金属的塑性成形
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。
金属塑性成形课件
2023-11-06•金属塑性成形概述•金属塑性成形工艺•金属塑性成形设备•金属塑性成形技术的发展趋势•金属塑性成形过程中的缺陷与质量控制目•金属塑性成形实例分析录01金属塑性成形概述金属塑性成形是一种使金属材料发生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和性能的加工方法。
金属塑性成形广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子等领域，是一种重要的材料加工技术。
金属塑性成形的定义金属塑性成形可以制造出复杂形状的零件，并且能够获得较高的精度和表面质量。
与切削加工相比，金属塑性成形具有更高的材料利用率和更低的能耗。
金属塑性成形过程中材料的变形是均匀的，因此可以避免应力集中和裂纹等缺陷。
金属塑性成形的特点03金属塑性成形的基本原理包括应力状态、屈服准则、塑性流动规律等。
金属塑性成形的基本原理01金属塑性成形的原理是基于金属的塑性变形规律，即在外力作用下，金属材料会发生形状和尺寸的变化。
02在金属塑性成形过程中，材料的变形受到应力状态、变形温度、变形速度等因素的影响。
02金属塑性成形工艺自由锻工艺自由锻是利用冲击力或静压力使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义特点流程应用自由锻具有较大的灵活性，可以生产形状各异的锻件，但生产效率较低，适用于单件或小批量生产。
自由锻的流程包括坯料准备、加热、变形和锻后冷却。
自由锻主要用于大型锻件和难变形材料的加工，如轴、轮毂、法兰等。
模锻工艺模锻是利用模具使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义模锻具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具制造成本较高。
特点模锻的流程包括坯料准备、加热、放入模具、变形、锻后冷却和修整。
流程模锻广泛应用于中小型锻件的生产，如齿轮、轴套、法兰等。
应用板料冲压工艺板料冲压是利用冲压机将金属板料变形，并施加外力将其冲制成所需形状和尺寸的加工方法。
定义板料冲压具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具对材料的厚度和硬度有一定要求。
金属塑性成形
第四章金属塑性成形在工业生产中，金属塑性成形方法是指：金属材料通过压力加工，使其产生塑性变形，从而获得所需要工件的尺寸、形状以及性能的一种工艺方法。
常用的金属塑性成形方法如下：自由锻造：手工自由锻、机器自由锻锻造成形模型锻造：锤上模锻、压力机上模锻金属塑性成形冲压成形、挤压成形、拉拔成形、轧锻成形金属材料经过塑性成形后，其内部组织更加致密、均匀，承受载荷能力及耐冲击能力有所提高。
因此凡承受重载荷及冲击载荷的重要零件，如机床主轴、传动轴、齿轮、曲轴、连杆、起重机吊钩等多以锻件为毛坯。
用于塑性成形的金属必须具有良好的塑性，以便加工时易于产生永久性变形而不断裂。
钢、铜、铝等金属材料具有良好的塑性，可进行锻压加工；铸铁的塑性很差，在外力作用下易裂碎，不用于锻压。
在金属塑性成形方法中，锻造、冲压两种成形方法合称锻压，主要用于生产各种机器零件的毛坯或成品。
挤压、拉拔、轧锻三种成形方法是以生产金属材料为主，如型材、管材、线材、板料等，也用于制造某些零件，如轧锻齿轮、挤压活塞销等。
第一节锻造锻造是金属热加工成形的一种主要加工方法，通常采用中碳钢和低合金钢作锻件材料，锻造加工一般在金属加热后进行，使金属坯料具有良好的可变形性，以保证锻造加工顺利进行。
基本生产工艺过程如下：下料→坯料加热→锻造成形→冷却→热处理→清理→检验。
一、锻坯的加热和锻件的冷却1．加热的目的锻坯加热是为了提高其塑性和降低变形抗力，以便锻造时省力，同时在产生较大的塑性变形时不致破裂。
