塑性加工力学概述

模锻件
（a）自由锻
下模
（b）模锻 图 1.5 锻造成形示意图
（a）用于汽车上的部分精锻产品 （b）用于电器上的精锻产品
（5）冲压技术
施压介质： 钢制、气体、液体等
板料
压边力
拉深
变形区
胀形
气压
气压
抽真空
(a)凸模成形方法
图 2.13 气压成形方法
抽真空 (b)凹模成形方法
(a)凸模成形制品
(b)凹模成形制品
5.89
底部切削率%
20
17.65
4.14
槽钢切分过程有限元模拟
h=160±2.0 b=63±2.5 d=6.5±0.6 t=10±0.6 c=28.25 r1=10 r2=5.0
(单位：mm)
原料选用140×140方坯
第二道实际尺寸
第二道模拟尺寸
第三道实际尺寸 图 7.22 实际轧制中的轧件取样尺寸
图 2.14 超塑性气压胀形产品壁厚的不均匀性
纺纱槽筒
飞机舱门
发动机部件
火箭部件
图 2.16 采用超塑性气压成形方法制成的典型零件
(a)单层板 SPF/DB 工艺
(b)单层板 SPF/DB 工艺 (c)单层板 SPF/DB 工艺 图 2.17 SPF/成形方式
◆塑性加工的特点
（1）改善组织、提高性能 （2）金属流线分布合理 （3）提高材料利用率
线性加载
橡胶模具
问题：
1) 理论解析困难； 2) 工艺及模具设计周期长； 3) 存在低密度区域缺陷； 4) 成材率低，成本高。
改进措施 —橡胶模具变化
优化设计模拟结果
实际生产过程、BenchMark模拟及改进模型之间的切削率比较
实际生产过程 BenchMark模型
改进模型
总体切削率%
15
9.86
第三道模拟尺寸 图 7.23 模拟计算所得的轧件尺寸
实际轧制过程、模拟轧制过程主要工艺参数
道
实际轧制 (mm)
次 腰厚 腰部压下量 腿长 腿部伸长量 腰厚
No.1 107
33
16.8
16.8
108
No 2 76.3
30.7
26.5
9.7
74.5
No 3 47.2
29.1
39.7
13.2
52
模拟轧制 (mm)
（1）贝氏体单相组织； （2）铁素体＋贝氏体混合组织； （3）铁素体＋珠光体＋贝氏体混合组织； （4）铁素体＋珠光体混合组织； （5）马氏体组织。
◆在轧辊正下方，作用在角部上的应力几乎 没有拉伸应力。
压缩应力 拉伸应力
◆在进行热轧时，一般是从窄边开始进行
压下的，长边上的表面裂纹是在窄边压下 过程中产生的。
热轧方向 几乎没有裂纹的部位 裂纹多的部位
组织控制:
◆在进行轧制时，由于摩擦力的存在，在 轧制时侧面会出现鼓形，将产生拉伸应力。
（2）直接软化线材
陶百度文库粉末冷等静压成形过程
粉末 颗粒
芯棒
粉末颗粒
加压
粉末成份：Al2O3、SiC、C 以及粘结剂、添加剂
模 具：橡胶 芯 棒：刚性体 粉体初始相对密度：0.50 加载制度：0 ﹥150MPa
腰部压下量 腿长 腿部伸长量
32
15.5
15.5
33.5
27.4
11.9
22.5
37.5
10.1
主要工艺参数设计值
道
实际轧制 (mm)
次
腰厚 腰部压下量 腿长 腿部伸长量
No.1 105
35
10
10
No 2 73
32
35
25
No 3 50
23
44
9
优化后第二道模拟尺寸
优化后第二道实际轧制尺寸
优化后第三道模拟尺寸
刚塑性变形问题：17个方程
应力平衡微分方程：3个
几何方程：
