金属压力加工原理-1
3-1金属压力加工概论
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多晶体的塑性变形
大多数金属都属于多晶体， 大多数金属都属于多晶体，其塑性变形是所 有单晶粒变形的综合作用， 有单晶粒变形的综合作用，即晶内滑移和晶 间的转动 每个单晶粒内部的塑性变形仍主要是滑移 但在多晶体变形中同时伴随有晶粒间的滑移 和转动
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金属的加工硬化
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金属的可锻性
金属的可煅性是衡量材料经受压力加 工难易程度的工艺性能。 工难易程度的工艺性能 。 常将塑性和变 形抗力综合在一起来衡量金属的可锻性。 形抗力综合在一起来衡量金属的可锻性 。 塑性高、 变形抗力小， 则可锻性好， 塑性高 、 变形抗力小 ， 则可锻性好 ， 反 之，则差。 则差。
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（3）锻件公差 锻件的基本尺寸为零件的基本尺寸加 上加工余量。 上加工余量 。 而锻件的实际尺寸与其基 本尺寸之间所允许的偏差， 本尺寸之间所允许的偏差 ， 称为锻性公 差。
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4.确定坯料质量和尺寸 4.确定坯料质量和尺寸
（1）确定坯料质量G坯 确定坯料质量G 自由锻 的坯料质量为锻件的质量与 锻造时各种金属的质量之和， 锻造时各种金属的质量之和 ， 可按下式 计算： G坯=（1+k）G锻件 +k） G锻件－－－锻件质量
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７.确定锻造温度
根据锻件材料的化学成分， 根据锻件材料的化学成分 ， 确定始 锻及终锻温度。碳钢的始锻温度约为 1200℃ 终锻温度约为800℃ 1200℃，终锻温度约为800℃。
金属的机械性能取决于其组织。 金属的机械性能取决于其组织 。 组织改 变，则性能也随之变化。 则性能也随之变化。 随着变化程度地增加， 随着变化程度地增加 ， 这种由于塑性变 形在滑移面附近引起晶格的严重畸变， 形在滑移面附近引起晶格的严重畸变 ， 甚至产生碎晶而引起的强度和硬度的提 高 ， 塑性和韧性下降 。 这种现象称为加 塑性和韧性下降。 工硬化。 工硬化。
金属加工工作原理
金属加工工作原理金属加工是指通过一系列的工艺操作，对金属材料进行形状、尺寸或性能的改变的过程。
在工业生产中，金属加工广泛应用于各个领域，如汽车制造、机械制造、航空航天等。
本文将从不同的金属加工方式入手，介绍金属加工的工作原理。
一、锻造锻造是通过对金属材料施加连续冲击力或持续变形力，使金属发生塑性变形并改变形状的一种金属加工方式。
其工作原理基于材料的塑性变形特性，通常采用锤击、冲击或压力等作用方式。
在锻造过程中，金属材料经历弯曲、拉伸、挤压等变形形式，进而得到所需的形状。
二、压力加工压力加工是将金属材料置于模具中，并施加一定压力，使其产生塑性变形，以获得所需形状的金属加工方式。
压力加工的工作原理在于通过外力的作用，使金属材料受到内部应力的改变，进而改变材料的形状和性能。
常见的压力加工方式包括冲压、挤压、拉伸等。
三、切削加工切削加工是指通过将金属材料从工件上去除一层或多层材料，以获得所需形状和尺寸的金属加工方式。
切削加工的工作原理基于切削刀具对工件的剪切、刮削或剪切刮削的作用，以实现材料的去除。
切削加工通常包括车削、铣削、钻削等。
四、焊接焊接是将两个或多个金属材料通过加热、熔化或施加压力，使其在其中形成一个连续均匀的金属结合体的金属加工方式。
焊接的工作原理基于金属材料在热加工状态下，熔融并通过溶浸和冷却形成连接。
不同的焊接方式包括电弧焊、气焊、激光焊等。
五、热处理热处理是通过加热和冷却过程，改变金属材料的组织结构和性能的金属加工方式。
热处理的工作原理在于材料的相变、晶粒的再结晶、残余应力的消除等。
热处理通常包括退火、淬火、时效等方式。
综上所述，金属加工的工作原理涉及锻造、压力加工、切削加工、焊接和热处理等不同方式。
每种方式都基于金属材料的塑性变形、切削去除、熔化连接以及组织结构和性能的改变。
这些工作原理为金属加工提供了可靠的理论依据，并帮助实现金属加工的高效、精确和可控。
轧制原理第一章第一讲
3) 稳定轧制阶段 轧件前端运行出轧辊后，一般情况下就不存在咬入问题了，
。 故此时为稳定轧制阶段,见图1(c)
a
(a)
(b)
(c)
图1 轧制过程三阶段示意
F0 1F1，F1 2 F2，F2 3 F3 ，Fn1 n Fn
而
n
F0 Fn 12 3 n
i
n p
i 1
有
p n
③ 压下率之间的关系
这里指积累压下率与道次压下率（与)之间的关系，根据定
义，积累压下率为 道次压下率为
h0 hn h0
1
h0 h0
h1
2
h1 h2 h1
n
1.1.2 变形区基本参数计算
1. 压下,宽展及延伸变形
设工件在轧制前的尺寸为及（断面积），轧制后变为及 （断面积），则变形区内的高度、宽度及长度方向的变形 参数可列为下表1-1
表1-1 各种变形参数的表示
压下
绝对变形 相对变形 变形系数 对数变形系数
h H h e1 h H H h
lnH h
2. 各参数之间的关系 ① 变形系数之间的关系：
根据体积不变条件，有 H B L h b l 1
