【材料成型工艺--锻压】一、塑性成形理论基础(2014)
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材料成型工艺基础金属塑性成形
材料成型工艺基础：金属塑性成形1. 引言金属塑性成形是制造业中常见的一种材料成型工艺。
通过对金属材料施加力量，使其在一定的温度和应变条件下发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的制品。
这种成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
本文将介绍金属塑性成形的基本概念、工艺流程以及常见的金属塑性成形方法。
2. 基本概念2.1 金属塑性成形的定义金属塑性成形是指将金属材料通过施加力量，在一定的温度和应变条件下，使其发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的工艺过程。
2.2 塑性变形的基本概念塑性变形是指材料在一定的应力作用下，在超过其屈服点之后发生的可逆性变形。
在这种变形中，金属材料的原子结构会发生改变，从而改变了材料的形状和尺寸。
3. 工艺流程金属塑性成形的工艺流程主要包括以下几个步骤：3.1 原材料准备在金属塑性成形工艺中，首先需要准备好所需的金属原材料。
原材料的选择需要满足产品的要求，包括材料的强度、韧性、耐蚀性等。
3.2 材料加热在金属塑性成形之前，通常需要将金属材料进行加热。
加热可以使金属材料达到一定的塑性状态，更容易发生塑性变形。
加热的温度和时间需要根据不同的金属材料和成形要求进行调整。
3.3 成型工艺金属塑性成形的成型工艺包括以下几种常见方法：3.3.1 锻造锻造是一种利用压力将金属材料塑性变形成形的方法。
在锻造过程中，金属材料会经过压缩、拉伸、冷却等多个步骤，最终得到所需的形状。
3.3.2 拉伸拉伸是将金属材料放在拉伸机上，通过施加力量使其发生塑性变形的方法。
通过拉伸可以改变金属材料的形状和尺寸。
3.3.3 深冲深冲是将金属材料放在冲压机上，通过模具对材料进行冲压，使其发生塑性变形的方法。
通过调整模具的形状和尺寸，可以得到不同形状和尺寸的制品。
3.4 后处理在金属塑性成形完成之后，通常需要进行一些后处理工艺。
包括去除表面的氧化物、清洗、退火等。
后处理的目的是提高产品的表面质量和性能。
4. 常见的金属塑性成形方法4.1 冷镦成形冷镦成形是一种将金属材料通过冷镦机进行挤压、拉伸、弯曲等操作，使其发生塑性变形的方法。
塑性成形理论基础
另外还有重力和惯性力等体积力，但其作用相对较小， 略之。
内力和应力
当所加外力使工件内部原子间距发生变化时，原子间便出现 相应的内力与外力平衡。
内力的强度(大小)称为应力。 如图，工件受若干外力 F1 …….Fn作用。在其内 一点Q处 截取一微小面素dA ，由于平衡， 面素两侧的应力相等dFA= dFB = dF则：
23 2 3
2
31 3 1
2
12 2 1
2
根据主应力的排序规则，最大切应力为：
max 1 3
2
球应力张量与偏差应力张量
应力张量可作如下分解：
xx xy xz xx m xy
xz m 0 0
ij yx
yy
yz
yx
yy m
yz
0
m
0
zx zy zz zx
材料成形原理
第四章 塑性成形理论基础 (物理基础、力学基础)
塑性加工原理的内容
力 1. 塑性加工力学条件
学 基
2. 塑性加工中的摩擦与涧滑
础 3. 不均匀变形
4. 塑性变形机制
物 理
5. 塑性变形中组织性能演变
基 础
6. 金属的塑性与变形抗力
7. 塑性变形中组织性能控制
塑性加工/成形原理
力学基础(塑性力学基础)
应力、应变分析，屈服准则 本构关系，塑性问题
物理基础(金属学基础)
变形机制、组织性能演变、塑性与 变形抗力
材料科学与工程学科基础课
塑性成形理论基础
之
力学基础
应力、应变分析，屈服准则 本构关系，塑性问题
材料成形原理
一、应力分析
塑性成形/加工中工件所受外力
主要有作用力和约束反力。
内力和应力
当所加外力使工件内部原子间距发生变化时，原子间便出现 相应的内力与外力平衡。
内力的强度(大小)称为应力。 如图，工件受若干外力 F1 …….Fn作用。在其内 一点Q处 截取一微小面素dA ，由于平衡， 面素两侧的应力相等dFA= dFB = dF则：
23 2 3
2
31 3 1
2
12 2 1
2
根据主应力的排序规则，最大切应力为：
max 1 3
2
球应力张量与偏差应力张量
应力张量可作如下分解：
xx xy xz xx m xy
xz m 0 0
ij yx
yy
yz
yx
yy m
yz
0
m
0
zx zy zz zx
材料成形原理
第四章 塑性成形理论基础 (物理基础、力学基础)
塑性加工原理的内容
力 1. 塑性加工力学条件
学 基
2. 塑性加工中的摩擦与涧滑
础 3. 不均匀变形
4. 塑性变形机制
物 理
5. 塑性变形中组织性能演变
基 础
6. 金属的塑性与变形抗力
7. 塑性变形中组织性能控制
塑性加工/成形原理
力学基础(塑性力学基础)
应力、应变分析，屈服准则 本构关系，塑性问题
物理基础(金属学基础)
变形机制、组织性能演变、塑性与 变形抗力
材料科学与工程学科基础课
塑性成形理论基础
之
力学基础
应力、应变分析，屈服准则 本构关系，塑性问题
材料成形原理
一、应力分析
塑性成形/加工中工件所受外力
主要有作用力和约束反力。
锻压1-塑性成形原理
作业: 1,锻造流线的存在对金属机 械性能有何影响?在零件设计 中应注意那些问题? 2,试述金属的锻造性能,影 响金属锻造性能的因素,提高 金属锻造性能的途径?
