晶界间物质的破坏现 象得到恢复，只是逐渐消除晶格的扭曲程度。故回复 作用可以降低内应力，但机械性能变化不大，强度稍 降低，塑性稍提高。
再结晶
再结晶过程
成核
长大
1—内应力曲线 2—晶粒度曲线 3—强度曲线（变形抗力） 4—延伸率曲线
塑性成形加工的特点 优点
改善金属的组织，提高金属的力学性能； 节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料 的利用率和经济效益； 具有较高的劳动生产率。 适应性广。
缺点
锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 生产现场劳动条件较差。
模锻件结构工艺性
三、胎膜锻造
胎模锻是在自由锻设备上使用简单的非固定 模具（胎模）生产模锻件的一种工艺方法。 特点 与自由锻相比 生产率和锻件精度 较高，粗糙度低， 节约金属材料。 与模锻相比 节约了设备投资，简化了模 具制造。但生产率和锻件质 量比模锻低，劳动强度大， 安全性差，模具寿命低。
适用于小型锻件的中小批量生产。
5、自由锻零件的结构工艺性
• 尽量避免锥面或斜面
• 避免圆柱与圆柱面相交
• 避免椭圆形、工字型或其它非规则形 状截面及非规则外形 • 避免肋板和凸台
比较下列锻件的结构工艺性
二、模膛锻造（模锻）
是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力的 作用下迫使坯料变形而获得锻件的一种加工方法。 模锻的优点(与自由锻相比)
选定分模面的原则
能从模膛中顺利取出； 金属易于充满模膛； 简化模具制造；
能及时发现错模； 减少余块节约金属。
2） 变形工步的确定
盘类模锻件： 镦粗制坯和终锻成形 长轴类锻件： 拔长、滚挤、弯曲制坯和预断、终锻成形。
3） 坯料计算
坯料的质量：
G坯料 = G锻件 + G烧损+ G飞边 + G连皮+ G料头
必须综合考虑塑性和变形抗力
第二节
一、自由锻
自由锻指将金属 坯料放在锻造设备的 上下抵铁之间，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。
锻造
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：锻锤和压力机
空气锤 吨位小 适用于小型锻件 蒸汽—空气锤 适用于中小型锻件 水压机 吨位较大 适用于大型锻件
五、金属的锻造性能
是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形 的难易程度，是金属的工艺性能指标之一。 塑性 金属锻造性能 衡量指标 变形抗力 化学成分 金属的本质 金属锻造性能
影响 因素
组织状态 变形温度
金属的变形条件
变形速度 应力状态
金属的变形条件 1）变形温度 变形温度 塑性上升 氧化 脱碳 过热 过烧 锻造性能
常用塑性成形加工方法
自由锻 模锻
板 料 冲 压
挤压
拉拔
轧锻
应用
自由锻、模锻 — 承受重载的机械零件； 板料冲压 — 汽车制造、电器、仪表及日用品。
轧制、挤压、拉拔 — 型材、板材、钢材、线材等；
第二节
塑性成形理论基础
一、金属塑性变形的实质
具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力达到 一定的条件，就会发生塑性变形。
温度过高
缺陷
控制锻造 温度范围
锻造温度范围 指始锻温度与终锻温度间的温度范围，以合金 状态图为依据。
对始锻温度，碳钢在AE线下150～250℃。
终锻温度即停止锻造的温度，对于锻件质量 有很大影响。
变形速度 指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对 变形量。
变形时的应力状态
不同压力加工方法，金属内部的应力状态是 不同的。
4、锤上自由锻工艺规程的制订
（1）绘制锻件图
锻件图=零件图+加工余量、锻件公差和余块
轴锻件图
齿轮锻件图
（2） 坯料的质量及尺寸计算
轴类零件 坯料的质量：
G坯料 = G锻件 + G烧损+ G切头 + G芯子 盘盖类零件
锻件的锻造比 坯料的尺寸 采用的变形方式
轧材: y > 1.3 钢锭: y = 2.5Hale Waihona Puke Baidu5 镦粗(防): H/D<2.5
由于多晶体存在 晶界和各晶粒的位向差别 ， 其变形抗力要远高于同种金属的单晶体。
二、塑性变形对金属组织与性能的影响
金属塑性变形时，在不同的温度下，对金属组织和性 能产生不同的影响。
指当温度升高到一定程度时，金属原子 获得更高的热能，通过金属原子的扩散，使 冷变形强化的结晶构造进行改变，成长出许 多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原变形晶 粒的过程即为再结晶。
第三篇
金属塑性加工
本章内容
塑性成形理论基础 塑性成形方法 塑性成形工艺设计 塑性加工方法的结构工艺性
塑性成形新发展
第一节 塑性成形工艺基础知识
塑性成形
指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获
得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加
工方法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及 其合金均可在冷态或热态下进行塑性成形加工。
再结晶过程再结晶 使内应力全部消除， 强度降低，塑性增加。
再结晶的最低温度称为再结晶温度。
一般纯金属地再结晶温度为：
T再 0.4T熔
再结晶处理： 利用金属再结晶过程消除低温
变形后的冷变形强化，恢复金属的良好塑性，以利 于后继的冷变形加工。
塑性变形
再结晶温度
热变形 冷变形
冷变形
指金属在其再结晶温度以下进行塑性变形。 冷冲压、冷弯、冷挤、冷镦、冷轧和冷拔。 能获得较高的硬度及表面质量。
摩擦压力机
2、锤上模锻工艺
（一） 模锻的变形工步和模锻模膛
弯曲连杆的多模膛锻模
制坯工步，制坯模膛 （锻件初步成形） 模锻工步，模锻模膛（锻 件最终成形）
（二） 模锻工艺规程
1） 模锻件图制定
选定分模面 确定加工余量和锻造公差（加工表面） 模锻斜度 圆角半径 冲孔连皮
齿轮坯模锻件图
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： 自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一 方法；
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。 缺点： 锻件形状比较简单，生产率低，劳动强度大; 尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多； 自由锻只是用于单件或小批量生产。
实质：是金属晶体的晶内变形和晶粒间的相对 移动、晶粒的转动等综合作用的结果。
1、单晶体的塑性变形
晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列紧密的晶面作 相对滑动。
晶体在晶面上的滑移，是通过位错的不断运动来实现的。
2、多晶体的塑性变形
多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相 同的晶粒所组成。
晶内变形和晶间变形
尺寸精度高； 锻件形状复杂； 操作简单，生产效率高； 流线完整、性能好。 所需设备吨位大，设备费用高； 锻模加工工艺复杂，制造周期长，费用高。
模锻的缺点：
适用于中小型锻件的成批或大批生产
模锻广泛应用于国防工业和机械制造业，按 质量计算模锻件在飞机上占85%，坦克占70%，汽 车占80%，机车占60%。
1、 模锻的分类
模锻设备
模锻设备 模锻锤 曲柄压力机 平锻机 摩擦压力机 锻造力性质 冲击力 压力 压力 冲击力-压力 锻件精度 较低 较高 较高 较高 生产率 较低 较高 较高 较低
模锻锤 模锻 压力机
锤上模锻 胎模锻 曲柄压力机上模锻 摩擦压力机上模锻 平锻机上模锻
模锻锤
长 轴 类 锻 件 短 轴 类 锻 件