金属塑性加工原理全套课件215p-中南大学_图文.ppt名师教学资料
合集下载
【材料课件】金属塑性加工原理
张量表达：
(i,j=x,y,z)
x xy xz
ij
.
y
yz
. . z
应力分量图示
应力的分量表示及正负符号的规定
ij xx、xy、xz、yx、 yy、yz、zx、zy、 zz
i——应力作用面的外法线方向 j——应力分量本身作用的方向
y
y z
z
x
2 xy
2 yz
2 zx
1 2 2 3 31
x xy xz I3 . y yz 1 2 3
. . z
讨论：
1. 可以证明，在应力空间，主应力平面是存在的； 2. 三个主平面是相互正交的； 3. 三个主应力均为实根，不可能为虚根； 4. 应力特征方程的解是唯一的； 5. 对于给定的应力状态，应力不变量也具有唯一性; 6. 应力第一不变量I1反映变形体体积变形的剧烈程 度，与塑性变形无关；I3也与塑性变形无关；I2与塑 性变形无关。 7. 应力不变量不随坐标而改变，是点的确定性的判据。
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。
§0.6 金属材料加工的主要方向
常规材料加工工艺的短流程化和高速、高效 化连铸连轧
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
*
上课课件
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
*
上课课件
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
*
上课课件
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
*
上课课件
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
*
上课课件
§3.1 塑性流动规律（最小阻力定律）
上课课件
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。
中南大学塑性加工课件第02章资料
Levy-Mises增量理论
Prandtl-Reuss增量理论
增量理论总结
增量理论的实验验证
➢ 全量理论：
或：
若已知应变变化历史，即知道加载路径， 则这个路径可以积分得出应力与应变全量之间 的关系，建立全量理论或形变理论，尤其是简 单加载下，把增量理论中的增量符号“d”取 消即可。
在简单加载条件不成立的情况下全量理论 是不能使用的。但由于全量理论解题的方便性， 在简单加载条件不成立的情况下，也经常使用 全量理论求解。
面)
Mises屈服准则的图形表示
]
两种屈服条件的实验验证 薄壁筒拉扭实验
]
比较两屈服准则的区别
相同点
不同点
物理含义不同 表达式不同 几何表达不同
Tresca：最大剪应力达到极限值K Mises：畸变能达到某极限 Tresca：没有考虑中间应力 Mises：考虑了中间应力； Tresca：主应力空间中垂直p 平面正六棱柱； Mises：主应力空间中垂直于p 平面圆柱。
关系是塑性变形的两个基本特征。
由于加载、卸载规律不同，导致 关系不唯一。只有知道变形 历史，才能得到一一对应的 关系，即塑性变形与变形历史或路径
有关。这是第3个重要特征。 事实上， s 以后的点都可以看成是重新加载时的屈服点。以g点
为例，若卸载则 关系为弹性。卸载后再加载，只要 g 点， 关系仍为弹性。一旦超过g点， 呈非线性关系，即g点也是弹 塑性变形的交界点，视作继续屈服点。一般有 g s，这一现象为硬化
➢ 增量理论：
d为一正的瞬时参数。 ——等效应力， ——等效塑性应变增量
主应力状态下：
增量理论的假设：
（1）材料是刚塑性体。
（2）材料符合Mises塑性条件 e r 。
第三节金属的塑性加工(共37张PPT)
正火组织
l 带状组织与枝晶偏析
l 被沿加工方向拉长有 关
l 。可通过屡次正火或 扩
l 散退火消除.
〔三〕塑性变形对金属组织与性能的影响
1. 塑性变形对金属组织结构的影响
(1) 纤维组织形成 金属发生塑性变形时，外形发生变 化，其内部的晶粒也相应地被拉长或压扁。当变形量 很大时，晶粒将被拉长为纤维状。
(2) 亚结构形成
塑性变形 还使晶
粒破碎为亚晶粒。
(3)形变织构的产生 由于
晶粒的转动，当塑性变形到达
• 理论上，整体刚性滑移——滑移困难 • 实际上，位错移动——滑移容易
近代物理学证明，实际晶体内部存在大量缺陷。其中，以位错 (图3-2a)对金属塑性变形的影响最为明显。由于位错的存在，局部原 子处于不稳定状态。在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位 的原子很容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置上(图3-2b)， 形成位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性变形(图 3-2c)。
再结晶退火温度对晶粒度的影响
2、预先变形度
预先变形度的影响，实质上是变形均匀程度的影响. 当变形度很小时，晶格畸变小，缺乏以引起再结晶.
