塑性成形方法
塑性成形原理知识点总结
塑性成形原理知识点总结一、塑性成形的基本原理1. 塑性成形的基本原理是通过施加外部应力使材料受力，发生形变，从而改变其形状和尺寸。
外部应力可以是拉伸、压缩、弯曲等形式，材料受到应力后发生塑性变形，达到所需的形状和尺寸。
2. 塑性成形的基本原理还包括在一定的温度条件下进行成形。
材料在一定温度范围内会发生晶粒的滑移和再结晶等变化，使材料更容易流动和变形，这对于塑性成形的效果非常重要。
3. 塑性成形的基本原理还涉及到应变硬化和材料流动等方面的知识。
应变硬化是指材料在形变过程中发生的一种增加抗力的现象，材料流动则是指材料在应力作用下发生的形变过程，通过流动来实现所需的成形效果。
二、材料在塑性成形过程中的变形规律1. 材料在塑性成形过程中会发生各种形式的变形，包括平面应变变形、轴向应变变形、弯曲应变变形、扭曲应变变形等。
不同的成形方式会引起不同形式的变形，需要根据具体情况进行分析和处理。
2. 材料在塑性成形过程中的变形还受到横向压缩和减薄等因素的影响。
横向压缩会导致材料沿其厚度方向出现侧向膨胀的现象，减薄则是指材料在成形过程中产生的减小尺寸和厚度的现象。
3. 材料在塑性成形过程中还会出现显著的硬化现象。
随着形变量的增加，材料的硬度和抗力会逐渐增加，这对于成形过程的控制和调整非常重要。
三、材料在塑性成形过程中的流变规律1. 材料在塑性成形过程中会发生流变，即在应力的作用下发生形变的过程。
材料的流变规律是指在应力条件下材料的变形规律和流动规律，这对于塑性成形技术的研究和应用非常重要。
2. 材料在塑性成形过程中还会出现应力和应变的分布不均匀、表面变形、壁厚变化等现象。
这些现象会导致成形件质量的不稳定性和变形过程的复杂性，需要进行合理的控制和调整。
3. 材料在塑性成形过程中还会受到局部热和化学变化的影响。
局部热和化学变化会影响材料的微观结构和性能，对于成形过程的控制和调整也具有重要的参考意义。
四、塑性成形的热变形和冷变形1. 塑性成形通常分为热变形和冷变形两种方式。
塑性成形的特点与基本生产方式
一.板料冲压的基本工序
分离工序：落料、冲孔、切断、切口 变形工序：弯曲、拉深、翻边、成形
1、分离工序
将冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序，如剪 切、落料、冲孔。落料和冲孔总称为冲裁。
（2）冲裁件断裂面
① 蹋角带 ② 光亮带：表面光滑,断
面质量最好。 ③ 剪裂带：表面粗糙,略
带斜度。 ④ 毛刺：微裂纹出现时产
July 2021
2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二一年六月十七日2021年6月17日星期四
难易程度。
衡量指标：
塑性 变形抗力
目 标：
塑性好 变形抗力小
影响锻造性能的因素：(1)金属本质 (2)变形条件
1. 金属本质的影响
纯金属锻造性能好
化学成分
合金差 碳钢，含碳量越少，锻造性能越好
硫、磷含量越少，可锻性越好
内部组织
纯金属、固溶体可锻性好 金属碳化物差 细晶粒好，粗晶粒差
2. 变形条件的影响
（1）变形温度
适当高温利于锻造
过热
温度过高产生
过烧 氧化
脱碳
在始锻与终锻温度之间
温 度 /C °
1538A 固相线液相线 L
1250 始锻温度L+A
碳 钢
的
E
A
锻
造
G 912
温
800
A+Fe3CⅡ
度
A+F
K
塑性成形方法
第五节其它塑性成形方法随着工业的不断开展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。
其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速开展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精细模锻、精细冲裁等。
一、挤压挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。
挤压法的特点：〔1〕三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金构造钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。
