金属塑性成形工艺设计
金属塑性成形
02
金属塑性成形的原理
金属塑性变形的物理基础
01
金属塑性变形的基本概念
金属塑性成形是通过外力作用使金属材料发生塑性变形，从而获得所需
形状和性能的过程。
02
金属的晶体结构与塑性变形
金属的晶体结构是影响其塑性变形行为的重要因素。金属的晶体结构决
定了其塑性变形的机制和特点。
03
温度对金属塑性变形的影响
塑性成形过程中的缺陷与控制
在塑性成形过程中，由于各种因素的影响，可能会出现裂纹、折叠、夹杂等缺陷。为了获得高质量的产 品，需要了解这些缺陷的形成原因，并采取相应的措施进行控制和预防。
03
金属塑性成形的方法
自由锻成形
总结词
自由锻成形是一种金属塑性加工方法，通过锤击或压力机等 工具对金属坯料施加外力，使其发生塑性变形，从而获得所 需形状和尺寸的金属制品。
随着科技的发展，精密金属塑性成形技术逐渐兴起，如精密锻造、精密轧制、精密冲压等 ，这些技术能够制造出更高精度、更复杂形状的金属零件。
数值模拟与智能化技术
近年来，数值模拟与智能化技术在金属塑性成形领域得到了广泛应用，通过计算机模拟技 术可以对金属塑性成形过程进行模拟分析，优化工艺参数，提高产品质量和生产效率。同 时，智能化技术的应用使得金属塑性成形过程更加自动化和智能化。
详细描述
挤压成形适用于生产各种复杂形状的管材、棒材和异型材等。由于其能够实现连续生产，因此具有较 高的生产效率。但挤压成形对设备和操作技术要求较高，且对原材料的表面质量、尺寸精度和化学成 分等要求严格。
拉拔成形
总结词
拉拔成形是一种金属塑性加工方法，通 过拉拔机对金属坯料施加拉力，使其发 生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸 的金属制品。
金属塑性成形课件
2023-11-06•金属塑性成形概述•金属塑性成形工艺•金属塑性成形设备•金属塑性成形技术的发展趋势•金属塑性成形过程中的缺陷与质量控制目•金属塑性成形实例分析录01金属塑性成形概述金属塑性成形是一种使金属材料发生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和性能的加工方法。
金属塑性成形广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子等领域，是一种重要的材料加工技术。
金属塑性成形的定义金属塑性成形可以制造出复杂形状的零件，并且能够获得较高的精度和表面质量。
与切削加工相比，金属塑性成形具有更高的材料利用率和更低的能耗。
金属塑性成形过程中材料的变形是均匀的，因此可以避免应力集中和裂纹等缺陷。
金属塑性成形的特点03金属塑性成形的基本原理包括应力状态、屈服准则、塑性流动规律等。
金属塑性成形的基本原理01金属塑性成形的原理是基于金属的塑性变形规律，即在外力作用下，金属材料会发生形状和尺寸的变化。
02在金属塑性成形过程中，材料的变形受到应力状态、变形温度、变形速度等因素的影响。
02金属塑性成形工艺自由锻工艺自由锻是利用冲击力或静压力使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义特点流程应用自由锻具有较大的灵活性，可以生产形状各异的锻件，但生产效率较低，适用于单件或小批量生产。
自由锻的流程包括坯料准备、加热、变形和锻后冷却。
自由锻主要用于大型锻件和难变形材料的加工，如轴、轮毂、法兰等。
模锻工艺模锻是利用模具使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义模锻具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具制造成本较高。
特点模锻的流程包括坯料准备、加热、放入模具、变形、锻后冷却和修整。
流程模锻广泛应用于中小型锻件的生产，如齿轮、轴套、法兰等。
应用板料冲压工艺板料冲压是利用冲压机将金属板料变形，并施加外力将其冲制成所需形状和尺寸的加工方法。
定义板料冲压具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具对材料的厚度和硬度有一定要求。
金属塑性成型工艺
第二篇金属的塑性成形工艺金属塑性成形——在外力作用下，金属产生了塑性变形，以此获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。