当变形到达2~10%时，只有局部晶粒变形，变形极
不均匀，再结晶晶 粒大小相差悬殊， 易互相吞并和长大,
再结晶后晶粒特别 粗大，这个变形度
称临界变形度。
预先变形度对再结晶晶粒度的影响
滑移变形的特点 ： • ⑴ 滑移只能在切应力的作用下发生。产生滑移的最小
切应力称临界切应力.
⑵ 滑移常沿晶体中原 子密度最大的晶面和晶
向发生。因原子密度最 大的晶面和晶向之间原 子间距最大，结合力最 弱，产生滑移所需切应 力最小。
金属塑性加工PPT教案
2. 任意斜面上的应力 ——描述一点应力状态的
充分条件 可以证明：只第38页要/共88已页 知受力物体
上过某一点的一组三个互相
第39页/共88页
S2
S
2 x
S
2 y
Sz2
ABC Sx OBC x OCA yx OAB zx
Sx xl yxm zxn sy xyl ym zy n sz xzl zy m zn
第18页/共88页
应变状态：压缩应变有利于塑性的发挥， 拉伸应变对塑性不利。
第19页/共88页
3. 提高金属塑性的基本途径 （1）提高材料成分和组织的均
匀性
（2）合理选择变形温度和应变 速率
（3）选择三向压缩性较强的变 形方式
挤压、开式模锻、自由锻 第20页/共88页
（4）减少变形的不均匀性
二、塑性加工过程受力分析
第16页/共88页
一、金属在塑性加工过程中的塑性行为
1. 模拟实际塑性加工过程的试 验方法： （1）偏心轧辊轧制矩形试样 （2）杯突试验
第17页/共88页
2. 影响金属塑性的因素： （1）金属的化学成分和组织 （2）变形温度 （3）应变速率 （4）变形力学条件：
应力状态：在主应力状态下， 压应力个数越多、数值越大， 金属的塑性越好。
金属塑性加工
金属塑性加工原理
第1页/共88页
一、金属塑性加工的 定义、特点、应用状况
1. 定义： 金属塑性加工是利用金属的塑性，
通过外力使金属铸锭、金属粉末或各 种金属坯料发生塑性变形，成为具有 所需形状、尺寸和性能的制品的加工 方法。
第2页/共88页
2.特点
①材料利用率高。
②生产效率高。
③产品质量高，性能好，缺陷 少。
充分条件 可以证明：只第38页要/共88已页 知受力物体
上过某一点的一组三个互相
第39页/共88页
S2
S
2 x
S
2 y
Sz2
ABC Sx OBC x OCA yx OAB zx
Sx xl yxm zxn sy xyl ym zy n sz xzl zy m zn
第18页/共88页
应变状态：压缩应变有利于塑性的发挥， 拉伸应变对塑性不利。
第19页/共88页
3. 提高金属塑性的基本途径 （1）提高材料成分和组织的均
匀性
（2）合理选择变形温度和应变 速率
（3）选择三向压缩性较强的变 形方式
挤压、开式模锻、自由锻 第20页/共88页
（4）减少变形的不均匀性
二、塑性加工过程受力分析
第16页/共88页
一、金属在塑性加工过程中的塑性行为
1. 模拟实际塑性加工过程的试 验方法： （1）偏心轧辊轧制矩形试样 （2）杯突试验
第17页/共88页
2. 影响金属塑性的因素： （1）金属的化学成分和组织 （2）变形温度 （3）应变速率 （4）变形力学条件：
应力状态：在主应力状态下， 压应力个数越多、数值越大， 金属的塑性越好。
金属塑性加工
金属塑性加工原理
第1页/共88页
一、金属塑性加工的 定义、特点、应用状况
1. 定义： 金属塑性加工是利用金属的塑性，
通过外力使金属铸锭、金属粉末或各 种金属坯料发生塑性变形，成为具有 所需形状、尺寸和性能的制品的加工 方法。
第2页/共88页
2.特点
①材料利用率高。
②生产效率高。
③产品质量高，性能好，缺陷 少。
第1章-塑性加工金属学
弥散强化：第二相以细小质点的形式存在而使合金显著 强化的现象称弥散强化。
一方面，相界（即晶界）面积显著增多并使周围晶格发 生显著畸变，从而使滑移阻力增加。
另一。
聚合型
弥散型
两相合金的显微组织
此部分讲!