在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进展挤压成形。
对于要进展轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进展开坯。
〔2〕挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。
〔3〕可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9，外表粗糙度为Ra3.2～0.4μ m，从而〔4〕挤压变形后零件内部的纤维组织连续，根本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。
〔5〕材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。
挤压方法的分类：1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：〔１〕正挤压金属流动方向与凸模运动方向一样，如图2-69所示。
〔２〕反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。
〔３〕复合挤压金属坯料的一局部流动方向与凸模运动方向一样，另一局部流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。
〔４〕径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-72所示。
图2-69 正挤压图2-70 反挤压图2-71 复合挤压图2-72 径向挤压2．按照挤压时金属坯料所处的温度不同，可分为热挤压、温挤压和冷挤压三种方式：〔１〕热挤压变形温度高于金属材料的再结晶温度。
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。
第五章 塑性成形
常温下塑性变形对低碳 钢力学性能的影响
22
《材料成型学》 第五章 塑性成形
冷变形强化的原因是：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。
滑移面附近晶格畸变示意图
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《材料成型学》 第五章 塑性成形
（2）回复 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，可使内应力 减少。
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《材料成型学》 第五章 塑性成形
多晶体
多晶体晶粒逐批滑移示意图
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《材料成型学》 第五章 塑性成形
2、塑性变形后的金属组织和性能
塑性变形后的组织: （1）形成纤维组织： 晶粒被压扁、拉长，晶界模糊不清。 （2）晶粒破碎，细化。 （3）形成变形结构： 晶粒择优取向，形成变形结构，使金属各向异性。 （4）残余内应力： 由于变形不均匀，局部区域变形量的大小不同， 造成受拉或受压。
纯铁冷拔90%后在550℃加热不同时间后的显微组织
《材料成型学》 第五章 塑性成形
回复、再结晶及晶粒长大阶段中性能的变化示意图
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《材料成型学》 第五章 塑性成形
（4）冷变形和热变形
冷变形：指金属在其再结晶温度以下进行塑性变 形。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷镦、冷轧和冷拔。 能获得较高的硬度及表面质量通过对坯料锻打或锻压，是产生塑性变形而得到所 需制件的一种成形加工方法。
