-金属塑性成形基础
《金属塑性成形基础原理》习题集标准答案
《金属塑性成形原理》习题答案一、填空题1. 衡量金属或合金的塑性变形能力的数量指标有伸长率和断面收缩率。
2. 所谓金属的再结晶是指冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织的过程。
3. 金属热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、晶界滑移和扩散蠕变等。
4. 请将以下应力张量分解为应力球张量和应力偏张量＝＋5. 对应变张量，请写出其八面体线变与八面体切应变的表达式。
＝；＝。
6.1864 年法国工程师屈雷斯加（H.Tresca ）根据库伦在土力学中研究成果，并从他自已所做的金属挤压试验，提出材料的屈服与最大切应力有关，如果采用数学的方式，屈雷斯加屈服条件可表述为。
7. 金属塑性成形过程中影响摩擦系数的因素有很多，归结起来主要有金属的种类和化学成分、工具的表面状态、接触面上的单位压力、变形温度、变形速度等几方面的因素。
8. 变形体处于塑性平面应变状态时，在塑性流动平面上滑移线上任一点的切线方向即为该点的最大切应力方向。
对于理想刚塑性材料处于平面应变状态下，塑性区内各点的应力状态不同其实质只是平均应力不同，而各点处的最大切应力为材料常数。
9. 在众多的静可容应力场和动可容速度场中，必然有一个应力场和与之对应的速度场，它们满足全部的静可容和动可容条件，此唯一的应力场和速度场，称之为真实应力场和真实速度场，由此导出的载荷，即为真实载荷，它是唯一的。
10. 设平面三角形单元内部任意点的位移采用如下的线性多项式来表示：，则单元内任一点外的应变可表示为＝。
11、金属塑性成形有如下特点：、、、。
12、按照成形的特点，一般将塑性成形分为和两大类，按照成形时工件的温度还可以分为、和三类。
13、金属的超塑性分为和两大类。
14、晶内变形的主要方式和单晶体一样分为和。
其中变形是主要的，而变形是次要的，一般仅起调节作用。
15、冷变形金属加热到更高的温度后，在原来变形的金属中会重新形成新的无畸变的等轴晶，直至完全取代金属的冷变形组织，这个过程称为金属的。
材料成型工艺基础金属塑性成形
材料成型工艺基础：金属塑性成形1. 引言金属塑性成形是制造业中常见的一种材料成型工艺。
通过对金属材料施加力量，使其在一定的温度和应变条件下发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的制品。
这种成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
本文将介绍金属塑性成形的基本概念、工艺流程以及常见的金属塑性成形方法。
2. 基本概念2.1 金属塑性成形的定义金属塑性成形是指将金属材料通过施加力量，在一定的温度和应变条件下，使其发生塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的工艺过程。
2.2 塑性变形的基本概念塑性变形是指材料在一定的应力作用下，在超过其屈服点之后发生的可逆性变形。
在这种变形中，金属材料的原子结构会发生改变，从而改变了材料的形状和尺寸。
3. 工艺流程金属塑性成形的工艺流程主要包括以下几个步骤：3.1 原材料准备在金属塑性成形工艺中，首先需要准备好所需的金属原材料。
原材料的选择需要满足产品的要求，包括材料的强度、韧性、耐蚀性等。
3.2 材料加热在金属塑性成形之前，通常需要将金属材料进行加热。
加热可以使金属材料达到一定的塑性状态，更容易发生塑性变形。
加热的温度和时间需要根据不同的金属材料和成形要求进行调整。
3.3 成型工艺金属塑性成形的成型工艺包括以下几种常见方法：3.3.1 锻造锻造是一种利用压力将金属材料塑性变形成形的方法。
在锻造过程中，金属材料会经过压缩、拉伸、冷却等多个步骤，最终得到所需的形状。
3.3.2 拉伸拉伸是将金属材料放在拉伸机上，通过施加力量使其发生塑性变形的方法。
通过拉伸可以改变金属材料的形状和尺寸。
3.3.3 深冲深冲是将金属材料放在冲压机上，通过模具对材料进行冲压，使其发生塑性变形的方法。
通过调整模具的形状和尺寸，可以得到不同形状和尺寸的制品。
3.4 后处理在金属塑性成形完成之后，通常需要进行一些后处理工艺。
包括去除表面的氧化物、清洗、退火等。
后处理的目的是提高产品的表面质量和性能。
4. 常见的金属塑性成形方法4.1 冷镦成形冷镦成形是一种将金属材料通过冷镦机进行挤压、拉伸、弯曲等操作，使其发生塑性变形的方法。
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。
材料成型工艺基础金属塑性成形
金属塑性成形技术不断创新，提高生产效率和产品质量
金属塑性成形技术与其他制造技术的融合，形成智能化制造体系
