第六章塑性成形工艺
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金属塑性成形工艺基础培训讲座PPT课件( 38页)
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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!
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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。
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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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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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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?
wwei材料成形技术(塑性)1
二、金属塑性成形的基本生产方式 1、轧制：金属毛坯在两个轧辊之间受压变形而形成各 种产品的成形工艺，图6-1。 2、挤压：金属毛坯在挤压模内受压被挤出模孔而变形 的成形工艺，图6-3。 3、拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的成形 工艺，图6-5。 4、自由锻：金属毛坯在上下砥铁间受冲击或压力而变 形的成形工艺，图6-7（a）。 5、模锻：金属坯料在既有一定形状的锻模模膛内受击 力或压力而变形的成形工艺，图6-7（b） 。
塑性愈大、变形抗力愈小，材料的可锻性愈好
4、可锻性的影响因素
（1）化学成分 A、碳钢中碳和杂质元素的影响
C、H、P（冷脆）、S （热脆） B、合金元素的影响
塑性降低，变形抗力提高。
（2）内部组织
单相组织（纯金属或者固溶体）比多相组织塑性好。 细晶组织比粗晶组织好； 等轴晶比柱状晶好。 面心立方结构的可锻性最好，体心立方结构次之， 而密排六方结构可锻性最差。
冲击力和压力
锻压是锻造与冲压的总称。
★锻造：在加压设备及工（模）具作用下，使坯料、铸锭产生局 部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件 的加工方法。锻造通常是在高温（再结晶温度以上）下成形的，
因此也称为金属热变形或热锻。
★锻造特点：1、压密或焊合铸态金属组 织中的缩孔、缩松、空隙、气泡和裂纹。 2、细化晶粒和破碎夹杂物，从而获得一 定的锻造流线组织。因此，与铸态金属 相比，其性能得到了极大的改善。 3、主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件或毛坯。 如机床的主轴和齿轮、内燃机的连杆、起重机的吊钩等。 4、高温下金属表面的氧化和冷却收缩等各方面的原因，锻件精度 不高、表面质量不好，加之锻件结构工艺性的制约。
2、晶粒和分布在晶界上的非金属夹杂物ห้องสมุดไป่ตู้沿变形方向被拉长， 但是拉长的晶粒可经再结晶又变成等轴细粒状，而这些夹杂物不能 改变，就以细长线条状保留下来，形成了所谓的纤维组织。 纤维组织的化学稳定性很高，只有经过锻压才能改变其分布方向， 用热处理是不能消除或改变纤维组织形态的。 纤维组织使金属的力学性能具有明显的方向性。
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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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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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
第六章金属塑性成形工艺理论基础
第六章 金属塑性成形的理论基础
目的：掌握金属塑性成形的基本原 理及影响塑性变形的因素。
要求掌握塑性成形的基本工艺、基 本变形理论；
熟悉回复与再结晶、冷变形与热变 形、纤维组织、最小阻力定律、体积 不变假设、锻造比、锻造性等概念；
了解影响塑性变形的因素。 重点：冷变形、热变形、纤维 组织利用原则、锻造性的概念。 难点：金属的回复与再结晶。
金属塑性成形（也称压力加工）： 在外力作用下，金属产生了塑性变 形，以此获得具有一定形状、尺寸 和机械性能的原材料、毛坯或零件。
外力：冲击力——锤类设备 压 力——轧机、压力机
§6-1 金属塑性成形的基本工艺 1．轧制—-钢板、型材、无缝管材。
2．挤压
应用：低碳钢、非铁金属及其合金。
3．拉拔
要求横向力学性能时： Y锻=2~2.5。 要求纵向力学性能时：Y锻适当增加。 由Y锻可得坯料的尺寸：
如：拔长时，S坯料=Y拔×S锻件
式中，S锻件为锻件的最大截面积；
L钢坯
V坯料 F钢坯
§6-4 影响塑性变形的因素
金属的可锻性：衡量材料在经受 压力加工时获得优质零件难易程 度的一个工艺性能。 可锻性好适合于压力加工成形； 可锻性差不宜于选用压力加工。
§6-3 塑性变形理论及假设
一、最小阻力定律
定义：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。
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。
最小阻 力定律示 意图。
在镦粗中， 此定律也称 最小周边法 则。
但温度过高→过热、过烧、脱碳 和严重氧化等缺陷→锻件报废。