�
三,锻造比与锻造流线
Forging Ratio and Forging Flow Line 1. 锻造比 Forging Ratio : – 代表变形程度大小. 代表变形程度大小. – 用y表示:变形前后 表示: 表示 截面比( 拔长) 截面比 ( 拔长 ) 或 高度比(镦粗) 高度比(镦粗)
Y拔 = F0/F = L/L0 拔 Y镦= F/ F0= H0/H 镦
2. 外在因素影响
变形应力状态的影响
1,在金属塑性变形时,其应力状态中 ,在金属塑性变形时, 压应力数目越多,其塑性越好; 压应力数目越多,其塑性越好;拉应力 数目越多,塑性变形相对降低. 数目越多,塑性变形相对降低. 2,在三向受压的应力状态下变形时, ,在三向受压的应力状态下变形时, 其变形抗力较三向应力状态不同时大的 多. 3,综上分析,金属的锻造性能是从塑 ,综上分析, 性和变形抗力二个方面的因素进行综合 衡量. 衡量.
应用: 应用:
–确定金属变形中质点的移动方向 确定金属变形中质点的移动方向 –控制金属坯料变形的流动方位 控制金属坯料变形的流动方位 –降低能耗,提高生产率. 降低能耗, 降低能耗 提高生产率.
4. 塑性变形时伴随有弹性变形的定律
Plastic Deformation with Elastic Deformation
锻压的优缺点
能改善金属的组织,提高金属 能改善金属的组织, 的机械性能. 的机械性能. 节约金属材料和切削加工工时. 节约金属材料和切削加工工时. 具有较高的生产率. 具有较高的生产率. 不能直接锻制成形状复杂的零 尺寸精度不高. 件.尺寸精度不高. 需要重型的机器设备和复杂的 工模具. 工模具. 生产现场劳动条件较差. 生产现场劳动条件较差.
塑性成形工艺基础
原因： 变形
加工硬化
塑变
形
抗 性力
热能
再结晶
变形速度
变形速度提高，热能增加， 再结晶作用增强
问题： 金属在热变形过程中，是否存在加工硬化现象？
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3）应力状态 压应力数目多，塑性好，有利于成形，但变形抗
力提高。
示例
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12% 30%
ZG45与轧制45的性能比较
580 610
320 360
Z
2
3
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8
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塑性成形工艺特点
（2）材料利用率高；
仅依靠形状变化和体积转移来实现。
（3）生产效率高；
生产自动化、机械化
（4）尺寸精度高。
少、无切削加工，向近净成形发展
• 模具结构
合理设计模具，如圆角
减小金属成形时的流动阻力，避免割断纤维和 出现折叠。
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综上所述，金属的塑性成形性能取决于
• 内在因素：化学成分，金属组织
• 外在因素：加工条件（变形温度、变形速度、
应力状态）
构）
其他因素（摩擦条件、模具结
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特点：性能出现方向性
图例 图例
顺纤维方向，强度、塑性、韧性较高；
垂直纤维方向，强度、塑性、韧性较低，但抗剪 切能力强。
图例
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16
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锻造流线的化学稳定性很高，用热处理或其 它方法都不能消除，只能通过重新锻压才能改变 其流线方向和分布状况。
《塑性成形工艺基础》课件
模具的构成
模具由上模、下模和导向部件等组成，用于实现金属材料的塑性成形。
模具的工艺要求
模具设计需要考虑材料选择、温度控制、表面处理等多个方面的要求。
模具设计的方法
模具设计需要考虑产品形状、材料流动和成型工艺等因素，采用综合方法进行设计。
塑性成形加工工艺
塑性成形加工的流程 塑性成形加工的工艺参数与选择 塑性成形加工的质量控制
应用范围
塑性成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、家电等领域，是现代工业的重要组成部分。
塑性变形的基本原理
1 金属的结构和性质
金属材料由多个晶格组 成，塑性变形是晶格滑 移和晶格形变的结果。
2 冷变形与热变形
冷变形在室温下进行， 热变形在高温下进行， 两者具有不同的变形特 点。
3 塑性变形的分类
塑性变形可分为压力加 工、拉伸加工、弯曲加 工和精密成型等多种类 型。
《塑性成形工艺基础》 PPT课件
本课程将介绍塑性成形工艺的基本原理、过程和模具设计，以及该工艺的发 展趋势。让我们一起探索这个令人着迷的领域！
背景介绍
塑性成形工艺的定义
