材料成型工艺(塑性成型)演示-1
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金属塑性成形工艺基础培训讲座PPT课件( 38页)
•
4、心中没有过分的贪求，自然苦就少。口里不说多余的话，自然祸就少。腹内的食物能减少，自然病就少。思绪中没有过分欲，自然忧就少。大悲是无泪的，同样大悟
无言。缘来尽量要惜，缘尽就放。人生本来就空，对人家笑笑，对自己笑笑，笑着看天下，看日出日落，花谢花开，岂不自在，哪里来的尘埃!
•
5、心情就像衣服，脏了就拿去洗洗，晒晒，阳光自然就会蔓延开来。阳光那么好，何必自寻烦恼，过好每一个当下，一万个美丽的未来抵不过一个温暖的现在。
32
变形速度的影响
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，金属则表现出塑性下降、 变形抗力增大，可锻性变坏。
另一方面，金属在变形过程中， 消耗于塑性变形的能量有一部分转 化为热能，使金属温度升高(称为 热效应现象)。变形速度越大，热 效应现象越明显，使金属的塑性提
高、变形抗力下降(图中a点以后)，
• 再结晶：当温度进一步提高， 金属原子获得更多热能，则 开始以某些碎晶或杂质为核 心结晶成新的晶粒，加工硬 化全部消除，这一过程为 “再结晶”。
30.05.2019
28
(4) 冷变形及热变形
冷变形
变形温度低于回复温度时，金属在变 形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现 象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这 种变形称为冷变形。
可锻性变好。
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33
应力状态的影响
挤压时为三向受压状态。 拉拔时为两向受压一向受拉的状态。 压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力
增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。
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34
思考题
1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的 力学性能有何影响?
2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料 冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何 不同?
金属塑性成形优秀课件
金属塑性成形
概述
塑性成形又称压力加工。它是利用金属在外力作用下产生 的塑性变形．以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料 (如金属型材、板材、管材和线材等)、毛坯或零件的生产方法。
压力加工可生产出各种不同截面的型材(加板材、线材、 管材等)和各种机器零件的毛坯或成品(如轴、齿轮、汽车大梁、 连杆等)。
加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状 态的倾向。加工硬化的消除方法主要有回复和再结晶。
T回 = （0.25~0.3）T熔 T再 = （0.35~0.4）T熔
根据需要对冷变形金属进行回复处理与 再结晶退火，前者使冷变形金属保持力学 性能(如硬度、强度、塑性等)基本不变， 部分地消除残余应力；后者使冷变形金属 的强度、硬度显著下降，塑性和韧性显著 提高，内应力和加工硬化完全消除，金属 又恢复到冷变形之前的状态，再次获得良 好塑性。
实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。
τ
τ
9
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
2. 多晶体的塑性变形
晶内变形
滑移 孪生
滑动 晶间变形
转动
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
10
二、塑性变形后金属的组织和性能
• 金属塑性变形时，在改变其形状和尺寸 的同时，其内部组织结构以及各种性能 均发生变化。塑性变形时的温度不同， 金属变形后的组织和性能也有所不同。 因此，金属的塑性变形分为冷变形和热 变形两种。冷变形是指金属在再结晶温 度以下进行的塑性变形；热变形是指金 属在再结晶温度以上进行的塑性变形。
（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的塑性、韧性下 降，抗剪能力提高。
为了充分利用纤维组 织的性能．设计制造 零件应尽量使零件受 最大拉应力方向与纤 维方向一致．受最大 剪切应力方向与纤维 方向垂直，并使纤维 方向与零件的轮廓相 符合而不被切断。
概述
