塑性加工工艺课件
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课件塑性加工原理塑性与变形总课件参考.ppt
1．镦粗时组合件的变形特点 2．基本应力的分布特点 3．第一类附加应力的分布特点
*
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3. 4. 2 平辊轧制时金属的应力及变形特点
1．基本应力特点 2．变形区内金属质点流动特点 3．平辊轧制时，第一类附加应力的分布特点
*
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3. 4. 3 棒材挤压时的应力及变形特点
1．棒材挤压时的基本应力状态 2 ．棒材挤压时的金属流动规律 3 ．棒材挤压时的附加应力
变形程度ε
应力σ
σsb
σsn
图3-25 拉伸时真应力与变形程度的关系 1)无缺口试样拉伸时的真应力的曲线 2）有缺口样拉伸的真应力曲线
*
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3. 3. 4 残余应力
1．残余应力的来源 2．变形条件对残余应力的影响 3．残余应力所引起的后果 4．减小或消除残余应力的措施 5．研究残余应力的主要方法
*
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2．最大摩擦条件 当接触表面没有相对滑动，完全处于粘合状 态时，单位摩擦力（ ）等于变形金属流动 时的临界切应力k，即： = k 3．摩擦力不变条件 认为接触面间的摩擦力，不随正压力大小而变。其单位摩擦力是常数，即常摩擦力定律，其表达式为： =m·k 式中，m为摩擦因子
第3章 金属塑性加工的宏观规律
§3. 1 塑性流动规律（最小阻力定律） §3. 2 影响金属塑性流动和变形的因素 §3. 3 不均匀变形、附加应力和残余应力 §3. 4 金属塑性加工诸方法的应力与变形特点 §3. 5 塑性加工过程的断裂与可加工性
*
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§3.1 塑性流动规律（最小阻力定律）
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3. 2. 2 变形区的几何因素的影响
变形区的几何因子（如H/D、H/L、H/B等）是影响变形和应力分布很重要的因素。
《塑性加工工艺》课件
强度
强度是材料在塑性加工过程中抵抗形变的能力，可以通 过抗拉强度等参数来评估。
塑性加工的变形和回弹
1
变形
材料在塑性加工过程中会发生持久性的形变，改变其初始形状。
2
回弹
塑性材料在受力解除后，可能会出现一定程度的恢复原状的现象。
3
影响因素
变形和回弹程度受材料的硬度、强度和加工工艺等因素的影响。
塑性加工的参数和工艺控制
材料要求 高塑性 易加工 良好的延展性 耐热
物理性质 弹性模量低 低熔点 变形温度、形变速率等参数，以及材料的力学性 质对加工过程的影响。
塑性加工中的应变和强度概念
应变
应变是材料在塑性加工过程中发生形变的程度，可以通 过应变曲线来描述。
高塑性
塑性材料具有良好的可塑性和可延展性，适用于各 种加工工艺。
耐腐蚀
塑性材料通常具有良好的耐腐蚀性能，适用于化工 等领域。
轻质
塑性材料相比于金属材料更轻，因此适用于需要轻 质结构的应用领域。
应用领域
塑性材料广泛应用于汽车制造、电子产品、包装材 料等领域。
塑性加工的分类及其工艺流程
1
热塑性加工
材料通过加热软化后，经过挤压、吹塑等工
1 温度
控制加热温度可以影响材料的流动性和成型效果。
2 压力
合理的施加压力可以保证塑性材料充分填充模具，并使产品形状更加精确。
3 速度
控制运动速度可以影响产品的表面质量和成型效率。
塑性加工中的模具设计和加工 工艺
模具设计和加工工艺决定了产品的精度和质量，包括模具材料的选择、结构 设计等方面。
热固性加工
2
艺进行加工。
材料通过加热固化后，经过模压、压缩成型
第八章塑性加工
第八章塑性加工※8·1 锻造成形8·2 板料冲压成形8·3 挤压、轧制、拉拔成形8·4 特种塑性加工方法8·5 塑性加工零件的结构工艺性8·6 塑性加工技术新进展本章小结塑性加工的基本知识塑性变形的主要形式：滑移、孪晶。
滑移的实质是位错的运动。
金属经过塑性变形后将使其强度、硬度升高，塑性、韧性降低。
即产生形变强化。
此外，还将形成纤维组织。
塑性加工特点：1·塑性加工产品的力学性能好。
2·精密塑性加工的产品可以直接达到使用要求，不须进行机械加工就可以使用。
实现少、无切削加工。
3·塑性加工生产率高，易于实现机械化、自动化。
4·加工面广（几克~几百吨）。
常用的塑性加工方法：锻造、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。
8·1 锻造成形8·1·1 自由锻定义、手工自由锻、机器自由锻设备（锻锤和液压机）1·自由锻工序（基本工序、辅助工序、精整工序）基本工序：镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转、错移辅助工序：压钳口、压钢锭棱边、切肩各种典型锻件的锻造2·自由锻工艺规程的制订（举例）8·1·2 模锻定义、特点（生产率高、尺寸精度高、加工余量小、节约材料，减少切削、形状比自由锻的复杂、生产批量大但质量不能大）1·锤上模锻2·压力机上模锻8章塑性加工拔长29使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长。
