塑性成形控形与控性技术发展概述
优选第四章塑性成形及工艺控制
➢模型锻造的特点：见书109-112页
➢录像：锤上模锻、平锻机上模锻、压力机上模锻
锻造
锻造
冲压
➢冲压定义及特点:见书113页 ➢冲压用原料：板料、条料和带料，具体材料种类：书113页。 ➢冲压用设备: 剪床和冲床； ➢板料冲压基本工序:
1) 分离工序：见表3.4 冲裁间隙的影响：合理、过大和过小
➢轧制： 1）定义：书91页
纵轧
2）分类：
横轧 斜轧
辊锻轧制 碾环轧制
锲横轧等 3）轧制过程及产品的质量控制
轧制和挤压
第3章 金属压力加工
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
控制轧制：控制加热温度、 控制轧制温度、控制变形程 度、控制轧后冷却速度
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
轧制和挤压
锻造
➢锻造定义:见书102页打铁和锻造自动生产线 ➢分类: 自由锻造和模型锻造 ➢自由锻造:
1) 基本工艺过程:设计锻件图下料加热锻造冷却 及热处理锻件清理 动画：余块和余量、镦粗、拔长
2）基本工序: 见表3.1 3）特点:具有通用性、生产锻件的质量范围大 ➢录像：锤上自由锻
锻前加热和锻后冷却对锻件质量的影响：
2）变形工序：见表3.5和图3.6、3.7、3.8、3.9和3.10 ➢其它冲压成形方法：旋压成形、爆炸成形和电磁成形
冲压
特种塑性成形加工
➢精密模锻： ➢粉末热锻： ➢特种轧制： ➢高能率成形：爆炸成形＼电液成形＼电磁成形 ➢超塑性成形：
1）超塑性： 2）和普通模锻的主要差别：图3.5和表3.3 3）超塑性模锻的工艺优势：见书125页。
特种塑性成形加工
塑性成形技术
塑性成形技术的现状及发展趋势刘东利（中国民航大学，航空工程系，天津，300300）摘要：叙述了塑性成形技术的现状,介绍了现代塑性加工新技术及塑性成形的发展趋势,金属塑性成形技术展望，提出了当代塑性成形技术的研究方向。
关键词：塑性成形技术；塑性加工新技术；发展趋势；技术展望；研究方向Current situation and development trend of plasticity formingtechnologyLiu Dong Li(Aeronautical Engineering CollegeCollege of Civil Aviation University of China, Tianjin, 300300)Abstract:The present situation of plastic forming technology, introduced the modern plastic processing of new technology and development trend of plastic forming, metal plastic forming technology, puts forward the research direction of modern plastic forming technology.Key words: The plastic forming technology;New technology of plastically processing; Development trend; prospect; research direction1 引言塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点,已成为当今先进制造技术的重要发展方向。
据国际生产技术协会预测,21世纪,机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。
塑性成形技术讲解
塑性成形技术讲解第⼆章塑性成形技术※塑性成形技术：利⽤外⼒使⾦属材料产⽣塑性变形，使其改变形状、尺⼨和改善性能，从⽽获得各种产品的加⼯⽅法。