塑性成形是通过施加压力，使金属材料在保持连续性的情况下发生塑性变形的一种制造工艺。
发展历程
塑性成形工艺自古已有，经历了手工操作、机械压力成形到现代数控技术的发展。
塑性成形的基本过程
1
拉伸加工
2
通过拉伸使金属材料变薄或变长，常
见的工艺有拉延、拉具的精细控制实现复杂零件的 成形，如注塑、挤压等。
压力加工
通过施加压力使金属在模具中变形， 包括冲压、锻造等工艺。
弯曲加工
通过施加力使金属材料弯曲或折弯， 常见的工艺有折弯、卷弯等。
塑性成形模具设计
第5章 塑性成型(1)
④纤维组织
铸锭在借助塑性变形进行压力加工时，基体金属的晶 粒形状和沿晶界分布的杂质都发生了变形，它们沿着变形 最大的方向被拉长，呈纤维状，这种结构——纤维组织。
钢材中的纤维组织
纤维组织 金属晶界上的夹杂物随晶粒沿变形最大方向被拉长得 到的组织。
变形程度越大，纤维组织越明显。 纤维组织使金属在性能上具有方向性。 纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高， 横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除， 只有经过塑性变形，才能改变其方向和形状。
多晶体的塑性变形＝晶内变形+晶间变形
3) 晶界的存在会带来变形抗力（阻碍）
2 塑性变形对金属组织性能影响 1） 冷变形、热变形、温变形的定义 冷变形: 是指在再结晶温度以下的变形。变形后具有明显的加 工硬化现象(冷变形强化)。 如冷挤压、冷轧、冷冲压等。 热变形: 是指在再结晶温度以上的变形。在其变形过程中，其 加工硬化随时被再结晶所消除。因而，在此过程中表现不 出加工硬化现象。如热轧、热锻、热挤压等。 温变形:
摩擦压力机
结构简单 投资少 工艺适应性广
中小型锻件,小批或中
批生产
吨位 :
滑块运行到接近下死点所产生的最 大压力。 东风公司锻造厂用于热模锻的曲柄 压力机的吨位有2000t、4000t、8000t。 最大吨位为 12000t(1200MN)。
优点: 锻造成形原于静压力，无震动，噪音小； 金属在模膛中流动稍缓，有利于成形和获 得良好的力 学性能； 生产效率高，锻件质量好。
金属在回复温度和再结晶温度之间的变形，称为温变 形。兼有冷变形、热变形的综合特点。既有加工硬化，又 有回复、再结晶。
2）冷变形后的组织与性能 钢铁、铝、铜合金室温下的塑性加工属于冷加工。 冷变形可以使工件获得较高的精度和表面质量。冷变形也是强化 金属的一种重要手段。但变形抗力大。变形程度不宜过大。 金属在室温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，强度和硬 度不断提高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工硬化 性能变化的特征： 有利：强化金属材料 不利：进一步的塑性变形带来困难 组织变化的特征：
塑性成形
工 学 《工
》
（b）成形工序 ）
冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限σ 冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限 s但未达 超过屈服极限 到强度极限σb，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成 到强度极限 使材料产生塑性变形，从而成形零件。 形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。 形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。
工 学 《工
》
4. 冲模的分类 （1）简单冲模 ）
简单冲模是在冲床的一次冲程中只完成一个工序。 简单冲模是在冲床的一次冲程中只完成一个工序。工作 时条料在凹模上沿两个导板9之间送进 碰到定位销10为 之间送进， 时条料在凹模上沿两个导板 之间送进，碰到定位销 为 凸模向下冲压时，冲下的零件(或废料 进入凹模孔， 或废料)进入凹模孔 止。凸模向下冲压时，冲下的零件 或废料 进入凹模孔， 而条料则夹住凸模并随凸模一起回程向上运动。 而条料则夹住凸模并随凸模一起回程向上运动。条料碰到 卸料板8时 固定在凹模上）被推下，这样， 卸料板 时（固定在凹模上）被推下，这样，条料继续在 导板间送进。 导板间送进。
工 学 《工
》
二、金属的可锻性
【可锻性】材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能 可锻性】 金属的可锻性可用塑性和塑性变形抗力来综合衡量。 力 。金属的可锻性可用塑性和塑性变形抗力来综合衡量。 塑性越高，变形抗力越小，金属的可锻性就越好。 塑性越高，变形抗力越小，金属的可锻性就越好。金属的 内在因素和外部加工条件影响金属的可锻性。 内在因素和外部加工条件影响金属的可锻性。
第一节 锻压的基本知识
一、锻压的概述