拔长主要用于轴杆类锻件成形，其作用是改善锻件内部质量。
(1)拔长的种类。
有平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。
8章塑性加工30芯轴拔长8章塑性加工芯轴扩孔型砧拔长圆形断面坯料冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔。
其方法有实心冲子双面冲孔、空心冲子冲孔、垫环冲孔等。
8章塑性加工各种典型锻件的锻造1、圆轴类锻件的自由锻2、盘套类锻件的自由锻3、叉杆类锻件的自由锻4、全纤维锻件的自由锻8章塑性加工典型锻件的自由锻工艺示例43锻件名称工艺类别锻造温度范围设备材料加热火次齿轮坯自由锻1200～800℃65kg空气锤45钢1锻件图坯料图序号工序名称工序简图使用工具操作要点1局部镦粗火钳镦粗漏盘控制镦粗后的高度为45mm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续表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45±1 mm续表自由锻工艺规程的制订（1）绘制锻件图（敷料或余块、锻件余量、锻件公差）※锻件图上用双点画线画出零件主要轮廓形状，并在锻件尺寸线下面用括号标出零件尺寸。
《材料工程基础》课件——第五章 金属的塑性加工(第5、6、7节)
脂肪酸皂 石蜡等
3.5.4 拉拔工具
拉拔工具主要包括拉拔模和芯头。此二者的结构、 形状尺寸、表面质量与材质对制品的质量、产量、 成本等具有重要影响。
拉拔模
拉拔模
旋转模
辊式模 普通模（应用最多 ）
弧线模：只用于细线的拉拔
锥形模：管、棒、型材和较粗的 线材拉拔
图 普通拉拔模的基本结构 （a）锥形模 （b）弧线模
空拉时壁厚增加或减少，主要取决于两个因素：
①圆周方向压应力：促使金属沿径向流动，导致管材壁厚增 加
②轴向拉应力：促使金属产生轴向延伸，并导致壁厚减薄。
这两个因素作用的强弱取决于各种变形条件。
③固定短芯头拉拔变形
变形分三部分：
AB C D
AB段：空拉区，主要是减径 变形，壁厚一般有所增加， 又称减径区。应力应变特点 与空拉时一样。 BC段：减壁区，此阶段外径 减小，内径不变，壁厚减薄。 应力应变特点与棒材拉拔时 一样。 CD段：定径区，为弹性变形 区。
②空拉时的应力与变形
应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为
压，轴向为拉，但 ，且有
。
径向压应力的数值由管材外表面至内表面逐渐减小， 在内表面上为零。
周向应力由外表面向内逐渐增大。
轴向应力由变形区入口为零逐渐增加，在变形区出
口(模孔出口)处达到最大。
变形
按目的不同有： 减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般 认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不 大（0.5～1），一般在最后道次进行； 定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉 拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。
拉拔加工的特点
①拉拔制品的尺寸精度高，表面粗糙度低 ②工具与设备简单，维护方便，一机多用 ③适用于连续高速生产断面尺寸小的长尺产品（Al、
3.5.4 拉拔工具
拉拔工具主要包括拉拔模和芯头。此二者的结构、 形状尺寸、表面质量与材质对制品的质量、产量、 成本等具有重要影响。
拉拔模
拉拔模
旋转模
辊式模 普通模（应用最多 ）
弧线模：只用于细线的拉拔
锥形模：管、棒、型材和较粗的 线材拉拔
图 普通拉拔模的基本结构 （a）锥形模 （b）弧线模
空拉时壁厚增加或减少，主要取决于两个因素：
①圆周方向压应力：促使金属沿径向流动，导致管材壁厚增 加
②轴向拉应力：促使金属产生轴向延伸，并导致壁厚减薄。
这两个因素作用的强弱取决于各种变形条件。
③固定短芯头拉拔变形
变形分三部分：
AB C D
AB段：空拉区，主要是减径 变形，壁厚一般有所增加， 又称减径区。应力应变特点 与空拉时一样。 BC段：减壁区，此阶段外径 减小，内径不变，壁厚减薄。 应力应变特点与棒材拉拔时 一样。 CD段：定径区，为弹性变形 区。
②空拉时的应力与变形
应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为
压，轴向为拉，但 ，且有
。
径向压应力的数值由管材外表面至内表面逐渐减小， 在内表面上为零。
周向应力由外表面向内逐渐增大。
轴向应力由变形区入口为零逐渐增加，在变形区出
口(模孔出口)处达到最大。
变形
按目的不同有： 减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般 认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不 大（0.5～1），一般在最后道次进行； 定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉 拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。