金属塑性成形技术应用于新领域，如航空航天、新能源等
金属塑性成形技术未来发展需要关注环保、可持续发展等方面
汇报人：
感谢观看
添加标题
分类：根据传动方式的不同，挤压机可分为液压挤压机和气压挤压机；根据用途的不同，可分为铝型材挤压机、铜材挤压机等
添加标题
应用范围：挤压机广泛应用于有色金属、黑色金属的挤压成型，如铝型材、铜管、钢管等
05
金属塑性成形质量控制
原材料控制
金属原材料的种类和规格
原材料的化学成分和物理性能
原材料的采购、检验和存储要求
太阳能领域：太阳能电池板、太阳能热利用等设备的制造
建筑领域
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
建筑装饰：金属塑性成形也可用于制造建筑装饰，如金属幕墙、金属吊顶和金属栏杆等。
建筑结构：金属塑性成形可用于制造建筑结构，如桥梁、高层建筑和塔式建筑等。
建筑门窗：金属塑性成形可用于制造建筑门窗，如推拉门、平开门和旋转门等。
06
金属塑性成形应用领域
汽车制造
汽车车身：金属塑性成形技术用于生产汽车车身的各个部件，如车门、车顶、车底等。
汽车零部件：金属塑性成形技术也用于生产汽车内部的零部件，如座椅框架、控制面板等。
汽车发动机：金属塑性成形技术可用于生产汽车发动机的各个部件，如气缸、曲轴等。
汽车底盘：金属塑性成形技术可用于生产汽车底盘的各个部件，如悬挂系统、刹车系统等。
质量策划：制定详细的质量计划，包括原材料采购、生产过程控制、产品检验等环节。
质量控制：通过各种检测手段和方法，对生产过程中的关键环节进行监控，确保产品质量稳定。
第三章 金属塑性变形的物理基础
（1）塑性的基本概念
什么是塑性？ 塑性是金属在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？ 塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
塑性与柔软性的对立统一
铅---------------塑性好，变形抗力小
不锈钢--------塑性好，但变形抗力高 白口铸铁----塑性差，变形抗力高
塑性指标的测量方法
拉伸试验法 压缩试验法 扭转试验法 轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lh L0 100%
L0 F0 Fh 100%
F0
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
%
晶粒5 晶粒4 晶粒3
晶粒2
晶粒1
位置，mm
图5-6 多晶铝的几个晶粒各处的应变量。 垂直虚线是晶界，线上的数字为总变形量
四、合金的塑性变形
单相固溶体合金的变形 多相合金的变形
§3. 2 金属塑性加工中组织和性能变化 的基本规律
一、冷塑性变形时金属组织和性能的变化 二、热塑性变形时金属组织和性能的变化
2200
N/mm2
图4-6 正压力对摩擦系数的影响
0.5
μ
0.4
0.3
0.4
0.2 0.2
0.1
0
℃
200
400
600
800
图4-7 温度对钢的摩擦系数的影响
0
400
600
800 ℃
图4-8 温度对铜的摩擦系数的影响
测定摩擦系数的方法
夹钳轧制法 楔形件压缩法 塑性加工常用摩擦系数 圆环镦粗法
金属塑性成型原理第一篇塑性变形力学基础
3 I1 2 I2 I3 0
－－求主应力的特征方程
（1.10）
I1、I2、I3称作应力
应力张量三个不变量：
张量的第一、二、三 不变量。
I1 x y z
I2
(
x
y
y
z
z
x)
2 xy
2 yz
2 zx
器 I3
x
y z
ijlil j ijli
n
S
2 n
2 n
截面应力分解
3
塑性成形时，变形体一般是多向受力，
显然不能只用一点某一切面上的应力来
求得该点其他方向切面的应力，也就是
说，仅仅用某一方向切面上的应力还不 能足以全面地表示出一点的受力状况。
一般情况下变形体外力一定→内力一定
器
辑 →变形体内任一点的应力状态就一定
辑 导和理解！！
PDF编 捷
迅
8
S2
S
2 x
S
2 y
S
2 z
ABC Sx OBC x OCA yx OAB zx
Sx xl yxm zxn
sy xyl ym zyn sz xzl zym zn
13
主切应力、主切应力平面、最大主切应 力的讨论，请看书中P14~16页。
DF编辑器 §1.2.3 八面体应力与等效应力 P 八面体应力
在主应力空间中，每一卦限中均有一组与三个坐标轴成 等倾角的平面，八个卦限共有八组，构成正八面体面。八面
迅捷体表面上的应力为八面体应力。
材料成型工艺基础金属塑性成形课件
2.3模 锻
1.模锻件应避免深孔或多孔。
2.模膛不应过深。
3.形状复杂或敷料较多时，宜考 虑焊接+锻造组合结构。
返回
热模锻压力机上模锻
2.3模 锻
返回
平锻机上模锻
2.3模 锻
返回
胎模锻