常用锻造方法：自由锻 模锻 1. 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。 坯料在锻造过程中，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。主要用于单件、小批生产，也是生产大型锻件 的唯一方法。
《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
材料的塑性成形工艺
材料的塑性成形工艺引言塑性成形是一种常见的材料加工工艺，通过施加力量使材料发生形变，以获得所需的形状和尺寸。
塑性成形工艺包括冷拔、冷加工、锻造、挤压、拉伸等多种方法。
本文将介绍几种常见的材料塑性成形工艺及其特点。
一、冷拔1.1 工艺流程冷拔是一种拉伸加工的方法，主要用于金属材料。
其工艺流程包括以下几个步骤：1.选材：选择合适的原材料进行冷拔加工。
2.加热：将材料加热至适当的温度，以提高其塑性。
3.均质化处理：通过变形和退火等处理方法，使材料组织更加均匀。
4.拉拔：将材料拉伸至所需的形状和尺寸。
5.精整：通过切割、修整等方法，使成品达到要求的尺寸。
1.2 特点冷拔工艺具有以下特点：•成品尺寸精度高，表面质量好。
•可加工各种材料，包括金属和非金属材料。
•可以提高材料的强度和硬度。
二、冷加工2.1 工艺流程冷加工是一种在常温下进行的成形加工方法，常用于金属材料。
其工艺流程包括以下几个步骤：1.选材：选择合适的原材料进行冷加工。
2.切削：通过刀具对材料进行切削加工。
3.成型：通过冷加工设备对材料进行压制、弯曲、卷曲等成型操作。
4.精整：通过修整、研磨等方法，使成品达到要求的尺寸和表面质量。
2.2 特点冷加工具有以下特点：•成品尺寸精度高，表面质量好。
•可以加工多种材料，包括金属和非金属材料。
•部件形状复杂度高，适用于精密加工要求较高的产品。
三、锻造3.1 工艺流程锻造是一种通过施加压力将材料压制成所需形状的工艺方法。
其工艺流程包括以下几个步骤：1.选材：选择合适的原材料进行锻造。
2.加热：将材料加热至适当的温度，以提高其塑性。
3.锻造：通过锻造设备施加压力，将材料压制成所需形状。
4.精整：通过修整、热处理等方法，使成品达到要求的尺寸和性能。
3.2 特点锻造具有以下特点：•可以加工各种金属材料，包括高温合金和非金属材料。
•成品强度高，韧性好。
•高生产效率，适用于大批量生产。
四、挤压4.1 工艺流程挤压是一种将材料挤压成所需截面形状的塑性成形工艺。
塑性成形的特点与基本生产方式
塑性成形的特点与基本生产方式塑性成形是一种广泛应用于工程领域的加工技术，它通过对热软化塑料材料进行塑性变形，以获得各种复杂的形状和尺寸。
本文将介绍塑性成形的特点以及常见的基本生产方式。
1. 塑性成形的特点塑性成形具有以下几个特点：1.1 灵活性塑性成形可以根据需要灵活地加工出各种复杂形状的产品，例如各种外壳、管道、容器等。
通过改变模具和调整加工参数，可以满足不同产品的加工需求。
1.2 生产效率高相比于其他加工方法，塑性成形具有较高的生产效率。
一次成型可以同时加工多个产品，且生产周期较短。
同时，还可以进行自动化生产，提高生产效率。
1.3 材料利用率高塑性成形能够使材料得到充分利用。
由于材料在加工过程中可以被塑性拉伸、薄化，可以最大限度地减少材料的损耗。
1.4 加工成本低由于塑性成形生产工艺简单，设备投资与维护成本相对较低。
同时，生产过程中材料利用率高，可以降低材料成本。
2. 基本生产方式2.1 挤出成形挤出成形是最常见的塑性成形方式之一。
它通过将塑料材料加热熔融后，通过挤压机将熔融塑料挤出成型。
挤出成形常用于生产管道、板材、型材等产品。
2.2 注塑成形注塑成形是另一种常见的塑性成形方式。
它通过将塑料材料加热熔融后，将熔融塑料注入到闭合的模具中，并施加一定的压力进行冷却固化。
注塑成形适用于生产各种复杂形状的产品，如塑料零件、玩具等。
2.3 吹塑成形吹塑成形是一种特殊的塑性成形方式，常用于生产空心容器，例如瓶子、桶等。
它通过将熔融塑料放置在模具中，通过压缩空气将塑料吹膨为模具形状。
2.4 压延成形压延成形是将塑料热融化后，通过双辊或多辊挤压机将塑料挤压成特定形状和厚度的薄膜或板材。
压延成形适用于生产各种包装薄膜、塑料薄板等产品。