塑性成形又称压力加工。它是利用金属在外力作用下产生 的塑性变形．以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料 (如金属型材、板材、管材和线材等)、毛坯或零件的生产方法。
压力加工可生产出各种不同截面的型材(加板材、线材、 管材等)和各种机器零件的毛坯或成品(如轴、齿轮、汽车大梁、 连杆等)。
加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状 态的倾向。加工硬化的消除方法主要有回复和再结晶。
T回 = （0.25~0.3）T熔 T再 = （0.35~0.4）T熔
根据需要对冷变形金属进行回复处理与 再结晶退火，前者使冷变形金属保持力学 性能(如硬度、强度、塑性等)基本不变， 部分地消除残余应力；后者使冷变形金属 的强度、硬度显著下降，塑性和韧性显著 提高，内应力和加工硬化完全消除，金属 又恢复到冷变形之前的状态，再次获得良 好塑性。
实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。
τ
τ
9
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
2. 多晶体的塑性变形
晶内变形
滑移 孪生
滑动 晶间变形
转动
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
10
二、塑性变形后金属的组织和性能
• 金属塑性变形时，在改变其形状和尺寸 的同时，其内部组织结构以及各种性能 均发生变化。塑性变形时的温度不同， 金属变形后的组织和性能也有所不同。 因此，金属的塑性变形分为冷变形和热 变形两种。冷变形是指金属在再结晶温 度以下进行的塑性变形；热变形是指金 属在再结晶温度以上进行的塑性变形。
（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的塑性、韧性下 降，抗剪能力提高。
为了充分利用纤维组 织的性能．设计制造 零件应尽量使零件受 最大拉应力方向与纤 维方向一致．受最大 剪切应力方向与纤维 方向垂直，并使纤维 方向与零件的轮廓相 符合而不被切断。
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
23
《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。
18
《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
19
《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
28
《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。
《塑性成形工艺》PPT课件
轴类锻件结构
第二节 自由锻
2、尽量减少辅助结构 不设计加强筋、凸台
（a）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构
盘类锻件结构
第二节 自由锻
3、不能有空间曲线
（a）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构
杆类锻件结构
第二节 自由锻
4、复杂零件可设计成简单零件的组合
（a）工艺性差的结构
（b）工艺性好的结构
加工余量。 （2）锻造公差 在实际生产中，由于各种因素的影响，锻件的实
际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸，允许有一定限度的误差，叫做锻 造公差。
（3）余块 为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件的某 些地方添加一部分大于余量的金属，这部分附加的金属叫做锻造余块， 简称余块。
第二节 自由锻
第二节 自由锻
材料 钢材 工业纯铜
再结晶温度 480~600 200~270
热锻温度 1250~800 800~600
第一节 压力加工基本原理
锻造比
在塑性成形时，常用锻造比(Y)来表示变形程度 。锻造比的计算公式与变形方式有关，通常用变形 前后的截面比、长度比或高度比来表示：
❖
拔长
y拔=A0/A1=L1/L0
❖
第十三章 压力加工
第一节 压力加工基本原理 第二节 自由锻 第三节 模锻 第四节 板料冲压
第十三章 压力加工
压力加工：使金属坯料在外力作用下产生 塑性变形，以
获得所需形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯和零件的加 工方法。
机械性能高
特点 节省金属
易实现机械化和自动化，生产效率 高
第一节 压力加工基本原理
第一节 压力加工基本原理
三、金属的变形规律
1、体积不变定律： • 由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为
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
塑性成形工艺(挤压与拉拔)
（2）将锭坯表面的氧化物、油污等集聚 到锭坯的中心部位。
（3）进入制品内部，形成中心缩尾。