【锻压】指对坯料施加压力，使其产生塑性变形，改变尺 锻压】指对坯料施加压力，使其产生塑性变形， 寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的 形状及改善性能，用以制造机械零件、 成形加工方法。它是锻造和冲压的总称。 成形加工方法。它是锻造和冲压的总称。 锻压包括轧制、挤压、拉拨、自由锻造、模型锻造、 锻压包括轧制、挤压、拉拨、自由锻造、模型锻造、冲 压等加工方法。 压等加工方法。
材料成型工艺基础-金属塑性成形课件
02 0年12 月8日上 午12时 44分20 .12.820 .12.8
扩展市场，开发未来，实现现在。202 0年12 月8日星 期二上 午12时 44分36 秒00:4 4:3620. 12.8
做专业的企业，做专业的事情，让自 己专业 起来。2 020年1 2月上 午12时4 4分20. 12.800:44December 8, 2020
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 020年1 2月8日 星期二 12时44 分36秒 Tuesday , December 08, 2020
感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20. 12.8202 0年12 月8日星 期二12 时44分 36秒20 .12.8
4.冷镦
2.5其他成形
冷镦机
2.5其他成形
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesd ay , December 08, 2020
天生我材必有用，千金散尽还复来。0 0:44:36 00:44:3 600:44 12/8/20 20 12:44:36 AM
五、锻件的结构工艺性
轴类零件 杆类零件 盘类零件
2.2自由锻
§3 模锻
一、模锻方式
锤上模锻 压力机上模锻 胎模锻
蒸汽 - 空气锤
锤上模锻
2.3模 锻
锻模结构
2.3模 锻
思考题
2.3模 锻
模锻能否直接锻出通孔？
二、模锻工序
2.3模 锻
形状简单的零件： 预锻→终锻→清理
形状较复杂或锻造比大的零件： 制坯→预锻→终锻→清理 连杆锻模 曲轴模锻
扩展市场，开发未来，实现现在。202 0年12 月8日星 期二上 午12时 44分36 秒00:4 4:3620. 12.8
做专业的企业，做专业的事情，让自 己专业 起来。2 020年1 2月上 午12时4 4分20. 12.800:44December 8, 2020
人生不是自发的自我发展，而是一长 串机缘 。事件 和决定 ，这些 机缘、 事件和 决定在 它们实 现的当 时是取 决于我 们的意 志的。2 020年1 2月8日 星期二 12时44 分36秒 Tuesday , December 08, 2020
感情上的亲密，发展友谊；钱财上的 亲密， 破坏友 谊。20. 12.8202 0年12 月8日星 期二12 时44分 36秒20 .12.8
4.冷镦
2.5其他成形
冷镦机
2.5其他成形
每一次的加油，每一次的努力都是为 了下一 次更好 的自己 。20.12. 820.12. 8Tuesd ay , December 08, 2020
天生我材必有用，千金散尽还复来。0 0:44:36 00:44:3 600:44 12/8/20 20 12:44:36 AM
五、锻件的结构工艺性
轴类零件 杆类零件 盘类零件
2.2自由锻
§3 模锻
一、模锻方式
锤上模锻 压力机上模锻 胎模锻
蒸汽 - 空气锤
锤上模锻
2.3模 锻
锻模结构
2.3模 锻
思考题
2.3模 锻
模锻能否直接锻出通孔？
二、模锻工序
2.3模 锻
形状简单的零件： 预锻→终锻→清理
形状较复杂或锻造比大的零件： 制坯→预锻→终锻→清理 连杆锻模 曲轴模锻
材料的塑性成形工艺
余块
加工余量
余块， 如：键槽、过小的台阶、过小的凹档、小孔等。
锻件基本尺寸 = 零件基本尺寸+加工余量 锻件公差：锻件实际尺寸与锻件基本尺寸之间所允 许的偏差
绘制锻件图： 用双点划线划出零件轮廓；在锻件尺寸线下面
用括弧标出零件尺寸.
b. 坯料质量计算：
m坯料=m锻件+m烧损+m料头 坯料尺寸：
1.25D0<=H0<=2.5D0，V坯=m坯/ρ
热变形：再结晶温度以上的变形。加工硬化和再结晶过程同 时存在，但没有加工硬化痕迹。获得力学性能较高的再结 晶组织。 热变形过程中金属的塑性好，变形抗力低，不需要安 排中间退火。但易形成氧化皮，晶粒长大。
温变形：二者之间。有加工硬化和回复，无再结晶，加工硬 化部分消除。用于强度高、塑性差金属。
四、锻造比与锻造流线
单晶体的塑性变形方式： 1.滑移 ——滑移系 2.孪生
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
晶体的孪生示意图
多晶体金属的塑性变形：
晶内变形（低温）：滑移和孪生 晶间变形（高温）：晶粒间的相对滑动和转动。
晶界对塑性变形的影响（细晶强化）： 1）强化作用（位错运动受阻）； 2）塑性变形更均匀（改善韧性）。
冲压用原材料:
塑性好的金属,如低碳钢,铜合金,铝合金,镁合金等.