2.3模 锻
下一节 返回
§4 板料冲压
2.4板料冲压
2.4板料冲压
一、冲压设备
冲床 剪床
数控冲床
二、冲压工序
17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。上午11时13分26秒上午11时13分11:13:2621.8.17
2.1塑变基础
钢锭 在压力机上 开坯
§2 锻造
自由锻 (手工、机器）
模锻
返回
连杆锻件
装饰锻件
自由锻
2.2自由锻
一、设备
空气锤 蒸汽锤 电液锤
▪尽量使敷料等最少，提高金属利用率，节
省后续加工工时。
2.3模 锻
2.敷料、加工余量和公差的确定
3.模锻斜度
4.模锻圆角
5.冲孔连皮
四、模锻的工艺特点
2.3模 锻
锻件精度、生产率比自由锻高。 需用专用模具，模具成本高，适 用于大批量生产。 锻件的外形可以较复杂。 中、小型锻件为主。
五、模锻件的结构工艺性
四、工艺特点
2.2自由锻
锻件外形简单、精度低，半成 品或毛坯件为主。
生产率低，可生产各种重量的 锻件。
大型、巨型锻件只能用自由锻 方法生产。
五、锻件的结构工艺性
轴类零件 杆类零件 盘类零件
2.2自由锻
§3 模锻
一、模锻方式
锤上模锻 压力机上模锻 胎模锻
金属塑性成形原理---第二章_金属塑性变形的物理基础
位错的攀移
❖ 螺型位错无攀移
❖ 正攀移——正刃型位错位错线上移
负刃型位错位错线下移
编辑课件
位错的交割
❖ 两根刃型位错线都在各自的滑移面上移动，
则在相遇后交截分别形成各界，形成割阶后
仍分别在各自的平面内运动。
❖ 刃型位错和螺型位错交割时，在各自的位错
线上形成刃型割阶，位错线也能继续滑移。
❖ 螺型位错和螺型位错交割时，相交后形成的
❖ 假设：理想晶体两排原子相距为a，同排原子间距
为b。原子在平衡位置时，能量处于最低的位置。
在外力τ作用下，原子偏离平衡位置时，能量上升，
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以上。
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
典型的晶胞结构
编辑课件
三种晶胞的晶格结构
编辑课件
一、塑性变形机理
实际金属的晶体结构
❖ 单晶体:各方向上的原子密度不同——各向
异性
❖ 多晶体:晶粒方向性互相抵消——各向同性
❖ 塑性成形所用的金属材料绝大多数为多晶
体，其变形过程比单晶体复杂的多。
编辑课件
多晶体塑性变形的分类
加工中，会使变形力显著增
加，对成形工件和模具都有
III．抛物线硬化阶段：
一定的损害作用；但利用金
与位错的交滑移过程有关，
θ3
随应变增加而降低，应力应变
属加工硬化的性质，对材料
曲线变为抛物线。
进行预处理，会使其力学性
能提高
编辑课件
2.2 金属热态下的塑性变形
材料成型基本原理总结
材料成型力学原理部分第十四章金属塑性变形的物理基础1、塑形成形：利用金属的塑性，使金属在外力作用下成形的一种加工方法，亦称金属塑性加工或金属压力加工。
2、金属塑性成形的优点：生产效率高、材料利用率高、组织性能亦改变、尺寸精度高。
3、塑性成形工艺：锻造、轧制、拉拔、挤压、冲裁、成型4、金属冷塑形变形的形式：1、晶内变形：滑移和孪生2、晶间变形：晶粒间发生相互滑动和转动5、加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升，为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。
（指应变对时间的变化率）6、热塑性变形时金属组织和性能的变化1、改善晶粒组织2、锻合内部缺陷3、破碎并改善碳化物和非金属夹杂物在钢中的分布4、形成纤维组织5、改善偏析7、织构的理解：多晶体取向分布状态明显偏离随机分布的取向分布结构。
8、细化晶粒：1、晶粒越细小，利于变形方向的晶粒越多2、滑移从晶粒内发生止于晶界处，晶界越多变形抗力越大9、热塑性变形机理：晶内滑移、晶界滑移和扩散蠕变10、塑性：不可逆变形，表征金属的形变能力11、塑性指标：金属在破坏前产生的最大变形程度12、影响塑性的因素：1、化学成分和合金成分对金属塑性的影响2、组织状态对金属塑性的影响3、变形温度4、应变速率5、应力状态13、单位流动压力P：接触面上平均单位面积上的变形力14、碳和杂质元素的影响碳：其含量越高，塑性越差；磷：冷脆；硫：热脆性；氧：热脆性；氮：时效脆性、蓝脆、气孔；氢：氢脆、白点、气孔和冷裂纹等15、合金元素的影响：塑性降低硬度升高16、金属组织的影响（1）晶格类型（2）晶粒度（3）相组成(4)铸造组织17、变形温度对金属塑性的影响：对大多少金属而言，总的趋势是随着温度升高，塑性增加。
但是这种增加并不是线性的，在加热的某些温度区间，由于相态或晶界状态的变化而出现脆性区，使金属的塑性降低。