h b l 1, 1 1, 也即 ln 1 ln ln 0
H BL
可见变形系数之间满足体积不变条件。
② 延伸系数之间的关系 这里指总延伸系数、道次延伸系数、平均延伸系数，即三者 之间的关系。根据定义，有
宽展 b b B e2 b B b B
lnb B
延伸 l l L e3 l L l L
轧制理论知识点
金属压力加工：即金属塑性加工，对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，而不破坏其完整性，改变金属的形状、尺寸和性能获得所要求的产品的一种加工方法按温度特征分类 1.热加工：在充分再结晶温度以上的温度范围内所完成的加工过程，T=∽熔。
2.冷加工：在不产生回复和再结晶温度以下进行的加工T=熔以下。
3.温加工：介于冷热加工之间的温度进行的加工.按受力和变形方式分类：由压力的作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压轧制轧制：金属坯料通过旋转的轧辊缝隙进行塑性变形。
轧制分成纵轧（金属在相互平行且旋转方向相反的轧辊缝隙间进行塑性变形）横轧和斜轧。
内力：物体受外力作用产生变形时，内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用力。
分析内力用切面法。
应力（全应力）：单位面积上的内力全应力可分解成两个分量，正应力σ和剪应力τ）主变形和主变形图示：绝对主变形：压下量Dh=H-h 宽展量Db=b-B 延伸量Dl=l-L 相对主变形：相对压下量e1=(l-L)/L*100% 相对宽展量e2=(b-B)/B*100% 相对延伸量e3=(H-h)/H*100% 延伸系数m=l/L 压下系数h=H/h 宽展系数w=b/B ①物体变形后其三个真实相对主变形之代数和等于零；②当三个主变形同时存在时，则其中之一在数值上等于另外两个主变形之和，且符号相反。
③当一个主变形为0时，其余两个主变形数值相等符号相反金属塑性变形时的体积不变条件：金属塑性变形时,金属体积改变都很小，其变形前的体积V1和变形后的体积V2相等.这种关系称之为体积不变条件,用数学式表示为V1=V2 最小阻力定律认为:如果变形物体内各质点有向各个方向流动的可能,则变形物体内每个质点将沿力最小方向移动。
影响金属塑性流动和变形的因素：摩擦的影响变形区的几何因素的影响工具的形状和坯料形状的影响外端的影响变形温度的影响金属性质不均的影响基本应力：由外力作用所引起的应力叫做基本应力。
轧钢原理第1
形后的尺寸和形状能够保留下来，金属无法恢复到原来
的形状或尺寸的变形称之为塑性变形。
第三节 应力状态及其图示
一、应力状态
金属压力加工过程中，金属内部产生复的应力状态。 研究变形体内的应力状态时，可在变形体内取出一无限小 的正六面体（可看成一点），这样就可以认为该六面体各 个面上的应力分布是均匀的。在主坐标系的条件下，作用
从宏观来看，使金属产生变形的外力去除后金属又恢
复到原来的形状或尺寸的变形称之为弹性变形。
二、塑性变形
当所施加的外力或功能够克服原子间的作用力时， 原子就会离原有的平衡位置而转移到另外一个平衡位置，
此时即使外力撤除，原子也不能恢复到原来的平衡位置，
这就是塑性变形。 从宏观来看，使金属产生变形的外力去除后金属变
第四节 变形图示和变形力学图示
1、变形图示
为了定性地说明变形区某一小部分或整个变形区的变 形情况，常常采用主变形状态图示（简称变形图示）。 所谓变形图示就是在小立方体素的面上用箭头表示三 个主变形是否存在（伸长时，箭头外指；缩短时，箭头向 里指），但不表示变形大小的图示。
由于受塑性变形时工件体积不变条件的限制，因此可
一、外力
第一节 力和应力
金属塑性加工是金属与合金在外力作用下产生塑性变 形的过程。变形过程中外力主要有作用力和约束反力。
1 、作用力：通常把塑性加工设备的可动工具部分对工件所作用的力 称为作用力或主动力。塑性加工时的作用力可以实测或用理论计算出 来。 2 、约束反力：工件在主动力作用下，其运动将受到工具所阻碍而产
要注意的是：约束反力与反作用力是不同的。约束反力
是作用在工件上的力，而反作用力是作用在工具上的力。
轧制情况比较特殊，轧制时轧件通常靠两个反向转动的 轧辊给它的摩擦力使其进入辊缝，而摩擦力的产生又必须
1轧钢热轧冷轧工艺介绍
连铸机
结 晶 器
隧道式 感应加 加热炉 热炉
粗轧机 温度 控制器
精轧机
层流冷却 卷取机
摆动剪
除鳞箱
除鳞箱
飞剪
3.冷轧板带钢生产
1）冷轧的含义 金属学说法：加工温度低于该钢种在特定变形条件下的
再结晶温度的压力加工称为“冷加工”； 工业上的习惯：坯料事先不经过再加热的常温轧制过
程。
2）冷轧的工艺特点 （1）冷轧中的加工硬化； （2）冷轧中的工艺冷却和润滑； （3）冷轧中的张力轧制。
(3)中厚板生产的工艺流程
原料
加热
除鳞
轧制
冷矫
冷床
热矫
层流冷却
冷床
剪切
喷印
包装
轧制
中厚板的轧制过程大致可分为粗轧和精轧。
（1）全纵轧法 当板坯宽度大于或等于钢板宽度时，即可不用展宽而直接纵轧成
成品。 （2）横轧－纵轧法或综合轧制法
先进行横轧将板坯展宽至所需宽度以后再转90°进行纵轧完成。 （3）角轧－纵轧法
层流冷却
圆盘式 卷取机
③FTSRQ工艺（Flexible Thin Slab Rolling for Quality）
FTSRQ工艺后改为FTSC，称之为生产高质量产品的灵活性薄板坯轧制， 是由意大利达涅利公司开发出的又一种薄板坯连铸连轧工艺。