※主要应⽤：1）⽣产各种⾦属型材、板材和线材；2）⽣产承受较⼤负荷的零件，如曲轴、连杆等；※塑性成形特点：1）产品⼒学性能优于铸件和切削加⼯件；2）材料利⽤率⾼，⽣产率⾼；3）产品形状不能太复杂；4）易实现机械化、⾃动化※分类：1）轧制2）挤压3）拉拔4）锻压：a锻造（⾃由锻，模锻）。
b 冲压第⼀节⾦属塑性成形的物理基础⼀、塑性变形的实质●宏观：外⼒，弹性变形，塑性变形（分切应⼒作⽤）●微观（晶体内部）：位错滑移和孪晶●多晶体：晶粒变形、晶界滑移、晶粒转动⼆、塑性变形的分类●冷塑性变形：低于再结晶温度以下时发⽣的变形钨的再结晶温度在1200度。
●热塑性变形：⾼于再结晶温度以上时发⽣的变形铅、锡等⾦属再结晶温度在零度以下。
三、冷塑性变形对⾦属组织和性能的影响产⽣加⼯硬化：随着变形程度的提⾼，⾦属的强度和硬度提⾼，塑性和韧性下降的现象。
原因：位错密度提⾼，亚结构细化2. 产⽣内应⼒：变形开裂，抗腐蚀性能降低，采⽤去应⼒退⽕进⾏消除。
3. 晶粒拉长或破碎，可能产⽣各向异性的塑性变形→晶格畸变→加⼯硬化→内能上升（不稳定）→加热→原⼦活⼒上升→晶格重组→内能下降（温度低时，回复。
温度⾼时，再结晶）四、热塑性变形对⾦属组织和性能的影响⼀）、五种形态：静态回复；静态再结晶；动态回复；动态再结晶；亚动态再结晶1、静态回复、静态再结晶：变形之后，利⽤热变形后的余热进⾏，不需要重新加热。
2、动态回复、动态再结晶：热变形过程中发⽣的。
3、亚动态再结晶：动态再结晶进⾏的热变形过程中，终⽌热变形后，前⾯发⽣的动态再结晶未完成⽽遗留下来的，将继续进⾏⽆孕育期的再结晶。
⼆）、热变形对⾦属组织和性能的影响1. 使铸锭或⽑坯中的⽓孔和疏松焊合，晶粒细化，改善夹杂物和第⼆相等形态和分布，偏析部分消除，使材料成分均匀。
1特种塑性成形-绪论课稿PPT课件
激光热应力板材无模、柔性、弯曲成形
2020年9月28日
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电磁场：流过导体中的电流产生变化时,其 周围的磁场强度也产生变化。在变化的 磁场中若存在其它导体,该导体中在阻碍 磁场变化的方向上产生感应电流,该电流 按左手法则对工件产生磁场力,利用这种 力的塑性加工方法称为电磁成形。
利用电磁场压印
成形
2020年9月28日
主编：李峰 出版社：北京大学出版社
2020年9月28日
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超塑性成形 微塑性成形 锻造成形（精锻、等温锻、粉末锻等） 挤压成形（静液挤压、连续挤压等） 旋转成形 板材成形 拼焊成形 高能率成形
2020年9月28日
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特种塑性成形理论及技术
中北大学
绪论
§0.1 塑性加工概念 §0.2 塑性加工新技术 §0.3 塑性加工发展趋势
§0.1 塑性加工概念
塑性加工：金属在外力作用下产生永久塑性 变形，且不发生破坏的成形方法。
塑性加工要实现控形和控性的目的。
塑性成形其它概念：
屈服准则、增量理论、最小阻力定律、 摩擦力等。
2020年9月28日
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§0.2塑性加工新技术
塑性加工常规技术： 锻压、冲压、挤压、轧制。 塑性加工新技术对象：新理论、新工艺和
新设备。
塑性成形技术发展趋势
空心变截面 高次函数空间曲面 变厚度/材料 薄壁高筋 整体结构
高比强 高比模 耐高温
轻量化成形
轻质高温 特殊使用环境 （空间、核环境、深海）
轻量化成形是“精密成形”、“精确成形”或“近净/净成形”发展的新阶段 所成形零件不仅要求接近零件形状、余量小或除配合面外不加工、性能满 足要求，直接成形加工出具有轻量化特征的结构 结构特征与轻质材料特征耦合，轻量化塑性成形比“近净/净成形”难度更大