随着挤压过程进一步进行，径向流动 的金属无法满足中心部位的短缺，于是在 制品中心尾部出现了漏斗状的空缺，即中 空缩尾。
B、环形缩尾
（1）随着挤压过程进行，堆积在挤压 垫与挤压筒角落部位中的带有各种缺陷 和污物的金属会越来越多。
变形（见图2-2）。其变形指数——用填
充系数λc 来表示：
λc =F0 / Fp
（2-1）
2.1.1.2挤压力的变化规律
随着挤压杆的向前移动，挤压力呈直
线上升。
图2-2 填充挤压时金属的变形
2.1.1.3金属受力分析（见图2-3） 图2-3 填充挤压阶段锭坯的受力状态
随着填充过程中锭坯直径增大，在锭 坯的表面层出现了阻碍其自由增大的周 向附加拉应力。
e、挤压速度v 挤压速度快，死区小；
f、金属的变形抗力σs 金属变形抗力 大，死区大；
g、 模孔位置 在多孔模挤压时，模 孔靠近挤压筒内壁，死区减小。
（4）死区的作用：
可阻碍锭坯表面的杂质、氧化物、偏析 瘤、灰尘及表面缺陷进入变形区压缩锥 而流入制品表面，提高制品表面质量。
B 、后端难变形区 产生原因：挤压垫的冷却和摩擦作用。
难点：挤压时的应力与变形分析，挤压缩 尾的产生机理，反向挤压时的挤压力变化 分析，反向挤压时的缩尾、纺锤体核组织、 粗晶芯与粗晶环 。
重要概念：填充系数，挤压比，难变形 区，死区，挤压缩尾，纺锤体核组织， 粗晶芯，变形区压缩锥。
目的和要求：掌握挤压过程三个阶段的 含义、挤压力的变化规律；填充系数的 意义及其对制品质量的影响；挤压时金 属的变形流动特点；挤压缩尾的概念及 产生原因。
（3）进入制品内部，形成中心缩尾。
随着挤压过程进一步进行，径向流动 的金属无法满足中心部位的短缺，于是在 制品中心尾部出现了漏斗状的空缺，即中 空缩尾。
B、环形缩尾
（1）随着挤压过程进行，堆积在挤压 垫与挤压筒角落部位中的带有各种缺陷 和污物的金属会越来越多。
变形（见图2-2）。其变形指数——用填
充系数λc 来表示：
λc =F0 / Fp
（2-1）
2.1.1.2挤压力的变化规律
随着挤压杆的向前移动，挤压力呈直
线上升。
图2-2 填充挤压时金属的变形
2.1.1.3金属受力分析（见图2-3） 图2-3 填充挤压阶段锭坯的受力状态
随着填充过程中锭坯直径增大，在锭 坯的表面层出现了阻碍其自由增大的周 向附加拉应力。
e、挤压速度v 挤压速度快，死区小；
f、金属的变形抗力σs 金属变形抗力 大，死区大；
g、 模孔位置 在多孔模挤压时，模 孔靠近挤压筒内壁，死区减小。
（4）死区的作用：
可阻碍锭坯表面的杂质、氧化物、偏析 瘤、灰尘及表面缺陷进入变形区压缩锥 而流入制品表面，提高制品表面质量。
B 、后端难变形区 产生原因：挤压垫的冷却和摩擦作用。
难点：挤压时的应力与变形分析，挤压缩 尾的产生机理，反向挤压时的挤压力变化 分析，反向挤压时的缩尾、纺锤体核组织、 粗晶芯与粗晶环 。
重要概念：填充系数，挤压比，难变形 区，死区，挤压缩尾，纺锤体核组织， 粗晶芯，变形区压缩锥。
目的和要求：掌握挤压过程三个阶段的 含义、挤压力的变化规律；填充系数的 意义及其对制品质量的影响；挤压时金 属的变形流动特点；挤压缩尾的概念及 产生原因。
材料成型工艺基础材料成形方法选择教学课件PPT
对于不同零件的使用要求，必须考虑零件 材料的工艺特性（如铸造性能、锻造性能、焊 接性能等）来确定毛坯的成形方法。
选择成形方法，要兼顾后续机加工的可加工性。
例如： • 切削加工余量较大的毛坯不能采用普通压力铸造 成形，否则将暴露铸件表皮下的孔洞； • 需要切削加工的毛坯尽量避免采用高牌号珠光体 球墨铸铁和簿壁灰铸铁，否则难以切削加工; • 一些结构复杂，难以采用单种成形方法成形的毛 坯，注意各种成形方案结合的可能性，同时要考虑 这些结合是否会影响机械加工的可加工性。
5．钻套、导向套、滑动轴承、 液压缸、螺母等
该套类零件工作中承受径向力或轴向力和摩擦力。
通常采用钢、铸铁、非铁合金材料的圆棒材、 铸件或锻件制造，有的可直接采用无缝管下料。尺 寸较小、大批量生产时，还可采用冷挤压和粉末冶 金等方法制坯。
三、机架、箱座类零件
机架、箱座类零件包括各种机械的机身、底 座、支架、横梁、工作台，以及齿轮箱、轴承座、 缸体、阀体、泵体、导轨等。
可较复杂
冲压
各种 可较复杂
粉末 冶金
粉末间原子 扩散、再结 晶，有时重结 晶
粉末流动性 较好，压缩性 中小件 较大
可较复杂
较高 较低 较高 较高
高
低～高
低 较高或 高
较高或 高
较高
型腔较复杂尤其是内 腔复杂的制件，如箱 体、壳体、床身、支座 等
传动轴、齿轮坯、炮 筒等
受力较大或较复杂， 且形状较复杂的制件， 如齿轮、阀体、叉杆、 曲轴等
二、盘套类零件
盘套类零件 中，除套类零件 轴向尺寸有部分 大于径向尺寸外， 其余零件轴向尺 寸一般小于径向 尺寸、或两个方 向尺寸相差不大。
盘套类零件在机械中的使用要求 和工作条件有很大差异，因此所用 材料和毛坯各不相同。
选择成形方法，要兼顾后续机加工的可加工性。
例如： • 切削加工余量较大的毛坯不能采用普通压力铸造 成形，否则将暴露铸件表皮下的孔洞； • 需要切削加工的毛坯尽量避免采用高牌号珠光体 球墨铸铁和簿壁灰铸铁，否则难以切削加工; • 一些结构复杂，难以采用单种成形方法成形的毛 坯，注意各种成形方案结合的可能性，同时要考虑 这些结合是否会影响机械加工的可加工性。