（蓝脆区和热脆区）18、变形抗力：指金属在发生塑性变形时，产生抵抗变形的能力一般用接触面上平均单位面积变形力来表示，又称单位面积上的流动压力19、质点的应力状态：变形体内某点任意截面上应力的大小和方向20、对变形抗力的影响因素：①化学成分：纯金属和合金②组织结构：组织状态、晶粒大小和相变③变形温度④变形程度：加工硬化⑤变形速度⑥应力状态21、金属的超塑性：细晶超塑性、相变超塑性第十五章应力分析1、研究塑性力学时的四个假设：①连续性假设：变形体不存在气孔等缺陷②匀质性假设:质点的组织、化学成分等相同③各向同性假设④体积不变假设2、质点：有质量但不存在体积或形状的点3、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。
材料成形工艺基础最新精品课件第五章金属塑性成形理论基础
2. 多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形是由于晶界的存在和 各晶粒晶格位向的不同，其塑性变形过程比 单晶体的塑性变形复杂得多。在外力作用下， 多晶体的塑性变形首先在晶格方向有利于滑 移的晶粒A内开始，然后，才在晶格方向较 为不利的晶粒B、C内滑移。由于多晶体中 各晶粒的晶格位向不同，滑移方向不一致， 各晶粒间势必相互牵制阻扰。为了协调相邻 晶粒之间的变形，使滑移得以继续进行，便 图5-4 多晶体塑性变形过程示意图 会出现晶粒彼此间相对的移动和转动。因此， 多晶体的塑性变形，除晶粒内部的滑移和转 动外，晶粒与晶粒之间也存在滑移和转动。
图5-6 回复和再结晶示意图
（3）晶粒长大 在结晶退火后的金属组织一般为细小均匀的等 轴晶。如果温度继续升高，或延长保温时间，则在结晶后的晶粒 又会长大而形成粗大晶粒，从而使金属的强度、硬度和塑性降低。 所以要正确选择再结晶温度和加热时间的长短。
5.2.2 冷变形和热变形后金属的组织与性能
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形，在再结晶以 上进行的塑性变形称为热变形。
图5-7 冲压件的制耳
（4）残余内应力 残余内应力是指去除外力后，残留在金属内 部的应力，它主要是由于金属在外力作用下变形不均匀而造成的。 残余内应力的存在，使金属原子处于一种高能状态，具有自发恢 复到平衡状态的倾向。在低温下，原子活动能力较低，这种恢复 现象难以觉察，但是，当温度升高到某一程度后，金属原子获得 热能而加剧运动。金属组织和性能将会发生一系列变化。
1. 锻造比 锻造比是锻造生产中代表金属变形程度大小的一个参数，一 般是用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示（Y）。如拔长时， 锻造比Y拔=F0/F；镦粗时，锻造比Y镦=H0/H。（式中，H0、F0分别为坯 料变形前的高度和横截面积，H、F分别为坯料变形后的高度和横截面 积）。
材料成型原理备课笔记.
第二篇材料成形力学原理第十三章金属塑性成形的物理基础基本要求：1．掌握金属塑性、抗力及其影响因素；2．了解金属变形机理和变形特征。
第一节 概述一、金属塑性成形的特点定义——塑性是指金属材料在外力作用下发生变形而不破坏其完整性的能力。
人们利用金属的这种特性，使其在外力作用下改变形状，并获得一定力学性能。
这种加工方法，称为金属塑性加工或塑性成形。
用途——金属塑性加工在汽车、拖拉机、船舶、兵器、航空和家用电器等行业都有广泛的应用。
如汽车的大梁和覆盖件是冲压出来的，曲轴、连杆和齿轮的毛坯是锻造出来的。
优点：１．生产效率高，适用于大批量生产２．改善了金属的组织和结构３．材料利用率高４．尺寸精度高二、塑性成形工艺的分类（一）体积成形体积成形是在塑性成形过程中靠体积的转移和重新分配来实现的。
1．锻造 锻造可分为自由锻和模锻。
自由锻是在空气锤或水压机上将毛坯锻成一定的形状和尺寸。
自由锻不使用专用的模具，它的形状和尺寸主要靠工人的熟练技巧来保证。
锻件的尺寸精度较低，生产效率不高，主要适用于单件、小批量生产，以及大型锻件的生产。
模锻是在锻压机器的压力作用下，使金属在模具的孔型中产生塑性变形，获得与模腔形状、尺寸相同的零件，保证相当高的尺寸精度，且生产效率高，适合于大批量生产。
模锻可分开式模锻和闭式模锻。
2．轧制 轧制是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定孔型，使其形成一定截面形状的成形方法。
利用轧制方法可获得型材、板材和管材。
轧制可分为纵轧、横轧和斜轧。
3．拉拔 拉拔是将金属坯料的前端施以一定的拉力，使它通过锥型的凹模型腔、改变其截面的形状和尺寸的一种加工方法。
拉拔是生产棒材、线材和管材的主要方法，它的生产效率很高。
4．挤压 挤压是使大截面的毛坯在凸模的强大压力作用下产生塑性流动，迫使金属从模具型腔中挤出，从而获得一定形状和较小截面尺寸的工件。