加拿大安大略省的阿尔戈马钢铁公司建成投产了产量为200万t/a的双流铸 机FTSR生产线。世界上已经建成7条。我国唐钢、本钢和通钢薄板坯连铸连轧 生产线即是采用该工艺。
2. 轧钢机
1）轧钢机的基本组成： 轧制钢材的设备称为轧钢机。
轧钢机由轧辊、工作机架、齿轮机座、联 接轴和联轴节、主电机等组成。
2） 轧钢机的分类：
实验报告一-材料成形技术
实验一材料成形技术材料成形制造工艺多利用模型使原材料形成零件或毛坯。
材料成形加工过程中，原材料的形状、尺寸、组织状态，甚至结合状态都会改变。
由于成形精度一般不高，材料成形制造工艺常用来制造毛坯。
也可以用来制造形状复杂但精度要求不太高的零件。
材料成形工艺的生产效率较高。
常用的成形工艺有铸造、锻压、粉末冶金等。
1、不同类型成型技术a. 铸造成型：卡特挖机CAT ：1、铸造成型：其原理是铸造是将所需的金属熔化成液体，浇注到铸型中，待其冷却凝固后获得铸件(毛坯)的。
因此，铸造也可以称为液态成形。
铸造是毛坯或机器零件成形的重要方法之一。
2、铸造成形优缺点：优点：(1)适应性广泛，铸件材质、大小、形状几乎不受限制；不宜塑性加工或焊接成形的材料，铸造成形尤具优势。
(2) 可形成形状复杂的零件；(3)生产成本较低。
铸造用原材料来源广泛，价格低廉。
铸件与最终零件的形状相似，尺寸相近，加工余量小。
由于铸造具有如此突出的优点，所以才会经久不衰，且不断发展，直到现在仍然在制造业中得到广泛应用。
缺点：涉及生产工序较多，过程难以精确控制，废品率较高；铸件组织疏松，晶粒粗大，铸件某些力学性能较低；铸件表面粗糙，尺寸精度不高。
工作环境较差，工人劳动强度大。
3、主要工艺特点：铸造是生产零件毛坯的主要方法之一，尤其对于有些脆性金属或合金材料 (各种铸铁件、有色合金铸件等) 的零件毛坯，铸造几乎是唯一的加工方法。
与其它加工方法相比，铸造工艺具有以下特点：(1)铸件可以不受金属材料、尺寸大小和重量的限制。
铸件材料可以是各种铸铁、铸钢、铝合金、铜合金、镁合金、钛合金、锌合金和各种特殊合金材料；铸件可以小至几克，大到数百吨；铸件壁厚可以从0.5毫米到1 米左右；铸件长度可以从几毫米到十几米。
(2)铸造可以生产各种形状复杂的毛坯，特别适用于生产具有复杂内腔的零件毛坯，如各种箱体、缸体、叶片、叶轮等。
(3)铸件的形状和大小可以与零件很接近，既节约金属材料，又省切削加工工时。
金属压力加工工艺基础知识
金属压力加工工艺基础知识金属压力加工是一种常见的金属加工方式，广泛应用于机械制造、汽车、航空航天、建筑等行业。
它通过机械设备对金属材料施加力量，使其在受力作用下发生形变，并得到所需要的形状和尺寸。
以下是金属压力加工的基础知识。
1. 金属压力加工的主要方法金属压力加工主要包括锻造、轧制、挤压和拉伸等方法。
锻造是利用锤敲或机械压力对金属进行加工，使其在高温或室温下发生形变；轧制是通过辊轧机将金属材料压制为所需的形状；挤压是将金属放置在模具内，施加压力使其通过模具孔径形成所需形状；拉伸是将金属材料拉伸成细丝或薄板。
2. 金属材料的选择金属压力加工时，要选择适合的金属材料，常见的金属材料有钢、铁、铝、铜、镁等。
选择材料应考虑其机械性能、成本、可加工性等因素。
3. 加工工艺参数金属压力加工的工艺参数包括温度、压力、形变速度等。
不同工艺需要不同的参数，它们直接影响到成品的质量和性能。
4. 加工设备金属压力加工需要相应的设备，如锻压机、辊轧机、挤压机、拉伸机等。
这些设备具有不同的结构和功能，适用于不同的加工方式和材料。
5. 金属压力加工的优点金属压力加工具有高效、高精度、高稳定性等优点。
它能够生产各种复杂形状的金属制品，能够提高材料的机械性能和物理性能。
6. 金属压力加工的应用领域金属压力加工广泛应用于各个行业。
例如，锻造常用于制造航空发动机零件、汽车零件等；轧制常用于制造金属板材、管材等；挤压常用于制造铝合金门窗、铝合金型材等；拉伸常用于制造线材、薄板等。
总之，金属压力加工是一种重要的金属加工方式，掌握其基础知识对于从事相关行业的人员来说是很重要的。
只有了解金属压力加工的方法、材料选择、工艺参数、设备和应用领域等方面的知识，才能更好地进行金属加工，满足各种工业领域对金属制品的需求。
金属压力加工是一项复杂而重要的工艺，对于金属制品的制造起着至关重要的作用。
在金属压力加工领域，有许多基础知识需要了解和掌握，下面将进一步介绍金属压力加工的相关内容。
材料成型工艺学 中 第一篇 挤压
径向上：中心小，两边大，差 异由前向后逐渐减小。
轴向上：
对着模孔部分：由前向后增大
对着模壁部分：由前向后减小
C 变形（应变）分析 应变状态：一向压缩（轴向）、二向延伸（径向、周向） 变形过程：开始出鼓形，Ⅱ 断面首先充满挤压筒；继续加
力，Ⅰ 断面充满挤压筒；最后， Ⅲ 断面充满挤 压筒。
死区的顶部能阻碍锭坯的表面缺陷进入变形区而流入制 品，因此能提高制品的表面质量。
影响死区大小的因素：模角、摩擦、挤压温度等，随这 些参数的增大，死区增大，如平模挤压时死区大。
后
死区（前端难变形区）
端
难
变
变形区
形
区
剧烈滑移区
② 后端难变形区 位于垫片端面附近，是由于筒、垫片 的摩擦和冷却，使此部分金属不易变形形成的，在基本 挤压末期，此区域逐渐变成一小楔形区。
E 填充阶段应注意的问题
a 尽量减小变形量（锭坯与挤压筒的间隙），否则易 造成：制品性能不均匀；棒材头大，即切头大；低塑性 材料易出现表面裂纹。此阶段的变形量用填充挤压系数 表征，定义填充挤压系数为：
kt F筒 F锭 一般 kt 1.051.10
b 锭坯的长度与直径比小于3－4，即L/D<3 -4。否则 变形不均出现鼓形，甚至失稳弯曲，导致封闭在模、筒 交界处的空气压入表面微裂纹中，出模后若焊合则形成 气泡，若未焊合则出现起皮缺陷。