5．钻套、导向套、滑动轴承、 液压缸、螺母等
该套类零件工作中承受径向力或轴向力和摩擦力。
通常采用钢、铸铁、非铁合金材料的圆棒材、 铸件或锻件制造，有的可直接采用无缝管下料。尺 寸较小、大批量生产时，还可采用冷挤压和粉末冶 金等方法制坯。
三、机架、箱座类零件
机架、箱座类零件包括各种机械的机身、底 座、支架、横梁、工作台，以及齿轮箱、轴承座、 缸体、阀体、泵体、导轨等。
可较复杂
冲压
各种 可较复杂
粉末 冶金
粉末间原子 扩散、再结 晶，有时重结 晶
粉末流动性 较好，压缩性 中小件 较大
可较复杂
较高 较低 较高 较高
高
低～高
低 较高或 高
较高或 高
较高
型腔较复杂尤其是内 腔复杂的制件，如箱 体、壳体、床身、支座 等
传动轴、齿轮坯、炮 筒等
受力较大或较复杂， 且形状较复杂的制件， 如齿轮、阀体、叉杆、 曲轴等
二、盘套类零件
盘套类零件 中，除套类零件 轴向尺寸有部分 大于径向尺寸外， 其余零件轴向尺 寸一般小于径向 尺寸、或两个方 向尺寸相差不大。
盘套类零件在机械中的使用要求 和工作条件有很大差异，因此所用 材料和毛坯各不相同。
金属的其它塑性成型工艺演示幻灯片
第九章 金属的其它塑性成形工艺
•
随着科学技术的不断发展，对压力加工生产提出了越来越
高的要求，不仅要生产出各种毛坯，而且还要直接生产出各种形
状复杂的零件；不仅能用易变形的材料进行生产，而且还要用更
难变形的材料进行生产。因此近年来在压力加工生产中出现了许
多新工艺、新技术，如超塑性成型、粉末锻造、零件的挤压、精
17
二、精密模锻工艺 特点
（1）精确下料 （2）精细清理坯料表面 （3）采
用无氧化或少氧化加热后精锻（在马弗炉中通保护气体加
热；在熔融玻璃浴中加热或少无氧化火焰中加热） （4）
提高锻模精度（比锻件精度高两级） （5）要进行很好
地润滑和冷却 （6）模锻设备刚度大。
18
第四节 多向模锻
多向模锻是将坯料放于锻模内、用几个冲头从不同方向同时 或先后对坯料加压、以获得形状复杂的精密锻件的模锻工艺。多向 模锻能锻出具有凹面、凸肩或多向孔穴等形状复杂的锻件，而不需 要模锻斜度。多向加压改变了金属的变形条件，提高了金属的塑性， 适宜于塑性较差的高合金钢的模锻。
一、 零件轧制的特点 （有5条） 二、 零件轧制的类型
根据轧辊轴线与坯料轴线的不同，轧制分为纵轧、横轧、斜轧 和楔横轧等几种。
1、纵轧 纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法，包括各种型 材轧制、辊锻轧制、辗环轧制等。
8
1、纵轧 纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法，包括各种型 材轧制、辊锻轧制、辗环轧制等。 （1）辊锻轧制 辊锻轧制是把轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺。
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 应力公为常态下金属变形应力的几分之一至几十分之一。因此该种 金属极易成形可采用多种工艺方法制出复杂零件，
•
随着科学技术的不断发展，对压力加工生产提出了越来越
高的要求，不仅要生产出各种毛坯，而且还要直接生产出各种形
状复杂的零件；不仅能用易变形的材料进行生产，而且还要用更
难变形的材料进行生产。因此近年来在压力加工生产中出现了许
多新工艺、新技术，如超塑性成型、粉末锻造、零件的挤压、精
17
二、精密模锻工艺 特点
（1）精确下料 （2）精细清理坯料表面 （3）采
用无氧化或少氧化加热后精锻（在马弗炉中通保护气体加
热；在熔融玻璃浴中加热或少无氧化火焰中加热） （4）
提高锻模精度（比锻件精度高两级） （5）要进行很好
地润滑和冷却 （6）模锻设备刚度大。
18
第四节 多向模锻
多向模锻是将坯料放于锻模内、用几个冲头从不同方向同时 或先后对坯料加压、以获得形状复杂的精密锻件的模锻工艺。多向 模锻能锻出具有凹面、凸肩或多向孔穴等形状复杂的锻件，而不需 要模锻斜度。多向加压改变了金属的变形条件，提高了金属的塑性， 适宜于塑性较差的高合金钢的模锻。
一、 零件轧制的特点 （有5条） 二、 零件轧制的类型
根据轧辊轴线与坯料轴线的不同，轧制分为纵轧、横轧、斜轧 和楔横轧等几种。
1、纵轧 纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法，包括各种型 材轧制、辊锻轧制、辗环轧制等。
8
1、纵轧 纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法，包括各种型 材轧制、辊锻轧制、辗环轧制等。 （1）辊锻轧制 辊锻轧制是把轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺。
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 应力公为常态下金属变形应力的几分之一至几十分之一。因此该种 金属极易成形可采用多种工艺方法制出复杂零件，