一般地说，金属随着加热温度的升高，塑性增加，变形抗力降低，可锻性得以提高。
但是加热温度过高又容易产生一些缺陷，因此，锻坯的加热温度应控制在一定的温度范围之内。
2．锻造温度范围各种金属材料在锻造时允许的最高加热温度，称为该材料的始锻温度。
加热温度过高会产生组织晶粒粗大和晶间低熔点物质熔化，导致过热和过烧现象。
碳钢的始锻温度一般应低于其熔点100～200︒C，合金钢的始锻温度较碳钢低。
金属塑性成形
金属塑性成形：在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。
金属塑性成形在工业生产中称为压力加工，分为：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔、轧制等。
塑性成形性能：用来衡量压力加工工艺性好坏的主要工艺性能指标，称为金属的塑性成形性能。
金属的塑性成形性好，表明该金属适用于压力加工。
衡量金属的塑性成形性，常从金属材料的塑性和变形抗力两个方面来考虑，材料的塑性越好，变形抗力越小，则材料的塑性成形性越好，越适合压力加工。
在实际生产中，往往优先考虑材料的塑性。
影响金属塑性变形的内在因素（一）化学成分纯金属的塑性成形性较合金的好。
钢的含碳量对钢的塑性成形性影响很大，对于碳质量分数小于0.15%的低碳钢，主要以铁素体为主（含珠光体量很少），其塑性较好。
随着碳质量分数的增加，钢中的珠光体量也逐渐增多，甚至出现硬而脆的网状渗碳体，使钢的塑性下降，塑性成形性也越来越差。
合金元素会形成合金碳化物，形成硬化相，使钢的塑性变形抗力增大，塑性下降，通常合金元素含量越高，钢的塑性成形性能也越差。
杂质元素磷会使钢出现冷脆性，硫使钢出现热脆性，降低钢的塑性成形性能。
（二）金属组织纯金属及单相固溶体的合金塑性成形性能较好；钢中有碳化物和多相组织时，塑性成形性能变差；具有均匀细小等轴晶粒的金属，其塑性成形性能比晶粒粗大的柱状晶粒好；网状二次渗碳体，钢的塑性将大大下降。
三、影响金属塑性变形的加工条件（一）变形温度温度升高，塑性提高，塑性成形性能得到改善。
变形温度升高到再结晶温度以上时，加工硬化不断被再结晶软化消除，金属的塑性成形性能进一步提高。
过热：加热温度过高，会使晶粒急剧长大，导致金属塑性减小，塑性成形性能下降，这种现象称为“过热”。
过烧：如果加热温度接近熔点，会使晶界氧化甚至熔化，导致金属的塑性变形能力完全消失，这种现象称为“过烧”，坯料如果过烧将报废。
（二）变形速度变形速度：单位时间内变形程度的大小。
《金属塑性成形方法》课件
目录
CONTENTS
• 金属塑性成形方法简介 • 金属塑性成形的基本原理 • 金属塑性成形的主要方法 • 金属塑性成形的质量控制 • 金属塑性成形技术的发展趋势
01 金属塑性成形方法简介
CHAPTER
金属塑性成形的基本概念
金属塑性成形是一种通过施加外 力使金属材料发生塑性变形，从 而获得所需形状和性能的加工方
大型金属件和复杂形状的金属件制造，如轴、齿轮、连杆等。
模型锻造
要点一
总结词
通过将金属坯料放置在模具中，在高温和高压下使其发生 塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的金属件。
要点二
详细描述
模型锻造是一种常见的金属塑性成形方法，通过将金属坯 料放置在模具中，在高温和高压下使其发生塑性变形，从 而获得所需形状和尺寸的金属件。模型锻造过程中，金属 坯料在高温和高压下发生变形，内部晶粒结构发生变化， 从而提高了金属的力学性能。模型锻造适用于中小型金属 件制造，如齿轮、轴承、气瓶等。
过程稳定可控。
在线检测
采用先进的在线检测技术，对成形 过程中的产品进行实时检测，及时 发现并处理问题。
成品检测
对成形后的产品进行全面的检测， 包括尺寸、外观、性能等，确保产 品质量符合要求。
05 金属塑性成形技术的发展趋势
CHAPTER
高性能金属材料的开发与应用
高强度钢
通过合金化、热处理等手段提高 钢材的强度和韧性，用于制造轻
流动法则与加工硬化