6个
应力应变关系： 6个
屈服准则：
1个
体积不变条件： 1个
未知数：
应力分量σij：6个；应变分量εij：6个 位移分量ui： 3个；比例系数λ： 1个 平均应力σm：1个
传热学理论基本成熟。 组织演变数学模型：国外试验结果
（1）可以根据加热温度对氧化物颗粒 大小进行约束。可以根据加热温度来 确定rave。 措施： 力学分析＋组织控制
图 7.37 模拟计算优化工艺所得到的 轧件尺寸
优化后第三道实际轧制尺寸
图 7.38 优化工艺在实际轧制中的 轧件取样尺寸
塑性加工力学概述
0、序论 0.1塑性加工
F≠0
F≠0
材料
塑性变形？ 弹性变形？
为了判断受力物体产生弹性变形，还 是产生塑性变形，需要看卸载后变形 体的恢复行为。
σ
εe： 弹性变形
εp＝0:变形完全恢复
弹性变形
εp： 塑性变形
εe εp ε
（永久变形）
F=0
F=0
变形体
变形完全恢复
变形没有完全恢复 有残余变形
关于轧制时产生裂纹的原因，主要是由晶 粒尺寸、晶界强度、压下量、轧制速度等 因素的影响所致。
轧制条件 ◆压下量 ◆轧制速度 ◆轧辊形状
轧制方向
晶界强度 ◆晶界析出物 ◆晶粒取向
晶粒尺寸 ◆加热前组织 ◆化学成分
图 5 轧制时表面裂纹产生的各影响的因素
在进入加热炉之前，连铸坯表层组织有四 种，即：
（3）提高材料利用率
0.3本课程的目的及意义
塑性加工原理
塑性加工力学
塑性加工金属学
◆轧制技术 ◆挤压技术 ◆拉拔技术
◆锻造技术 ◆冲压技术 ◆新型塑性加工方法
探讨塑性加工力学、塑性加工金属学等方面的共同规律： ▲完善塑性加工理论体系；▲优化塑性加工工艺； ▲开发新型塑性加工方法。
弹性变形问题：15个方程
锻造和冲压统称为锻压技术
（1）轧制技术
后滑区（变形区）
γ
轧辊 前滑区（变形区）
金属坯料
α 轧件
图 1.2 轧制成形示意图
（2）挤压技术
挤压筒 变形区 死金属区 挤压件
p
坯料
图 1.3 挤压成形示意图
（3）拉拔技术
坯料 变形区 拉拔模 拉拔产品
图 1.4 拉拔成形示意图
（4）锻造技术
死金属区 上模
应力平衡微分方程：3个
几何方程：
6个
应力应变关系： 6个
未知数：
应力分量σij：6个 应变分量εij：6个 位移分量ui： 3个
弹塑性变形问题：16个方程
应力平衡微分方程：3个
几何方程：
6个
应力应变关系： 6个
屈服准则：
1个
未知数：
应力分量σij： 应变分量εij： 位移分量ui： 比例系数λ：
6个 6个 3个 1个
（1）改善组织、提高性能
钢结硬质合金
(a) 未经锻造的合金退火态 (b) 经锻造 的合金退火态 图1 锻造前后的合金显微组织比较
新型超高强度钢G50 热变形与组
织性能的关系
变形前
变形后
（2）金属流线分布合理
纤维组织被切断（服役时易开裂） 纤维组织连续（提高柱塞套疲劳强度） 图 2 柱塞套纤维组织类型
（永久变形）
弹性变形 塑性变形
材料所具有的 塑性变形的能力
利用材料的塑性 使其成形的方法
材料的塑性 材料塑性加工
在冶金行业中：大部分的 塑性加工方法都是在压缩
应力下进行的
金属压力加工
0.2 常见的塑性加工方法
◆轧制技术（冶金行业） ◆挤压技术（冶金、机械行业） ◆拉拔技术（冶金、机械行业） ◆锻造技术（机械行业：体积成形） ◆冲压技术（机械行业：板料成形）