铝合金AlMg3,5Mn管材的胀形试验（左边：室温，右边：225℃）
镁合金AZ31B圆形件成形（左边：室温，右边：230℃）
铝合金热态胀形实验
室温 8%
160℃ 8%
226℃ 18%
273℃ 12%
铝合金变径管
在210℃获得胀形量很均匀的零件 管坯直径65mm，胀形后中间部分直径78mm，胀形量为20%
美国F-22结构重量系数为27.8%
结构重量系数：32％－34％（三代机）降低到27％－28％（ 四代机）
结构轻量化的效果
洲际导弹弹头：减轻1kg，有效载荷不变的条件下，射程增加15km
结构轻量化的效果 卫星结构重量系数（结构平台重量占整星比例）： 美国：12％
结构轻量化的效果
•M8 “装甲火炮系统” 自重约20吨，不到普通坦克重量的一半 •美国陆军可空降的装甲车辆（8吨）
局部加载: 省力1/3-1/4 超塑性: 流动应力降低70％－80％
μd
3h
)
大型构件局部加载超塑成形关键技术
局部加载方式及控制技术
A
解决途径：模具分块
模具运动
◆ ◆
初始加载区划分 加载段填充量，优化加载区和压 下量，控制变形协调
B
材料成型及控制工程专业(塑性成形与模具技术方向)课程介绍
性成形CAE、模具制造与CAM等课程。通过实验，加深学生对塑性成
形理论、塑性成形工艺、数值模拟技术、模具CAD/CAM技术的理解， 培养学生的计算机应用能力、实践动手能力和创新能力，提高学生的综
艺的特点；通过学习掌握超塑性成形、粉末锻造、液态模锻、摆动辗压 的典型特种体积成型工艺;通过学习掌握旋压成形、爆炸成形、液压涨形、
充液拉深摆动辗压的典型特种体积成型工艺。
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塑性成形与模具技术研究所
课程简介
快速成形与快速模具
快速原型技术为近年来出现并迅速发展起来的先进制造技术，因其
在新产品开发中的显著的经济效益和时间效益而得到高度重视，成为目
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塑性成形与模具技术研究所
课程设置
课程设置分为专业和专业方向两个层次
专业课 材料成型基础 材料成型技术 ADVANCE METARIAL FORMING 材料成型检测试技术 材料成型计算机基础 材料成形计算机应用软件
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专业方向课 模具设计与CAD 塑性成形CAE 模具制造与CAM 特种塑性成形 快速成型与快速模具
本课程主要介绍如何采用AutoCAD绘制出符合工程设计要求的二维
图形，采用UG绘制并编辑曲线、草图，进行特征、曲面设计及三维实 体造型，并绘制工程图纸，实现零部件之间的装配。介绍如何采用
ANSYS软解建立结构分析的几何模型、数值分析模型，并根据实际问题
进行线性或非线性分析求解，最后对求解的结果进行后处理。
塑性成形与模具技术研究所122专业发展历史1956年成立金属压力加工专业后改为金属塑性加工锻压工艺及设备塑性成形工艺及设备1978年开始招收硕士研究生1986年获硕士学位授予权1995年获博士学位授予权1995年被评为山东省重点学科1996年开始招收博士研究生1998年整合为材料成型及控制工程专业2000年被确定为山东省重点强化建设学科2008年被确定为国家级特色专业建设点塑性成形与模具技术研究所222课程设置课程设置分为专业和专业方向两个层次专业课专业方向课材料成型基础模具设计与cad材料成型技术塑性成形caeadvancemetarialforming模具制造与cam材料成型检测试技术特种塑性成形材料成型计算机基础快速成型与快速模具材料成形计算机应用软件塑性成形与模具技术研究所322课程设置实践环节专业实验第六学期50学时专业课程上机第六七学期90学时生产实习第七学期3周专业综合实验第七学期1周创新和任选实验第七学期1周专业课程设计第七学期2周毕业设计第七八学期17周塑性成形与模具技术研究所422课程简介材料成型基础阐明液态成型塑性成型和熔焊成型等成型技术的内在基本规律和物体本质揭示材料成型过程中影响产品性能的因素及缺陷形成的机理