流动法则是描述金属在塑性成形过程中应力的分布规律。加工硬化是指 在塑性成形过程中，随着变形的进行，材料的强度和硬度逐渐提高的现 象。
金属塑性变形的工艺基础
塑性成形的基本方法
金属塑性成形解析方法
，同步略去二阶微量，则上式化简
所以按绝对值旳简化屈服方程，因
，故有
联解得 假设接触面满足常摩擦条件，对上式进行积分得
三 轴对称镦粗旳变形力
解得
为工件外端
处旳垂直压应力。
若该处为自由表面，
则
；
不然由相邻变形区提供旳边界条件拟定。
若τ= mK(K = Y/2)，则可由上述公式求 出高度为h、直径为d 旳圆柱体自由镦粗 时接触面上旳压应力 和单位变形力p：
第十四章 金属塑性成形解析措施
第一节
塑性成形问题旳解与简化
一、塑性成形问题解旳概念
塑性成形力学旳基本任务之一就是拟定多种成形工序所 需旳变形力，这是合理选用加工设备、正确设计模具和 制定工艺规程所不可缺乏旳。 因为塑性成形时变形力是经过工具表面或毛坯旳弹性变 形区传递给变形金属旳，所觉得求变形力，需要拟定变 形体与工具旳接触表面或变形区别界面上旳应力分布。 塑性成形力学解析旳最精确旳措施，是联解塑性应力状 态和应变状态旳基本方程。
较复杂，影响原因诸多旳，常用旳摩擦模型有下列两种：
(1) 库仑摩擦模型 用库仑定律来描述变形体与工具接触表面之间
旳摩擦，即按接触表面上任意一点旳摩擦切应力与正压应力成正
比。其体现式为： f n
式 数中(该值 一f为般摩根擦据切经应验力拟；定，n为与接变触形面速上度旳无正关压。应当力接；触μ为表摩面擦温因度
ij
0
0
zr 0 z 则轴对称应力状态下旳应力平衡微分方程可写为
r
r
zr
z 0
r
r
0
rz z r z 0
r z r
二、塑性成形问题旳简化
Tresca屈服准则为
r
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。
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
编辑课件
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。
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
三种晶胞的晶格结构
编辑课件
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
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。
02-5金属塑形成形
应用科学学院
1—顶杆 2—毛坯 3—滚轮 4—模具 5—加工中的毛坯
四、旋压
• 旋压的工艺特点： • （1）局部连续成形，变形区很小，所需要的成形力小。旋压是一种既 省力，效果又明显的压力加工方法，可以用功率和吨位都非常小的旋 压机加工大型的工件。 • （2）工具简单、费用低，而且旋压设备的调整、控制简便灵活，具有 很大的柔性，非常适合于多品种小批量生产。 • （3）对冲压难以成形的复杂零件，如头部很尖的火箭弹药锥形罩、薄 壁收口容器，带内螺旋线的猎枪管等。 • （4）旋压件尺寸精度高，甚至可与切削加工相媲美。 • （5）旋压零件表面粗糙度容易保证。此外，经旋压成形的零件，抗疲 劳强度高，屈服点、抗拉强度、硬度都大幅度提高。 • 不足：只适用于轴对称的回转体零件；对于大量生产的零件，它不 如冲压方法高效、经济；材料经旋压后塑性指标下降，并存在残余应 力。
常进行软化、去氧化皮和特殊润滑处理。
应用科学学院
（二）挤压工艺分类
缝纫机梭心套壳（材料2Cr13）冷挤压
应用科学学院
（二）挤压工艺分类
温挤压 坯料温度高于室温，低于再结晶温度的挤压。特点：
① 坯料可不进行预先软化处理、润滑处理和中间退火等。
② 与冷挤压相比，降低了变形抗力，增加每个工序的变形程度，提高了模具的使用 寿命。
② 由于加热温度高，氧化脱碳及热胀冷缩等问题会大大降低产品的尺寸精度
和表面品质。
③ 一般用于高强（硬）度金属材料的毛坯成形，如：高碳钢、高强度结构钢、