冲压设备：剪床和冲床 冲压基本工序：分离工序和变形工序
1、分离工序：坯料在外力作用下，使其一部分与另一
部分互相分离。
（1）冲裁（落料和冲孔）： 坯料按封闭轮廓分离的工序。 冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。
落料：被分离的部分为成品，而周边是废料。
材料成型讲义技术_--_第三章锻压_3.2
③平锻机模锻：平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块 的卧式压力机。
④螺旋压力机模锻：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转 带动滑块上下运动，向上实现回程，向下进行锻 打的压力机。
3.2.2 冲压
1.冲压
是使板料经分离或成形而得到制 件的工艺统称。
（1）冲压设备： 1）剪床→把板料切成一定宽度的条料， 为后续的冲压备料。 2）冲床→完成冲压的各道工序， 生产出合格的产品。
镦粗
制坯模膛（体积分配）
拔长 滚挤★
弯曲 …
模锻膛（锻件与坯料切离）
设飞边槽★ 放收缩率
实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应 选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件 采用仅有终锻模膛的单模膛锻模， 而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯 曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、 终锻等多个模膛的锻模逐步成形。
特别适于重型、大型锻件生产。
（4）自由锻的基本工序 分类 ： 1）辅助工序： 为方便基本工序的操作而预先进行局部小变形 的工序。 如倒棱、压肩等。 2）精整工序： 修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪 斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。 3）基本工序： 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。 如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。
冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时：
Z＝（6％～8％）δ
冲裁硬钢等材料时：Z＝（8％～12％）δ
冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适 当增大。
3）排样：
即冲裁件在板料或带料上的布置方法。
排样原则：合理。
目的：简化模具结构，提高材料利用率。
4）提高冲裁质量的冲压工艺：
当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时， 常采用整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提 高冲裁质量。
④螺旋压力机模锻：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转 带动滑块上下运动，向上实现回程，向下进行锻 打的压力机。
3.2.2 冲压
1.冲压
是使板料经分离或成形而得到制 件的工艺统称。
（1）冲压设备： 1）剪床→把板料切成一定宽度的条料， 为后续的冲压备料。 2）冲床→完成冲压的各道工序， 生产出合格的产品。
镦粗
制坯模膛（体积分配）
拔长 滚挤★
弯曲 …
模锻膛（锻件与坯料切离）
设飞边槽★ 放收缩率
实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应 选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件 采用仅有终锻模膛的单模膛锻模， 而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯 曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、 终锻等多个模膛的锻模逐步成形。
特别适于重型、大型锻件生产。
（4）自由锻的基本工序 分类 ： 1）辅助工序： 为方便基本工序的操作而预先进行局部小变形 的工序。 如倒棱、压肩等。 2）精整工序： 修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪 斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。 3）基本工序： 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。 如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。
冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时：
Z＝（6％～8％）δ
冲裁硬钢等材料时：Z＝（8％～12％）δ
冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适 当增大。
3）排样：
即冲裁件在板料或带料上的布置方法。
排样原则：合理。
目的：简化模具结构，提高材料利用率。
4）提高冲裁质量的冲压工艺：
当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时， 常采用整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提 高冲裁质量。
塑性成形工艺基础共78页文档
损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
塑性成形工艺基础