塑性成形控形与控性技术发展概述
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术
成形过程微观组织演变的元胞自动机模拟
当材料参数确定后，一点的微观组织演变取决于变形过 程的温度、应变速率和应变量。
三、具体技术
由于 CA 模拟结果符合再结晶和残余应变能的关系，因而有望 跟踪整个变形的晶粒演变过程，为控制大锻件的微观组织提供 可行的计算分析方法。
解决的方法
建立基于典型体元模型的空洞体积变化与宏观应力应变场 的关系的数学模型，与有限元法集成。
目录
一、引言 二、概念
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术 高温锻造过程中空洞型缺陷的演变及其数值模拟
1.在锻件内部取含有空洞的典型体元模型
三、具体技术
典型体元内空洞变形过程示意图 微观上(相对于空洞)体元无限大，研究空洞变形时，将体 元边界力学量作为边界条件。
解决的问题
模拟出微观组织的演变过程，为控制大锻件的微观组织提 供可行的计算分析方法。
解决的方法
采用元胞自动机方法(Cellular automata, CA)建立了微 观组织演变的模拟方法，与热力耦合有限元法集成。
目录
一、引言 二、概念 三、具体技术
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术
成形过程微观组织演变的元胞自动机模拟
数字化智能改性 控形技术
铸造成形 的控形控 性一体化 智能技术
塑性成形 的控形控 性一体化 智能技术
焊接的控 形控性一 体化智能 技术
增材制造 的控形控 性一体化 智能技术
避免材料 表面损伤 的切削加 工智能技 术
目录
成形制造的控形控性一体化智能技术
一、引言 二、概念 三、具体技术
为何研究？ 切削加工、铸、锻、焊、增材制造等加工环节，除
塑性成形控形与控性技术发展
三、具体技术
综合应用计算机模拟、试验研究，大数据等研究手 段研发先进的材料改性控性工艺和装备，实现热处理和 各个成形制造环节中的控性技术紧密结合，为提高工件 内在质量，提高使用寿命和可靠性打实基础。
目录
一、引言 二、概念
靠压力
轧制 锻造 挤压 冲压拉深 塑性变形 靠拉力 拉拔 拉形
三、具体技术
弯曲
塑性成形控形与控性技术发展
一
目录
二
三
目录
一、引言 二、概念
三、具体技术
目录
一、引言 二、概念
我国制造业现状
大而不强
三、具体技术
没有竞争力的 低附加值产品
高端装备
关键零 部件
目录
一、引言 二、概念
我国制造业现状
大而不强 究其原因
致命伤 致命伤
产品寿命低，可靠性差
三、具体技术
重产量，轻质量，重成形制造，轻控性基础工艺
三、具体技术
留高应变能，这种变形能的差异导致在随后的变形中再结晶驱
动力不同，微观组织演变非常复杂。
解决的问题
模拟出微观组织的演变过程，为控制大锻件的微观组织提 供可行的计算分析方法。
解决的方法
采用元胞自动机方法(Cellular automata, CA)建立了微 观组织演变的模拟方法，与热力耦合有限元法集成。
感谢聆听
大锻件拔长过程空洞体积演化模拟结果
目录
一、引言 二、概念
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术 成形过程微观组织演变的元胞自动机模拟
背景
大锻件的成形通常经过多次压下(例如拔长、滚圆和打 方等)，每次压下中和相邻两次压下之间锻件可能发生完全或 不完全动态再结晶、亚动态再结晶和静态再结晶，部分晶粒得 到细化，应变能降低或消失，而未发生再结晶的晶粒则仍然保
精密微塑性成形技术的现状及发展趋势论文
精密微塑性成形技术的现状及发展趋势论文精密微塑性成形技术的现状及发展趋势论文引言微塑性成形技术主要是采用塑性变形的方式进行形成微型零件的工艺方法，在多种复杂形状微小零件作用下能够达到微米量级，所以在微型零件的制造上较为适用。
