塑性加工工艺课件

角, β =α为临界条件
3. 咬入条件
a
R
N T
T
N
Nx
Tx
咬入时
α φ
P
T
θ
咬入后
改善咬入条件的途径： （1）降低角： （2）提高角：
二、轧制方法
1. 按轧制温度 热轧
2.
冷轧
2. 按轧件与轧辊的相对运动关系
3.
纵轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件运动
方向与延伸方向与轧辊纵轴线垂直。
4.
斜轧：轧辊的纵轴线倾斜互成一定角度，
特厚板60mm以上） 薄板和带材（0.2~4mm） 极薄带材和箔材（0.001~0.2mm） 技术要求： 尺寸精度、板形、表面光洁度、性能
四、管材轧制
1. 无缝钢管 （1）穿孔
（2）轧管：自动轧管机 （3）均整：带芯棒斜轧 （4）定径和减径：无芯棒连轧
2. 焊管 将管坯（钢板或带钢）弯曲成所需的钢管形 状，然后采用焊接法焊接成钢管。
第五节 锻造
一、自由锻
用简单通用的工具，或是在锻压设备的上、 下砧之间直接使坯料产生塑性变形，获得具有 一定形状、尺寸和性能锻件的加工方法。
特点： 不需专用模具，由人工掌握，比较灵活，
适合单件、小批及大型锻件的生产。 在空气锤和蒸汽-空气锤上进行。大型锻
件的加工通常是在油压机或水压机上进行。
主要工序有： 镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、错移
⑥ 金属的固定废料损失较大。压余量10～15％， 轧件的切头尾损失仅为1～3％。
⑦ 加工速度低。 ⑧ 沿长度和断面上制品的组织、性能不够均一。 ⑨ 工具消耗较大。
小结： 挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多
的有色金属管、棒、型材及线坯。在生产断面复杂 的或薄壁的管材和型材，直径与壁厚之比趋近于2的 超厚壁管材，以及脆性的有色金属和钢铁材料方面， 挤压法是唯一可行的压力加工方法。
挤压杆通过挤压垫作用在锭坯上使之流出 模孔的压力，称为挤压力。通常指Pmax。
• 影响挤压力的因素 （1）温度，金属变形抗力，挤压力。 （2）变形程度，挤压力。 （3）挤压速度
（4）摩擦，挤压力。 （5）模角 （6）锭坯长度，
挤压力 （7）反挤压力比
正挤压力低 20～30％。
三、挤压工具
(a) 平模
（b）平流模
(c) 双锥模
(d) 锥模
(e) 平锥模
(f) 碗形模
第四节 拉拔加工
一、拉拔原理、方法、特点
1.拉拔定义： 2. 在外加拉力的作用下，迫使金属通过模 孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸 相同的制品的加工方法，称之为拉拔（或称 为拉伸）。是生产管材、棒材、型材及线材 的主要方法之一。
拉深系数： m d / D
d-零件的平均直径， D-毛坯直径
拉深比： R＝1/m＝D/d
拉深加工极限： mmin，Rmax，一般首次mmin为0.5。
四、胀形
定义： 使金属板料或毛坯件中间位置产生鼓凸
变形，从而获得表面积增大的零件的一种冲 压成形方法。 局部胀形：压筋条、凹坑、花纹，波纹管 整体胀形：飞机蒙皮
• 产生挤压缩尾的倾向很小，压余可比正挤压 时减少一半。
• 挤压筒和模具的磨损小，寿命长。
• 死区很小，恶化制品表面质量。
3. 影响金属流动的因素
（1）挤压筒壁上的摩擦力 （2）筒温 （3）金属导热性 （4）润滑剂的绝热性 （5）合金相状态 （6）金属的强度 （7）模角 （8）变形程度
4. 挤压力
轧件边旋转边沿自身纵轴线方向前进，且前进
方向与轧辊纵轴线方向成一定角度。
5.
横轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件沿自
己的横轴线方向运动前进，与轧辊纵轴线垂直。
3. 按轧制生产过程 半成品轧制—开坯 成品轧制—粗轧、精轧
纵轧
斜轧
横轧
三、板带材轧制
特点：宽厚比（B/H）大 规格：中厚板（中板4~20mm，厚板20~60mm，
特点：需专用锻模，生产率及锻件精度较高。一般处 于三向压应力状态，有利于塑性较差材料的成形。 材料的变形抗力较大，设备吨位要求较高。主要用 于中小锻件的生产。批量足够大时才经济。
锤上模锻：速度高、金属流动速度快，f降低，金属流 动的惯性和变形的热效应突出，有利于挤入方式成形。
压力机上模锻：在一次行程中坯料内外层同时变形， 变形深透均匀、流线分布连续、锻件力学性能一致性 较好。
• 1 咬入条件
• 1) 咬入:依靠回转的轧辊与轧件之间 的摩擦力,轧辊将轧件拖入轧辊之间 的现象.