四、冷塑性变形对金属组织和性能的影响
第二节 金属在冷态下的塑性变形
一、金属的晶体结构和组织
合金：由两种或两种以上的金属构成，按组织特征分为单相 合金（以基体金属为基的单相固溶体组织）和多相合金 （除基体外，还有第二相）。
多晶体：由许多大小、形状和位向都不同的晶粒组成，晶粒 之间存在晶界 。变形的不均匀性和各晶粒变形的相互协调 性是其变形的主要特点。
• 材料利用率高
金属塑性成形主要靠金属的体积转移来获得一定的形状 和尺寸，无切削，只有少量的工艺废料，因此材料利用率高，
一般可达75%～85%，最高可达98%以上。
• 尺寸精度高
精密锻造、精密挤压、精密冲裁零件，可以达到不需机 械加工就可以使用的程度。
二、塑性成形工艺的分类 冲压 锻造 挤压 轧制 拉拔
材料成形原理之 -塑性成形原理
第一章 金属塑性成形的物理基础
塑性成形原理研究的对象： 金属塑性成形基本问题
第一节 绪 论
塑性：
材料在外力的作用下产生一定的永久变形而不 破坏其完整性的能力。
塑性成形：
材料成形的基本方法之一，它是利用材料的 塑性，在外力作用下获得所需尺寸和形状的工 件的一种加工方法，又称为塑性加工。
低温回复（0.1～0.3）Tm时，回复的主要机理是点缺陷运 动和互相结合，使点缺陷的浓度下降。(Tm为熔点)
中温回复（0.3～0.5）Tm时，位错发团内部位错重新组合 和调整、位错运动和异号位错互毁，导致位错发团厚度变薄， 位错网络清晰，晶界位错密度下降，亚晶缓慢长大。
《塑性加工原理》课件
《塑性加工原理》PPT课 件
本课程介绍了塑性加工的基本原理、分类及应用。通过本次学习，你将了解 到塑性加工对于许多工业领域的重要性及其发展前景。
什么是塑性加工
塑性加工是指将金属或非金属材料由原来的形状变形为期望的形状的一种工艺过程。
1 塑性变形与弹性变形的区别
塑性变形是指材料受力后发生不可逆的形状改变；而弹性变形则是指材料恢复原状并不发生形状改变。
电子工业
制造电器部件或电子元器件，如手机外壳、电池 壳、印刷电路板等。
机械制造
制造各种机械零部件，如轴承、齿轮、齿条等。
航空航天
制造各种航空、航天用零部件，如飞机零件、火 箭发动机零件等。
医疗器械
制造各种医疗器械，如人工关节、牙科种植体等。
日常生活中的应用
铝制品、锅具、金属餐具、钢制品等。
总结
塑性加工是现代工业制造中不可或缺的一部分，对于提升工业生产效率和商品质量、创新产品设计等方 面起到了重要作用。
塑性加工原理
材料力学、材料流动、应力、应变与变形以及热力学是塑性加工原理的基础。
材料力学的基础知识
有效应力、有效应变、杨氏模量、泊松比。
塑性加工中的材料流动
材料流变特性、材料流动应力、材料流动规律。
应力、应变与变形
应力、应变、真应力、真应变、本构方程。
热力学
热加工硬化、热稳定、再结晶和晶粒长大。
塑性加工的分类
压力成形
主要包括锻造、模锻、拉伸等加工方式。
挤压成形
指将材料进行轴对称或非轴对称的挤压变形。其中 还包括箔挤压、粉末挤压等。
深冲成形
利用模具将板材或线材等进行冲压、弯曲、拉伸等 变形。
轧制
将块状、板材等材料经过轧辊变形而实现的成形工 艺。
本课程介绍了塑性加工的基本原理、分类及应用。通过本次学习，你将了解 到塑性加工对于许多工业领域的重要性及其发展前景。
什么是塑性加工
塑性加工是指将金属或非金属材料由原来的形状变形为期望的形状的一种工艺过程。