此生产方法称金属塑性成形（也称压力加工）外力冲击力——锤类设备压力——轧机、压力机有一定塑性的金属——压力加工（热态、冷态）基本生产方法：1．轧制——钢板、型材、无缝管材（图6-1）（图6-2）2．挤压——低碳钢、非铁金属及其合金（图6-3）（图6-4）3．拉拔——各种细线材，薄壁管、特殊几何形状的型材（图6-5）（图6-6）4．自由锻——坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而变形（图6-7a）5．模锻——坯料在锻模模腔内受冲击力或压力而变形（图6-7b）6．板料冲压——金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法（图6-7c）金属的原材料，大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。
第六章金属塑性成形的工艺理论基础压力加工——对金属施加外力→塑性变形金属在外力作用下，使其内部产生应力——发生弹性变形外力>屈服应力塑性变形塑性变形过程中一定有弹性变形存在，外力去除后，弹性变形将恢复→“弹复”现象，它对有些压力加工件的变形和工件质量有很大影响，须采取工艺措施的保证产品质量。
§6-1 塑性变形理论及假设一、最小阻力定律金属塑性成形问题实质，金属塑性流动，影响金属流动的因素十分复杂（定量很困难）。
应用最小阻力定律——定性分析（质点流动方向）最小阻力定律——受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。
利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的流动量→成形合理。
最小阻力定律示意图在镦粗中，此定律也称——最小周边法则二、塑性变形前后体积不变的假设弹性变形——考虑体积变化塑性变形——假设体积不变（由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略）此假设+最小阻力定律——成形时金属流动模型三、变形程度的计算变形程度——用“锻造比”表示拔长时锻造比为： T 拔=Fo/F镦粗时锻造比： Y 镦=Ho/H式中：H 0、F 0——坯料变形前的高度和横截面积H 、F ——坯料变形后的高度和横截面积T 锻=2~2.5 （要求横向力学性能）纵向Y 锻↑由Y 锻可得坯料的尺寸。
金属材料八大成形工艺
金属材料八大成形工艺
（6）金属型铸造(gravity die casting) 金属型铸造：指液态金属在重力作用下充填金属铸型并在型中 冷却凝固而获得铸件的一种成型方法。 应用：金属型铸造既适用于大批量生产形状复杂的铝合金、镁 合金等非铁合金铸件，也适合于生产钢铁金属的铸件、铸锭等。
金属材料八大成形工艺
金属材料八大成形工艺
（3）挤压 挤压：坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或 缝隙挤出使之横截面积减小长度增加，成为所需制品的加 工方法叫挤压，坯料的这种加工叫挤压成型Байду номын сангаас 应用：主要用于制造长杆、深孔、薄壁、异型断面零件。
金属材料八大成形工艺
（4）拉拔 拉拔：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于 坯料断面的模孔中拉出，以获得相应的形状和尺寸的制品 的一种塑性加工方法。 应用：拉拔是金属管材、棒材、型材及线材的主要加工方 法。
金属材料八大成形工艺
（10）连续铸造（continual casting） 连续铸造：是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属， 不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的 铸件连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特 定的长度的铸件。 应用：用连续铸造法可以浇注钢、铁、铜合金、铝合金、镁合 金等断面形状不变的长铸件，如铸锭、板坯、棒坯、管子等。
金属材料八大成形工艺
（4）低压铸造(low pressure casting) 低压铸造：是指使液体金属在较低压力(0.02～0.06MPa)作用下 充填铸型，并在压力下结晶以形成铸件的方法.。 应用：以传统产品为主（气缸头、轮毂、气缸架等）。