2.5 热压成形热压成形是将加热熔融的塑料放置于模具中，施加一定的压力进行冷却固化。
常用于生产较厚的塑料零件和产品。
总结塑性成形作为一种常见的加工技术，具有灵活性、高生产效率、材料利用率高和加工成本低的特点。
塑性成形技术重点内容
第一部分绪论一、塑性成形工艺分类1一次塑性加工：轧制、挤压、拉拔等工艺，是生产型材、板材、线材、管材的加工方法。
2二次塑性加工：以一次塑性加工获得的型材、板材、线材、管材、棒材为原材料进行再次塑性成形——冲压、锻造。
第二部分冲压工艺一、冲压加工三要素：1冲压设备2模具3原材料二、冲压工艺分类：1按变形性质分：⑴分离工序——被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。
⑵成形工序——被加工材料在外力作用下仅仅产生塑性变形，得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称成形工序。
2按变形方式分：冲裁、弯曲、拉深、成形。
3按工序组合形式分：⑴复合冲压⑵连续冲压⑶连续-复合冲压三、板料力学性能与冲压成形性能的关系1两种失稳状态：⑴拉伸失稳——板料在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂。
⑵压缩失稳——板料在压应力作用下出现起皱。
2衡量冲压成形性能的标准——破裂性、贴模性、定形性。
⑴冲压成形性能——板料对冲压成形工艺的适应能力。
⑵贴模性——板料在冲压过程中取得与模具形状一致性的能力。
影响贴模性的因素是起皱、塌陷。
⑶定形性——零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。
影响定形性的主要因素是回弹。
3板平面各向异性指数△γ△γ↑，表示板平面内各向异性↑，拉深时在零件端部出现不平整的凸耳现象，必须进行修边处理。
第三部分锻造工艺第一章热锻（P239）一、锻造分类1按变形温度：热锻、温锻、冷锻2按作用力来源：①手工锻造②机械锻造：自由锻模锻胎膜锻特种锻造胎膜锻——在自由锻设备上采用活动模具成形锻件的方法。
二、锻前加热(P242)1目的：↑塑性，↓变形抗力，使之易于流动成形并获得良好的锻后组织。
2加热方法：⑴火焰加热⑵电加热：①感应电加热②接触电加热③电阻炉加热⑶少无氧化加热：精锻生产中，实现少无氧化加热的加热方法：①快速加热②介质保护加热③少无氧化火焰加热三、锻造温度范围选择原则（P245~246）1始锻温度T始：AE线以下150~250℃，尽可能高，但不能过高2终锻温度T终：①碳钢：T终≧A1线②亚共析钢：T终=A3+15~50℃（800℃左右），尽可能低，但不能过低③共析钢和过共析钢： A1+50~70℃≤T终≤Acm线参见P246图9-9四、加热缺陷（P247）1氧化：生成氧化铁（氧化皮）2脱碳：表面含碳量↓，变软3过热：强度和韧性↓定义：当毛坯加热温度超过始锻温度或毛坯在高温下停留时间过长，都会引起奥氏体晶粒迅速长大，即过热。
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。
塑性成形技术
（4）拉深力－行程曲线
由图6-14可见，变形初到中期， 硬化使拉深力增大的速度超过法兰面 积减小使拉深力降低的速度，拉深力 增加。二者对于拉深力增、减速度影 响处于均衡的瞬时，力达到最大值。 此后，面积减小使拉深力降低的速度 超过加工硬化使拉深力增大的速度，
拉深力下降。
图6-14 拉深力-行程曲线
(2)主要变形区
如图所示，冲裁加工时，板料的 主要变形区是以凸模与凹模刃口连 线为中心的纺锤形区域。变形区的 大小与材料特性、模具间隙和约束 条件等因素有关。
a ) v场
b) u场
图6－3 变形区云纹图
（3）变形区应力状态
图6-4显示了无压料冲变形区的应 力状态，由于刃口侧面的轴向应力 为拉应力，故裂纹往往先从侧面产 生，形成毛刺。
图6-16 胀形变形过程
（2）主要变形区
如图6-16所示，在胀形变形过程 中，毛坯被带有凸筋的压边圈压紧， 变形区被限制在凸筋以内的局部区域 内。与拉深不同，胀形时，变形区是 在不断扩大的。
（3）变形区应力、应Байду номын сангаас状态