1 塑性变形与弹性变形的区别
塑性变形是指材料受力后发生不可逆的形状改变；而弹性变形则是指材料恢复原状并不发生形状改变。
电子工业
制造电器部件或电子元器件，如手机外壳、电池 壳、印刷电路板等。
机械制造
制造各种机械零部件，如轴承、齿轮、齿条等。
航空航天
制造各种航空、航天用零部件，如飞机零件、火 箭发动机零件等。
医疗器械
制造各种医疗器械，如人工关节、牙科种植体等。
日常生活中的应用
铝制品、锅具、金属餐具、钢制品等。
总结
塑性加工是现代工业制造中不可或缺的一部分，对于提升工业生产效率和商品质量、创新产品设计等方 面起到了重要作用。
塑性加工原理
材料力学、材料流动、应力、应变与变形以及热力学是塑性加工原理的基础。
材料力学的基础知识
有效应力、有效应变、杨氏模量、泊松比。
塑性加工中的材料流动
材料流变特性、材料流动应力、材料流动规律。
应力、应变与变形
应力、应变、真应力、真应变、本构方程。
热力学
热加工硬化、热稳定、再结晶和晶粒长大。
塑性加工的分类
压力成形
主要包括锻造、模锻、拉伸等加工方式。
挤压成形
指将材料进行轴对称或非轴对称的挤压变形。其中 还包括箔挤压、粉末挤压等。
深冲成形
利用模具将板材或线材等进行冲压、弯曲、拉伸等 变形。
轧制
将块状、板材等材料经过轧辊变形而实现的成形工 艺。
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。
塑性加工原理 ppt课件
H
H
h1
hn
hn h1 h2 L L hn
H H h1
hn1
PPT课件
42
1.2 实现轧制过程的条件
轧制过程：靠旋转的轧辊与轧件之间的摩擦力将轧件
拖入 辊缝，并使之受到 压缩 产生塑性变形，获得
一定形状、尺寸和性能的压力加工过程。
PPT课件
43
轧制过程的三阶段 一 、 咬入阶段
咬入：依靠旋转的轧辊与轧件间的摩擦力将轧件拖入 辊缝的现象。
l R h
PPT课件
32
（2）上下辊直径不相等(异步轧制）
假设上下两辊的变形区长度相等，则
l
R
2 1
(R1
h1
)2
R
2 2
(R2
h2 )2
l 2R1h1 2R2h2
即R1 h1 R2 h2
h2
R1
h1 R2
而h=h1
h2
h1
钢材生产的集约化和现代化
1）过程综合柔化性：（适应 小批量、多品种、短交 货期的市场要求） 例如：板带：自由程序轧制；
型钢：无孔型平辊轧制。
PPT课件
13
2）机电一体智能化：自动控制和智能控制
自动化是现代化轧钢厂提高产品质量 的最为有效的手段，与人工智能结合控制 是轧制技术发展的新的重要方向。
PPT课件
缝（轧辊中心连线），称为抛 (甩)出阶段。
PPT课件
46
1.2.1 咬入条件
1.（自然）咬入条件 受力分析如图 1-1
轧件对轧辊的作用力
轧辊对轧件的作用力
图1-1 咬入时轧件受力分析
中南大学张新明教授金属塑性加工原理03PPT课件
1
整体概述
概述一
点击此处输入
相关文本内容
概述二
点击此处输入
相关文本内容
概述三
点击此处输入
相关文本内容
2
3
预防措施：
为了防止镦粗时的这种断裂，必须尽量减少鼓 形所引起的周向拉应力。可采用如下措施： （1）减少工件与工具间的接触摩擦；提高接触表 面的光洁度，采用适当高效能的润滑剂， （2）采用凹形模：锻造时，由于模壁对工件的横 向压缩，使周向拉应力减少。
24
1．脆性断裂