应严格控制锻造温度——始锻温 度和终锻温度间的温度范围（以 合金状态图为依据）。
目的：掌握金属塑性成形的基本原 理及影响塑性变形的因素。
要求掌握塑性成形的基本工艺、基 本变形理论；
熟悉回复与再结晶、冷变形与热变 形、纤维组织、最小阻力定律、体积 不变假设、锻造比、锻造性等概念；
了解影响塑性变形的因素。 重点：冷变形、热变形、纤维 组织利用原则、锻造性的概念。 难点：金属的回复与再结晶。
金属塑性成形（也称压力加工）： 在外力作用下，金属产生了塑性变 形，以此获得具有一定形状、尺寸 和机械性能的原材料、毛坯或零件。
外力：冲击力——锤类设备 压 力——轧机、压力机
§6-1 金属塑性成形的基本工艺 1．轧制—-钢板、型材、无缝管材。
2．挤压
应用：低碳钢、非铁金属及其合金。
3．拉拔
要求横向力学性能时： Y锻=2~2.5。 要求纵向力学性能时：Y锻适当增加。 由Y锻可得坯料的尺寸：
如：拔长时，S坯料=Y拔×S锻件
式中，S锻件为锻件的最大截面积；
L钢坯
V坯料 F钢坯
§6-4 影响塑性变形的因素
金属的可锻性：衡量材料在经受 压力加工时获得优质零件难易程 度的一个工艺性能。 可锻性好适合于压力加工成形； 可锻性差不宜于选用压力加工。
§6-3 塑性变形理论及假设
一、最小阻力定律
定义：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。
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。
最小阻 力定律示 意图。
在镦粗中， 此定律也称 最小周边法 则。
但温度过高→过热、过烧、脱碳 和严重氧化等缺陷→锻件报废。
应严格控制锻造温度——始锻温 度和终锻温度间的温度范围（以 合金状态图为依据）。
塑性成形技术重点内容
第一部分绪论一、塑性成形工艺分类1一次塑性加工：轧制、挤压、拉拔等工艺，是生产型材、板材、线材、管材的加工方法。
2二次塑性加工：以一次塑性加工获得的型材、板材、线材、管材、棒材为原材料进行再次塑性成形——冲压、锻造。
第二部分冲压工艺一、冲压加工三要素：1冲压设备2模具3原材料二、冲压工艺分类：1按变形性质分：⑴分离工序——被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的应力达到了材料的抗剪强度，材料便产生剪裂而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。
⑵成形工序——被加工材料在外力作用下仅仅产生塑性变形，得到一定形状和尺寸的零件，这些冲压工序统称成形工序。
2按变形方式分：冲裁、弯曲、拉深、成形。
3按工序组合形式分：⑴复合冲压⑵连续冲压⑶连续-复合冲压三、板料力学性能与冲压成形性能的关系1两种失稳状态：⑴拉伸失稳——板料在拉应力作用下局部出现缩颈或断裂。
⑵压缩失稳——板料在压应力作用下出现起皱。
2衡量冲压成形性能的标准——破裂性、贴模性、定形性。
⑴冲压成形性能——板料对冲压成形工艺的适应能力。
⑵贴模性——板料在冲压过程中取得与模具形状一致性的能力。
影响贴模性的因素是起皱、塌陷。
⑶定形性——零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。
影响定形性的主要因素是回弹。
3板平面各向异性指数△γ△γ↑，表示板平面内各向异性↑，拉深时在零件端部出现不平整的凸耳现象，必须进行修边处理。
第三部分锻造工艺第一章热锻（P239）一、锻造分类1按变形温度：热锻、温锻、冷锻2按作用力来源：①手工锻造②机械锻造：自由锻模锻胎膜锻特种锻造胎膜锻——在自由锻设备上采用活动模具成形锻件的方法。
二、锻前加热(P242)1目的：↑塑性，↓变形抗力，使之易于流动成形并获得良好的锻后组织。
2加热方法：⑴火焰加热⑵电加热：①感应电加热②接触电加热③电阻炉加热⑶少无氧化加热：精锻生产中，实现少无氧化加热的加热方法：①快速加热②介质保护加热③少无氧化火焰加热三、锻造温度范围选择原则（P245~246）1始锻温度T始：AE线以下150~250℃，尽可能高，但不能过高2终锻温度T终：①碳钢：T终≧A1线②亚共析钢：T终=A3+15~50℃（800℃左右），尽可能低，但不能过低③共析钢和过共析钢： A1+50~70℃≤T终≤Acm线参见P246图9-9四、加热缺陷（P247）1氧化：生成氧化铁（氧化皮）2脱碳：表面含碳量↓，变软3过热：强度和韧性↓定义：当毛坯加热温度超过始锻温度或毛坯在高温下停留时间过长，都会引起奥氏体晶粒迅速长大，即过热。
塑性成形工艺与模具设计自由锻造工艺PPT课件
镦粗的变形程度镦粗的变形规律高径比对镦粗变形的影响第二节自由锻基本工序分析提高锻件变形均匀的措施变形不均匀对锻件的影响环孔斜度对流动的影响毛坯直径的选取送进量的影响综合考虑送进量对拔长效率和锻件质量的影响一般认为h00508砧子形状的影响第二节自由锻基本工序分析砧子形状的影响第二节自由锻基本工序分析拔长操作的方法三冲孔第二节自由锻基本工序分析三冲孔在垫环上冲孔四扩孔芯轴扩孔主要内容填写工艺卡片等
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第二节 自由锻基本工序分析
三、冲孔 1.实心冲孔
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第二节 自由锻基本工序分析
三、冲孔 2.空心冲子冲孔 3.在垫环上冲孔
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第二节 自由锻基本工序分析
四、扩孔 1. 冲子扩孔 2.芯轴扩孔
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第二节 自由锻基本工序分析
五、芯轴拔长
第一节自由锻工序分类
可分为基本工序、辅助工序和修整工序： 基本工序主要有： 镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、 切割、错移、扭转、锻接