微塑性成形技术并非是传统塑性成形工艺的简单等比例缩小，其作为新的研究领域对实际的发展有着重要促进作用，故此加强这一领域的理论研究就有着实质性意义。
1 精密微塑性成形原理特征及方法分析1.1 精密微塑性成形原理特征分析科技的发展带来了生产的效率提升，在微塑性成形技术的发展过程中经历了不同时期的进步，传统的成形工艺按照比例微缩到微观领域在参数上的适应性就失去了。
而微塑性成形技术在现阶段已经成了多种学科交叉的边缘技术，实际成形中的润滑以及摩擦也与此同时发生了一些变化，所以宏观摩擦学当中的摩擦理论就不能有效适应。
但由于微小尺度下秒面积与体积的增大，所以在摩擦力就对成形造成的影响逐渐扩大，那么润滑就是比较关键的因素。
从实际的成形原理来看，在工件进行微缩化的过程中，此时在摩擦力上就会随之加大，压力的加大那么封闭润滑包中的润滑油压强也随之加大，这样就支持以及对成形的载荷实现了传递，进而对摩擦也减小了。
在工件的尺寸不断的微小化过程中，开口润滑包面积减少幅度不是很大，但在封闭润滑包的面积减少幅度就相对比较大，采用固体润滑剂的过程中由于不存在润滑剂溢出的状况所以就对摩擦系数的影响也较小。
1.2 精密微塑性成形方法分析微塑性成形工艺及方法的相关研究主要是在微冲压以及微体积成形方面，其中的微体积成形主要是进行的微连接器以及顶杆和叶片等微型的期间精密形成。
以螺钉为例，其最小的尺寸只有0.8 微米，而微成形胚料的最小直径是0.3 微米，在模压成形的微结构构建沟槽的最小宽度能够达到二百纳米。
另外在微冲压成形这一方法上最为重要的就是进行的薄板微深拉伸以及增量成形等方法。
微型器件的微塑性成形技术属于新兴的研究领域，在成形的方法上主要就是实现毫米级的微型器件精密微成形，在微塑性成形技术的不断发展下，这一技术会进一步的优化。
金属塑性成形综述
金属塑性成形摘要：金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。
文章主要对塑性成形的基本方法、主要研究内容,发展趋势做了综合介绍。
一、引言塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。
据国际生产技术协会预测，21世纪，机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50％都采用塑性成形的方式实现。
【1】在现代制造技术中，人们广泛的利用金属材料生产各种零件和产品。
金属加工方法多种多样，包括成型、切削等。
金属塑性成形是其中一种重要的加工方法，是利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，因此也称为金属塑性加工或金属压力加工。
图1 传统金属塑性成形工艺二、金属塑性成形的主要形式金属塑性成形工艺的种类有很多，包括轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压等基本工艺类型。
随着技术的发展，也有很多新的成型方式出现，它们具备精密、高效、节能、节材、清洁等优点,得到广泛关注.2。
1 体积成型金属体积成型是指对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，主要分为热态金属体积成型和冷温态金属体积成型.热态金属变形过程可分为热锻、轧制、挤压、拉拔、辗压等工艺技术；冷温态变形过程可分为冷锻、冷精轧、冷挤压、冷拔、冷辗扩等工艺.2.2 板材成型所谓板材成型是指用板材、薄壁管、薄型材等作为原材料进行塑性加工的成形方法。
在忽略板厚的变化时,可视为平面变形问题来处理，板材成型可分为:冲裁、弯曲、拉延、胀形、翻边、扩孔、辊压等工艺技术。
2。
3 粉末态金属成形随着制粉技术的发展，其应用领域不断扩展，对于复杂形状的机械零件来说，它具有高效、精密成形的特点，但成本较高，机械性能不如整体金属材料。