由于金属在挤压模具中受三向压应力作用，挤压成形零件的力学性能极佳。
这种加工方式也特别适用于塑性较差的材料成形。
材料成型工艺基础金属塑性成形
目录
CONTENTS
• 金属塑性成形概述 • 金属塑性成形工艺 • 金属塑性成形设备 • 金属塑性成形质量控制与检测 • 金属塑性成形发展趋势与挑战 • 金属塑性成形实例分析
01 金属塑性成形概述
定义与特点
定义
金属塑性成形是一种通过施加外力使 金属坯料发生塑性变形，从而获得所 需形状、尺寸和性能的加工方法。
金属塑性成形的基本原理
要点一
金属塑性变形的本质
金属在受到外力作用时，内部原子或 分子的相对位置发生变化，导致宏观 尺度上金属的形状和尺寸发生改变。
要点二
变形机制
金属塑性变形主要通过滑移和孪晶两 种机制进行，滑移是指在切应力作用 下，晶体的一部分相对于另一部分沿 一定的晶面和晶向发生相对移动；孪 晶是指在切应力作用下，晶体的一部 分相对于另一部分发生镜面对称的移 动。
柔性成形技术
利用可重构的模具和柔性工装，实现多品种、小 批量零件的快速成形。
增材制造技术
利用3D打印技术，实现金属零件的快速原型制造 和个性化定制。
提高生产效率与降低成本
自动化与智能化
通过引入机器人和智能化设备，实现金属塑性成形的自动化和智 能化，提高生产效率。
高效成形工艺
研究和发展高效成形工艺，如高速成形、超塑性成形等，以缩短生 产周期和降低成本。
轧机
轧机是一种通过两个旋转方向相反的轧辊对金属进行轧制 成形的设备。
轧机具有生产效率高、产品质量稳定等优点，广泛应用于 金属板材、带材、棒材等加工领域。
04 金属塑性成形质量控制与 检测
成形过程中的质量控制
01
02
03
温度控制
确保成形温度在适宜范围 内，以获得良好的塑性和 成形效果。
金属塑性变形机制-讲义
金属塑性成形理论基础（一）金属塑性变形机制参考讲义前言金属塑性加工是利用金属的塑性，在外力的作用下，通过模具(或工具)使简单形状的坯料成形为所需形状和尺寸的工件(或毛坯)的技术。
它也被称之为塑性成形或压力加工。
金属塑性加工方法主要包括锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等几种类型。
为何采用塑性成形技术？⏹金属经过塑性成形后能改善其组织结构和力学性能。
铸造组织经过热塑性变形后由于金属的变形和再结晶，会使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、缩松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。
因此铸件的力学性能低于同材质的锻件的力学性能。
⏹塑性成形能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。
什么是塑性变形？当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，金属就会产生变形。
当外力停止作用后，金属的变形并不消失。
这种变形称为塑性变形。
（当外力作用在金属上时，如受拉，金属内的原子间距变大，如果这种变化是弹性范围内的，当外力去除后，原子还能恢复到原来的状态；如果外力较大，这种变化就达到了塑性阶段了，当外力去除之后，有一部分变化就不能恢复了，金属就发生了塑性变形。
作为一种极限，当外力大到一定程度，原子间的结合力被打破，那么金属就断了。
）塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。
塑性不仅与材料本身的性质有关，还与变形有方式和变形条件有关。
材料的塑性不是固定不变的，不同的材料在同一变形条件下会有不同的塑性，而同一材料，在不同的变形条件下，会表现不同的塑性。
塑性是反映金属的变形能力，是金属的一咱重要的加工性能。
塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。
金属材料通过冶炼、铸造，获得铸锭后，可通过塑性加工的方法获得具有一定形状、尺寸和力学性能的型材、板材、管材或线材，以及零件毛坯或零件。
金属塑性成形原理 考点 要点
金属塑性成型绪论塑性变形：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：在外力的作用下，使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力注：材料的塑性不是固定不变的，与变形条件有关影响因素：晶格类型、化学成分、金相组织变形温度、变形速度、受力状况塑性成形（塑性加工）：金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法。