高速钢、耐热钢等。
应用科学学院
（二）挤压工艺分类
冷挤压 变形温度低于材料再结晶温度（室温），特点：
① 三向压应力使材料的晶粒组织更加致密、充分提高金属塑性，使挤压件强度、硬
金属塑性成形课件
液压成形可以提高锻件精度、降低成本、减少模具制造时间，适用于生产大型、 复杂形状的锻件。但需要使用专门的液压设备和液态介质，成本较高。
粉末冶金
粉末冶金基本工艺
粉末冶金是将金属粉末作为原料，通过压制、烧结等工艺制 成具有一定形状和性能的制品。
粉末冶金特点
粉末冶金可以生产出高精度、高密度、高性能的制品，适用 于生产复杂形状的零件。但生产周期长、成本高，且对于大 型零件来说存在一定的局限性。
制品翘曲
优化坯料加热和模具设计，改善制品冷 却条件，减少翘曲变形。
工艺优化与改进方法
优化工艺参数
引进新工艺
通过试验和模拟等方法，确定最佳的工艺参 数组合，提高产品质量和生产效率。
积极推广新工艺，提高生产效率和产品质量 ，降低生产成本。
自动化与智能化
持续改进
引入自动化和智能化设备，提高生产过程的 稳定性和效率，降低人为因素对产品质量的 影响。
03
针对不同的产品要求，灵活调整工艺参数
模具设计
1
根据产品要求和工艺方案，进行模具设计计算
2
确定模具的结构形式、材料、尺寸和精度要求 等
3
对模具进行强度、刚度和稳定性等方面的校核
计算机辅助工艺设计
01
利用计算机辅助工艺设计软件，进行工艺模拟和优化
02
根据模拟结果，对工艺方案、工艺参数和模具等进行调整和优
3
非晶合金材料
具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀等优点，是 制造精密部件的理想材料。
高精度与高效率成形技术
精密塑性成形技术
采用高精度模具、精确控制成形工艺参数等方法，使金属坯料达到高精度、 高化工艺流程、采用多工位成形、高速压制等手段，提高生产效率，降 低生产成本。
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；
金属塑性成形原理
金属塑性成形原理金属塑性成形是指金属在一定条件下经过外力作用，形状和尺寸发生改变而不破坏其连续性的加工方法。
金属塑性成形工艺在工业生产中具有非常重要的地位，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
金属塑性成形原理是金属塑性加工的基础，了解金属塑性成形原理对于提高金属加工质量和效率具有重要意义。
首先，金属塑性成形原理涉及到金属的塑性变形特性。
金属具有塑性变形的特点，即在一定条件下可以通过外力作用而改变形状和尺寸，而不会破坏其内部结构。
这是由于金属的晶体结构和金属原子之间的结合方式所决定的。
金属的晶体结构具有规则的排列方式，因此在外力作用下，金属原子可以相对容易地发生滑移和再结晶现象，从而实现塑性变形。
其次，金属塑性成形原理还涉及到金属的应力应变关系。
金属在受到外力作用时会产生应力，并且产生相应的变形。
金属的应力应变关系是描述金属在受力情况下的变形规律的重要理论基础。
根据金属的应力应变关系，可以确定金属在受力情况下的变形程度和变形方式，从而为金属塑性成形工艺的设计和优化提供理论依据。
此外，金属塑性成形原理还包括金属的加工硬化特性。
金属在经过塑性变形后会产生加工硬化现象，即金属的抗拉强度和硬度会随着变形程度的增加而增加。
了解金属的加工硬化特性对于选择合适的加工工艺和工艺参数具有重要意义。
通过合理控制加工硬化特性，可以有效地提高金属的塑性变形能力，降低加工难度，提高加工效率。
最后，金属塑性成形原理还涉及到金属的成形工艺。
金属的成形工艺包括压力成形、拉伸成形、挤压成形、冷锻成形等多种方法。
不同的成形工艺适用于不同的金属材料和形状要求。
了解金属的成形工艺对于选择合适的加工方法和工艺流程具有重要意义。
通过合理选择成形工艺，可以实现金属加工的高效、高质量和低成本。