拉拔加工的特点
①拉拔制品的尺寸精度高，表面粗糙度低 ②工具与设备简单，维护方便，一机多用 ③适用于连续高速生产断面尺寸小的长尺产品（Al、
金属的塑性加工教学PPT
在无模具或少模具情况下，对坯料施加外力，使其产生塑性变形，获得所需形状和性能的锻件。
自由锻
在模具腔内对坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状和性能的锻件。
模锻
通过旋转轧辊对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状和性能的轧制产品。
轧制
通过挤压模具对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，获得所需形状和性能的挤压产品。
高强度材料
精密成形技术如激光成形和等离子喷涂等，在金属塑性加工中得到广泛应用，提高了加工精度和表面质量。
精密成形技术
数值模拟技术用于预测金属塑性加工过程中的变形行为、流动规律和工艺参数优化，有助于提高产品质量和降低成本。
数值模拟与优化
新材料与新技术的发展
随着智能化和自动化技术的不断发展，金属塑性加工将更加高效、精确和可控，实现自动化生产线和智能制造。
采取措施确保金属各部位受热均匀，以减小变形不均匀和开裂的风险。
加热均匀性
加热与温度控制
塑性变形过程
模具设计
根据产品形状和尺寸要求设计合理的模具结构。
变形方式选择
根据金属特性和产品需求选择合适的塑性变形方式，如轧制、锻造、挤压等。
变形程度控制
在保证产品质量的前提下，合理控制变形程度，以提高生产效率和降低能耗。
总结词
拉拔技术主要用于生产各种细线、丝材等制品，如钢丝、铁丝等。在拉拔过程中，金属坯料通过模具孔逐渐被拉长和变细，同时发生塑性变形。
详细描述
根据拉拔时金属坯料温度的不同，拉拔可分为热拉拔和冷拉拔两种。
总结词
热拉拔是将金属坯料加热至高温后进行拉拔，具有加工效率高、材料利用率高等优点，但产品精度相对较低。冷拉拔则是在常温下进行拉拔，产品精度高、表面质量好，但加工难度较大。
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轴承材料通常要满足上述性能的要求都不能是纯金 属或单相合金，必须配以软硬不同的多相合金。
通常是软基体上均匀分布一定数量和大小的硬质点， 或者硬基体上分布一定数量和大小的软质点。
轴 润滑油空间
硬基体
轴瓦 软质点
轴承合金
轴承合金的分类及牌号
➢常用的轴承合金按其化学成分可以分为锡基、铅
基、铝基、铜基和铁基等数种，前两种锡基、铅 基称为巴氏合金。
铜及其合金
工业纯铜的牌号与性能
➢纯铜：T1、T2、T3、T4； ➢无氧铜：TU1、TU2； ➢脱氧铜：TUP、TUMn； ➢纯铜主要用作导体和配制合金以及制造抗磁性干
扰的仪器、仪表零件，如罗盘、航空仪表等零件。
轴承合金
轴承合金的性能要求
➢ 在工作温度下有足够的抗压强度和疲劳强度，以承受轴所
施加载荷。
铝及其合金
工业纯铝 ：
纯铝的性质：密度为2.72g／cm3，熔点660℃。为面心立 方晶格，无同素异构转变，具有极好的塑性 。
纯铝的牌号（用国际四位字符体系 ）： 1）1A99（原LG5）、1A97（原LG4）、1A93（原
LG3）、1A90（原LG2）、1A85（原LG1）； 2）1070A（代L1）、1060（代L2）、1050A（代L4）、
2）塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的 体积转移，而不是靠部分的切除体积，因而材料 的利用率高，流线分布合理，提高了制品的强度。
材料塑性成形及其特点
塑性成形的特点 3）可以达到较高的精度。 4）具有较高的生产率。 5）塑性成形能耗高，并且不适宜加工形状
特别复杂的制品及脆性材料。
材料塑性成形的基本问题
二是成型（molding），指工件、产品经过 加工，成为所需要的形状，一般为液态或半液态 的金属或非金属原料在模型或模具中成形。
通常是软基体上均匀分布一定数量和大小的硬质点， 或者硬基体上分布一定数量和大小的软质点。
轴 润滑油空间
硬基体
轴瓦 软质点
轴承合金
轴承合金的分类及牌号
➢常用的轴承合金按其化学成分可以分为锡基、铅
基、铝基、铜基和铁基等数种，前两种锡基、铅 基称为巴氏合金。
铜及其合金
工业纯铜的牌号与性能
➢纯铜：T1、T2、T3、T4； ➢无氧铜：TU1、TU2； ➢脱氧铜：TUP、TUMn； ➢纯铜主要用作导体和配制合金以及制造抗磁性干
扰的仪器、仪表零件，如罗盘、航空仪表等零件。
轴承合金
轴承合金的性能要求
➢ 在工作温度下有足够的抗压强度和疲劳强度，以承受轴所
施加载荷。
铝及其合金
工业纯铝 ：
纯铝的性质：密度为2.72g／cm3，熔点660℃。为面心立 方晶格，无同素异构转变，具有极好的塑性 。
纯铝的牌号（用国际四位字符体系 ）： 1）1A99（原LG5）、1A97（原LG4）、1A93（原
LG3）、1A90（原LG2）、1A85（原LG1）； 2）1070A（代L1）、1060（代L2）、1050A（代L4）、
2）塑性成形主要是利用金属在塑性状态下的 体积转移，而不是靠部分的切除体积，因而材料 的利用率高，流线分布合理，提高了制品的强度。