二篇金属的塑性成形工艺
利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的流动量→成形合理。
<图6-10）最小阻力定律示意图
在镦粗中，此定律也称——最小周边法则
二、塑性变形前后体积不变的假设
弹性变形——考虑体积变化
塑性变形——假设体积不变<由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略）
此假设+最小阻力定律——成形时金属流动模型
落料——被分离的部分为成品，而周边是废料
冲孔——被分离的部分为废料，而周边是成品
如：平面垫圈：制取外形——落料
制取内孔——冲孔
1．冲裁变形过程
冲裁件质量、冲裁模结构与冲裁时板料变形过程关系密切，
其过程分三个阶段
<1）弹性变形阶段<图8-1）
冲头接触板料后，继续向下运动的初始阶段，使板料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形，板料中应力迅速增大。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘，间隙↑→弯曲、上翘↑SixE2yXPq5
§6-1塑性变形理论及假设
一、最小阻力定律
金属塑性成形问题实质，金属塑性流动，影响金属流动的因素十分复杂<定量很困难）。应用最小阻力定律——定性分析<质点流动方向）p1EanqFDPw
最小阻力定律——受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。DXDiTa9E3d
[注]按变形的模膛数：单膛锻模<如齿轮坯）
多膛锻模<图7-7）
§7-3锤上模锻成形工艺设计
模锻生产的工艺规程包括：制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步<选模膛）、选择设备及安排修整工序等。
最主要是锻件图的制定和模锻工步的确定
一、模锻锻件图的制定
<图6-10）最小阻力定律示意图
在镦粗中，此定律也称——最小周边法则
二、塑性变形前后体积不变的假设
弹性变形——考虑体积变化
塑性变形——假设体积不变<由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略）
此假设+最小阻力定律——成形时金属流动模型
落料——被分离的部分为成品，而周边是废料
冲孔——被分离的部分为废料，而周边是成品
如：平面垫圈：制取外形——落料
制取内孔——冲孔
1．冲裁变形过程
冲裁件质量、冲裁模结构与冲裁时板料变形过程关系密切，
其过程分三个阶段
<1）弹性变形阶段<图8-1）
冲头接触板料后，继续向下运动的初始阶段，使板料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形，板料中应力迅速增大。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘，间隙↑→弯曲、上翘↑SixE2yXPq5
§6-1塑性变形理论及假设
一、最小阻力定律
金属塑性成形问题实质，金属塑性流动，影响金属流动的因素十分复杂<定量很困难）。应用最小阻力定律——定性分析<质点流动方向）p1EanqFDPw
最小阻力定律——受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。DXDiTa9E3d
[注]按变形的模膛数：单膛锻模<如齿轮坯）
多膛锻模<图7-7）
§7-3锤上模锻成形工艺设计
模锻生产的工艺规程包括：制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步<选模膛）、选择设备及安排修整工序等。
最主要是锻件图的制定和模锻工步的确定
一、模锻锻件图的制定
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材料成型技术
金属的塑性成型工艺
山东大学材料科学与工程学院 塑性成形与模具研究所
绪
一、成形与成型
1.成形 成形(forming) 成形
论
后而具有的某种形状， 自然生长或加工后而具有的某种形状 自然生长或加工 后而具有的某种形状 ， 一般为 固态金属或非金属材料在外力的作用下成形。 固态金属或非金属材料在外力的作用下成形。 2. 成型 成型(molding) 工件、产品经过加工成为所需要的形状， 加工成为所需要的形状 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。 具中成形。 本课程不加区别，统称成型。 本课程不加区别，统称成型。
二、塑性成型的基本问题
材料的塑性（成型的必要条件） 材料的塑性（成型的必要条件） 能量输入（成型的充分条件） 能量输入（成型的充分条件） 塑性流动时，材料内部的位移场、 塑性流动时，材料内部的位移场、应变场等物理量 影响成型的因素） （影响成型的因素） 塑性成型技术的发展： 塑性成型技术的发展： 板料成型。 大批量生产向高速化、 ⑴ 板料成型 。 大批量生产向高速化 、 自动化发 小批量向简易化、通用化和万能化发展； 展；小批量向简易化、通用化和万能化发展；成型件 向精密化发展。 向精密化发展。 体积成型方面。压力机逐渐取代锤； ⑵体积成型方面。压力机逐渐取代锤；精密成型 普及； 生产自动化水平不断提高； 普及 ； 生产自动化水平不断提高 ； 特种成型技术和 模具新技术涌现。 模具新技术涌现。