辅助工序：为了完成基本工序而使毛坯预先产生某一变形的工序。
修整工序：用来精整锻件尺寸和形状，消除锻件表面不平、歪曲等，使锻件达到锻 件图的要求。
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三、胎模锻造实例
第40页/共41页
感谢您的欣赏！
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五、制定自由锻工艺规程卡
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第三节 自由锻工艺的制定
五、制定自由锻工艺规程卡
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第三节 自由锻工艺的制定
五、制定自由锻工艺规程卡
第36页/共41页
第四节 胎模锻造
一、胎模锻造及工艺特点 在自由锻锤上采用活动模具成形锻件的方法称为胎模锻造，其主要工艺特点是：
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第二节 自由锻基本工序分析
三、冲孔 1.实心冲孔
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第二节 自由锻基本工序分析
三、冲孔 2.空心冲子冲孔 3.在垫环上冲孔
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第二节 自由锻基本工序分析
四、扩孔 1. 冲子扩孔 2.芯轴扩孔
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第二节 自由锻基本工序分析
五、芯轴拔长
第一节自由锻工序分类
可分为基本工序、辅助工序和修整工序： 基本工序主要有： 镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、 切割、错移、扭转、锻接
辅助工序：为了完成基本工序而使毛坯预先产生某一变形的工序。
修整工序：用来精整锻件尺寸和形状，消除锻件表面不平、歪曲等，使锻件达到锻 件图的要求。
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三、胎模锻造实例
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感谢您的欣赏！
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五、制定自由锻工艺规程卡
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第三节 自由锻工艺的制定
五、制定自由锻工艺规程卡
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第三节 自由锻工艺的制定
五、制定自由锻工艺规程卡
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第四节 胎模锻造
一、胎模锻造及工艺特点 在自由锻锤上采用活动模具成形锻件的方法称为胎模锻造，其主要工艺特点是：
6章 金属的塑性成型工艺理论基础
由于镦粗时，金属流动的距离越短，摩擦阻力越小。 端面上任何一点到边缘的距离最近处是垂直距离，所以这 个金属质点必然沿着垂直边缘的方向流动，因此方形截面 中心部分金属大多流向垂直于方形的四边，而对角线方向 很少有金属流向那里，随着变形程度的增加，断面的周边 将趋向于椭圆，而椭圆将进一步变为圆。此后，各质点将 沿着半径方向 流动，因为相 同面积的任何 形状，圆形的 周长最短，因 变形小时 而最小阻力定 律在镦粗中也 变形大时 称为最小周边 法则。
第二节 金属的塑性变形
一、金属塑性变形后的组织和性能
1.晶粒沿变形方向 拉长；2.晶格与晶 粒发生扭曲；3.晶 粒间产生碎晶 回复温度：T回＝ （0.25¬ 0.3）T熔 消除晶格扭曲和 部分加工硬化 再结晶温度
T再＝0.4T熔
二、金属塑性变形的类型
由于金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，通 常以再结晶温度为界，金属的塑性变形分为冷变形和热变 形两种。
2. 变形速度的影响
3. 应力状态的影响
二、热变形
变形温度在再结晶温度（T再＝0.4T熔）以上时，变形
产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属
具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这
种变形称为热变形。 锻造和热挤热轧都属于热变形。
三、
纤维组织的利用原则
金属压力加工最原始的坯料是钢锭，其内部组织有许 多微小缺陷，通过压力加工能消除缺陷，经过塑性变形及 再结晶，从而改变了粗大的铸态组织，获得细小的再结晶 组织，力学性能有很大提高。
第三节 塑性变形理论及假设
一、最小阻力定律
金属塑性成形的实质是金属的塑性流动。塑性成型时影响金属 流动的因素十分复杂，要定量描述线性流动规律非常困难，但可以 应用最小阻力定律定性地描述金属质点的流动方向。金属受外力作 用发生塑性变形时，如果金属质点在几个方向上都可移动，那么金 属质点就沿着阻力最小的方向移动，这就叫最小阻力定律。这实际 上是力学的普遍原理。根据这一原理可以通过调整某个方向的流动 阻力，来改变金属在某些方向的流动量，使得成型更为合理。 运用最小阻力定律可以解释为什么用平头锤镦粗时，金属坯料 的截面形状随着坯料的变形都逐渐接近于圆形。
金属加工—塑性成形
金属加工-塑性成形压力加工成型工艺（塑性成型工艺）：利用金属在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定几何形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。