如图6-17所示，在变形区内，坯料 在双向拉应力作用下，沿切向和径 向产生伸长变形，厚度变薄，表面 积增大。生产中的起伏成形、压凸 包、压筋、圆柱形空心毛坯的鼓肚 成形、波纹管及平板毛坯的张拉成
弯曲加工中，相对弯曲半径r/t反 映弯曲变形程度，当r/t≤(r/t)min时， 弯曲件会开裂；r/t大时，回弹严重， 制件形状与尺寸难控制。生产中， r/t是弯曲工艺计算和模具设计最主 要工艺参数。（r/t)min表示弯曲加工
极限。
6.1.3 拉深 1）拉深变形特点 （1）拉深变形过程
如图6-12所示，凸模与毛坯接触时， 毛坯首先弯曲，与凸模圆角接触处的 材料发生胀形。凸模继续下降，法兰 部分坯料在切向压应力、径向拉应力 作用下通过凹模圆角向直壁流动，进 行拉深变形。拉深是弯曲、胀形、拉 深的变形过程。
常用的塑性成形方法
方向增加尺寸） 。于是便可绘制锻件图，如图 3.2.3所示。
表3.2.2 带孔圆盘类锻件机械加工余量与锻造公差 （见下页）
图 3.2.3 齿轮锻件图
2）计算坯料的质量和尺寸 坯料质量： m坯料= m锻+ m型芯+ m烧损
应用：适合于大批量生产条 件下锻制中、小型锻件。
曲柄压力机传动原理示意
2）摩擦压力机上模锻
摩擦压力机的工作原理见 右图。 特点：①适应性强。 ②适合于再结晶速度慢的
低塑性金属的模锻。 ③模具设计和制造简化、
节约材料、降低成本。 ④摩擦压力机一般只能进
行单膛锻模进行模锻。 应用：适合于中小型锻件的
小批或中批生产，如铆 钉、螺钉、螺母、配汽 阀、齿轮、三通阀等。
（1）锤上模锻
锤上模锻 所用设备为模 锻锤，由它产 生的冲击力使 金属变形。如 图3.2.10所示。 模锻锤的吨位 （落下部分的 重量）为l～ 16t 。
图3.2.10 模锻锤
锻模如图3.2.11所
10
1
示。上模和下模分别用楔
铁固定在锤头和模垫上，
9
2
模垫用楔铁固定在砧座上。
8
3
上模随锤头作上下往复运
4
动。8为分模面，3为飞边 槽，9为模膛，根据模膛
67
5
的功用的不同，模膛分模
锻模膛和制坯模膛两种。
1）模锻模膛
模锻模膛分终锻模膛和
图3.2.11 锤上模锻用锻模
预锻模膛两种。
1-锤头１;－2锤-上 头 模２;－3-上飞模 边槽３;－4飞-连下槽模;5-模 6,7-楔４铁－下;8模-分模５－面模垫;9-模６膛、７;－10锲-铁楔铁
列举一种塑性成形的方法
列举一种塑性成形的方法
塑性成形是一种常见的加工方法，用于将金属材料加工成所需形状。
以下是一种常见的塑性成形方法：
1. 锻造（Forging）：通过施加压力使金属材料在高温或常温下改变形状。
这种方法适用于各种金属，包括钢铁、铝、铜等。
2. 拉伸（Stretching）：将金属板材或棒材拉伸到所需的形状。
这种方法常用于制造汽车车身、金属罐体等。
3. 冲压（Stamping）：使用模具将金属板材冲压成特定形状。
这是大规模生产金属零件的常见方法，例如汽车零件、电器外壳等。
4. 深冲（Deep Drawing）：将金属板材通过冲压方法深度拉伸，形成较深的形状，例如制造锅具、洗衣机筒等。
5. 滚压（Rolling）：通过使金属材料通过一对辊子，使其在压力下改变形状。
这种方法常用于制造金属板材、棒材等。
这只是几种常见的塑性成形方法之一，实际上还有许多其他方法，根据不同的材料和形状需求选择适合的方法。
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)。
金属塑性成形方法
（2）特点
1）金属坯料在水平方向可自由流动； 2）可使用多种锻压设备； 3）锻件力学性能好； 4）节约金属，减少切削加工工时； 5）锻件形状简单，精度低； 6）生产率较低，劳动强度较大。 主要用于形状简单的单件小批生产，
②胎模锻：
即在自由锻造设备上使用可移动模具生产模锻 件的一种锻造方法。
特点： 与自由锻相比：锻件质量好；生产率高；
节约金属。 与模锻相比： 操作灵活；生产准备周期短；
锻件表面质量较差；劳动强度大。 胎模的种类：扣模；筒模；合模。
2）锻造压力机模锻（自学) 在压力机上对热态金属进行锻造。
①液压机模锻：模锻液压机是用高压液体（通常为 水或油）来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模 锻的。