n1
n > n1
ln
ln1
> ln ln1
c 制品的网格也有畸变，表现在：
① 纵向线的弯曲程度以及弯曲顶点的间距由前向后逐渐 增大，说明变形（延伸变形和剪切变形）由前向后逐渐 增大。
② 中心网格变成近似矩形，外层网格变成平行四边形， 说明外层质点不仅承受了纵向延伸，还承受了附加的剪 切变形，且剪切变形由中心向外层逐渐增大。
金属塑性成形原理 1-3章
金属塑性成型原理第一章1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高2.试述塑性成形的一般分类。
Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。
可分为一次成型和二次加工。
一次加工：①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。
分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。
②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。
分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。
③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。
生产棒材、管材和线材。
二次加工：①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形状和尺寸的加工方法。
精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。
②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。
分开式模锻和闭式模锻。
2）板料成型一般称为冲压。
分为分离工序和成形工序。
分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。
1- 锻造性能,锻造方法
在水平面自由流动。 5 模锻：将金属料放在具有一定形状的
锻模模膛内，受冲击力或压力
而变形的加工方法。 6 冲压： 使薄板材料在冲模间受到冲 压而分离或变形的过程。
轧制 、挤压、拉拔主要压
主要是机械制造工业生产毛坯、零件 三 锻压加工的特点和应用 1 机械性能好； 2 难于生产形状复杂件； 3 设备昂贵，成本高。 应用：用于载荷大，转速高，受力复杂件的重要件。 如：机床主轴、重要齿轮、炮筒、枪管等。
拉应力数目↑→ 塑性↓ 同号应力下的变形抗力大于异号应力下的变形抗力。
§2 常用的锻造方法
自由锻、模锻、胎模锻 一自由锻的实质和分类
1 实质： 在冲击力或压力的作用下，通过上下抵铁等通用工具， 使金属发生塑性变形而成型的过程。
自由：金属在水平面的各个方向变形不受限制。 2 分类： 机械自由锻： 锤上自由锻：
件的方法。 锻模：用高强度金属制成，其模膛形状与锻件一致。
2 分类：
锤上模锻： 所用设备主要是蒸气—空气锤，适用于小于150 公斤的小型锻件。
压力机上模锻： 在压力作用下迫使工件变形，所用的设备主要有：
磨擦压力机： 平锻机： 曲柄压力机：
3 特点和应用： 锻件的形状可以复杂些；
尺寸精度高；
生产率高；大批量生产成本低；
手工自由锻：生产率低，劳动强度大，锤击力小。应用于生产小型锻件。 空气锤： 落下部分的重量40～750公斤，只能锻造
100公斤以下的小型锻件。
造小于1500公斤的中小件。 水压机上锻造： 产生几千吨的压力（最大12000吨），用于大型 锻件，可达300吨。
空气—蒸气锤： 落下部分的重量0.5～5吨，可以锻
§1 金属的锻造性能（可锻性）
一 概念
压力加工原理
可见在塑性加工中完全实现均匀变形基本上是不可能的
第一章 应力与变形
不均匀变形
实际生产中理想的均匀变形状态根本不存在，都是不均匀变形。 如拉伸时的缩尾、板材轧制时的舌头及燕尾、墩粗时的鼓形。 不均匀变形的典型现象：
单鼓或双鼓（墩粗时由于高径比不同） 侧面翻平 粘着现象与难变形区（变形金属与工具接触处完全不发生滑动）
一般以尺寸变化最大的方向计算（延伸率、面积压缩率） 计算简便，有指导意义。 真应变：表示准确，真实反映变形过程，但计算烦杂，一般不在生产现场使用
第一章 应力与变形
均匀变形
若变形区内所有点的变形状态都相同时，为均匀变形
均匀变形特点
变形前的平面和直线在变形后仍为平面和直线，变形前平行的面 和直线变形后仍然平行； 曲面变形后仍然为曲面，其中园和球体变形为椭圆和椭球； 两个几何相似且位置相似的单元体，变形后仍然相似。
不均匀变形的减轻措施
尽可能保证原料成分、组织的均匀（熔炼、浇铸等） 正确选择变形工艺（挤压筒预热、冷加工时两次退火间的加工量选择等） 合理的工具形状，尽量使变形均匀（板材轧制时的辊形设计） 减小外摩擦的影响（润滑剂等）
第一章 应力与变形
金属塑性变形基本理论
弹塑性共存定律
第二章 金属的塑性变形机制
单晶体变形机制
滑移：晶体在外力作用下，其中一部分沿一定晶面和此晶面上的 一定晶向相对另一部分产生相对移动称滑移（常伴随扭转）。简 单滑移、复杂滑移 滑移系、滑移条件（临界切应力）、位错理论 孪晶：晶体在切应力作用下，一部分沿一定的晶面和晶向按照一 定的关系发生相对的位向移动。孪晶发生后晶体的一部分与原晶 体的位向相互对称 单晶体的变形是滑移和孪晶相互作用的结果