综上所述，金属塑性成形原理是金属塑性加工的基础，了解金属的塑性变形特性、应力应变关系、加工硬化特性和成形工艺对于提高金属加工质量和效率具有重要意义。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
设备：空气锤、蒸气—空气自由锻锤、液压机等
基本工序：镦粗、拔长、冲孔……
3.2.1锻造1．自由锻（P99）
空气锤
蒸汽-空气锤
32MN水压机（3200吨）
3T自由锻锤
自由锻锤件
各种锻造设备
镦粗
镦粗
拔长
拔长
冲孔
冲孔
弯曲
使坯料弯成一定的角度和形状的工序
扭转
将坯料的一部分相对于另一部分旋转一定角度的工序
第3章金属的塑性成形
第3章金属的塑性成形
型材
线材
板材
轴
齿轮
其它
各种塑性成形产品
目录【】
第3章金属的塑性成形
3.1金属塑性成形基础
3.2塑性成形方法3.2.1锻造1．自由锻（P99）
3.3.1自由锻工艺设计（P122）
3.2.1锻造2．模锻（P100）
3.3.2锤模锻工艺设计（P125）
3.2.2冲压（P106）
2、最小阻力定律：物体变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时，则其将向着阻力最小的方向移动。
宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大
根据体积不变条件和最小阻力定理可以分析塑性成形过程中金属坯料的变形趋势，可能出现的现象，产生缺陷的原因并采取相应的工艺措施，以保证生产过程和产品质量的控制。
3.1.6金属塑性成形的基本规律
缺点:需专用设备和模具、投资较大、锻件质量较小
应用:中、小型件的成批、大量生产
3.2.1锻造2．模锻（P100）
(1)锤上模锻（分为锤模锻和胎模锻）
在各种锻锤上进行的模锻
1）锤模锻在各种模锻锤上进行的模锻
设备:空气-蒸汽模锻锤。
锤头运动精确，砧座重，结构刚度高。
模锻锤
模锻件
(1)锤上模锻
锤模锻工艺过程
a）锻造成形b）切削成形
1—轴肩2—裂纹
3.1.5材料的塑性成形性
塑性成形性：材料经过塑性变形不产生裂纹和破裂以获得所
需形状的加工性能。
可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。
塑性和变形抗力综合衡量
2．变形条件的影响
（1）变形温度
温度↑→成形性↑；
温度过高→过热、过烧、报废
1．材料本质的影响
陷，获合理分布的流线。
用于单件、小批生产，是特大型锻件唯一的生产方法。
变形特点：应用
第3章金属的塑性成形
3.1金属塑性成形基础
3.2.1锻造1．自由锻（P99）
3.3.1自由锻工艺设计（P122）
3.2.1锻造2．模锻（P100）
3.3.2锤模锻工艺设计（P125）
3.2.2冲压（P106）
3.3.3冲压工艺设计（P131）
3．计算毛坯质量
m坯= (m锻+m冲+m切) (1+δ)
m坯—毛坯重量（kg）；
m锻—锻件重量（kg），根据锻件图计算；
m冲—冲孔芯料重量（kg），参照经验公式；
m切—切除料头重量（kg），参照经验公式；
δ—烧损率，燃料加热2%~3%，电加热0.5%~1%；
3．计算毛坯质量
（1）首道工序为镦粗时：
将上述内容，按变形顺序，以简图形式绘于一张表格上，就是锻造工艺卡，用以指导自由锻生产过程的进行和自由锻件的检验。
避免肋板或凸台
6．自由锻工艺设计示例
1、零件结构分析
2、绘制锻件图
9±3，8±3，7±2
3、确定变形工序
拔长—切肩—锻台阶
4、计算坯料质量和尺寸
台阶轴零件如图所示，材料为45钢，小批生产。
6．自由锻工艺设计示例
第3章金属的塑性成形
3.1金属塑性成形基础
3.2.1锻造1．自由锻（P99）
3.3.1自由锻工艺设计（P122）
脆性杂质被打碎，顺着伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质沿伸长方向呈带状分布；锻造后金属组织呈方向性，称为锻造流线。造成力学性能的方向性。
锻造流线影响的消除与利用：
工作时的最大正应力方向与流线方向一致，切应力方向与流线方向垂直；
锻造流线沿零件轮廓分布而不被切断.