⑶拉深：也称为拉延，是使板料成形为空心件而 厚度基本不变的加工方法。
★ 拉深模与冲裁模的主要区别:
d
工作部分不是锋利的刃口而是圆角；
凸模与凹模的间隙显著增加，一般 单侧间隙应稍大于板厚。
1）拉深变形过程：
弹性变形
塑性变形。
d
D0
4）弯曲的分类和应用：
按所用设备和工具不同，弯曲可分为压弯，拉弯和 辊弯等类型。
广泛用于生产钢球、周期性轧材、麻花钻、空心管 套等零件或毛坯。
⑶横轧
即轧锟轴线与轧件轴线平行且轧锟与轧件作 相对转动的轧制方法。
常用的横轧方法有楔横轧、齿轮轧制、辗环。 分别用于生产 各种类形的台阶轴、齿轮、和螺纹。
3.2.4 挤压（自学）
1.正挤压：即使坯料从模孔中流出部分的运 动方向与凸模运动方向相同的挤压方法。
①压弯：即用凸模将坯料压入凹模弯曲成形。 弯曲工艺适应性强，最常用；
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 )。
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第五节其它塑性成形方法随着工业的不断发展，人们对金属塑性成形加工生产提出了越来越高的要求，不仅要求生产各种毛坯，而且要求能直接生产出更多的具有较高精度与质量的成品零件。
其它塑性成形方法在生产实践中也得到了迅速发展和广泛的应用，例如挤压、拉拔、辊轧、精密模锻、精密冲裁等。
一、挤压挤压：指对挤压模具中的金属锭坯施加强大的压力作用，使其发生塑性变形从挤压模具的模口中流出，或充满凸、凹模型腔，而获得所需形状与尺寸制品的塑性成形方法。
挤压法的特点：（1）三向压应力状态，能充分提高金属坯料的塑性，不仅有铜、铝等塑性好的非铁金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可以采用挤压工艺成形。
在一定变形量下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可以进行挤压成形。
对于要进行轧制或锻造的塑性较差的材料，如钨和钼等，为了改善其组织和性能，也可采用挤压法对锭坯进行开坯。
（2）挤压法可以生产出断面极其复杂的或具有深孔、薄壁以及变断面的零件。
（3）可以实现少、无屑加工，一般尺寸精度为IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μ m，从而（4）挤压变形后零件内部的纤维组织连续，基本沿零件外形分布而不被切断，从而提高了金属的力学性能。
（5）材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易于实现生产过程的自动化。
挤压方法的分类：1．根据金属流动方向和凸模运动方向的不同可分为以下四种方式：（１）正挤压金属流动方向与凸模运动方向相同，如图2-69所示。
（２）反挤压金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-70所示。
（３）复合挤压金属坯料的一部分流动方向与凸模运动方向相同，另一部分流动方向与凸模运动方向相反，如图2-71所示。
（４）径向挤压金属流动方向与凸模运动方向成90°角，如图2-72所示。
图2-69 正挤压图2-70 反挤压图2-71 复合挤压图2-72 径向挤压2．按照挤压时金属坯料所处的温度不同，可分为热挤压、温挤压和冷挤压三种方式：（１）热挤压变形温度高于金属材料的再结晶温度。
热挤压时，金属变形抗力较小，塑性较好，允许每次变形程度较大，但产品的尺寸精度较低，表面较粗糙。
应用于生产铜、铝、镁及其合金的型材和管材等，也可挤压强度较高、尺寸较大的中、高碳钢、合金结构钢、不锈钢等零件。
目前，热挤压越来越多地用于机器零件和毛坯的生产。
（２）冷挤压变形温度低于材料再结晶温度（通常是室温）的挤压工艺。
冷挤压时金属的变形抗力比热挤压大得多，但产品尺寸精度较高，可达IT8～IT9，表面粗糙度为Ra3.2～0.4μm，而且产品内部组织为加工硬化组织，提高了产品的强度。