金属塑性成形的特点：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，适于大批量生产金属的超塑性变形：超塑性：金属和合金具有的超常的均匀变形能力的超塑性超塑性：细晶超塑性（结构超塑性、恒温超塑性）在一定的恒温下，在应变速率和晶粒度都满足要求的条件下所呈现相变超塑性（动态超塑性）具有相变或同素异构转变主要用在焊接和热处理相变超塑性的主要控制因素是温度幅度和温度循环率循环次数越多，所得伸长率越大二、细晶超塑性变形力学特征流动应力（真实应力）对变形速率极其敏感 Y--真实应力K--取决于试验条件的材料常数M是表征敏感性的一个重要指数时牛顿粘性流动公式--应变速率m--应变速率敏感性指数对普通金属对超塑性金属 m值越大，伸长率越大m值反映了材料抗局部收缩或产生均匀拉伸变形的能力。
材料的伸长率并不总是由m值唯一确定，式样的几何尺寸和晶粒度对伸长率也有影响。
三、影响细晶超塑性的主要因素（一）应变速率的影响：可大致分三个区：区间I的应变速率极低，在此区间内流动应力很低，m值亦较小属于蠕变速率范围；区间II，，在此区间内，随着的增加流动应力迅速增加，m值亦增大并出现峰值，此属超塑性应变速率范围；区间III，，属于常规应变速率范围，流动应力达到最大值，而m值下降（）（二）变形温度的影响：只有当应变速率和变形温度的综合作用有利于获得最大的m值时，合金才会表现出最佳的超塑性状态（三）组织的影响金属在塑性加工过程中的塑性行为一、塑性的基本概念和塑性指标1、塑性的基本概念：塑性：金属在外力作用下，能稳定的发生永久变形而不破坏其完整性的能力2、塑性指标：（1）拉伸试验：伸长率指标越高，塑性越好断面收缩率（2）镦粗试验：--镦粗试样侧表面出现第一条裂纹的高度（3）扭转试验：试样破断前的扭转角或扭转圈数表示**塑性与变形抗力之间无相关关系二、金属的化学成分和组织对塑性的影响（一）化学成分的影响1、碳钢中碳和杂质元素的影响（1）碳（2）磷：有害元素冷脆性（3）硫：有害杂质热脆性（4）氮：时效脆性（5）氢：氢脆、白点（6）氧2、合金元素对钢的塑性的影响（塑性降低，变形抗力提高）（二）组织的影响1、相组成的影响：单相组织比多相组织塑性好2、晶粒度的影响：均匀细晶组织比粗晶组织有更好的塑性3、铸造组织的影响：铸造组织使金属塑性降低三、变形温度对金属塑性的影响总趋势：随着温度的升高，塑性增加，变形抗力减小蓝脆区热脆区高温脆区在塑性加工时，应力图避开上述各种脆区温度升高使金属塑性增加的原因：1）发生回复与再结晶2）原子动能增加，使位错流动性提高，滑移系增多，从而改善了晶粒之间变形的协调性格3）金属的组织、结构发生变化，可能由多相组织转变为单相组织，也可能由对塑性不利的晶格转变为对塑性有利的晶4）扩散蠕变机理起作用5）晶间滑移作用增强四、应变速率对金属塑性的影响：（一）热效应与温度效应热效应：塑性变形时金属所吸收的能量，绝大部分转化为热能温度效应：由于塑性变形过程中所产生的热量而使变形体温度升高的现象（二）应变速率对塑性的影响机理（三）应变速率对金属塑性的影响的一些基本结论在较低的应变速率范围内提高应变速率时，由于温度效应所引起的塑性增加，小于其他机理所引起的塑性降低，所以最终表现为塑性降低；当应变速率较大时，由于温度效应更为显著，使得塑性基本上不再随应变速率的增加而降低；当应变速率更大时，则由于温度效应更大，其对苏醒的有利影响超过其他机理对塑性的不利影响，因而最终使得塑性回升。
第三章 金属材料的塑性变形
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
二、再结晶 1. 再结晶过程及其对金属组织、性能的影 响 变形后的金属在较高温度加热时，由于原 子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的 晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小 的等轴晶。这个过程称为再结晶。变形金属进 行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而 塑性和韧性大大提高，加工硬化现象被消除， 此时内应力全部消失，物理、化学性能基本上 恢复到变形以前的水平。再结晶生成的新的晶 粒的晶格类型与变形前、变形后的晶格类型均 一样。
3.3 塑性变形后的金属在加热时组织和性能的 变化 金属经塑性变形后，组织结构和性能发生 很大的变化。如果对变形后的金属进行加热， 金属的组织结构和性能又会发生变化。随着加 热温度的提高，变形金属将相继发生回复、再 结晶和晶粒长大过程。
一、回复 变形后的金属在较低温度进行加热，会发生回复 过程。 产生回复的温度T回复为： T回复=(0.25～0.3)T熔点 式中T熔点表示该金属的熔点, 单位为绝对温度 (K)。 由于加热温度不高, 原子扩散能力不很大, 只是 晶粒内部位错、空位、间隙原子等缺陷通过移动、复 合消失而大大减少，而晶粒仍保持变形后的形态， 变 形金属的显微组织不发生明显的变化。此时材料的强 度和硬度只略有降低，塑性有增高，但残余应力则大 大降低。工业上常利用回复过程对变形金属进行去应 力退火、以降低残余内应力，保留加工硬化效果。