2．锻造流线
图3-8曲轴流线分布示意图
T再≥0.4T熔
(再结晶只是原子重新排列的过程）
线材的多次拉拔和板料的多次拉深时，在工序间穿插再结晶退火
原始组织塑性变形回复再结晶
回复和再结晶
3.1.3金属的冷成形、热成形及温成形
冷成形:在回复温度以下，加工硬化（冷轧、冷锻、冷冲压、冷拔）
提高强度和表面质量,用于制造半成品或成品。
(变形材料应有较好的塑性且变形量不宜过大）
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
典型锻件的自由锻工艺示例1
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44±1mm
典型锻件的自由锻工艺示例1
（1）化学成分
纯金属〉合金；钢中含碳：C↑→成形性↓；
合金成分↑→成形性↓; S，P↑→成形性↓
（2）金属组织
固溶体〉机械混合物；细晶〉粗晶；
热成形〉冷成形；
热成形〉冷成形和铸态组织
3.1.5材料的塑性成形性
（2）应变速率（变形速度、应变速度）
应变速率<εc :εc↑→成形性↓；
加工硬化速度减慢，被再结晶消除，塑性差用压力机
应变速率>εc :εc↑→成形性↑；
变形能转化成热能来不及传出，金属温度升高
强度高、塑性低、形状复杂的零件
宜高速锤锻造、爆炸成形
（3）应力状态：
压应力防裂纹产生和扩展
主应力图
压应力数目↑
→塑性↑；
→变形抗力↑；
低碳钢、铜：拉拔
中碳钢：模锻
（2）应变速率（3）应力状态
3.1.6金属塑性成形的基本规律
1、体积不变条件：由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为变形前后的体积相等，此假设称为体积不变条件。
制造：尺寸较大、材料强度较高的零件或半成品
3.1.3金属的冷成形、热成形及温成形
3.1.4锻造比与锻造流线
1．锻造比：锻造时变形程度的一种表示方法（y>1）
拔长时：
镦粗时：
锻造比↑
→致密↑晶粒↓
→力学性能显著变化
锻造比的选取
结构钢钢锭：2～4
钢坯和轧材：1.1～1.3
3.1.4锻造比与锻造流线
2．锻造流线
利用外力使金属产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，获得型材或锻压件。
锻压、挤压、轧制、拉拔……
两个条件：外力、塑性，缺一不可
优点：
金属组织致密、晶粒细小、力学性能提高；
属于少、无切削加工，材料利用率高，生产效率高
应用：型材、板材、线材、
承受较大负荷或复杂载荷的机械零件
缺点：制件形状比铸件简单，生产条件较差
热成形:在再结晶温度以上，加工硬化+再结晶
且加工硬化被再结晶完全消除（热轧、热锻、热冲压、热拔）
综合力学性能好,变形力小，变形程度大,用于制造毛坯或半成品
温成形:高于回复温度、低于再结晶温度,
加工硬化+回复，无再结晶
较冷成形可降低变形力且利于提高金属塑性，
较热成形可降低能耗且减少加热缺陷,
用于：强度较高、塑性较差的金属（温锻、温挤压、温拉拔）
第十一周周五下午7，8节运动会放假
标记
2．回复和再结晶
(1)回复：减轻或消除晶格畸变，保
持较高强度、降低脆性，晶粒大小形状不变
回复温度：T回=（0.25～0.30）T熔
冷拔钢丝经冷卷成形后低温退火，可使弹簧定形且保持良好的弹性
(2)再结晶：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生
核、结晶，变为等轴晶粒，完全消除加工硬化现象。
锤模锻工艺过程
特点：
工艺适应性强，可用于多种变形工步，锤击力及行
程可变动，可锻造多种类型的锻件；
设备费用较低；
工作时振动和噪音大；
生产效率较低。
国内应用最多
特点：
药芯焊丝成型拉拔生产线
挤压
冲压件
进口优质线材拉拔、热处理后表面镀铜
3.2金属塑性成形方法
3.2金属塑性成形方法
3.2.1锻造
在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何形状、尺寸和质量的锻件。
1．自由锻（P99）
只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
画法:
锻件轮廓：粗实线
零件基本形状：双点划线
锻件尺寸、公差：尺寸线上方
零件公称尺寸：相应锻件尺寸
下方(或后方)的括弧内.
3.3.1自由锻工艺设计(P122)
内容:绘制锻件图、确定变形工序、计算坯料的
质量和尺寸……
1．绘制锻件图
余块:简化锻件形状,便于锻造
余量:所有加工面都应添加加工余量
锻件公差:所有锻件尺寸都应给出锻件公差，数值较大
（2）首道工序为拔长时：
4．计算毛坯尺寸
V坯= m坯/γ
4．计算毛坯尺寸
机设04－1，2，3
第五次课第十二周周五下午7，8节
（11月17日）
标记
5．零件结构的自由锻工艺性
避免锥面或楔形
避免立体相贯线
5．零件结构的自由锻工艺性
避免肋板或凸台