3-1 金属的塑性变形
18
四、纤维组织
材料在压力加工中产生塑性 材料在压力加工中产生塑性 压力加工 变形时， 变形时，基体金属的晶粒形状和 沿晶界分布的杂质形状都发生了 变形，它们都将沿着变形方向被 变形， 拉长，呈纤维形状。 拉长，呈纤维形状。这种结构叫 纤维组织。 纤维组织。 纤维组织是变形后所形成的带有方向性的晶粒。 纤维组织是变形后所形成的带有方向性的晶粒。 是变形后所形成的带有方向性的晶粒
后 退
12
二、多晶体的塑性变形
多晶体是多个位向不同变形总和，除了晶内变形外， 多晶体是多个位向不同变形总和，除了晶内变形外， 是多个位向不同变形总和 还有晶间变形，及晶粒间互相移动及转动。 还有晶间变形，及晶粒间互相移动及转动。
特点： 特点：
变形过程复杂。 变形过程复杂。 变形抗力比单晶体大的多。 变形抗力比单晶体大的多。 多晶体塑变以晶内为主，晶间很小。 多晶体塑变以晶内为主，晶间很小。
5
3.挤压 3.挤压
金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形， 金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形，从 挤压模内被挤出模孔而变形 而获得所需制件的加工方法。 而获得所需制件的加工方法。 正挤压：金属流动方向与凸模送进的方向相同。 正挤压：金属流动方向与凸模送进的方向相同。 方向相同 反挤压：金属流动方向与凸模送进方向相反 方向相反。 反挤压：金属流动方向与凸模送进方向相反。 采用机械化生产方法具有很高的生产率。 采用机械化生产方法具有很高的生产率。
22
2) 金属组织的影响
纯金属和非饱和固溶体可锻性好。 纯金属和非饱和固溶体可锻性好。 可锻性好 金属化合物是硬脆的组成相， 金属化合物是硬脆的组成相，组织中的金属化合 是硬脆的组成相 物越多，可锻性越差。 物越多，可锻性越差。 比如纯铁、纯铜、纯铝、具有单相铁素 比如纯铁、纯铜、纯铝、 体或单相奥氏体的钢具有良好的可锻性， 体或单相奥氏体的钢具有良好的可锻性，但 是具有网状渗碳体的过共析钢可锻性较差。 是具有网状渗碳体的过共析钢可锻性较差。 铸铁中由于含有大量的渗碳体或石墨， 铸铁中由于含有大量的渗碳体或石墨， 其可锻性非常差，铸铁是根本不能锻造的。 其可锻性非常差，铸铁是根本不能锻造的。
机械制造基础 第2章-锻压1可锻性
2.1 热塑性加工基础
2.1.3 纤维组织、流线与锻造比
➢ 钢锭开坯 热加工生产采用的原始坯料是铸锭。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。铸锭加热后经过热加工，由于塑性变形及再 结晶，从而改变了粗大、不均匀的铸态结构，获得细化了的再结晶组织。同时还可 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 。
第二章 锻压工艺
• 热塑性加工基础 • 金属的可锻性 • 锻造工艺 • 冲压工艺
概述
1. 你知道枪管、炮管是如何制造的吗？什么是来复线？它是如何制造的？ 来复线是径向锻造的。
概述
利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺 寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属塑性成型（也 称为压力加工）。
压力加工中作用在金属坯料上的外力主要有两种：冲击力和静压力。 锤类设备产生冲击力，轧机与压力机设备产生静压力。 金属塑性成型的基本生产方法有以下几种：
压力加工工艺
各种块体压力加工工艺
各种板料冲压工艺
各种加工方法的应用范围
• 轧制、挤压、拉拔
主要用于金属型材、板材、
钢材和线材等原材料。
• 锻造 用于承受重载荷的机器零件，如机器的 主轴、重.1.2 冷变形与热变形
2.热变形： 在再结晶温度以上的变形。变形后，金属具有再结晶组织、而无加工硬化痕迹。
也称热加工。 ➢ 优点：金属能以较小的功达到较大的变形，加工尺寸较大和形状比较复杂的工件， 同时获得具有高机械性能的再结晶组织。 ➢ 缺点：金属表面容易形成氧化皮，而且产品尺寸精度和表面质量较低，劳动条件 和生产率也较差。
• 板料冲压 广泛用于汽车制造、电器、仪表及日 用品工业等方面。
锻1
3、纤维组织和锻造流线
2）锻造比
纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关。 变形程度越大，纤维组织越明显。 压力加工过程中，常用锻造比来表示变形程度
3、纤维组织和锻造流线
3）锻造流线和纤维组织对性能的影响
Y<2时——组织致密，力学性能提高。 Y=2--5时——各向异性，纵提高，横下降。 Y>5时——纵不提高，横急剧下降。
的倾向。（但室温不易实现）
“回复”——可消除或部分消除加工硬化。 再结晶——可以细化晶粒，消除全部加工硬化，消除应 力。
第二节 金属塑性成形原理
再结晶与同素异构不同 再结晶晶格类型不发生变化。
再结晶没有固定的温度。
冷变形程度越大、晶间碎晶越多、晶格畸变越严重—— 再结晶越容易，T再越低。
杂质和合金元素多——T再越高。
变形条件
应力状态
对塑性的影响——压应力数目越多，塑性越好；拉应力数 目越多，塑性越差。 对变形抗力的影响——同号应力状态下的变形抗力大于异 号状态下的变形抗力。
变形条件
所以，在选择变形方法时，对于塑性高的金
属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对 于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑
性，防止裂纹。
2、影响因素
金属的本质 变形条件 变形温度 变形度度 应力状态
四、金属的塑性变形规律
1、体积不变条件 2、最小阻力条件——金属向阻力最小的方向移动。
最小阻力条件
最小阻力条件
为了提高拔长效率，拔长时送进量z应小于坯料宽度口。
最小阻力条件
对于塑性差的合金，用V形砧或圆形砧拔长，即可防 止裂纹的产生，又可提高拔长效率，
第二节 金属塑性成形原理
3、纤维组织和锻造流线 1）概念
轧制1
1.内力当物体在外力的作用下，并且物体的运动受到阻碍时，或者由于物理或物理化学等作用而引起物体内原子间距发生改变时，在物体内部产生的一种相互平衡的力叫做内力。
2.内力产生的原因(1) 为平衡外部的机械作用，在金属体内产生与外力相平衡的力。
其值与外力的大小相等，并随外力作用而产生，随外力去除而消失。
(2) 由于物理或物理化学作用而引起的内力。
例如：不均匀加热或冷却，不均匀变形及金属内的相变。
1.应力内力强度称为应力，或单位面积上作用内力的大小。
2.分类(1) 显应力：为平衡外部机械力而产生的内力强度；(2) 隐应力：由物理或物理-化学过程而产生的内力强度；(3) 平均应力：当所研究的截面的应力为不均匀分布时，内力与该截面面积的比值；(4) 总应力(5)：F面切线方向的分内力。
(6)：F面法线方向的分内力。
应力集中：缺陷部位的实际应力比正常的应力高出数倍的现象。
例如：表面有尖角、缺口、结疤、折叠、划伤、裂纹等缺陷。
内部有气泡、缩孔、裂纹、夹杂物等。
应力集中大大降低了金属的塑性，金属的破坏从此开始。
1.应力状态的定义所谓物体处于应力状态，就是物体内的原子被迫偏离其平衡位置的状态。
金属内部的应力状态，决定了金属内部各质点所处的状态时弹性状态，塑性状态还是断裂状态。
一切压力加工的目的均是在外力的作用下，使金属产生塑性变形，获得所需要的各种形状和尺寸的产品。
二、应力图示（应力状态图示）按主应力的存在情况和主应力的方向，主应力图示共有9种可能的形式。
其中，线应力状态2种，平面应力状态3种，体应力状态4中。
1. 线应力状态有2种图示，一种为压缩X1(00-)，一种为拉伸X2(+00)。
型材、棒材、薄板等拉伸矫直时，离夹头稍远一点的部分，2. 面应力状态3种形式中，两向压应力M1(0--)最有利于塑性变形；两向压应力M3(++0)最不利，但能产生一些很小的塑性变形；一拉一压M2(+0-)介于二者之间。
压力加工原理
内部受两向压应力，金属较难变形；II区为剧烈变形区，主 要受力是三向压应力；III区一般称自由变形区，但变形时 内部存在较大拉应力，变形量过大时将可能出现裂纹
晶内变形（滑移、孪晶、扭转） 晶间变形（晶粒的转动与移动） 高温变形时，晶间存在低熔点相，对变形有一定的修复作用，这也是
金属在高温下可获得较大变形的原因之一
压力加工原理
第二章 金属的塑性变形机制
多晶体变形特点
变形的发生、发展不均匀 变形的发生、发展不均匀，主要是由于多晶体内部晶粒的取向、大小、
提取出来的金属须通过各种方式，加工需要的形状，称为成型。
金属成型方法一般分3类
减少质量的方法：机加工、电解腐蚀、冲裁剪切等。 增加质量的方法：焊接铆接、电镀沉积等。 质量不变的方法：锻造、轧制、挤压、拉拔等
压力加工原理
压力加工原理
绪论
由于金属铸锭组织粗大且不均匀，强度、塑性差，常需要通过压 力加工改善内部组织、改变形状，以利后续应用。
金属压力加工就是利用金属的塑性，通过外力克服金属对变形的 抵抗，使其产生塑性变形，从而得到各种形状、尺寸和组织性能 的产品。压力加工的过程就是金属产生塑性变形的过程，也可称 作塑性加工。
压力加工原理
压力加工原理
绪论
金属压力加工的分类
按照加工时，工件受力和变形方式 锻造、轧制、挤压、拉伸等
按照加工时，工件温度特征
硬度法：主要用于冷变形，硬度的变化与变形程度成比例 晶粒大小比较法：变形量对再结晶退火后晶粒大小基本呈正比 网格法：最常用的方法
压力加工原理
第一章 应力与变形
不均匀变形的原因
1应力状态和塑性变形简介
图1-4 加热不均引起的内力
1.3 内力和应力
2.产生内力的原因
(1)为了平衡外部的机械作用，在金属体内产生与外
力相平衡的内力。其值与外力大小相等，并随外力作 用而产生，随外力去除而消失。
（2）由于物理或物理-化学过程所产生的相 互平衡的内力。不均匀变形、不均匀加热或不均
匀冷却及金属的相变等，都可以促使金属内部产生 内力。
二、约束反力
工件在主动力的作用下，其整体运动和质点流动受到
工具的约束时所产生的力(阻碍金属质点运动的力 ) （1）正压力
沿工具和工件接触表面法线方向阻碍工件整体移动 或金属流动的力，它的方向和接触面垂直，并指向 工件，如图1-1中之N。
（2）摩擦力
沿工具和工件接触面切线方向阻碍金属流动的力， 它的方向和接触面平行，并与金属质点流动方向和 流动趋势相反。如图1-1中之T。
一、应力状态
1.定义
在外力作用下，物体内部原子被 迫偏离其平衡位置，此时在物体内 部就出现了内力和应力，即处于应 力状态。
1.4 应力状态及应力图示、变形图示
2.研究金属的应力状态的意义
（1） 金属内部的应力状态，决定了金属内部 各质点所处的状态是弹性状态、塑性状态还是 断裂状态。
（2）因此，了解各种压力加工中金属内部的 应力状态特点，对于确定物体开始产生塑性变 形所需的外力，以及采用什么样的工具与加工 制度，使力能的消耗最小等方面都具有重要的 实际意义。
把塑性加工设备可动工具部分对变形金属所作 用的力叫作用力或主动力。用实际例子加以说明