第六章金属塑性成形工艺理论基础
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 )。
金属塑性成形原理第三章金属塑性成形的力学基础第五节应力应变关系(本构关系)
1 2 3
(1 m ) ( 2 m ) ( 3 m )
根据Levy-Mises方程
d 1 d 2 d 3 d ( 1 m ) ( 2 m ) ( 3 m )
第五节 塑形变形时的应力应变关系
塑性变形时应力与应变的关系称 为本构关系，其数学表达式称为 本构方程或物理方程。
主要内容：
5.1 弹性变形时的应力应变关系 5.2 塑性变形时应力应变关系特点 5.3 增量理论 5.4 全量理论 5.5 应力应变顺序对应规律
5.1 弹性变形时的应力应变关系
5.1 弹性变形时的应力应变关系
在弹性变形中包括改变体积的变形和改变形状的变形。前者与应力球 张量成正比，后者与应力偏张量成正比，写成张量形式：
比列及差比形式：
x y y z z x xy yz zx 1 x y y z z x xy yz zx 2G
x y
d y - d z
y z
d z - d x d z x
d x d ( x m )
d x d y d( x m y m ) d ( x y )
(d x d y )2 ( x y )2 d2
1 d ij' d ij' d ij' 1 1-2 2G d ij d ij' d ij' d m ij 2G E d 1-2 d m m E
增量理论特点：
Prandtl-Reuss理论与Levy-Mises理论 的差别在于前者考虑弹性变形而后者 不考虑 都指出了塑性应变增量与应力偏量之 间的关系 整个变形由各个瞬时变形累加而得， 能表达加载过程的历史对变形的影响， 能反映出复杂的加载情况
金属塑性成形原理第三章金属塑性成形的力学基础第二节应变分析-无动画版
四、点的应变状态与应力状态的比较
6.主应变图
主应变图是定性判断塑性变形类型的图示方法。主应变图只 可能有三种形式
广义拉伸：挤压和拉拔 广义剪切：宽板弯曲、无限长板镦粗、纯剪切和轧制板带 广义压缩：展宽的轧制和自由镦粗；
一、位移和应变
对应的各阶段的相对应变为
l1 l0 01 l0
显然
l2 l1 12 l1
l3 l2 23 l2
03 01 12 23
一、位移和应变
③对数应变为可比应变，工程应变为不可比应变。
假设将试样拉长一倍，再压缩一半，则物体的变形程 L 度相同。 拉长一倍时 压缩一半时
因此，工程应变为不可比应变。
二、应变状态和应变张量
现设变形体内任一点 a（x，y，z）应变分量为
ε 。由a引一任意方向
ij
线元ab，长度为r， 方向余弦为l，m，n。 小变形前，b可视为a点无 限接近的一点，其坐标为 （x+dx，y+dy，z+dz）
四、点的应变状态与应力状态的比较
一、位移和应变
=
+
单元体变形
=
纯切应变
+
刚体转动
切应变及刚性转动 设实际偏转角为αxy,αyx,
xy yx xy xy yx xy
1 2
xy xy z yx yz z 1 z ( yx xy ) 2
四、点的应变状态与应力状态的比较
将八面体剪应变γ8 乘以系数 ，可得等效应变（广 2 义应变、应变强度）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
为什么要研究金属的塑性？
探索塑性变化规律 寻求改善塑性途径 选择合理加工方法 确定最佳工艺制度 提高产品质量
2.7.2 塑性指标及其测量方法
塑性指标的测量方法 塑性指标
塑性指标
概 念： 金属在破坏前产生的最大 变形程度，即极限变形量。
表示方法： 断面收缩率 延伸率 冲击韧性 最大压缩率 扭转角（或扭转数） 弯曲次数
对于冷变形而言，由于没有上述的修复过程，一般都是 随着变形程度的增加而降低塑性。
4.应力状态 静水压力对提高金属塑性的良好影响，可由下述原因
所造成： （1）体压缩能遏止晶粒边界的相对移动，使晶间变形困难。 （2）体压缩能促进由于塑性变形和其它原因而破坏了晶内
联系的恢复。 （3）体压缩能完全或局部地消除变形物体内数量很小的某
• 弹塑性共存定律的概念：在塑性变形过程
中有弹性变形同时存在的现象。
• 意义：
1. 对于工具 2. 对于工件
2.7.3 影响金属塑性的因素
1 影响塑性的内部因素 2 影响金属塑性的外部因素 3 提高金属塑性的主要途径
1 影响塑性的内部因素
1．化学成分 （1）杂质 （2）合金元素对塑性的影响 2．组织结构
2.8 金属塑性成形基础
塑
受力 体积成形：锻造、轧制、挤压和拉拔
性
变形 板料成形：冲裁、弯曲、拉深和成形