金属材料八大成形工艺
（5）离心铸造(centrifugal casting) 离心铸造：是将金属液浇入旋转的铸型中，在离心力作用下填 充铸型而凝固成形的一种铸造方法。 应用：离心铸造最早用于生产铸管，国内外在冶金、矿山、交 通、排灌机械、航空、国防、汽车等行业中均采用离心铸造工 艺，来生产钢、铁及非铁碳合金铸件。其中尤以离心铸铁管、 内燃机缸套和轴套等铸件的生产最为普遍。
塑性成形工艺第十一章锤上模锻工艺及模具设计
塑性成形工艺第十一章锤上模锻工艺及模具设计锤上模锻工艺是一种常见的金属塑性成形工艺，通过锤击和挤压金属材料，使其在锻模的作用下得到塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的零件。
本文将从锤上模锻工艺及模具设计两个方面进行详细介绍。
一、锤上模锻工艺锤上模锻工艺是将预热好的金属坯料放置于模具中，通过锤击和挤压使其在模具的作用下得到塑性变形，从而得到所需形状和尺寸的零件。
具体的工艺流程如下：1.材料选择：根据零件的要求选择合适的金属材料，并对其进行预热处理，以提高其塑性和可锻性。
2.模具设计：根据零件的形状和尺寸要求，设计和制造适用的锻模。
3.预热坯料：将金属坯料放入预热炉中对其进行预热处理，使其达到适合锻造的温度。
4.放料：将预热好的金属坯料取出，放置于模具中。
5.锤击和挤压：用锤子对金属坯料进行锤击和挤压，使其在模具的作用下得到塑性变形，并逐渐冷却固化。
6.去毛刺：在锻造后对零件进行去除表面的毛刺处理。
7.检验和整形：对锻造后的零件进行质量检验，如尺寸、表面质量等，并进行修整和整形。
二、模具设计模具是实现锤上模锻工艺的重要工具，合理的模具设计能够保证锻件的形状和质量。
以下是模具设计的一些要点：1.模具材料：模具需要具有足够的硬度和耐磨性，常用的模具材料有合金工具钢、合金炉电极材料等。
2.模具结构：模具应具有足够的强度和刚度，能够承受锻造过程中的冲击和挤压力。
模具的结构应尽可能简单，易于制造和安装。
3.模具尺寸：模具的尺寸应根据零件的形状和尺寸要求进行合理确定。
模具的开裂数量和形式、上、下模的高度和准确度等都需要进行细致的计算和设计。
4.模具润滑：模具表面应涂抹适当的润滑剂，以减小模具与金属之间的摩擦力，提高成形性能。
5.模具冷却：模具内部应设置冷却装置，以保持模具在工作过程中的合适温度，减少模具磨损和延长使用寿命。
总之，锤上模锻工艺及模具设计是塑性成形工艺中的重要环节。
通过合理的工艺流程和模具设计，可以获得形状和尺寸精确的零件，并满足各种机械零件的使用要求。
第九章 金属的其它塑性成型工艺PPT课件
第三节 精密模锻
精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度 高的模锻工艺。如精密模锻锥齿轮，其齿部可直接锻出不 必再经切削加工。模锻件尺寸精度高，表面粗糙度低。
一、精密模锻工艺过程
一般精密模锻工艺过程大致是：先将原始坯料普通模 锻成中间坯料；再对中间坯料进行严格的清理，除去氧化 皮或缺陷；最后采用无氧化或少氧化加热后精锻。精锻时 需在中间坯料上涂润滑剂以减少摩擦，提高锻模寿命和降 低设备的功率消耗。
密模锻、零件的轧制。液态模锻以及高能高速成型等。
第一节 零件的挤压成形
挤压是施加强大的压力作用于模具，迫使放在模具内的金属坯 料产生定向塑性变形并从模孔中挤出，从而获得所需零件或半成品 的加工方法。
一、 零件挤压的特点
挤压提高了零件的力学性能。挤压变形后零件内部的纤维组织
是连续的，基本沿零件外形分布pp而t精选不版被切断。
3. 斜轧
斜轧亦称螺旋斜轧。它是轧辊轴线与坯料轴线相交成一定 角度的轧制工艺。
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4. 楔横轧
利用工件轴线与轧辊轴线平行，轧辊的辊面上镶有楔 形凸棱、并作同向旋转的平行轧辊对轧辊轴向送进的坯料 进行轧制的成形工艺。
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单辊弧形板式楔横轧机
三辊式楔横轧机
板式楔横轧机
螺纹标准件基本上是用搓
（1）辊锻轧制 辊锻轧制是把轧制工艺应用到锻造生产中的一种新工艺。
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(2) 辗环轧制