粉末态金属成形的工艺过程为制粉、造型、压实、烧结、精锻。
2.4半固态金属材料成形70年代开发研究的新技术,原金属材料作过特殊前处理，当材料加热到一定温度时可使30％的金属材料处于融溶状态,其余70％的金属材料呈均匀细颗粒组织的固态。
第2章 材料的塑性成形-2
材料科学与工程学院
轧环设备
材料科学与工程学院
碾环轧制进行中
材料科学与工程学院
横轧（Transverse Rolling）：两轧辊转向 相同，坯料与轧辊转向相反，坯料轴线平行于轧 辊轴线方向。
横轧示意图
1-坯料；2-感应加热器； 3-轧轮；4-齿轮轧辊
材料科学与工程学院
※ 楔横轧（Wedge Rolling）：利用两个外表镶有
材料科学与工程学院
热轧件的组织变化
材料科学与工程学院
主要工艺类型
根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制 可分为纵轧、横轧和斜轧。
材料科学与工程学院
纵轧
（Vertical
Rolling）
两轧辊转 向相反， 坯料垂直 于轧辊轴
线方向移
动。
工字钢的轧制过程
材料科学与工程学院
材料学院的纵轧机及产品
材料科学与工程学院
二、锻造（Forging）
锻造是一种通过一定的工具 利用压力使工件成型的工 艺方法，它是最古老的金 属加工方法之一，可以追 溯到公元前4000年。 锻造最初是通过石制工具锤 打的方法来制造珠宝、钱 币和各种器具，再发展成 铁匠这一古老的职业。
锻造生产的C5A运输机着陆齿轮构件
材料科学与工程学院
材料科学与工程学院
影响可锻性的因素
(1) 金属的成分：纯金属好于合金，fcc好于bcc好 于hcp，低碳钢优于高碳钢，低碳低合金钢优于 高碳高合金钢；有害杂质元素一般使可锻性变坏 (2) 金属的组织：单相组织好于多相组织；铸态下 的柱状组织、粗晶粒组织、晶界上存在偏析或有 共晶莱氏体组织使可锻性变差 (3) 加工条件 1) 变形温度：一般变形温度的升高，可提高金 属的可锻性；但注意过热、过烧问题
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
金属塑性成形课件
液压成形可以提高锻件精度、降低成本、减少模具制造时间，适用于生产大型、 复杂形状的锻件。但需要使用专门的液压设备和液态介质，成本较高。
粉末冶金
粉末冶金基本工艺
粉末冶金是将金属粉末作为原料，通过压制、烧结等工艺制 成具有一定形状和性能的制品。
粉末冶金特点
粉末冶金可以生产出高精度、高密度、高性能的制品，适用 于生产复杂形状的零件。但生产周期长、成本高，且对于大 型零件来说存在一定的局限性。
制品翘曲
优化坯料加热和模具设计，改善制品冷 却条件，减少翘曲变形。
工艺优化与改进方法
优化工艺参数
引进新工艺
通过试验和模拟等方法，确定最佳的工艺参 数组合，提高产品质量和生产效率。
积极推广新工艺，提高生产效率和产品质量 ，降低生产成本。
自动化与智能化
持续改进
引入自动化和智能化设备，提高生产过程的 稳定性和效率，降低人为因素对产品质量的 影响。
03
针对不同的产品要求，灵活调整工艺参数
模具设计
1
根据产品要求和工艺方案，进行模具设计计算
2
确定模具的结构形式、材料、尺寸和精度要求 等
3
对模具进行强度、刚度和稳定性等方面的校核
计算机辅助工艺设计
01
利用计算机辅助工艺设计软件，进行工艺模拟和优化
02
根据模拟结果，对工艺方案、工艺参数和模具等进行调整和优
3
非晶合金材料
具有高强度、高硬度、耐磨、耐蚀等优点，是 制造精密部件的理想材料。
高精度与高效率成形技术
精密塑性成形技术
采用高精度模具、精确控制成形工艺参数等方法，使金属坯料达到高精度、 高化工艺流程、采用多工位成形、高速压制等手段，提高生产效率，降 低生产成本。
金属塑性成形
本讲稿第四十页，共六十四页
第三节、板料冲压
板料冲压是借助于常规或专 用设备，对坯料施加外力，
并使其在模具内分离或变形，
从而获得一定形状、尺寸的零件 或毛坯的加工方法。冲压一般在
冷态下进行，故又称冷冲压。