4、型材及其常见缺陷 、
表面缺陷： 表面缺陷： • 划痕 — 意外原因导致的表面损伤。 意外原因导致的表面损伤。 • 折迭 — 氧化皮压入金属内部所致夹层组织。 氧化皮压入金属内部所致夹层组织。 • 发裂 — 钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂所形成的发状 钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、 裂纹。 裂纹。 • 结疤 — 溅疤被轧制成附于轧件表面的薄膜。 溅疤被轧制成附于轧件表面的薄膜。 • 粗晶环 — 挤压的有色合金棒材截面上的粗晶外层区域。 挤压的有色合金棒材截面上的粗晶外层区域。 内部缺陷： 内部缺陷： • 碳化物偏析 — 含碳量较高的型材中碳化物分布不均的现 。（共晶 化物和二次网状C化物所致 共晶C化物和二次网状 化物所致） 象。（共晶 化物和二次网状 化物所致） • 非金属夹杂 — 轧制后的带状夹杂物组织。 轧制后的带状夹杂物组织。 • 白点 — 由钢中氢气和内应力共同作用所引起的型材纵 向断口上圆形或椭圆形的白色斑点。 向断口上圆形或椭圆形的白色斑点。 • 氧化膜 — 铝锭内氧化膜经轧制或锻造后形成的条状或片 状组织。 状组织。
其它剪切装置（ ） ⑸ 其它剪切装置（1）
其它剪切装置（ ） ⑹ 其它剪切装置（2）
2、其他剪切法 、 锯切法
砂轮片切割法
折断法
气割法
电火花、 电火花、激光切割等
几种下料方法的特点比较
生产率 剪切法 高 材料损耗 无 下料质量 差 投资 多 用途 普遍采用（ 普遍采用（高C、 、 合金钢应热切） 合金钢应热切） 普遍采用（ 普遍采用（常温 下采用） 下采用） 小截面棒料 适用于硬度较高 的高C、 的高 、合金钢
2、钢锭的结构 、
3、钢锭的内部缺陷 、
• 偏析 — 指钢锭各处成分与杂质分布不均的现象。分为枝晶 指钢锭各处成分与杂质分布不均的现象。 偏析（微观）和区域偏析（宏观）两类。 偏析（微观）和区域偏析（宏观）两类。 • 夹杂 — 冶炼时产生的氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属异 冶炼时产生的氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属异 相质点。 相质点。 • 气体 — 钢锭中的有害气体如H2、O2等。 钢锭中的有害气体 有害气体如 • 气泡 — 在钢锭冒口、底部和中心部位产生的气孔。 在钢锭冒口、底部和中心部位产生的气孔。 • 缩孔 — 在钢锭冒口处形成的孔洞性缺陷且含有大量杂质的 在钢锭冒口处形成的孔洞性缺陷且含有大量杂质 孔洞性缺陷且含有大量杂质的 组织。 组织。 • 疏松 — 在钢锭中心部位产生的类似缩孔组织。 在钢锭中心部位产生的类似缩孔组织。 中心部位产生的类似缩孔组织 • 溅疤 — 上注法浇注时钢液冲击模底面飞溅到模壁上而形成 上注法浇注时钢液冲击模底面飞溅到模壁上而形成 夹层。 的夹层。
二、下料方法
1、剪切法 、 ⑴ 剪切过程受力分析
⑵ 剪切过程
⑶ 实际剪床的剪切装置
⑷ 剪切断面质量的影响因素分析
刃口锐利程度 断口平整；圆钝— 断口不平整。 锐利 — 断口平整；圆钝 断口不平整。 刃口间隙 坯料易弯曲、断面与轴线不垂直； 间隙大 — 坯料易弯曲、断面与轴线不垂直； 间隙小 — 易碰损刀刃。 易碰损刀刃。 坯料支承情况 不合适，则断口偏斜。 不合适，则断口偏斜。 剪切速度 断口平整。 快 — 断口平整。 断口不平整。 慢 — 断口不平整。
三、本部分学习的任务
阐明塑性成型技术的工艺方法， 阐明塑性成型技术的工艺方法，介绍它们的技 术要点和相关工艺装备。 术要点和相关工艺装备。 通过学习，深入理解塑性成型方法的实质，具 通过学习，深入理解塑性成型方法的实质， 备根据毛坯或零件的特征制订材料塑性成型工 备根据毛坯或零件的特征制订材料塑性成型工 的能力，初步具备设计相应工艺装备的能力， 艺的能力，初步具备设计相应工艺装备的能力 ， 为研究新的塑性成型工艺奠定坚实基础。 为研究新的塑性成型工艺奠定坚实基础。
第五章
金属的锻造成型
§5-1 锻造用原材料及其下料方法
一、锻造用钢锭及型材 1、钢锭及其冶炼 硅铁、 锰铁和铝充分脱氧 充分脱氧， 镇静钢 - 硅铁 、 锰铁和铝 充分脱氧 ， 浇注液 面平静。组织细密、偏析少、性能均匀， 面平静。组织细密、偏析少、性能均匀，但成材 率较低、成本偏高。 率较低、成本偏高。 锰铁轻微脱氧 轻微脱氧、 沸腾钢 - 锰铁 轻微脱氧 、 浇注液面产生大量 一氧化碳气体而引起沸腾。组织细密度差、 一氧化碳气体而引起沸腾。组织细密度差、偏析 性能不均匀、冲击韧性较低，但塑性好、 大、性能不均匀、冲击韧性较低，但塑性好、成 材率高、成本低、表面质量好。 材率高、成本低、表面质量好。
锯切法 砂轮片 切割法 折断法
低
较大
好
多