辗环轧制是用来扩大环形料的外径和内径、从而获得 各种无接缝环状零件的轧制成形工艺。
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2. 横轧
横轧是轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制工艺，如 齿轮轧制、高速列车车轮轧制。
金属的塑性变形
在某些特定条件下，金属晶体的一部分相对于另一部分沿一定轴进 行镜像对称的移动，形成孪晶。
扩散机制
金属在高温下，原子扩散能力增强，通过原子间的相互移动实现塑 性变形。
应力-应变关系与曲线分析
应力-应变关系
描述金属在塑性变形过程中所受应力 与产生的应变之间的关系。应力是单 位面积上的内力，应变是物体形状或 体积的改变程度。
热处理工艺改进
退火处理
通过退火处理可以消除金属材料内部的残余应力，改善其组织结 构和力学性能，从而提高其塑性变形能力。
正火处理
正火处理可以使金属材料获得细化的晶粒和均匀的组织，提高其 强度和塑性。
回火处理
回火处理可以消除淬火应力，稳定金属材料的组织和性能，进一 步提高其塑性变形能力。
微观组织调控手段
热处理工艺对塑性影响
01
退火处理
退火处理可以消除金属内部的残余应力，改善组织结构，提高其塑性。
例如，冷加工后的金属经过退火处理，可以恢复其塑性和韧性。
02
正火处理
正火处理可以使金属获得细化的晶粒和均匀的组织，从而提高其塑性和
韧性。正火处理常用于改善中碳钢的切削性能和力学性能。
03
淬火处理
淬火处理可以使金属获得马氏体组织，提高其硬度和强度，但会降低其
金属的塑性变形
目 录
• 塑性变形基本概念与原理 • 金属塑性变形过程中的组织结构演变 • 影响金属塑性变形能力因素探讨 • 金属塑性变形实验方法及技术应用 • 提高金属材料塑性变形能力策略探讨 • 总结：金属塑性变形研究意义与未来发展趋势
塑性变形基本概念与
01
原理
塑性变形定义及特点
塑性变形定义
利用电子显微镜的高分辨率和 高放大倍数，观察金属的微观 组织和结构缺陷，如位错、层 错、孪晶等。这些信息有助于 深入了解金属的塑性变形机制 和强化机制。
塑性成形工艺优化与模具设计研究
塑性成形工艺优化与模具设计研究塑性成形是一种通过对金属和非金属材料施加压力和变形来制造零件和产品的工艺。
这种加工方法具有高效、经济和灵活性的特点，被广泛应用于汽车、航空航天、电子器件等行业。
然而，塑性成形过程中存在一些问题，如材料损失、成形难度大、模具寿命短等，因此有必要进行塑性成形工艺的优化与模具设计研究。
在塑性成形工艺优化方面，主要关注以下几个方面：原材料选型、加热方式、压力和变形速率控制等。
首先，原材料的选型尤为重要。
根据产品的要求和应用环境，选择合适的金属或非金属材料，以确保成形后的产品具有所需的力学性能和耐腐蚀性。
其次，加热方式对于塑性成形过程中材料的变形和流动性影响巨大。
根据成形材料的热导率和热膨胀系数，选择适当的加热方式，如电阻加热、电磁加热或火焰加热等。
此外，压力和变形速率的控制直接影响成形工艺的质量和效率。
通过合理调节和控制压力和变形速率，可以避免过度或不足的变形，提高产品的成形精度和质量。
塑性成形模具设计也是一个重要的研究方向。
模具设计直接决定了产品的几何形状和尺寸，同时也影响着成形工艺的效率和质量。
在模具设计过程中，需要考虑如下几个方面：模具材料的选择、模具结构设计和模具寿命的估计。
首先，模具材料的选择应根据成形材料的特性和成形工艺的要求来确定。
一般来说，模具材料具有高硬度、高强度和良好的耐磨性。
其次，模具的结构设计要尽量简单、合理，以提高成形的效率和精度。
设计时需要考虑到零件的具体形状和材料流动的路径，以充分利用材料的可塑性和各种成形力的传递。
最后，模具寿命估计是模具设计过程中一个关键的环节。
通过分析塑性成形过程中模具受力情况、摩擦和磨损等因素，可以估计模具的寿命并采取相应的措施延长模具的使用寿命。
为了达到塑性成形工艺优化与模具设计研究的目标，可以应用一些分析和优化方法。
首先，可以采用有限元分析来模拟和预测塑性成形过程中的变形、应力分布和温度变化。
通过这种方法，可以更好地理解和改善成形工艺的性能。
金属板材塑性成形的极限分析
金属板材塑性成形的极限分析一、金属板材塑性成形的基本概念与重要性金属板材塑性成形是一种利用金属材料的塑性变形能力，通过外力作用使其发生形状变化的加工技术。