2) 咬入条件的确定(分析金属刚被咬入时的受力)
α
p
αα
轧件受力分析
轧辊受力分析
受力分析
α
p
αα
来自百度文库
轧件受力分析
轧辊受力分析
轧件受垂直合力: (使轧件受压变形)
F y T sin p cos (T Pf )
限制，工艺过程长。过大的道次加工率将导致制品 尺寸、形状不合格，甚至被拉断。原因是变形区内 为两压一拉应力状态，不利于充分发挥金属的塑性。
二、拉拔基本原理
1. 圆棒拉拔时的应力与变形
dN dR
dT
2. 管材拉拔时的应力与变形
（1）空拉
r l
l r
r
l
l
r
r
r
减壁厚
l
增壁厚
l
• 空拉时的主应力：
第三节 挤压
一、挤压原理、基本方法 及特点
1. 挤压定义：对放在挤压筒内的金属坯料 施加压力，使之从特定的模孔中流出， 获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加 工方法。
2. 挤压方法： 可按挤压方向、变形特征、 润滑状态、挤压温度、挤压速度、模具 种类或结构、坯料形状或数目、制品形 状或数目分类。
常用挤压方法
1—轴向应力l 2—径向应力r 3—切向应力
空拉时的壁厚变化取决于r－ m m＝（ 1+ 2+3）/3
r－ m >0，管壁增厚 r－ m =0，管壁不变 r－ m<0，管壁变薄 空拉能起到自动纠正管坯偏心的作用。
特 点： 1. 芯头表面与管子内表面产生摩擦，
拉拔力增大。 2. 内壁上径向应力不为零，管子内外
（3）终了挤压阶段 挤压力上升
各种缩尾形成过程示意图 减少缩尾的措施：进行不完全挤压，留压 余；脱皮挤压；机加工锭坯表面。
2. 反挤压时的金属流动
• 挤压力比正挤压小30～40％，且与坯料长度 无关。
• 反挤压时的塑性变形区很小，集中在模孔附 近，网格的横向线与筒壁基本上垂直，进入 模孔时才发生剧烈的弯曲。不存在锭坯内中 心层与周边层区域的相对位移，金属流动较 均匀。
1.变形区主要参数 2. 轧件在轧辊作用下产生变形的 区 域叫变形区，变形区以外两端 不 产生 变形的区域叫外区或刚端。
（1）压下量
h 2R(1 cos )
（2）变形区长度
l2 R2 (R h )2 2
l Rh ( h2 ) Rh 4
tg
R
Rh ( h)
h R
2
h 2R
b0
h0
塑性加工工艺
第二节 轧制
轧制定义： 靠旋转的轧辊与轧件之间形成
的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并 使之受到压缩产生塑性变形的过程。
一、轧制过程及其基本原理
• 简单理想轧制过程： • 两个轧辊均被驱动、直径相等、转速相同； • 轧制过程中两个轧辊完全对称； • 轧辊为刚性的；轧件除受轧辊作用外，不受
其它外力作用； • 轧件的机械性质均匀。
在弯曲力矩作用下， 使平板毛坯、型材或 管材等产生一定曲率 和角度，形成一定形 状冲压件的方法。
相对弯曲半径：r/t
三、拉深
把冲裁后得到的平板毛坯成形成开口空 心零件的冲压加工方法称为拉深。
拉深件示意图
拉深力
直壁破断极限
破裂
毛坯直径
行程
加工硬化使拉深力增大；法兰面积减小使拉深力降低 毛坯直径D增大，拉深力增加。
K过大，表示道次加工率过小，没有充分 发挥金属的变形能力。
制品直径越小，壁厚越薄，K值应越大些。
第五节 锻造
1 定义： 是借助锻锤、压力机等设备对坯料施加压力，使其产 生塑性变形，获得所需形状、尺寸和一定组织性能的 锻件。 2 特点： 在塑性变形中，能使坯料的粗晶粒破碎、疏松、孔隙 被压实、焊合，锻件的内部组织和性能得到较大改善。
特点：
（1）胀形结束后，坯料外径 不变，变形区不断扩大，变 形区材料不向外转移；
（2）胀形过程中，材料厚度 减薄，表面积增大，并在凹 模内形成凸包。
（3）由于变形区在变形过程 中一直受双向拉应力的作用， 不易产生变形起皱。
（4）胀形不适用于深形件加 工。
（5）胀形力单调增加。
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。
等。轴类和杆件以拔长变形为主，曲轴类还要 加错移和扭转工序；饼类件以镦粗变形为主， 孔心件还得加冲孔工序。复杂形状的锻件必须 采用组合变形方法。
• 镦粗：使毛坯高度减少，截面增大的工序 齿轮、法兰等饼类锻件
类别
轴类
矩形 断面杆 曲轴 类
盘类
实心 杆类
钩叉 类
锻件类型
实
例
二、模型锻造
定义：在专用锻造设备上采用专用模具，使金属坯料 产生塑性变形，获得所需形状、尺寸和性能锻件的 加工方法。
3. 特点： ① 具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，
金属可以发挥其最大的塑性，获得大变形 量。可加工用轧制或锻造加工有困难甚至 无法加工的金属材料。
② 可生产断面极其复杂的，变断面的管材和 型材。
③ 灵活性很大，只需更换模具，即可生产出 很多产品。
④ 产品尺寸精确，表面质量好。
⑤ 工艺流程简单，设备投资少，实现生产过程 自动化和封闭化比较容易。
➢ 应用：合理选择加工方法 制定冷热变形工艺
确定MB5镁合金热加工工艺步骤
➢ 根据产品确定加工方式（慢速、快速等） ➢ 根据相图确定合金的相组成 ➢ 根据塑性图确定热变形温度范围
根据力学性能要求确立 MB5主要成分为： Al 5. 5 ~ 7. 0% Mn 0. 15 ~ 0. 5% Zn 0. 5 ~ 1. 5%.