在断面外观上没有明显的塑性变形迹象，直接由弹
性变形状态过渡到断裂，断裂面和拉伸轴接近正交，断
口平齐，如图3-68a所示。
脆性断裂在单晶体试样中常表现为沿解理面的解理
断裂。所谓解理面，一般都是晶面指数比较低的晶面，
如体心立方的（100）面。
在多晶体试样中则可能出现两种情况：一是裂纹沿
一、断裂的基本类型 根据断裂前金属是否呈现有明显的塑性变形，可将
断裂分为韧性断裂与脆性断裂两大类。通常以单向拉伸 时的断面收缩率大于5%者为韧性断裂，而小于5%者为脆 性断裂。此外，按断裂面相对作用力方向的取向关系， 分正断与剪断两种形式，垂直于最大正应力的断裂称正 断，沿最大切应力方向发生的断裂为剪断。通常正断沿 解理面断裂；剪断沿滑移面断裂。
11
12
二、轧制时的断裂
1．轧制时的表面开裂
13
预防措施：
为避免上述断裂现象的发生，首先是要有适 宜的良好辊型和坯料尺寸形状，其次是制定合理 的轧制工艺规程（压下量控制、张力调整、润滑 适宜等等）。
14
2．轧制时内部裂纹
在平辊间轧制厚坯料时，因压下量小而产生 表面变形。中心层基本没有变形，因而中心层牵制 表面层，给予表面层以压应力，表面层则给中心层 以拉应力（图3-61 b）。当此不均匀变形与拉应力 积累到一定程度时，就会引起心部产生裂纹，而使 应力得到松弛，当变形继续进行此应力又积累到一 定程序又会产生心部裂纹，如此继续，便在心部产 生了周期性裂纹（图3-61）。
整体概述
概述一
点击此处输入
相关文本内容
概述二
点击此处输入
相关文本内容
概述三
点击此处输入
相关文本内容
2
3
预防措施：
为了防止镦粗时的这种断裂，必须尽量减少鼓 形所引起的周向拉应力。可采用如下措施： （1）减少工件与工具间的接触摩擦；提高接触表 面的光洁度，采用适当高效能的润滑剂， （2）采用凹形模：锻造时，由于模壁对工件的横 向压缩，使周向拉应力减少。
24
1．脆性断裂
在断面外观上没有明显的塑性变形迹象，直接由弹
性变形状态过渡到断裂，断裂面和拉伸轴接近正交，断
口平齐，如图3-68a所示。
脆性断裂在单晶体试样中常表现为沿解理面的解理
断裂。所谓解理面，一般都是晶面指数比较低的晶面，
如体心立方的（100）面。
在多晶体试样中则可能出现两种情况：一是裂纹沿
一、断裂的基本类型 根据断裂前金属是否呈现有明显的塑性变形，可将
断裂分为韧性断裂与脆性断裂两大类。通常以单向拉伸 时的断面收缩率大于5%者为韧性断裂，而小于5%者为脆 性断裂。此外，按断裂面相对作用力方向的取向关系， 分正断与剪断两种形式，垂直于最大正应力的断裂称正 断，沿最大切应力方向发生的断裂为剪断。通常正断沿 解理面断裂；剪断沿滑移面断裂。
11
12
二、轧制时的断裂
1．轧制时的表面开裂
13
预防措施：
为避免上述断裂现象的发生，首先是要有适 宜的良好辊型和坯料尺寸形状，其次是制定合理 的轧制工艺规程（压下量控制、张力调整、润滑 适宜等等）。
14
2．轧制时内部裂纹
在平辊间轧制厚坯料时，因压下量小而产生 表面变形。中心层基本没有变形，因而中心层牵制 表面层，给予表面层以压应力，表面层则给中心层 以拉应力（图3-61 b）。当此不均匀变形与拉应力 积累到一定程度时，就会引起心部产生裂纹，而使 应力得到松弛，当变形继续进行此应力又积累到一 定程序又会产生心部裂纹，如此继续，便在心部产 生了周期性裂纹（图3-61）。