这种技术广泛应用于汽车、航空航天、家电制造等多个领域，对于提高材料利用率、降低成本、提升产品性能具有重要意义。
1.1 金属板材塑性成形的基本定义塑性成形是指在一定的温度和压力条件下，金属板材在塑性状态下发生形变，最终形成所需形状和尺寸的过程。
这一过程涉及到材料的力学行为、变形机理以及加工工艺等多个方面。
1.2 金属板材塑性成形的重要性金属板材塑性成形技术是现代制造业的基石之一。
它不仅能够提高材料的成形精度和生产效率，还能有效降低生产成本，满足现代工业对高性能、轻量化产品的需求。
二、金属板材塑性成形的关键技术与工艺金属板材塑性成形包含多种关键技术与工艺，这些技术与工艺直接影响成形质量、生产效率和成本。
2.1 金属板材的塑性变形机理金属板材的塑性变形机理是塑性成形的基础。
它涉及到材料内部的微观结构变化，如位错运动、晶粒变形等。
了解这些机理有助于优化成形工艺，提高成形质量。
2.2 塑性成形的主要工艺方法塑性成形的主要工艺方法包括轧制、拉伸、冲压、弯曲等。
每种方法都有其特定的应用场景和优势，选择合适的工艺方法对于保证成形效果至关重要。
2.3 塑性成形过程中的缺陷控制在塑性成形过程中，可能会出现裂纹、起皱、回弹等缺陷。
有效的缺陷控制技术可以显著提高成形件的质量和可靠性。
2.4 塑性成形工艺的数值模拟随着计算机技术的发展，数值模拟已成为塑性成形工艺设计的重要工具。
通过模拟可以预测成形过程中的应力、应变分布，优化工艺参数。
三、金属板材塑性成形的极限分析与应用极限分析是研究金属板材在塑性成形过程中达到极限状态的条件和行为，对于提高成形工艺的安全性和可靠性具有重要意义。
3.1 极限分析的理论基础极限分析的理论基础包括材料力学、塑性力学和断裂力学等。
这些理论为分析金属板材在成形过程中的应力、应变状态提供了科学依据。
第二三篇铸造成形和金属塑性成形(共53张PPT)
0.5mm. 〔2〕铸造合金不受限制， 〔3〕铸件生产批量不受限制
〔4〕工序繁杂，生产周期长、本钱较高；
二、金属型铸造〔铸型用金属制成〕 种类—垂直分型式、水平分型式、复合分型式 金属型铸造的工艺过程
胀砂—在金属液的压力作用下铸件局部胀大
变形—铸造应力大于屈服强度。
预防：反变形量 ，加大加工余量
裂纹—铸造应力大于强度极限。
热裂：高温下产生热裂。裂纹短、缝隙宽、形状曲折、氧化 色。
冷裂：在较低温度下形成的裂纹。裂纹细小、呈直线状、 裂缝内呈蓝色。大而薄的铸件容易产生冷裂 防止裂纹：减小铸造应力、如铸件壁厚要均匀；增加型砂的退 让性；降低合金的脆性控制硫、磷量 。
外表喷刷涂料 →预热金属型→浇注 →开型 金属型铸造的优缺点及应用
1、有较高的尺寸精度〔IT12~IT16〕
2、铸件冷却速度快，晶粒较细，
3、可实现一型多铸，劳动生产率高。
4、金属型制造本钱高 ，不适宜熔点高、形状复杂和薄壁铸件；铸铁 件外表易产生白口
应用：大批量生产的铜合金、铝合金铸件，活塞、连杆、汽缸盖 等。
织致密；④铸件合格率高，节省金属；⑤设备投资少，劳动条件好。 用途：发动机缸体、缸盖、活塞、叶轮等。
五、离心铸造— 液体金属在离心力作用下充填铸型并凝固成形的一种铸 造方法 。
铸型转速在250~1500r/min 特点： ①铸中空铸件不用型芯； ②提高金属充型能力 ； ③补缩条件 好 ； ④无浇注系统和冒口，节约金属 。 用途：铸铁管、汽缸套、铜套、双金属轴承、无缝管坯、造纸机滚 筒等 铸件 。
材料成型工艺学 金属塑性加工
二、模锻件的结构工艺性
1. 模锻件上必须具有一个合理的分模面 2. 零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工,
其它表面均应设计为非加工表面 (模锻斜度、圆角) 3. 模锻件外形应力求简单、平直和对称。避免截面间差别
过大, 薄壁、高筋、高台等结构 (充满模膛、减少工序) 4. 尽量避免深孔和多孔设计 5. 采用锻- 焊组合结构
自由锻设备：锻锤 — 中、小型锻件 液压机 — 大型锻件
在重型机械中,自由锻是生产大型和特大型锻件的 惟一成形方法。
1.自由锻工序 自由锻工序：基本工序 辅助工序 精整工序
(1) 基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求, 达
到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。 有：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、