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
塑性成形工艺基础
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第七章 金属塑性成型(一-理论基础)
不同方法制造的曲轴的纤维组织分布
Hale Waihona Puke 固态金属外力作用塑性变形
各种塑性成形方法
§7.1 金属的塑性成型工艺基础
一.金属塑性变形概念 基本概念
变形：固态金属在外力作用下所引起的形状和 尺寸的改变。 金属的塑性：金属材料在外力作用下发生永久 变形而不破坏其完整性的能力。 变形抗力：金属材料抵抗变形的能力。 金属的塑性成型性能（可锻性）：衡量金属压 力加工工艺性优劣的主要指标（包括塑性和变 形抗力两个方面）。
2.变形速度（指单位时间内的变形量）
变形抗力 当变形速度低于临界值 抗力 时，随着变形速度的提 塑性 高，已变形金属产生的 加工硬化来不及由再结 塑性变形 晶消除，此时，加工硬 临界点 变形速度 化起主要作用，使金属 塑性降低，变形抗力增大，进一步变形困难。
当变形速度高于临界值时，随着变形速度的 提高，消耗于金属塑性变形的能量转化为热 能，明显提高了金属的温度，可加速再结晶， 从而使金属塑性提高，变形抗力降低，进一 步变形相对容易。
四.影响金属塑性变形的外部条件 1.变形温度 金属塑性变形增加，金属强度硬度升高，塑性和韧性下降
金属在加热时，其组织和性能的变化分为 三个阶段： 当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能 通过晶体错位消除晶格扭曲，产生塑性变形。 这种现象称为回复。此时的变形称为冷变形。 冷变形使加工硬化现象得到部分消除。 ＊冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不 宜过大，以免工件开裂。 ＊回复温度：T回 =( 0.25～0.3 )T熔 ( K )
第七章 金属的塑性成型
塑性成型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 态下进行塑性成型加工。
材料成形技术基础第3章
位错是晶体中的线缺陷，实际晶体结构的滑移 就是通过位错运动来实现的。滑移的结果使大量 原子逐步地从一个稳定位置移到另一个稳定位置， 产生宏观的塑性变形。
材料成形技术基础
一般地，滑 移总是沿着 原子密度最 大的晶面和 晶向发生。
(2) 孪生
在剪应力作用下，晶 体的一部分沿着一定的 晶面(称为孪生面)和一 定的晶向(称为孪生方向) 发生均匀切变。孪生变 形后，晶体的变形部分 与未变形部分构成了镜 面对称关系。
又从每个晶粒的应变分布来看，细晶粒晶界的影 响区域相对较大，使得晶粒心部的应变和晶界处 的应变差异减少，由于细晶粒金属的变形不均匀 性较小，由此引起的应力集中必然也较小，内应 力分布较均匀，因而金属断裂前可承受的塑性变 形量较大。
材料成形技术基础
三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响 除了在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织特征外，
材料成形技术基础
在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶 内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变 形机制相协调。
这是由于晶界强度高于晶内，各晶粒相互接触形 成犬牙交错状态，造成对晶界滑移的机械阻碍作用。 如果发生晶界变形，容易引起晶界结构的破坏和产生 裂纹，因此晶间变形量只能是很小的。
材料成形技术基础
材料成形技术基础
材料成形技术基础
2．晶间变形
晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。 多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生剪切应力，当 此剪切应力足以克服晶粒彼此间相对滑动的阻力时，便发 生相对滑动；另外，由于各晶粒所处位向不同，其变形情 况及难易程度亦不同，这样，在相邻晶粒间必然引起力的 相互作用而可能产生一对力偶，造成晶粒间的相互转动。
材料成形技术基础
塑性变形的特点
材料成形技术基础
一般地，滑 移总是沿着 原子密度最 大的晶面和 晶向发生。
(2) 孪生
在剪应力作用下，晶 体的一部分沿着一定的 晶面(称为孪生面)和一 定的晶向(称为孪生方向) 发生均匀切变。孪生变 形后，晶体的变形部分 与未变形部分构成了镜 面对称关系。
又从每个晶粒的应变分布来看，细晶粒晶界的影 响区域相对较大，使得晶粒心部的应变和晶界处 的应变差异减少，由于细晶粒金属的变形不均匀 性较小，由此引起的应力集中必然也较小，内应 力分布较均匀，因而金属断裂前可承受的塑性变 形量较大。
材料成形技术基础
三、冷塑性变形对金属组织和性能的影响 除了在晶粒内部出现滑移带和孪生带等组织特征外，
材料成形技术基础
在冷态变形条件下，多晶体的塑性变形主要是晶 内变形，晶间变形只起次要作用，而且需要有其它变 形机制相协调。
这是由于晶界强度高于晶内，各晶粒相互接触形 成犬牙交错状态，造成对晶界滑移的机械阻碍作用。 如果发生晶界变形，容易引起晶界结构的破坏和产生 裂纹，因此晶间变形量只能是很小的。
材料成形技术基础
材料成形技术基础
材料成形技术基础
2．晶间变形
晶间变形的主要方式是晶粒之间相互滑动和转动。 多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生剪切应力，当 此剪切应力足以克服晶粒彼此间相对滑动的阻力时，便发 生相对滑动；另外，由于各晶粒所处位向不同，其变形情 况及难易程度亦不同，这样，在相邻晶粒间必然引起力的 相互作用而可能产生一对力偶，造成晶粒间的相互转动。
材料成形技术基础
塑性变形的特点
§2-1 锻压及塑性成形原理
热加工工艺基础