作用力可分为冲击力和压力两类；压力加工的主要方法有锻造、轧制、拉拔、挤压和冲压等锻造比：金属的变形程度拔长时的锻造比：Y拔=F0/F （式中F0为坯料变形前的截面积，F 为坯料变形后的截面积）墩粗时的锻造比：Y锻=H0/H（式中H0为坯料变形前的高度，H为坯料变形后的高度）金属纤维组织：纤维组织的存在使金属的性能表现出方向性(各向异性)，沿纤维方向(平行于纤维方向)的力学性能优于横向的力学性能，特别是塑性和韧性更为明显。
热变形：金属在再结晶温度以上的塑性变形；热变形后金属的组织和力学性能明显改善。
金属的锻造性能:衡量金属材料在经受塑性成型时获得合格零件难易程度的工艺性能影响金属锻造性能的主要因素是金属的本质和加工条件。
金属的本质：化学成分的影响+内部组织的影响变形温度+变形速度+应力状态（当金属处于三向压应力状态时表现出很高的塑性。
）金属塑性变形基本规律：体积不变定律：金属塑性变形后的体积等于其塑性变形前的体积。
铸锭经锻造后其致密度增加，体积略有减少，但可忽略不计。
最小阻力定律:金属塑性变形时，首先向阻力最小的方向流动。
自由锻造：金属坯料在锻造设备的上、下砧铁或简单的工具之间，受冲击力或压力产生塑性变形的工艺。
（墩粗+拔长+冲孔）自由锻设备：自由锻造主要靠坯料局部变形，所以需要的设备能力小。
通常几十公斤的小锻件采用空气锤，两吨以下的中小型件采用蒸汽-空气锤，大钢锭和大锻件则在水压机上锻造。
模型锻造(模锻)：利用模具使毛坯变形而获得锻件。
模锻时，金属的流动受到模具模膛的限制，迫使金属在模膛内塑性流动成形。
锤上模锻：在模锻锤上进行的模锻。
所用设备主要是蒸汽-空气模锻锤(模锻锤)。
制坯模膛：拔长模膛、滚压模膛和弯曲模膛模锻模膛：预锻模膛和终锻模膛胎模锻造：在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件。
第6章挤出成型工艺
第六章挤出成型工艺第一节热塑性塑料工艺特性（一）收缩率热塑性塑料加工成型中产生的热收缩产生原因：宏观：材料的热胀冷缩行为－微观：分子间自由体积发生变化。
通常高分子材料的热膨胀系数远大于金属材料、陶瓷材料。
影响热塑性塑料成形收缩的因素如下：第六章挤出成型工艺第六章挤出成型工艺1、塑料品种热塑性塑料成形过程中由于还存在结晶化形起的体积变化，内应力强，冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性强等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显。
另外成形后的收缩、退火或调湿处理后的收缩一般也都比热固性塑料大。
第六章挤出成型工艺2、塑件特性成形时融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。
由于塑料的导热性差，使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。
所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。
另外，有无嵌件及嵌件布局，数量都直接影响物料流动方向，密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小，方向性影响较大。
第六章挤出成型工艺3、进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响物料流动方向、密度分布、及成形时间。
直接进料口、进料口截面大（尤其截面较厚的）则收缩小但方向性大，进料口宽及长度短的则方向性小。
距进料口近的或与物料流动方向平行的则收缩大。
4、成形条件模具温度高，融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶料则因结晶度高，体积变化大，故收缩更大。
另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时间长的则收缩小但方向性大。
第六章挤出成型工艺（二）流动性1、热塑性塑料流动性大小，一般可从分子量大小、熔融指数、表现粘度及流动比（流程长度/塑件壁厚）等一系列指数进行分析。
分子量小，分子量分布宽，分子结构规整性差，熔融指数高、表现粘度小；流动比大的则流动性就好。
按模具设计要求我们大致可将常用塑料的流动性分为三类：第六章挤出成型工艺（1）流动性好：尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素；（2）流动性中等改性：聚苯乙烯（例ABS·AS）、PMMA、聚甲醛、聚氯醚；（3）流动性差：聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。
第6章 塑性成形技术
胀形变形过程
§6-1 板料成形方法及其模具
（3）变形区应力、应变状态：如图所示，在变形区内，坯 料在双向拉应力作用下，沿切向和径向产生伸长变形，厚度 变薄，表面积增大。生产中的起伏成形、压凸包、压筋、圆 柱形空心毛坯的鼓肚成形、波纹管及平板毛坯的张拉成形等 都属于胀形成形。 （ 4 ）胀形力－行 程曲线：与拉深不 同，胀形时变形区 是在不断扩大的。 因此，胀形变形的 力－行程曲线是单 调增曲线，产生破 裂时，胀形力达到 最大值。胀形破裂 也属于强度破裂。 胀形变形区应力、应变状态
分类 分 板 离 冲孔 成形 方法 落料 简 图 特点及应用范围 用模具沿封闭轮廓线冲 切，冲下部分是零件。 用于制造各种平板零件 或者成形工序制坯 用模具沿封闭轮廓线冲 切，冲下部分是废料。 用于冲制各类零件的孔 形 把板料沿直线弯曲成各 种形状，板料外层受拉 伸力，内层受压缩力。 可加工形状复杂的零件
翻边变形规律
§6-1 板料成形方法及其模具
2.主要工艺参数 翻边系数Kf=d0/d反映了翻边加工的变形程度。当 Kf<Kfmin时，翻边件会产生破裂。在生产中，翻边系 数Kf是进行翻边工艺计算和模具设计的最主要工艺 参数。Kfmin表示内孔翻边的加工极限。
冲裁力-行程曲线 1-低塑性材料，2，3-塑性材料
§6-1 板料成形方法及其模具