扭转、错移、切割 (2) 辅助工序
金属的力学性能的变化：
变形程度增大时, 金属的强度及硬度升高, 而塑 性和韧性下降。
原因：由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈 扭曲, 增大了滑移阻力, 使继续滑移难于进行所致。
几个现象：
▲ 加工硬化
（冷变形强化）： 随变形程度增大, 强度和硬度上升而塑性下降的现象。
▲回复：使原子得以回复正常排列, 消除了晶格扭曲, 致使
§3 金属的可锻性
金属的可锻性：材料在锻造过程中经受塑性变形 而不开裂的能力。
金属的可锻性好，表明该金属适合于采用压力加工 成形； 可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法 成形。
衡量指标：金属的塑性（ψ、δ ）； 变形抗力（σb、HB）。
塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好。
金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。
弹复：
金属塑性变形基本规律：
体积不变定律： 金属塑变后的体积与变形前的体积相等。
《金属塑性成形原理》课程教学研究与实践
《金属塑性成形原理》课程教学研究与实践《金属塑性成形原理》是材料学及机械工程领域的重要课程之一，通过该课程的教学研究与实践，可以帮助学生深入了解金属材料的变形特性，掌握金属塑性成形的基本原理和方法，培养学生的工程实践能力和创新意识。
本文将对《金属塑性成形原理》课程的教学研究与实践进行分析和探讨，以期为相关教学工作提供一定的参考和借鉴价值。
一、课程教学研究1.课程内容《金属塑性成形原理》课程主要包括金属材料的塑性变形原理、金属材料的强度与韧性、金属材料的塑性加工工艺、金属塑性成形的基本原理、金属材料的变形机理等内容。
通过对这些内容的学习，可以使学生全面了解金属材料在塑性成形过程中的性能变化规律，掌握金属塑性成形的基本原理和方法，为将来的工程实践奠定坚实的理论基础。
2.教学目标3.教学方法在课程教学研究中，教学方法的选择和运用对于课程教学的效果起着至关重要的作用。
《金属塑性成形原理》课程教学方法可以采用理论与实践相结合的方式，通过课堂讲授、实验演示、实践操作等多种教学手段，使学生在理论学习的基础上，能够通过实际操作来加深对知识的理解和掌握，培养学生的动手能力和创新意识。
1.实验条件《金属塑性成形原理》课程的教学实践需要有一定的实验条件和设备支持。
学校实验室应当配备有金属材料的拉伸试验机、冲压试验机、挤压试验机等相应的金属材料塑性成形实验设备，以及金属材料的塑性加工实验所需的各种金属材料加工设备和工具，为学生的实验操作提供良好的环境和条件保障。
2.实践操作在课程的教学实践中，学生需要进行一定的实践操作，通过实验来加深对知识的理解和掌握。
学生可以进行金属材料的拉伸试验、冲压试验、挤压试验等实验操作，通过实验数据的收集和分析，来了解金属材料在不同条件下的塑性变形规律，培养学生的实验操作能力和数据处理能力。
3.课程设计在课程教学实践中，合理的课程设计非常重要。
教师应该根据课程内容和教学目标，设计出一些有针对性和趣味性的教学活动，引导学生积极参与进来，激发学生的学习兴趣和学习动力，提高课程的教学效果。
金属塑性成形
1、金属塑性成形的定义
改变形状 金属坯料
产生
塑性变形
达到
改变尺寸 改善性能
外力
得到 毛坯 零件
又称为压力加工。
2、塑性成形加工的特点及应用
（1）特点 优点： a）与铸造相比：力学性能高，内部缺陷被压合， 晶粒显著细化。 ｂ)与切削加工比：材料的利用率和生产率高。 缺点： a) 形状不能太复杂 b) 坯料塑性要好 （2）应用 汽车、拖拉机、宇航、军工、电器、桥梁、建筑等
回复只能部分消除加工硬化
3、再结晶 温度上升到一定温度时，开始以某些 碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，加工 硬化完全消除，这个过程称为再结晶。 （1）再结晶的结果 a）原子热振动加剧 b）以某些质点为核心重结晶 c）加工硬化全部消除 （2）再结晶温度 金属经大量塑性变形后开始再结晶的 最低温度。
T再=（0.4-0.5）T熔
自由锻、模锻、胎模
锻
（4）冲压
利用冲模将金属板料切离或变形为各种冲压件。