低 高
较大 小
好 差
较多 少
气割法
较低
大
差
便于野外作业 较少 （高C、合金钢、 、合金钢、 有色金属不适用） 有色金属不适用）
思考题
1、试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。 、试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。 2、 钢锭常见缺陷有哪些 ？ 它们产生的原因和危害性是什 、 钢锭常见缺陷有哪些？ 么？ 3、常见的型材缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什 、常见的型材缺陷有哪些？ 么？ 4、锻造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特点？ 、锻造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特点？ 5、铸锭作为锻造坯料时如何下料？ 、铸锭作为锻造坯料时如何下料？ 要求重点掌握的知识点 1、钢锭结构及其常见内部缺陷。 、钢锭结构及其常见内部缺陷。 2、型材及其常见缺陷。 、型材及其常见缺陷。 3、常用下料方法及其选择原则。 、常用下料方法及其选择原则。
3、塑性成型及其特点 、 利用金属的塑性 ， 外力作用下成型为所需 利用金属的 塑性， 在 外力作用下 成型为所需 塑性 毛坯或零件的一种成型方法。 毛坯或零件的一种成型方法。 冲压成型和锻造成型 主要包括板料的冲压成型和锻造成型。 主要包括板料的冲压成型和锻造成型。 特点： 特点： 粗大的枝晶组织被破坏，疏松和孔隙被压实、 ⑴ 粗大的枝晶组织被破坏，疏松和孔隙被压实、 焊合，内部组织和毒性能得到极大改善； 焊合，内部组织和毒性能得到极大改善； 制件的材料利用率高， 流线分布合理， ⑵ 制件的材料利用率高 ， 流线分布合理 ， 强 度提高； 度提高； 制件精度较高，可达到近终形成型； ⑶ 制件精度较高，可达到近终形成型； 较高的生产率。 ⑷ 较高的生产率。
金属的塑性成型工艺
山东大学材料科学与工程学院 塑性成形与模具研究所
绪
一、成形与成型
1.成形 成形(forming) 成形
论
后而具有的某种形状， 自然生长或加工后而具有的某种形状 自然生长或加工 后而具有的某种形状 ， 一般为 固态金属或非金属材料在外力的作用下成形。 固态金属或非金属材料在外力的作用下成形。 2. 成型 成型(molding) 工件、产品经过加工成为所需要的形状， 加工成为所需要的形状 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。 具中成形。 本课程不加区别，统称成型。 本课程不加区别，统称成型。
二、塑性成型的基本问题
材料的塑性（成型的必要条件） 材料的塑性（成型的必要条件） 能量输入（成型的充分条件） 能量输入（成型的充分条件） 塑性流动时，材料内部的位移场、 塑性流动时，材料内部的位移场、应变场等物理量 影响成型的因素） （影响成型的因素） 塑性成型技术的发展： 塑性成型技术的发展： 板料成型。 大批量生产向高速化、 ⑴ 板料成型 。 大批量生产向高速化 、 自动化发 小批量向简易化、通用化和万能化发展； 展；小批量向简易化、通用化和万能化发展；成型件 向精密化发展。 向精密化发展。 体积成型方面。压力机逐渐取代锤； ⑵体积成型方面。压力机逐渐取代锤；精密成型 普及； 生产自动化水平不断提高； 普及 ； 生产自动化水平不断提高 ； 特种成型技术和 模具新技术涌现。 模具新技术涌现。
4、型材及其常见缺陷 、
表面缺陷： 表面缺陷： • 划痕 — 意外原因导致的表面损伤。 意外原因导致的表面损伤。 • 折迭 — 氧化皮压入金属内部所致夹层组织。 氧化皮压入金属内部所致夹层组织。 • 发裂 — 钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、破裂所形成的发状 钢锭皮下气泡被轧扁、拉长、 裂纹。 裂纹。 • 结疤 — 溅疤被轧制成附于轧件表面的薄膜。 溅疤被轧制成附于轧件表面的薄膜。 • 粗晶环 — 挤压的有色合金棒材截面上的粗晶外层区域。 挤压的有色合金棒材截面上的粗晶外层区域。 内部缺陷： 内部缺陷： • 碳化物偏析 — 含碳量较高的型材中碳化物分布不均的现 。（共晶 化物和二次网状C化物所致 共晶C化物和二次网状 化物所致） 象。（共晶 化物和二次网状 化物所致） • 非金属夹杂 — 轧制后的带状夹杂物组织。 轧制后的带状夹杂物组织。 • 白点 — 由钢中氢气和内应力共同作用所引起的型材纵 向断口上圆形或椭圆形的白色斑点。 向断口上圆形或椭圆形的白色斑点。 • 氧化膜 — 铝锭内氧化膜经轧制或锻造后形成的条状或片 状组织。 状组织。
其它剪切装置（ ） ⑸ 其它剪切装置（1）
其它剪切装置（ ） ⑹ 其它剪切装置（2）
2、其他剪切法 、 锯切法
砂轮片切割法
折断法
气割法
电火花、 电火花、激光切割等
几种下料方法的特点比较
生产率 剪切法 高 材料损耗 无 下料质量 差 投资 多 用途 普遍采用（ 普遍采用（高C、 、 合金钢应热切） 合金钢应热切） 普遍采用（ 普遍采用（常温 下采用） 下采用） 小截面棒料 适用于硬度较高 的高C、 的高 、合金钢