板料冲压加工概述
41
本讲稿第四十一页，共六十四页
• 冲压生产中常用的板料有 各种牌号的钢板与有色金 属(铜、铝及其合金)板料。 这里的板料泛指板、带、 条和箔材。
锻件分类及基本工序方案
30
本讲稿第三十页，共六十四页
２、模锻 金属热坯在锻模模膛内三向压应力状
态下的塑性变形。
特点： 锻件精度高，锻造曲线合理，力学性能
好；生产效率高；金属消耗少。
31
本讲稿第三十一页，共六十四页
锻模
模锻工作示意图如图 所示。锻模由上、下 模组成。上模和下模 分别安装在锤头下端 和模座上的燕尾槽内 ，用楔铁紧固。上、 下模合在一起，其中 部形成完整的模膛。 根据模膛功用不同， 可分为模锻模膛和制 坯模膛两大类。
• 设备： 剪板机（剪成
条料）、冲床、液压机等。
42
本讲稿第四十二页，共六十四页
冲压基本工序
分两类：一类是分离工序；一类是变形工序。
１、分离工序：包括（1）剪切（2）落料和冲孔（ 冲裁） ，分别在落料和冲孔模中进行。
金属板料的分离过程： 冲裁模的凸模（头）与凹 模都有锋利刃口。两者间有间隙。
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本讲稿第四十三页，共六十四页
584411对于形状复杂对于形状复杂的冲压件的冲压件可先可先分别冲制若干个分别冲制若干个简单件简单件然后再然后再焊接成整体件焊接成整体件5922在使用性能不变的情况下应尽量简化在使用性能不变的情况下应尽量简化拉深件结构以便减少工序节省材料拉深件结构以便减少工序节省材料降低成本
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目录
一、引言
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术 高温锻造过程中空洞型缺陷的演变及其数值模拟
背景
二、概念
大锻件锻造的一个重要目的就是要创造合适的应力应变状 态，以闭合原始铸锭内部的空洞和疏松型缺陷，并通过高温保 压使缺陷焊合。
三、具体技术
解决的问题
如果锻件内任意一点有空洞型缺陷(给定缺陷体积百分比)
靠弯矩和剪力 剪切
目录
一、引言 二、概念
轧制
组织性能控制的发展
• 六七十年代，热处理及化学成分的调整； • 七八十年代，控轧方式实现强韧化； • 八十年代以后，控轧控冷技术实现强韧化；
• 至此，热机械控制工艺得到了广泛应用。
轧制过程及轧后冷却过程的组织演变规律是控轧控冷理论的基础 近年来，对轧制过程中钢材组织性能演变的模拟、预测与控制成 为国际材料研究的热点 随着现代物理冶金热变形技术、热机械处理技术和计算机技术 的兴起与发展使预测和控制合金热塑性变形过程中的组织演变 从而获得良好的最终机械性能成为可能，因而当今的塑性成形 正朝着控形控性即控制成形方向发展。 其基本思想是应用新的理论优化产品塑性成形工艺及后续热处 理工艺再应用现代控制技术控制塑性成形的全过程使产品的外 形尺寸及其组织结构和性能均在塑性成形过程中一次达到设计 要求。
塑性成形控形与控性技术发展
一
目录
二
三
目录
一、引言 二、概念
三、具体技术
目录
一、引言 二、概念
我国制造业现状
大而不强
三、具体技术
没有竞争力的 低附加值产品
高端装备
关键零 部件
目录
一、引言 二、概念
我国制造业现状
大而不强 究其原因
致命伤 致命伤
产品寿命低，可靠性差
三、具体技术
重产量，轻质量，重成形制造，轻控性基础工艺
三、具体技术
综合应用计算机模拟、试验研究，大数据等研究手 段研发先进的材料改性控性工艺和装备，实现热处理和 各个成形制造环节中的控性技术紧密结合，为提高工件 内在质量，提高使用寿命和可靠性打实基础。
目录
一、引言 二、概念
靠压力
轧制 锻造 挤压 冲压拉深 塑性变形 靠拉力 拉拔 拉形
三、具体技术
弯曲
铸造成形 的控形控 性一体化 智能技术 塑性成形 的控形控 性一体化 智能技术
焊接的控 形控性一 体化智能 技术 增材制造 的控形控 性一体化 智能技术