（5）冲裁件断面特征：冲裁件断面由圆角带、光亮带、断 裂带和毛刺四部分组成。圆角带是刃口附近板料弯曲和伸长 变形的结果，是变形区对这部分坯料作用而产生的。光亮带 是在侧压力作用下板料相对滑移的结果。由于裂纹的产生一 般在刃口侧面，故在普通冲裁加工中总有毛刺产生。
§6-1 板料成形方法及其模具
变形区应力、应变状态
§6-1 板料成形方法及其模具
第六章金属塑性成形工艺理论基础
2）金属板料经冷变形强化，获得一定的几何形 状后，结构轻巧，强度和刚度较高。
3）冲压件尺寸精度高，质量稳定，互换性好， 一般不需机械加工即可作零件使用。 4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机 械化和自动化。
5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。
6）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用 高，只适用于大批量生产。
坯料在锻造过程中，除与上下抵铁或其它辅 助工具接触的部分表面外，都是自由表面，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。
自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产 大型锻件的唯一方法。
1) 自由锻设备
空气锤 它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适
用于小型锻件；65~750Kg
挤压成形是使坯料在外力作用下，使模具内的金属坯 料产生定向塑性变形，并通过模具上的孔型，而获得 具有一定形状和尺寸的零件的加工方法。
图6-3 挤压
挤压的优点：
1）可提高成形零件的尺寸精度，并减小表面粗糙 度。 2）具有较高的生产率，并可提高材料的利用率。 3）提高零件的力学性能。 4）挤压可生产形状复杂的管材、型材及零件。
3）精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不 平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平 整端面、校直弯曲。
3）自由锻的特点
优点：
1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法
3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属 的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的 设备吨位小。
实例：
当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与 杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力 顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱(如图示 )。
3）冲压件尺寸精度高，质量稳定，互换性好， 一般不需机械加工即可作零件使用。 4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机 械化和自动化。
5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。
6）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用 高，只适用于大批量生产。
坯料在锻造过程中，除与上下抵铁或其它辅 助工具接触的部分表面外，都是自由表面，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。
自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产 大型锻件的唯一方法。
1) 自由锻设备
空气锤 它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适
用于小型锻件；65~750Kg
挤压成形是使坯料在外力作用下，使模具内的金属坯 料产生定向塑性变形，并通过模具上的孔型，而获得 具有一定形状和尺寸的零件的加工方法。
图6-3 挤压
挤压的优点：
1）可提高成形零件的尺寸精度，并减小表面粗糙 度。 2）具有较高的生产率，并可提高材料的利用率。 3）提高零件的力学性能。 4）挤压可生产形状复杂的管材、型材及零件。
3）精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不 平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平 整端面、校直弯曲。
3）自由锻的特点
优点：
1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法
3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属 的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的 设备吨位小。
实例：
当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与 杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力 顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱(如图示 )。
精选第六章金属塑性成形的工艺理论基础
模锻广泛应用于： 国防工业和机械制造业，按质量计算模锻件在飞 机上占85%，坦克占70%，汽车占80%，机车占 60%。
6. 板料冲压