（5）拉拔
将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成形为各种线 材、薄壁管材、特殊截面型材等
第一节
金属塑性变形
• 塑性变形的实质 • 冷变形和热变形 • 金属的可锻性及影响因素
一、金属塑性成形的实质
塑性：金属在外力作用下，产生永久变形而不破 坏的能力。 金属变形过程： a）金属材料在外力作用下发生弹性变形 b）当外力超过一定值后产生塑性变形 c）外力继续加大，发生断裂 金属塑性变形的实质： a）晶粒内部滑移和孪生
纤维组织合理分布
（1）零件最大拉应 力方向应与锻造流线平 行 （2）零件最大剪切 应力方向应与锻造流线 垂直 （3）零件外形轮廓 应与锻造纤维的分布相 符合而不被切断。
三、冷变形和热变形
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）。
塑性成形课程设计方案
塑性成形课程设计方案一、课程目标知识目标：1. 让学生理解塑性成形的基本概念，掌握金属材料的塑性变形原理。
2. 使学生了解不同塑性成形工艺的特点及适用范围，如锻造、挤压、拉伸等。
3. 引导学生掌握塑性成形工艺参数对成形件质量的影响，如变形程度、变形速度、温度等。
技能目标：1. 培养学生运用塑性成形原理分析和解决实际问题的能力。
2. 提高学生动手操作塑性成形设备的能力，熟练掌握基本操作步骤。
3. 培养学生运用计算机辅助设计软件进行塑性成形工艺设计和模拟的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对塑性成形技术的兴趣，激发其探索金属加工领域的热情。
2. 培养学生的团队合作精神，使其在小组讨论和实践中学会互相尊重、协作。
3. 增强学生的环保意识，了解塑性成形工艺在资源利用和环境保护方面的意义。
分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够阐述塑性变形原理，并举例说明其应用。
2. 学生能够分析不同塑性成形工艺的优缺点，并选择合适的工艺解决实际问题。
3. 学生能够运用所学知识，设计简单的塑性成形工艺，并进行模拟分析。
4. 学生能够熟练操作塑性成形设备，掌握基本操作步骤，并注意安全事项。
5. 学生能够在小组合作中发挥积极作用，共同完成塑性成形工艺设计和实践任务。
6. 学生能够关注塑性成形技术在环保方面的作用，提出改进措施，为可持续发展贡献力量。
二、教学内容根据课程目标，教学内容主要包括以下几部分：1. 塑性成形基本概念：介绍塑性变形、塑性成形工艺、弹性极限、屈服极限等基本概念。
2. 金属材料的塑性变形原理：讲解金属材料的塑性变形机制，如滑移、孪生等，以及影响金属材料塑性的因素。
3. 塑性成形工艺：详细介绍锻造、挤压、拉伸、弯曲等常见塑性成形工艺的原理、特点和应用。
4. 塑性成形工艺参数：讲解变形程度、变形速度、温度等工艺参数对成形件质量的影响。
5. 塑性成形设备与操作：介绍常见塑性成形设备的功能、结构及操作步骤，强调安全注意事项。
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（2）加热：箱式加热炉（煤、油或电能）
可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中，提高生产率。
（3）冷却：
空冷： WC≤0.5%的碳钢 及WC≤0.3%的低合金钢中、小锻件一般采用空冷。
6.选择锻造设备
（1）选择依据：锻件重量、类型和尺寸。
设备吨位大小要适当，既不能造成能量的过分浪费， 又要保证锻件能充分锻透。
若是拔长，则按锻件的最大截面（最小变形） 处满足锻造比要求来选择坯料尺寸。 最后所确定的坯料直径或边长应为标准值(市 场可买到），再按体积计算坯料的长度，即：
L0＝V0/F0 ＝ 4 V0/D02 采用钢锭为坯料的大型锻件，则根据算出的 坯料重量选取标准钢锭。
5.确定锻造温度范围及加热冷却规范 （1）锻造温度范围：对于45号钢
解：①绘锻件图：根据锻件总长度340，最大直 径100查表知，a=10±4绘出锻件图如下。
110±4 (100)
70±4 (60)
50±4
(40)
50±8 (30)
150±8 (130)
360±8 (340)
AUTS
②变形工序：头部镦粗→杆部分段拔长
③计算坯料：
头部镦粗段 V1＝3.14×0.552×0.5＝0.475 dm3