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第2章 锻压 章
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第2章 锻压 章
热加工工艺基础
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第2章 锻压 章
热加工工艺基础
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第2章 锻压 章 自由锻造机器的一种.有两个汽缸 压缩汽 自由锻造机器的一种 有两个汽缸.压缩汽 有两个汽缸 缸将空气压缩,通过分配阀送入工作汽缸 通过分配阀送入工作汽缸, 缸将空气压缩 通过分配阀送入工作汽缸 推动活塞连同锤头作上下运动起锤击作用. 推动活塞连同锤头作上下运动起锤击作用 操作灵活,广泛用于中小型锻件的生产 广泛用于中小型锻件的生产. 操作灵活 广泛用于中小型锻件的生产
热加工工艺基础 北方民族大学
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第2章 锻压 章
4、锻压生产的分类 （1）自由锻造
利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、 利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧 铁之间塑性变形、自由流动称为自由锻造。 铁之间塑性变形、自由流动称为自由锻造。
（2）模样锻造
把金属坯料放在锻模模膛内施加压力使其变形的一种锻造 方法。又简称模锻。 方法。又简称模锻。
液
两个液缸里各有一 个可以滑动的活塞， 个可以滑动的活塞， 压 如果在小活 塞上加 机 一定值的压力， 一定值的压力，根 据帕斯卡定律， 据帕斯卡定律，小 活塞将这一压力通 过液体的压强传递 给大活塞， 给大活塞，将大活 塞顶上去。 塞顶上去。设小活 塞的横截面积是S1， 塞的横截面积是 ， 加在小活塞上的向 力是F1。 下的压 力是 。
冲床
热加工工艺基础
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第2章 锻压 章
冲 床
材料的塑性成形工艺
第五章材料的塑性成形工艺任何一点的金属必然沿着垂直边缘的方向流动。
随着变形程度的增加，断面的周边将所示。
一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属表现出塑性下降、变形抗力增大，塑性成形性变坏。
另一方面，在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度。
变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变，塑性成形性变好。
但热效应现象只有在高速锤上锻造、爆炸成形时等才能实现，在一般设备上都不可能超过A点的变形速度，故塑性较差的材则其塑性愈好；拉应力的数量愈多、数值越大，则其塑性愈差。
因此，在选择具体加工方法时，应考虑应力状态对金属塑性成形性的影响。
对于塑性较低的金属，应尽量简单、加工余量大、精度低。
一般小型锻件以成形为主，大型锻和特殊钢则以．自由锻基本工序使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序称为镦粗。
镦粗的主将导致心部产生横向拉应力，常易在锻件内部产生纵向裂纹。
又处于强烈的三向压应力状态，因此能够很好锻合心部缺陷，拔长效率高，用大压下量，把毛坯压成扁方，则锻透效果更好。
将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔b锻造各种带孔锻件和空心锻件状、尺寸、精度和表面粗糙度、生产条件(如工具、设备精度和操作者技术水平等)有关，其数值可查阅锻工手册。
对不加工的黑皮部分，则不需加加工余量。
在实际生产中，由于各种因素的影响，锻件的实际尺寸不可能2.5Do法、工序安排、火次、加热设备、加热及冷却规范、锻造设备、锻件锻后处理等。
二、模型锻造利用模具使毛坯变形获得锻件的锻造方法称为模型锻造(model forging)。
模锻的优点是生资较大，锻件质量较小，锻模成本高。
因此，模锻适用于中小型锻件的成批、大量生产，目前已广泛应用于汽车、航空航天、国防工业和机械制造业。
模锻成形的典所示。
常用的模锻设备有蒸汽—空气模锻锤、锻造压力机、螺旋压力机和平锻机等。
按使用的设备不同，模锻可分为锤上模锻、压力机上模锻；按金属流动方式不同，终锻模膛的作用是最终获得所要求的锻件的形状和尺寸。
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1.2 塑性变形后金属的组织和性能
1.冷变形及其影响 1）冷变形对金属性能的影响
① 冷变形强化/加工硬化（work hardening） 金属在塑性变形中随着变形程度的增加，强度、硬度升
高而塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。
有利：很多热处理不能强化的金属 材料的主要强化方法
不利：进一步的塑性变形带来困难。
变形10% 100× 纤维组织
变形40% 100×
变形80% 100×
工业纯铁不同变形度的显微组织
具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同。顺纤维 方向的力学性能比横纤维方向的好。
分析： 采用棒料直接经切削加工制造螺钉 采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉
纤维组织的利用原则
➢ 力求流线沿工件外形轮廓连续分布而
材料塑性成形工艺
塑性成形 (Plasticity Forming) 是利用金
属材料所具有的塑性变形能力，在外力的作用下 使金属材料产生预期的塑性变形，从而获得具有 一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工
方法。工程上常称为压力加工。