板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加 压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的 加工方法。
板料冲压又称薄板冲压或冷冲压。
冲压工艺广泛应用于： 汽车、飞机、农业机械、 仪表电器、轻工和日用 品等工业部门。
① 使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断； ②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。
实例：
① 当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部 的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着 纤维方向，故螺钉的承载能力较弱(如图示a)。
② 当采用同样棒料
经局部镦粗方法制造 螺钉时(如图示b)，纤 维不被切断且连贯性 好，纤维方向也较为 有利，故螺钉质量较 好。
拉拔时为两向受压一向受拉的状态：拉应力使金属原子间距增
大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，缺 陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到破坏报废的程度。
图6-13 挤压时金属应力状态
图6-14 拉拔时金属应力状态
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，变形抗力比挤压
的变形抗力小。 故必须综合考虑塑性和变形抗力。
对塑性较低的金属，应尽量在三向压应力下变形，以免产生裂纹。 对塑性较好的金属，变形时出现拉应力是有利的，可以减少变形能
单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。
5. 模锻
模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力 的作用下迫使坯料变形而获得 锻件的一种加工方法。
坯料变形时，金属的流动 受到模膛的限制和引导，从而 获得与模膛形状一致的锻件。
6. 板料冲压
板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加 压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的 加工方法。
板料冲压又称薄板冲压或冷冲压。
冲压工艺广泛应用于： 汽车、飞机、农业机械、 仪表电器、轻工和日用 品等工业部门。
① 使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断； ②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。
实例：
① 当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部 的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着 纤维方向，故螺钉的承载能力较弱(如图示a)。
② 当采用同样棒料
经局部镦粗方法制造 螺钉时(如图示b)，纤 维不被切断且连贯性 好，纤维方向也较为 有利，故螺钉质量较 好。
拉拔时为两向受压一向受拉的状态：拉应力使金属原子间距增
大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，缺 陷处易产生应力集中，使裂纹扩展，甚至达到破坏报废的程度。
图6-13 挤压时金属应力状态
图6-14 拉拔时金属应力状态
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，变形抗力比挤压
的变形抗力小。 故必须综合考虑塑性和变形抗力。
对塑性较低的金属，应尽量在三向压应力下变形，以免产生裂纹。 对塑性较好的金属，变形时出现拉应力是有利的，可以减少变形能
单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。
5. 模锻
模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力 的作用下迫使坯料变形而获得 锻件的一种加工方法。
坯料变形时，金属的流动 受到模膛的限制和引导，从而 获得与模膛形状一致的锻件。
塑性成形工艺(挤压与拉拔)
设备以来，挤压技术得到了迅速发展， 主要表现在以下几方面： （1）挤压机的台数和能力不断增加。目 前，全球挤压机总台数约6000多台，中 国约3000台；最大吨位的挤压机是 360MN水压机，最大吨位的油压机是 150MN挤压机。
（2）自动化程度不断提高。挤压机的控
制已完全摆脱了人工操纵分配器的繁重 劳动，实现了自动控制。 （3）强化挤压生产过程，新的挤压技术 不断出现。如：等温挤压、等速挤压、 静液挤压、连续挤压、有效摩擦挤压、 半熔融挤压、无压余挤压、多坯料挤压 等等。
C、皮下缩尾 （ 1 ）死区与塑性流动区界面因剧烈滑 移使金属受到很大剪切变形而断裂。 （ 2 ）表面层带有氧化物、各种表面缺 陷及污物的金属，会沿着断裂面流出。 （ 3 ）与此同时，死区金属也逐渐流出 模孔包覆在制品的表面上，形成皮下缩 尾（外成层）或起皮。
2.1.3.3减少挤压缩尾的措施
主要参考资料 1.谢建新,刘静安.金属挤压的理论与技术. 北京:冶金工业出版社,2001 2.王祝堂,田荣璋.铝合金及其加工手册（修 订版）.长沙:中南大学出版社,2002 3.温景林.金属挤压与拉拔工艺学.沈阳:东 北大学出版社,2003 4.魏军.有色金属挤压车间机械设备.北京: 冶金工业出版社,1988
（1）对锭坯表面进行机械加工——车皮。 （2）采用热剥皮挤压，如图2-14。
图2-14 挤压生产线上热剥皮示意图
（3）采用脱皮挤压，如图2-15。
图2-15 铜合金脱皮挤压示意图 a-挤压；b-清除脱皮