（a）镦粗
（c）拉拔
（b）挤压
图1-1 基本压力加工过程的受力图和应力状态图 锻压时锤头对工件的压力（图1-1a中之P）; 挤压加工时活塞对金属推挤的压力（图1-1b中之P）；
金属压力加工工艺基础知识
金属压力加工材料性能
04
金属材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
塑性定义
塑性指标
影响因素
包括延伸率、断面收缩率和弯曲试验等，用于评估金属材料的塑性性能。
金属材料的化学成分、组织结构、温度和应变速度等都会影响其塑性。
03
02
01
金属材料在外力作用下发生弹性变形，当外力去除后能够恢复原状的能力。
分类
根据加工方式的不同，锻造工艺可分为自由锻和模锻两种类型。自由锻是利用锤击或压力机等设备使金属自由变形，而模锻则是将金属放入模具中，通过施加压力使其按照模具的形状变形。
应用
锻造工艺广泛应用于航空、汽车、船舶、电力、石油化工等领域，用于制造各种重要构件和零部件。
01
02
03
04
总结词：冲压是一种利用冲压模具对金属板材施加压力，使其变形或分离的加工工艺。
尺寸偏差是金属压力加工过程中出现的一种常见缺陷，它会影响产品的精度和性能。
总结词
尺寸偏差是由于加工过程中的误差累积或工艺参数控制不当而引起的。尺寸偏差的存在可能会导致产品的尺寸不符合要求，影响其装配和使用性能。为了减小尺寸偏差，需要加强工艺参数的控制和精度测量，同时采用高精度的加工设备和工艺方法。
家用电器的元件制造
家用电器的元件如电热器、电风扇的叶轮等部件通过锻造和轧制工艺制造。
高强度钢的应用
随着高强度钢的研发和应用，金属压力加工工艺需要适应新的材料特性，如更高的强度和更好的韧性。
复合材料的应用
复合材料的广泛应用对金属压力加工工艺提出了新的挑战和机遇，如碳纤维增强塑料等材料的加工和连接技术。
温度控制对产品质量的影响
在金属压力加工中，温度的控制至关重要。通过合理的温度控制，可以改善材料的加工性能，提高产品的质量和合格率。
金属压力加工
塑性变形的基本规律 1、体积不变定律 V变形前＝V变形后
变形后，损耗很小，通常忽略不计。
2、最小阻力定律
金属流动沿着阻力最小的方向进行。
3、塑性变形不均匀性
变形时，工具与金属接触面存在摩擦力。造成内应力和变形不 变形时，工具与金属接触面存在摩擦力。造成内应力和变形不 均匀。影响制件内部组织和性能不均匀，甚至造成内部和外部 裂纹，使工件报废。 圆柱体镦粗： I区——难变形区。 ——难变形区。 II区——剧烈变形区。 II区——剧烈变形区。 III区——变形介于I、II区。 III区——变形介于I II区。
塑性变形后金属的组织和性能
一、加工硬化 金属在塑性变形时，随着变形程度的增加， 金属在塑性变形时，随着变形程度的增加，强度和硬度不断提 高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工硬化。 塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工硬化。 加工硬化是由金属内部组织变化引起的， 加工硬化是由金属内部组织变化引起的，其特点： 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长，排列位向趋于一致； 各晶粒沿变形最大的方向伸长， 2、位错密度增加，晶格严重扭曲，产生内应力； 位错密度增加，晶格严重扭曲， 3、滑移面和晶粒间产生碎晶。 滑移面和晶粒间产生碎晶。
选实验课通知
时间：本周四、五（10月29，30日）上课时 时间：本周四、五（10月29，30日）上课时 间 地点：机械材料馆428房间 地点：机械材料馆428房间 徐文慧老师 内容：.2 各班班长买本班同学的实验指导书，0.2 元/本；每个同学必须买。
2．再结晶
再结晶 以某些碎晶或杂质为晶核，成长为新的等轴细晶粒的 以某些碎晶或杂质为晶核， 过程称为再结晶。 过程称为再结晶。 再结晶消除了全部加工硬化，使金属的强度和硬度明显下降， 再结晶消除了全部加工硬化，使金属的强度和硬度明显下降， 塑性和韧性显著提高。 塑性和韧性显著提高。 一般纯金属的再结晶温度为： T再结晶≈0.4T熔点（K） 消除金属加工硬化的热处理方法叫再结晶退火。 消除金属加工硬化的热处理方法叫再结晶退火。 再结晶的特点： 1、只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。 只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。 2、不同于同素异构转变，不发生晶体结构变化。 不同于同素异构转变，不发生晶体结构变化。 3、可以细化晶粒。 但过份地延长加热时间，晶粒会不断长大，金属力学性能下降。
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zx zy
0
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0
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yz
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塑性加工力学 1.2 直角坐标系中一点的应力状态
1 应力分析
应力分量 设在直角坐标系中有一承受任意力系的物体，物体内有一