目前可以对非铁金属及中、低碳钢的小型零件进行冷挤压成形，为了降低变形抗力，在冷挤压前要对坯料进行退火处理。
冷挤压时，为了降低挤压力，防止模具损坏，提高零件表面质量，必须采取润滑措施。
由于冷挤压时单位压力大，润滑剂易于被挤掉失去润滑效果，所以对钢质零件必须采用磷化处理，使坯料表面呈多孔结构，以存储润滑剂，在高压下起到润滑作用。
常用润滑剂有矿物油、豆油、皂液等。
冷挤压生产率高，材料消耗少，在汽车、拖拉机、仪表、轻工、军工等部门广为应用。
（３）温挤压将坯料加热到再结晶温度以下高于室温的某个合适温度下进行挤压的方法，是介于热挤压和冷挤压之间的挤压方法。
与热挤压相比，坯料氧化脱碳少，表面粗糙度较小，产品尺寸精度较高；与冷挤压相比，降低了变形抗力，增加了每个工序的变形程度，提高了模具的使用寿命。
温挤压材料一般不需要进行预先软化退火、表面处理和工序间退火。
温挤压零件的精度和力学性能略低于冷挤压零件。
表面粗糙度为Ra6.5～3.2μm。
温挤压不仅适用于挤压中碳钢，而且也适用于挤压合金钢零件。
挤压在专用挤压机上进行，也可在油压机及经过适当改进后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。
二、拉拔拉拔：在拉力作用下，迫使金属坯料通过拉拔模孔，以获得相应形状与尺寸制品的塑性加工方法，如图2-73所示。
拉拔是管材、棒材、异型材以及线材的主要生产方法之一。
图2-73 拉拔示意图1—坯料 2—拉拔模 3—制品拉拔方法按制品截面形状可分为实心材拉拔与空心材拉拔。
实心材拉拔主要包括棒材、异型材及线材的拉拔。
空心材拉拔主要包括管材及空心异型材的拉拔。
拉拔的特点：（1）制品的尺寸精确，表面粗糙度小。
（2）设备简单、维护方便。
（3）受拉应力的影响，金属的塑性不能充分发挥。
拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到拉拔应力的限制，一般道次伸长率在20%～60%之间，过大的道次伸长率将导致拉拔制品形状、尺寸、质量不合格，过小的道次伸长率将降低生产率。
（4）最适合于连续高速生产断面较小的长制品，例如丝材、线材等。
拉拔一般在冷态下进行，但是对一些在常温下塑性较差的金属材料则可以采用加热后温拔。
采用拉拔技术可以生产直径大于500mm的管材，也可以拉制出直径仅0.002mm的细丝，而且性能符合要求，表面质量好。
拉拔制品被广泛应用在国民经济各个领域。
三、辊轧金属坯料在旋转轧辊的作用下产生连续塑性变形，从而获得所要求截面形状并改变其性能的加工方法，称为辊轧。
常采用的辊轧工艺有辊锻、横轧及斜轧等。
（一）辊锻辊锻：使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转的轧辊，受压产生塑性变形，从而获得所需形状的锻件或锻坯的锻造工艺方法，如图2-74所示。
它既可以作为模锻前的制坯工序也可以直接辊锻锻件。
目前，成形辊锻适用于生产以下三种类型的锻件：图2-74 辊锻示意图（1）扁断面的长杆件，如扳手、链环等。
（2）带有头部，且沿长度方向横截面面积递减的锻件，如叶片等。
叶片辊锻工艺和铣削旧工艺相比，材料利用率可提高4倍，生产率提高2.5倍，而且叶片质量大为提高。
（3）连杆，采用辊锻方法锻制连杆，生产率高，简化了工艺过程。
但锻件还需用其它锻压设备进行精整。
（二）横轧横轧：轧辊轴线与轧件轴线互相平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法，如齿轮轧制等。
齿轮轧制是一种少、无切屑加工齿轮的新工艺。
直齿轮和斜齿轮均可用横轧方法制造，齿轮的横轧如图2-75所示。
在轧制前，齿轮坯料外缘被高频感应加热，然后将带有齿形的轧辊作径向进给，迫使轧辊与齿轮坯料对辗。
在对辗过程中，毛坯上一部分金属受轧辊齿顶挤压形成齿谷，相邻的部分被轧辊齿部“反挤”而上升，形成齿顶。
图2-75 热轧齿轮示意图（三）斜轧斜轧又称螺旋斜轧：斜轧时，两个带有螺旋槽的轧辊相互倾斜配置，轧辊轴线与坯料轴线相交成一定角度，以相同方向旋转。
坯料在轧辊的作用下绕自身轴线反向旋转，同时还作轴向向前运动，即螺旋运动，坯料受压后产生塑性变形，最终得到所需制品。
例如钢球轧制、周期轧制均采用了斜轧方法，如图2-76所示。