（4）进行不完全挤压——留压余。 （5）保持挤压垫工作面的清洁，减少锭 坯尾部径向流动的可能性。
图2-8
一次挤压棒材金属流动情况
2.1.2.5挤压力的变化规律
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第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（3）影响拔长质量的工艺因素 1）送进量的影响 2）压下量的影响 3）砧子形状的影响
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
3.冲孔
将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为 冲孔。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法 （二）自由锻工艺规程的制定 1.绘制锻件图
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（一）分离工序
１.冲裁（落料和冲孔） 冲裁：是使坯料按封闭轮廓分离的工序。 落料：是指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。
冲孔 落料
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
(1)冲裁变形过程 冲裁时板材的变形和分离过程对冲裁件质量有很大影响。当凸 凹模间隙正常时，其过程可分为如下三个阶段。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
2. 锻造压力机上模锻 （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，其主滑 块水平运动，故称之 为平锻机。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
三、挤压成形
挤压成形是金属坯料在模具内通过压力机强大的压力和一定速度 作用下，迫使金属从模口挤出，从而获得所需形状、尺寸并具有 一定力学性能制品的成形方法。 挤压成形可在专用挤压机上进行，也可在一般通用压力机、液压 机上进行。
定义：材料的塑性成形性是指材料经过 塑性变形而不产生裂纹和破裂以获得所需形 状的性能。该性能受以下因素影响： 1.材料性质的影响（内因） (1)化学成分的影响 (2)金属组织的影响 2.变形条件的影响 （外因） (1) 变形温度的影响 （ 一定范围，温度
高，塑性好）
(2) 变形速度的影响 变形速度即单位 时间内的变形程度。它对金属的塑性成形性 的影响是比较复杂的。 (3)应力状态的影响 --（压应力越多， 塑性越好）
第六章 塑性成形工艺
第一节 塑性成形理论基础知识
五、塑性成形基本定律
1.最小阻力定律 金属受外力作用发生塑性变形时，如果某质点有向各种方 向移动的可能性时，则质点将沿着阻力最小的方向移动，故宏 观上变形阻力最小的方向上变形量最大，这就叫做最小阻力定 律。
第六章 塑性成形工艺
第一节 塑性成形理论基础知识
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
一、自由锻
自由锻（ Free Forging ）是在自由锻设备上利用简单的通用 性工具（如砧子、型砧、胎模等）使坯料变形而获得所需的几何 形状及内部质量的锻件的加工方法。 常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽 — 空气自由锻锤、液压机 等。 自由锻设备通用性好、工具简单，可锻大型件，锻件组织细 密、力学性能好。但其操作技术要求高，生产效率低。自由锻件 形状较简单、加工余量大、精度低。一般小型锻件以成形为主， 大型锻件（尤其是重要件）和特殊钢则以改善内部质量为主。 自由锻的工序包括基本工序、辅助工序和修整工序。
多晶： 多晶体金属的塑性变形由晶内变形和晶间
变形所组成。 晶间变形是指晶粒间的相对位移，包括晶粒间的 相对滑动和转动。
第六章 塑性成形工艺
第一节 塑性成形理论基础知识
二、加工硬化、回复和再结晶
1.加工硬化 金属在冷变形加工时，随变形量增加，金属材料的强度、硬度 提高，但塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。 加工硬化是一种不稳定状态！ 2.回复和再结晶 (1)回复 将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到 平衡位臵，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。 回复温度约为： T回=(0.25-0.3)T熔（K）。 回复时不改变晶粒的形状！ (2)再结晶 塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结 晶，变为等轴晶粒的现象，称为再结晶，此时晶内残余应力消除。 再结晶温度： T再=0.4T熔(K)。
第六章 塑性成形工艺
第六章 塑性成形工艺
用于塑性成形的金属材料包括黑色金属和有色金属，大
多数金属及其合金均具有一定的塑性，可在热态或冷态下进
行各种塑性成形。
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。
第六章 塑性成形工艺
第一节 塑性成形理论基础知识
一、塑性变形机理 单晶：
经典理论认为：晶粒内部产生了滑移和孪晶 近代物理学理论认为：位错等缺陷的运动
（ 1 ）加工余量 工余量。
自由锻件表面留有供机械加工用的金属层，称为加
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（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。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