水平合力 :
F x T cos p sin 当 F x 0轧件才可能被咬入, 完成轧制.
结论
T sin tg P cos f tg (咬入条件)
说明咬入角的正切等于 轧件与轧辊之间的摩擦系数
物理概念
• 根据物理概念: • 摩擦系数可用摩擦角表示.即摩擦角的正切
就是摩擦系数f. • tgβ=f • 则 tgβ≥tgα • β≥α • 轧制过程中的咬入条件为摩擦角大于咬入
坯料
dN
dN
dN
dT
dN
r
l
dT
P
r
坯料
l
坯料
拉拔成形原理示意图
2. 拉拔方法 实心材拉拔—棒材、型材、线材 空心材拉拔—管材
3. 特点 （1）拉拔制品尺寸精度高，表面光洁度好。 （2）工具与设备简单，维护方便。 （3）最适合于连续高速生产断面尺寸小的长制品。 （4）拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到
二、挤压基本理论
1. 正挤压时金属的流动
挤 压 力 P
Ⅰ
正挤压
反挤压
Ⅱ
Ⅲ
挤压轴位移
（1）填充挤压阶段： 锭筒间隙，填充系数 Rt=Ft/F0 坯锭的长度与直径之比
（2）基本挤压阶段 挤压比＝锭坯断面积/制品断面积
• 纵向线两次弯曲，弯曲角度由外向内逐渐缩小。 压缩锥（变形区）。
• 横向线弯曲。
➢ T＞530℃，为液相
温
➢ ＜270℃，为＋两相组 织
D
R O
a
A
C
B
l
b1
h1
（3）延伸系数 λ=L1/L0
（4）压下率
(h / h0 ) 100%
（5）宽展
b =b1－b0
3. 咬入条件
a
R
N T
T
N
Nx
Tx
咬入时
α φ
P
T
θ
咬入后
4 实现轧制过程的条件
• 轧制过程是否能建立，决定于轧件能否被旋转 的轧辊咬入．因此，研究分析轧辊咬入轧件的 条件，具有非常重要的实际意义．
• 外层网格变形为平行四边形，说明承受了剪切变 形，外层金属的主延伸变形比内层的大，沿纵向 制品后端的主延伸变形比前端的大。
• 使用平模或大模角锥模挤压时，都存在死区。模 角增大、摩擦加大、挤压比减小、挤压速度降低， 死区增大。死区的存在对提高制品表面质量极为 有利。
• 棒材前端横向线弯曲很小，制品头部晶粒粗大， 机械性能低劣，应切除。
层径向应力差值小，变形比较均匀。
三、实现拉拔过程的必要条件
由于拉拔是通过施加在制品上的拉力实现
的，施加在制品断面上的拉力L必须小于金属 出模口处的屈服强度s。否则，将会产生制品
细颈、甚至拉断等现象。
K=1.4~2.0，即L =(0.7~0.5) b。
K过小，意味着加工率过大，容易产生断 头、拉断等现象；
第六节 板材成形
• 定义：通过模具和冲压设备，使板材产生塑性变 形，获得具有一定形状、尺寸和性能的冲压件的 加工方法。
• 特点：生产效率高，产品尺寸精度稳定，材料利 用率高，操作简便，易实现自动化 。
• 分类： 分离（冲裁）— 落料、冲孔、切割 成形—弯曲、拉深、胀形、翻边
一、剪切和冲裁
二、弯曲