成 形
加工 温度
热成形、冷(温)成形
概述：
1.金属塑性成形
指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。
2.主要应用：
（1）生产各种金属型材、板材、线材等； （2）生产承受较大负荷的零件，
压缩试验法
简单加载条件下，压缩试验法测定的塑性指标用 下式确定：
H0 Hh 100%
H0
式中： ——压下率； H0——试样原始高度； Hh——试样压缩后，在侧表面出现第一条 裂纹时的 高度
扭转试验法
对于一定试样，所得总转数越高，塑性越好，可将扭转数 换作为剪切变形（ γ ） 。
R n
些夹杂物甚至液相对塑性的不良影响。 （4）体压缩能完全抵偿或者大大降低由于不均匀变形所引
起的拉伸附加应力，从而减轻了拉应力的不良影响。
5.变形状态
6.尺寸因素
7.周围介质
（1）周围介质和气氛能使变形物体表面层溶解并与金 属基体形成脆性相，因而使变形物体呈现脆性状态。
（2）周围介质的作用能引起变形物体表面层的腐蚀以 及化学成分的改变，使塑性降低。
如曲轴、连杆、各种工具等。
3.金属塑性成形特点
（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，模具投资较大。
4ห้องสมุดไป่ตู้分类：
（1）轧制； （2）挤压； （3）拉拔；
锻 压
锻 （4）自由锻； 造 （5）模锻；
（6）冲压。
2.8.1 金属塑性变形的机理
2.7 塑性成形材料学基础
金属的塑性
金属的塑性 金属多晶体塑性变形的主要机制 影响金属塑性的因素
一、 金属的塑性
塑性的基本概念 塑性指标及其测量方法
2.7.1 塑性的基本概念
什么是塑性？
塑性是金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其 完整性的能力。
塑性与柔软性的区别是什么？
塑性反映材料产生永久变形的能力。 柔软性反映材料抵抗变形的能力。
30L0
式中：R——试样工作段的半径； L0——试样工作段的长度； n——试样破坏前的总转数。
轧制模拟试验法
在平辊间轧制楔形试件，用偏心轧辊轧制矩形试 样，找出试样上产生第一条可见裂纹时的临界压下量 作为轧制过程的塑性指标。
金属变形的全过程
• 弹性变形 • 均匀塑性变形 • 不均匀塑性变形 • 断裂 • 各阶段变形的特点 • 弹塑性共存定律 • 弹塑性共存定律的意义
包括组元的晶格、晶粒的取向、晶界的特征等。
图5-13说明Mg-Al-Zn系变形镁合金中的铝、锌含 量对塑性和强度有影响。由图5-13a可知，随铝含量的 增加，合金的塑性指标（）逐渐降低，当铝含量超过 12%时值几乎降低到零，而图5-13b表明，当含约5%以 下的锌时，却能使合金的塑性得到改善。
2 影响金属塑性的外部因素
（3）有些介质（如润滑剂）吸附在变形金属的表面上， 可使金属塑性变形能力增加。
3 提高金属塑性的主要途径
提高塑性的主要途径有以下几个方面： (1)控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组
织的均匀性； (2)采用合适的变形温度—速度制度； (3)选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀
性，尽量造成均匀的变形状态； (4)避免加热和加工时周围介质的不良影响。
31
挤压速度（毫米/秒） 150 150 150 65
金属温度 ℃ 158~195 294~315 340~350 308
Ⅰ
Ⅱ
变形速度，1/秒
3.变形程度
变形程度对塑性的影响，是同加工硬化及加工过程中伴 随着塑性变形的发展而产生的裂纹倾向联系在一起的。
在热变形过程中，变形程度与变形温度-速度条件是相 互联系着的，当加工硬化与裂纹胚芽的修复速度大于发生速 度时，可以说变形程度对塑性影响不大。
1.单晶体的塑性变形：
在外力作用下金属内部产生应力和应变。
单晶体在切应力作用下产生应变，当切 应力达到材料的屈服强度时晶格内产生相对 滑移。外力去除后晶格的弹性变形消失，而 滑移造成的变形保留下来，故形成宏观塑性 变形。
塑性指标的测量方法
拉伸试验法 压缩试验法 扭转试验法 轧制模拟试验法
拉伸试验法
Lhh L00 100%
L00
F00 Fhh 100%
F00
式中：L0——拉伸试样原始标距长度； Lh——拉伸试样破断后标距间的长度； F0——拉伸试样原始断面积； Fh——拉伸试样破断处的断面积
1.变形温度 金属的塑性可能因为温度的升高明而得到改善。
2.变形速度
变形速度对塑性的影响比较复杂。当变形速度不大时， 随变形速度的提高塑性是降低的；而当变形速度较大时，塑 性随变形速度的提高反而变好。
铝合金冷挤压时因热效应所增加的温度
塑 性
合金号 L4 LD2
LY11 LY11
挤压系数 11
11~16 11~16