避免材料 表面损伤 的切削加 工智能技 术
目录
一、引言 二、概念
成形制造的控形控性一体化智能技术
为何研究？ 切削加工、铸、锻、焊、增材制造等加工环节，除 了成形之外，也都在不同程度上改变材料的组织，影响 材料的性能。 特点 以模拟仿真和大数据知识建模为获取与利用知识的 手段，在掌握成形过程中材料组织与缺陷演化规律的基
三、具体技术
目录
一、引言 二、概念
轧制
控制塑性成形过程微观组织变化 • 基于物理冶金基础的数学模型已成功应用于组织和机 械性能预测及工艺过程控制。
• 采用Avrami模型描述动态再结晶过程的动力学过程,此 领域日本学者做了大量的工作,并已将此方法用于轧制 过程的在线控制。
• 采用Monte Carlo随机统计方法对动态再结晶过程进 行分析。 • 采用元胞自动机(cellular automaton,CA)法对动态再 结晶过程进行分析。
目录
一、引言 二、概念
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术
• “形”与“性”是在以高温高压为主要特征的工艺过程中形 成的，过程中的温度场、应力场、应变场和应变速率场与材 料的化学成分一起决定了金属的流动状态、缺陷和微观组织 的演变过程。 • 成本极高，试验研究困难
三、具体技术
高温锻造过程中空洞型缺陷的演变及其数值模拟
三、具体技术
目录
一、引言 二、概念
锻造
上海交通大学材料学院开展了基于模拟仿真的“控形控性 一体化”锻造工艺研究，应用于核电一体化封盖和主管道等大 锻件生产，收到了正确控制大锻件材料质量的效果。
三、具体技术
• 大锻件控性锻造过程的计算机模拟 技术
目录
一、引言 二、概念
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术
，在宏观应力应变作用下，该缺陷的体积会如何发生变化，以
及在何种条件下会闭合。
解决的方法
建立基于典型体元模型的空洞体积变化与宏观应力应变场
的关系的数学模型，与有限元法集成。
目录
一、引言 二、概念
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术
高温锻造过程中空洞型缺陷的演变及其数值模拟
1.在锻件内部取含有空洞的典型体元模型
发展粗放，缺失高性能化制造技术
目录
成形制造
一、引言 二、概念
20世纪90年代
获得所需制件的 形状和尺寸
三、具体技术
控形控性
高性能制造
目录
一、引言 二、概念
三、具体技术
目录
高性能化制造 高 性 能 智 能 化 制 造 高性能化智能设计 数 字 化 融 合 智能改性与控性技术 智能热处理 成形制造的控形 控性一体化技术 数字化智能改性 控形技术
三、具体技术
典型体元内空洞变形过程示意图 微观上(相对于空洞)体元无限大，研究空洞变形时，将体 元边界力学量作为边界条件。 2.推导球形空洞和片状裂隙在远场应力应变作用、概念
锻造——大锻件控性锻造过程的计算机模拟技术
高温锻造过程中空洞型缺陷的演变及其数值模拟
3.插值得到形状参数为λ 的一般扁椭球空洞的体积应变率
三、具体技术
础上优化加工工艺，实现控形与控性一体化。
它们相互之间以及与智能热处理之间在数字化环境
下并行处理，实现产品制造全流程的优化。
目录
一、引言 二、概念
数字化智能改性控形技术
为何研究？ 材料内部的组织转变无法实时测量与感知，以致材 料改性控性成为装备制造业信息化的一个盲区和智能制 造之死角。 特点 采取基于模拟仿真的预报型智能决策的路径，发展 具有自动生成优化的改性控性工艺和随机补偿过程偏差 之遗传效应等功能的数字化智能改性控性技术。
（侧重控性预报） • 制造大型结构件/重要 承载件 • 服役条件恶劣 • 要求工作寿命长 • 重达几十到几百吨
三、具体技术
缩孔、偏析、晶粒粗大 大型铸锭 锻 造 大锻件 成形
获得足够精度的锻件 避免不合理的内部流线和折叠缺肉等缺陷 成性 指改善内部铸态缺陷和细化晶粒， 为后续热处理准备良好的初始组织状态