金属塑性成形原理课1~4章讲解

➢阐述金属塑性成形时的金属流动规律和变形特点，以便确定合理的 坯料尺寸和成型工序，使工件顺利成形
➢对成形件质量进行定性分析，理论联系实际，以便寻求提高成型件 质量的途径
金属塑性成型原理
Principle of Plastic Deformation in Metals Processing
第一篇 塑性变形物理基础
➢阐明金属塑性变形的力学基础，即掌握金属塑性变形体内的应力场 应变场、应力-应变之间关系、塑性变形时的力学条件等塑性理论基 础知识。在此基础上分析研究塑性成形力学问题的各种工程解法及其 在具体工艺中的应用，从而科学地确定变形体内的应力应变分布规律 及所需要的变形力和变形功，为选择成形设备吨位和设计模具提供依 据，并为降低变形力指明方向
几个基本概念
➢ 弹性(elasticity)：卸载后变形可以恢复特性， 可逆性
➢ 塑性(plasticity)：指金属在外力的作用下能够 发生永久性的变形而不被破坏其完整性的性质， 不可逆性
➢ 屈服(yielding)：开始产生塑性变形的临界状态 ➢ 损伤(damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程 ➢ 断裂(fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体
➢ 应用：合理选择加工方法 制定冷热变形工艺
确定MB5合金加工工艺规程的原 则和方法
破断的过程
弹性、塑性变形的力学特征
➢ 可逆性：弹性变形——可逆；塑性变形——不可逆 ➢ -关系：弹性变形——线性；塑性变形——非线性 ➢ 与加载路径的关系：弹性——无关；塑性——有关 ➢ 对组织和性能的影响：弹性变形——无影响；塑性变形——
影响大（加工硬化、晶粒细化、位错密度增加、形成织构等） ➢ 变形机理：弹性变形——原子间距的变化；
➢ 塑性与柔软性的区别是什么？ 材料变形抗力 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
➢铅---------------塑性好，变形抗力小
➢不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 ➢白口铸铁----塑性差，变形抗力高 ➢？？？------塑性差，变形抗力小
缺点： 1．投资大，经费多，制约新产品迅速投产的瓶颈。 2．一定程度的环境污染
塑性加工分类
按照加工时受力和变形方式分 ❖ 锻造
塑性成型理论的发展
本课程的具体任务
➢阐明金属塑性变形的物理基础，从微观上研究塑性变形的机理以及 变形条件对金属塑性的影响，以便使工件在塑性成形时获得最佳的塑 性状态、最高的变形效率和优质的力学性能
塑性变形——位错运动为主 ➢ 弹塑性共存：整体变形中包含弹性变形和塑性变形；塑性变
形的发生必先经历弹性变形；在材料加工过程中，工件的塑
性变形与工模具的弹性ຫໍສະໝຸດ 形共存。塑性变形一．塑性成型的特点
优点： 1．组织、性能都能得到改善和提高 2．可以节省金属材料,材料利用率高。 3．工件可以达到较高的精度，提高制件的强度。 4．塑性成型方法具有很高的生产率。
第1章 金属的塑性
§1. 1 金属的塑性 §1. 2 金属多晶体塑性变形的主要机制 §1. 3 影响金属塑性的因素
§1. 1 金属的塑性
1. 1. 1 塑性的基本概念 1. 1. 2 塑性指标及其测量方法 1. 1. 3 塑性状态图及其应用
1. 1. 1 塑性的基本概念
➢ 什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
表示方法： 断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角（或扭转数） 弯曲次数
塑性指标的测量方法
➢拉伸试验法 ➢压缩试验法 ➢扭转试验法 ➢轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0
F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
压缩试验法
简单加载条件下，压缩试验法测定的塑 性指标用下式确定：
H0 Hh 100%
H0
式中： ——压下率； H0——试样原始高度； Hh——试样压缩后，在侧表面出现第一条 裂纹时的 高度
扭转试验法
对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好， 可将扭转数换作为剪切变形（ γ ） 。
R n
30L0
式中：R——试样工作段的半径； L0——试样工作段的长度； n——试样破坏前的总转数。
轧制模拟试验法
在平辊间轧制楔形试件， 用偏心轧辊轧制矩形试样，
找出试样上产生第一条可见 裂纹时的临界压下量作为轧 制过程的塑性指标。
1. 1. 3 塑性状态图及其应用
➢ 概念：表示金属塑性指标与变形 温度及加载方式的关系曲 线图形，简称塑性图。
研究内容
塑性力学是研究物体变形规律的一门学科，是 固体力学的一个分支。研究变形体受外界作用 （外载荷、边界强制位移、温度场等）时在变形 体内的反应（应力场、应变场、应变速度场等）。
与其它工程力学（理论力学、材料力学、结构 力学）的区别：研究方法、对象、结果的差异。 弹塑性力学的研究对象是整体（而不是分离体） 变形体内部的应力、应变分布规律（而不是危险 端面）。塑性加工力学就是运用塑性力学基础来 求解塑性加工成型问题。它的任务就是对加工工 件进行应力和应变分析的基础上建立求解塑性加 工成型问题的变形力学方程和解析方法，从而确 定塑性加工成型的力能参数和工艺变形参数以及 影响这些参数的主要因素。
➢ 结论：塑性与柔软性不是同一概念 统一：反映材料加工性能的好坏
为什么要研究金属的塑性？
➢探索塑性变化规律 ➢寻求改善塑性途径 ➢选择合理加工方法 ➢确定最佳工艺制度 ➢提高产品质量
1. 1. 2 塑性指标及其测量方法
➢塑性指标的测量方法 ➢塑性指标
塑性指标
概 念： 金属在破坏前产生的最大变 形程度，即极限变形量。
金属塑性成型原理
Principle of Plastic Deformation in Metals Processing
辽宁工程技术大学 材料科学与工程系 材料成型及控制工程教研室
2012.9
绪论
➢ 研究内容 ➢ 基本概念 ➢ 弹性、塑性变形的力学特征 ➢ 塑性加工分类 ➢ 塑性成型理论的发展