斜轧还可直接热轧出带有螺旋线的高速钢滚刀、麻花钻、自行车后闸壳以及冷轧丝杠等。
如图2-76a所示钢球斜轧，棒料在轧辊间螺旋型槽里受到轧制，并被分离成单个球，轧辊每转一圈，即可轧制出一个钢球，轧制过程是连续的。
图2-76 斜轧示意图a）钢球轧制 b）周期轧制四、旋压旋压：利用旋压机使毛坯和模具以一定的速度共同旋转，并在滚轮的作用下，使毛坯在与滚轮接触的部位产生局部塑性变形，由于滚轮的进给运动和毛坯的旋转运动，使局部的塑性变形逐步扩展到毛坯的全部所需表面，从而获得所需形状与尺寸零件的加工方法。
图2-77表示旋压空心零件的过程。
旋压基本上是靠弯曲成形的，不象冲压那样有明显的拉深作用，故壁厚的减薄量小。
图2-77 旋压示意图1—顶杆 2—毛坯 3—滚轮 4—模具 5—加工中的毛坯旋压的工艺特点：（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。
五、塑性成形新工艺、新技术简介塑性成形新工艺的特点是：（1）尽量使成形件的形状接近零件的形状，以便达到少、无切屑加工的目的，同时得到合理分布的纤维组织，提高零件的力学性能。
（2）具有更高的生产率。
（3）减小了变形力，可以在较小的压力设备上制造出大型零件。
（4）广泛采用电加热和少氧化、无氧化加热，提高零件表面质量，改善劳动条件。
（一）精密模锻精密模锻：在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。
如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经过切削加工。
精密模锻件尺寸精度可达IT12～IT15，表面粗糙度为Ra3.2～1.6μm。
精密模锻工艺特点：（1）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。
（2）精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。
（3）采用无氧化或少氧化加热方法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。
（4）精锻模膛的精度必须很高，一般要比锻件的精度高两级。
精密锻模一定有导柱、导套结构，以保证合模准确。
为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。
（5）模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。
（6）精密模锻一般都在刚度大、精度高的曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤上进行。
（二）超塑性成形超塑性成形：金属或合金在低的变形速率（ε=10-2～10- 4/s）、一定的变形温度（约为熔点绝对温度的一半）和均匀的细晶粒度（晶粒平均直径为０.2～5μm）条件下，其相对伸长率δ超过100%以上的变形。
例如钢可超过500%、纯钛可超过300%、锌铝合金可超过1000%。
超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象，变形应力可比常态下金属的变形应力降低几倍至几十倍，因此极易变形，可采用多种工艺方法制出复杂零件。
常用的超塑性成形材料：主要是锌铝合金、铝基合金、钛合金及高温合金。
主要应用：（1）板料超塑性冲压成形采用锌铝合金等超塑性材料，可以一次拉深较大变形量的杯形件，而且质量很好，无制耳产生。
（2）板料超塑性气压成形将具有超塑性性能的金属板料放于模具之中，把板料与模具一起加热到规定温度，向模具内吹入压缩空气或抽出模具内空气形成负压，使板料沿凸模或凹模变形，从而获得所需形状，如图2-78所示。
气压成形能加工的板料厚度为0.4～4mm。
图2-78 板料气压成形a）凹模内成形 b）凸模上成形1—电热元件 2—进气孔 3—板料 4—工件 5—凹（凸）模 6—模框 7—抽气孔（3）超塑性模锻或挤压高温合金及钛合金在常态下塑性很差，变形抗力大，不均匀变形引起各向异性的敏感性强，常规方法难于成形，材料损耗大。