4. 确定锻造温度范围 始锻温度 终锻温度
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
4. 确定锻造温度范围
常用金属的锻造温度范围
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
5. 制订自由锻工艺规程卡
锻造工艺规程卡上需填写工艺规程制定的所有内容。它包 括下料方法、工序安排、火次、加热设备、加热及冷却规范 、锻造设备、锻件锻后处理等等。
第六章 塑性成形工艺
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
二、模型锻造（Model Forging）
利用模具使毛坯变形获得锻件的锻造方法称为模型锻造。 模锻的特点 模锻的应用
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
1. 锤上模锻 在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（1）热模锻压 力机上模锻 热模锻压力机滑 块运动精确，模具 有导向装臵，工步 分为预成形、预锻 、终锻等。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
2. 锻造压力机上模锻 （ 2 ）螺旋压力机上 模锻 螺旋压力机是利 用飞轮旋转积蓄的能 量，靠主螺杆的旋转 带动滑块上、下运动 使坯料模锻成形的。
第六章 塑性成形工艺
第一节 塑性成形理论基础知识
三、金属的冷变形和热变形
1.冷变形 在回复温度以下进行的塑性变形称为冷变形 。变形过程中会出现加工硬化。 2.热变形 在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变 形。在热变形过程中既有加工硬化又有再结晶，但加工硬化 会被回复和再结晶完全消除。 金属塑性加工采用的最初坯料是铸锭，其内部组织很不 均匀，晶粒较粗大，并存在气孔、缩松、非金属夹杂物等缺 陷。铸锭经加热后塑性加工，由于塑性变形及再结晶，从而 改善了粗大、不均匀的铸态结构，获得了细化了的再结晶组 织，同时可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属 更加致密，力学性能得到很大提高。
第六章 塑性成形工艺
第一节 塑性成形理论基础知识
四、变形程度、锻造比与锻造流线
1.纤维组织（锻造流线） 锻造时，晶界脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈 碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈 条状分布，这种结构称为纤维组织或锻造流线。 2.锻造比 在塑性成形时，常用锻造比 (Y)来表示变形程度。 Y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： 拔长时的锻造比：Y拔=F0／F 镦粗时的锻造比：Y镦=H0／H
2.体积不变条件（定律） 由于塑性变形时金属密度的变化很小，物体主要发生 形状的改变，虽然体积也有微量的变化，但与塑性变形相 比是很小的，可以忽略不计，可认为变形前后的体积相等 ，这就是塑性变形时的体积不变条件。
第六章 塑性成形工艺
第一节 塑性成形理论基础知识
六、材料的塑性成形性（可锻性）
抗力 塑性
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（2）模锻件图的制订 4）圆角半径的确定 为了便于金属在模膛中流动，防止锻 模开裂，保证锻造流线的连续性，提高锻模寿命，锻件上所 有尖锐棱角都必须做成圆弧，圆弧的半径称为圆角半径。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（2）模锻件图的制订 5）冲孔连皮 具有通孔的锻件在模锻时不能锻出通孔， 故孔内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连皮。
1．挤压成形工艺的特点 2．挤压方法分类及应用 冷挤压
（1）按坯料温度不同分类 温挤压 热挤压
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
三、挤压成形
2．挤压方法分类及应用 （2）按挤压时金属的流动方向与凸模运动方向不同分类 ①正挤压 ②反挤压
反挤压
正挤压
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
6）锻件图的技术条件（热处理等方面要求）
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
2. 锻造压力机上模锻
（1）热模锻压力机上模锻 热模 锻 压 力 机 采用整体 床身或有预应力的框架式机 身，通过曲柄连杆机构使滑 块往复运动进行模锻。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法 2. 锻 造 压 力 机 上模锻
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（一）自由锻基本工序
1.镦粗 使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序称为镦粗。
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
（一）自由锻基本工序
2.拔长 使坯料横截面减小而 长度增加的锻造工序叫拔长。 （1）拔长变形的特点 （2）拔长方法
第六章 塑性成形工艺
第六章 塑性成形工艺
塑性成形 (Plasticity Forming) 是指对金属材料施加 外力作用，利用金属的塑性使其产生塑性变形，从而获得 具有一定的形状、尺寸、组织和性能的工件或毛坯的加工 方法，也称为塑性加工或压力加工。 常见的塑性成形方法有：锻造、冲压、挤压、轧制、 拉拔等。