2、钢锭的结构 、
3、钢锭的内部缺陷 、
• 偏析 — 指钢锭各处成分与杂质分布不均的现象。分为枝晶 指钢锭各处成分与杂质分布不均的现象。 偏析（微观）和区域偏析（宏观）两类。 偏析（微观）和区域偏析（宏观）两类。 • 夹杂 — 冶炼时产生的氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属异 冶炼时产生的氧化物、硫化物、硅酸盐等非金属异 相质点。 相质点。 • 气体 — 钢锭中的有害气体如H2、O2等。 钢锭中的有害气体 有害气体如 • 气泡 — 在钢锭冒口、底部和中心部位产生的气孔。 在钢锭冒口、底部和中心部位产生的气孔。 • 缩孔 — 在钢锭冒口处形成的孔洞性缺陷且含有大量杂质的 在钢锭冒口处形成的孔洞性缺陷且含有大量杂质 孔洞性缺陷且含有大量杂质的 组织。 组织。 • 疏松 — 在钢锭中心部位产生的类似缩孔组织。 在钢锭中心部位产生的类似缩孔组织。 中心部位产生的类似缩孔组织 • 溅疤 — 上注法浇注时钢液冲击模底面飞溅到模壁上而形成 上注法浇注时钢液冲击模底面飞溅到模壁上而形成 夹层。 的夹层。
二、下料方法
1、剪切法 、 ⑴ 剪切过程受力分析
⑵ 剪切过程
⑶ 实际剪床的剪切装置
⑷ 剪切断面质量的影响因素分析
刃口锐利程度 断口平整；圆钝— 断口不平整。 锐利 — 断口平整；圆钝 断口不平整。 刃口间隙 坯料易弯曲、断面与轴线不垂直； 间隙大 — 坯料易弯曲、断面与轴线不垂直； 间隙小 — 易碰损刀刃。 易碰损刀刃。 坯料支承情况 不合适，则断口偏斜。 不合适，则断口偏斜。 剪切速度 断口平整。 快 — 断口平整。 断口不平整。 慢 — 断口不平整。
三、本部分学习的任务
阐明塑性成型技术的工艺方法， 阐明塑性成型技术的工艺方法，介绍它们的技 术要点和相关工艺装备。 术要点和相关工艺装备。 通过学习，深入理解塑性成型方法的实质，具 通过学习，深入理解塑性成型方法的实质， 备根据毛坯或零件的特征制订材料塑性成型工 备根据毛坯或零件的特征制订材料塑性成型工 的能力，初步具备设计相应工艺装备的能力， 艺的能力，初步具备设计相应工艺装备的能力 ， 为研究新的塑性成型工艺奠定坚实基础。 为研究新的塑性成型工艺奠定坚实基础。
第五章
金属的锻造成型
§5-1 锻造用原材料及其下料方法
一、锻造用钢锭及型材 1、钢锭及其冶炼 硅铁、 锰铁和铝充分脱氧 充分脱氧， 镇静钢 - 硅铁 、 锰铁和铝 充分脱氧 ， 浇注液 面平静。组织细密、偏析少、性能均匀， 面平静。组织细密、偏析少、性能均匀，但成材 率较低、成本偏高。 率较低、成本偏高。 锰铁轻微脱氧 轻微脱氧、 沸腾钢 - 锰铁 轻微脱氧 、 浇注液面产生大量 一氧化碳气体而引起沸腾。组织细密度差、 一氧化碳气体而引起沸腾。组织细密度差、偏析 性能不均匀、冲击韧性较低，但塑性好、 大、性能不均匀、冲击韧性较低，但塑性好、成 材率高、成本低、表面质量好。 材率高、成本低、表面质量好。
锯切法 砂轮片 切割法 折断法
低
较大
好
多
低 高
较大 小
好 差
较多 少
气割法
较低
大
差
便于野外作业 较少 （高C、合金钢、 、合金钢、 有色金属不适用） 有色金属不适用）
思考题
1、试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。 、试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。 2、 钢锭常见缺陷有哪些 ？ 它们产生的原因和危害性是什 、 钢锭常见缺陷有哪些？ 么？ 3、常见的型材缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什 、常见的型材缺陷有哪些？ 么？ 4、锻造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特点？ 、锻造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特点？ 5、铸锭作为锻造坯料时如何下料？ 、铸锭作为锻造坯料时如何下料？ 要求重点掌握的知识点 1、钢锭结构及其常见内部缺陷。 、钢锭结构及其常见内部缺陷。 2、型材及其常见缺陷。 、型材及其常见缺陷。 3、常用下料方法及其选择原则。 、常用下料方法及其选择原则。
3、塑性成型及其特点 、 利用金属的塑性 ， 外力作用下成型为所需 利用金属的 塑性， 在 外力作用下 成型为所需 塑性 毛坯或零件的一种成型方法。 毛坯或零件的一种成型方法。 冲压成型和锻造成型 主要包括板料的冲压成型和锻造成型。 主要包括板料的冲压成型和锻造成型。 特点： 特点： 粗大的枝晶组织被破坏，疏松和孔隙被压实、 ⑴ 粗大的枝晶组织被破坏，疏松和孔隙被压实、 焊合，内部组织和毒性能得到极大改善； 焊合，内部组织和毒性能得到极大改善； 制件的材料利用率高， 流线分布合理， ⑵ 制件的材料利用率高 ， 流线分布合理 ， 强 度提高； 度提高； 制件精度较高，可达到近终形成型； ⑶ 制件精度较高，可达到近终形成型； 较高的生产率。 ⑷ 较高的生产率。