任意点Q，围绕Q切取一矩形六面体作为单元体，其棱边分 别平行于三根坐标轴。取六面体中三个相互垂直的表面作为 微分面，如果这三个微分面上的应力都可以通过静力平衡求 得。这就是说，可以用质点在三个相互垂直的微分面上的应 力来完整地描述该质点的应力状态。
微分面上的应力就是质点在任意切面上的应力，它可通过四面体QABC的静 力平衡求得。
lco N ,s x)(m ,co N ,s y)(n ,co N ,s z) l2m 2n21
dF ABC
dF
x
QBC
ldF
dF
y
QAC
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dF z QAB ndF
P SxSd co F S,x s) (SxdF
金属材料成型原理
塑性成形原理 铸件形成原理 焊接原理
《塑性成形原理》
塑性加工基础理论 塑性加工理论及应用
主要参考文献
陈平昌. 材料成形原理. 机械工业出版社 李庆春. 铸件形成理论基础. 机械工业出版社 王仲仁. 塑性加工力学. 机械工业出版社 吴德海．近代材料成形原理．机械工业出版社 汪大年．金属塑性成形原理．,机械工业出版社 周美玲．材料工程基础，北京工业大学出版社，2001年； 蒋成禹．材料加工原理，哈尔滨工业大学出版社，2001年. 曹乃光．金属塑性加工原理，冶金工业出版社，1983年。 王廷博．金属塑性加工学．冶金工业出版社,1988年。 马怀宪．金属塑性加工学．冶金工业出版社，1991年。 杨守山．有色金属塑性加工学．冶金工业出版社,1982年。 傅祖铸．有色金属板带材生产．中南工业大学出版社,1992年。 谢建新．金属挤压理论与技术．冶金工业出版社,2001年。 安阁英. 铸件形成理论. 机械工业出版社
2S22
塑性加工力学
1 应力分析
S 如果S为主应力：
S x S cos( S , x) S y S cos( S , y ) S z S cos( S , z )
质点在任意切面 上的应力
Sx l Sy m
Sz n
代入下式，得： Sx xl yxm zxn
S y xyl ym zyn Sz xzl yzm zn
塑性加工力学
1 应力分析
主方向l,m,n应满足方程组：
质点在任意切面 上的应力
(x )l yxmzxn 0 xyl (y )mzyn 0 xzl yzm(z )n 0
l2 m2 1
y
A
x
N
xy
x
O yx
y
B
OAcB o s AcB o N ,x sA B l O B AcB o s AcB o N ,y sA B m
二维坐标系推广到三维坐标系
塑性加工力学
1 应力分析
1.2 直角坐标系中一点的应力状态
质点在任意切面上的应力。取质点Q（单元体）如图（图4-3），则该
塑性成形原理
1 应力分析 2 应变分析 3 屈服准则 4 塑性应力-应变关系 5 主应力法 6 滑移线法 7 上限法
塑性加工力学
塑性加工力学
1 应力分析
1.1 应力张量 1.2 直角坐标系中一点的应力状态 1.3 应力平衡微分方程 1.4 平面应力状态和轴对称应力状态
塑性加工力学
1 应力分析
1.1 应力张量
塑性加工力学
1.1 应力张量
xx yx zx
ij xy yy zy
xz
yz
zz
应力正负判断标准： 正平面，正方向；应力为正； 正平面，负方向；应力为负； 负平面，正方向；应力为负； 负平面，负方向；应力为正；
1 应力分析
yx xy yz zy zx xz
塑性加工力学
1 应力分析
1.2 直角坐标系中一点的应力状态
质点在任意切面 上的应力
静力平衡：
P x Sc d S o ,x F ) s x Q ( y B Q x C z A x Q C 0 A
P x S x d F x ld y F m x d zn xF d 0F
物体所承受的外力可以分成两类： 一类是作用在物体表面上的力，叫做面力或接触力，它可 以是集中力，但更一般的是分布力； 二类是作用在物体每个质点上的力，叫做体力。
内力： 在外力作用下，物体内各质点之间就会产生相互作 用的力。
应力：单位面积上的内力。
现以单向均匀拉伸为例（如图4-1）进行分析。
塑性加工力学
1.1 应力张量——单向拉伸
SF0 c PosF P 0co s0cos
Scos 0 cos2 Ssin 120 sin2
当 4 时 5取 ， m a0 .x 50
1 应力分析
塑性加工力学
1.1 应力张量
1 应力分析
xx yx zx 在 x 方向 xy y zy 在 y 方向 xz yz z 在 z 方向 在在在 x yz 平平平 面面面
同理：
Sxxlym x zx n
Sx xl yxm zxn Sy xyl ym zyn Sz xzl yzm zn
塑性加工力学
1 应力分析
1.2 直角坐标系中一点的应力状态
质点在任意切面 上的应力
S2Sx2Sy2Sz2
SxlSymSzn
xl2 ym2 zn2
2(xylmyzmnzxnl)
塑性加工力学
1 应力分析
应力张量、应力偏张量、应力球张量：
应力张量等于应力偏张量+应力球张量。 应力偏张量：只能使物体产生形状变化，而不能产生体积变化。应力球张 量：不能使物体产生形状变化和塑性变形，而只能产生体积变化。
xxyxzxij xy yy zy
xz
yz
zz
xx
m
yx
上述三个微分面上的应力都可以按坐标轴的方向分成三 个分量。由于每个微分都与一坐标轴面垂直而与另两坐标轴 平行，故三个应力分量中必有一个是正应力分量，另两个则 是剪应力分量因此一般情况下，一点的应力状态应该用九个
应力分量来描述，如图4-2所示。
塑性加工力学
1 应力分析
预备知识:
l cos(N, x) cos mcos(N, y) cos