材料塑性成形及其特点
塑性成形的特点 3）可以达到较高的精度。 4）具有较高的生产率。 5）塑性成形能耗高，并且不适宜加工形状
特别复杂的制品及脆性材料。
材料塑性成形的基本问题
二是成型（molding），指工件、产品经过 加工，成为所需要的形状，一般为液态或半液态 的金属或非金属原料在模型或模具中成形。
【材料课件】金属塑性加工原理共550页
(c )
3. 塑性加工摩擦学
塑性加工过程中接触表面间的相对运动引 起摩 擦，发生一系列物理、化学和力学变化，对金属塑性 变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。
➢ 机械摩擦理论： 阿芒顿－库仑定律； ➢ 粘着摩擦理论：
✓ 1、F.P.鲍－D.泰伯焊合摩擦理论 ✓ 2、И.B克拉盖尔斯基理论 ➢ 磨损 ➢ 润滑
2.适用范围
钢、铝、铜、钛等及其合金。
3. 主要加工方法
(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积 减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横 轧、斜轧。
举例：汽车车身板、烟箔等； 其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。
3. 主要加工方法
(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出 而制取各种断面金属材料的加工方法。
1、航空航天
2、武器装备
3、交通运输
4、建筑
5、家用电器
§0.2 材料加工的内涵 1.材料加工
采用一定的加工方法和技术，使材料达 到与原材料不同的状态(化学成分上完全相 同),使其具有更优良的物理性能、化学性能 和力学性能。
2.材料的可加工性
材料对加工成形和工艺所表现出来的特 性，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、 热处理性能和切削加工性能等。
PVD(phsical vapour deposition)等
5.小结
金属材料在国民经济、国防军工建设中 占有极其重要战略地位，金属塑性加工原理 这门课程旨在讲述有关高性能材料设计、成 形制备、性能表征与评价以及应用方面的重 要专业基础知识。
§0.3 金属塑性加工 1.材料加工
金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有 一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、 毛坯或零件的加工方法。
3. 塑性加工摩擦学
塑性加工过程中接触表面间的相对运动引 起摩 擦，发生一系列物理、化学和力学变化，对金属塑性 变形应力应变分布和产品质量产生重要影响。
➢ 机械摩擦理论： 阿芒顿－库仑定律； ➢ 粘着摩擦理论：
✓ 1、F.P.鲍－D.泰伯焊合摩擦理论 ✓ 2、И.B克拉盖尔斯基理论 ➢ 磨损 ➢ 润滑
2.适用范围
钢、铝、铜、钛等及其合金。
3. 主要加工方法
(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积 减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横 轧、斜轧。
举例：汽车车身板、烟箔等； 其它：多辊轧制(24辊)、孔型轧制等。
3. 主要加工方法
(2) 挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出 而制取各种断面金属材料的加工方法。
1、航空航天
2、武器装备
3、交通运输
4、建筑
5、家用电器
§0.2 材料加工的内涵 1.材料加工
采用一定的加工方法和技术，使材料达 到与原材料不同的状态(化学成分上完全相 同),使其具有更优良的物理性能、化学性能 和力学性能。
2.材料的可加工性
材料对加工成形和工艺所表现出来的特 性，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、 热处理性能和切削加工性能等。
PVD(phsical vapour deposition)等
5.小结
金属材料在国民经济、国防军工建设中 占有极其重要战略地位，金属塑性加工原理 这门课程旨在讲述有关高性能材料设计、成 形制备、性能表征与评价以及应用方面的重 要专业基础知识。
§0.3 金属塑性加工 1.材料加工
金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有 一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、 毛坯或零件的加工方法。
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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。
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。
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
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。
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。
• 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。
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
• 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，
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：
➢ 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%.
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
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，
➢ T＞530℃，为液相
温
➢ ＜270℃，为＋两相组 织
（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。
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aຫໍສະໝຸດ RN TT
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．
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。
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
（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。
• 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
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 )
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
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。
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。
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。
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
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。
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。
• 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。
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
• 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，
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：
➢ 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%.
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
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，
➢ T＞530℃，为液相
温
➢ ＜270℃，为＋两相组 织
（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。
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aຫໍສະໝຸດ RN TT
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．
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。
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
（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。
• 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
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 )
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
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。