金属塑性成形中作用在金属坯料上的外力主要有两种： 冲击力和压力。锤类设备产生冲击力使金属变形，轧机和 压力机对金属坯料施加静压力使金属变形。
1.单晶体的塑性变形 室温下，单晶体金属塑性变形是晶粒内变形的结果，主
要是通过滑移和孪生进行的。 1）滑移 晶体的一部分相对另一部分沿一定的晶面发生相对滑动。
晶体在切应力作用下的变形过程
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2）孪晶
晶体的一部分相对一部 分沿一定的晶面发生相 对转动。
单晶体在切应力作用下的孪生变形过程
2. 多晶体的塑性变形
二、 冲压成形工艺 2.1 概述 2.2 冲裁 2.3 弯曲 2.4 拉深 三、 锻造成形工艺 3.1 自由锻 3.2 模锻
一、金属的塑性成形理论基础
1.1 金属塑性变形的实质
外力作用
弹性变形
在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离 开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发 生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位 能的倾向。当外力停止作用后，应力消失，变形也随 之消失。
金属塑性成形工艺分类
生产原材 料为主的 加工
按被加工对象的性质
生产零件 及其毛坯 的加工
一次塑性加工
二次塑性加工
轧制 挤压 拉拔 体积成形
板料成形
锻造 挤压 冲裁 弯曲 拉深
自由锻 模锻
冲压
轧制过程示意图
上砥铁
挤压过程示意图
坯料 下砥铁
自由锻过程示意图
模锻示意图
拉拔过程示意图 板料冲压示意图
各种方法的适用场合：
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪晶（为主）；同时晶粒之间发生滑移和 转动（少量）。
多晶体是由很多形状、大小和位相 不同的晶粒组成，在多晶体内存在着大 量的晶界。多晶体塑性变形是各个晶粒 塑性变形的综合结果。
常温下晶界对滑移起阻碍作用。晶 粒越细，晶界越多，对塑性变形的抗力 就越大，金属的强度越高。塑性和韧性 也越好。
塑性变形
位错运动引起塑性变形
近代物理学证明，晶体在滑移面上， 原子并不是整体的刚性运动而是以位错引 起金属塑性变形。
位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原 子对形成。
内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后， 金属的变形并不完全消失。金属所发生的的不能 自行恢复其原始形状与尺寸的变形称为塑性变形 。
3
❖金属塑性变形的实质——晶粒内部或晶粒之间产生的滑移及转动
W18Cr4V铸态组织420 W18Cr4V锻造组织 210
3）锻造流线（纤维组织）
性能特点：导致材料的各向异性
a）纵向（平行纤维方向），韧、塑性增加 b）横向（垂直于纤维方向），韧轴的纤维组织
吊钩中的流线分布 （左）正确 （右）不正确
实际生产中将这种再结晶处理称为再结晶退火。它常作为冷变形加工过 程中的中间退火，恢复金属材料的塑性以便于继续加工。
铁素体变形80%
650℃加热
670℃加热
3 . 热变形及其影响
热变形 以上 T再 以下 冷变形
1）不产生加工硬化 2）消除铸态组织缺陷，细化晶粒
组织：再结晶组织（均匀、细小的晶粒） 性能：具有较高的综合机械性能。
锻造：生产各种重要的，承受重载荷的零件毛坯，
如：机床主轴、齿轮、炮筒、枪管、起重机吊钩等。
冲压：加工板料、垫圈、铆钉、支架、合页等。 轧制、拉拔、挤压：板材、管材和线材。
塑性成形（压力加工）的特点
1．力学性能高
1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；
承受 冲击或交变应力的重要零件（曲轴、连杆、齿轮等），优先 采用锻件毛坯。
实际生产中将这种回复处理称为低温退火（或去应力退火）。它能 降低或消除冷变形金属的残余应力，同时又保持了加工硬化性能。
再结晶 经冷加工变形后的金属加热到再结晶温度以上，被拉长而呈纤维状的晶 粒出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒，同时加工硬化与残余应力完全 消除，这一过程称为再结晶。
T再 = （0.35~0.4）T熔 (K)
不被切断，以保证零件的使用性能。 ➢ 使零件所受的最大拉应力与纤维方 向一致，最大切应力与纤维方向垂直。
2．冷变形金属的回复与再结晶
回复
冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳状态的倾向。室温下不
易实现。当提高温度时，原子获得热能，热运动加剧，当加热温度T回(K氏 温标) T回 = （0.25~0.3）T熔 (K),使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，晶 内残余应力大大减小。
措施：再结晶退火（recrystallization annealing）。
② 物理、化学性能的变化
电阻增大、电阻温度系数下降、导磁率下降
2）冷变形对组织的影响
① 晶内微观组织结构变化。
晶格与晶粒均发生畸变；晶粒间产生碎晶。
② 纤维组织形成；
铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状 都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。
2．节约材料、生产效率高 减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。 3．适用范围广 1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。
应用的局限性
1．不适于加工脆性材料（铸铁）和形状特别复杂（特别是内腔形状复杂） 或体积特别大的零件或毛坯。
2．设备投资大， 能源消耗较多。
目录
一、金属塑性成形理论基础