V 则坯料直径：D0≥0.8 3 0
当锻造的第一工序为拔长时：
D0≥ Y Dmax
D0 — 毛坯直径（mm）； V0 — 坯料的体积（mm3）； Dmax— 拔长后锻件的最大直径（mm）； Y — 锻造比。
根据算出的坯料重量可算出坯料的体积，
坯料的尺寸则取决于第一工序的性质。
若是镦粗，则坯料的高径比不应超过2.5（以 免镦弯），但要大于1.25（使下料方便）；
★模锻斜度:垂直于分型面的表面上加。
外壁斜度5º或7º，内壁斜度7º或10º
★圆角半径:所有转角都应为圆角。
内圆角r =1 ~ 4mm，外圆角R =(3 ~ 4)r
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齿轮锻件图
A U TS
2.确定模锻工步
盘类（齿轮、法兰等）：
镦粗制坯+（预锻）+终锻 轴类（曲轴、连杆等）：
拔or滚or弯制坯+预锻+终
例：如图所示的轴，批量为10件/月，材料为45号钢。
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2.确定变形工序 锻造变形工序应依据锻件的形状、尺寸、
技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑 。
一般来说，盘类锻件以镦粗为主，轴杆类 锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔(大孔还 需要进一步扩孔)，弯杆少不了弯曲。各类自 由锻件的基本变形工序方案见表3-8。
的位置，以便于金属充满模膛。
机加工之处添加。 ★余块（为简化形状而增加的料块）:窄槽、齿形、小
孔（孔径小于25mm）、深孔（深度大于3倍直径）、 横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出。
★冲孔连皮（为避免上、下冲头对撞损坏模具而在模锻 通孔时留下的金属层）: 连皮厚度一般为4～8 mm， 锻后再由冲孔切边模切除。
（2）确定方法：理论计算法和查表法。
目前生产中比较实用的是查表法，可根据锻件大小 和形状查表选择锻锤的吨位。
工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制 定加热及冷却规范、热处理工艺等内容，最终需将 设计结果填写在工艺卡片上。
7.零件结构的自由锻工艺性
①应避免锥形、楔形， 尽量采用圆柱面或平行平面,以利于锻造。
AUTS
3.计算毛坯重量
m0=（md+mc+mq）（1+δ） 式中 m0 —— 毛坯重量（kg）
md ——锻件重量（kg） mc —— 冲孔芯料重量（kg） mq —— 切除料头重量（kg） δ—— 烧损率，燃料加热一般取2％~3％，
电加热取0.5%~1%。
4.计算毛坯尺寸
当锻造的第一工序为镦粗时：
3.3 金属塑性成形工艺设计
3.3.1 自由锻工艺设计 主要内容：
①绘制锻件图； ②确定变形工序； ③计算坯料的重量和尺寸； ④确定加热温度及冷却方式； ⑤选定锻造设备等。
1.绘制锻件图
锻件图＝零件图 + 余块
+ 加工余量 + 锻造公差
绘制方法：一般用粗实线画出锻件最终轮 廓,用双点划线画出零件的主要轮廓形状 。在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与 公差；在尺寸线下方或右面用圆括号标出 零件尺寸。
模锻件图＝零件图+分模面+加工余量+模锻斜度
+冲孔连皮+余块+圆角+公差 ★分模面（上、下模的分界面） 选择原则：
A. 应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模; B. 尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造; C. 应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便
于及时发现错模； D. 选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致
D01＝（0.8～1）3 V1＝（63 ～ 79）mm
杆部拔长段 D02＝ 1.3 ~ 1.5 Dmax ＝ (1.14 ～1.22)×70
＝（80 ～86） mm 最终取D0＝80 mm V锻＝3.14×(0.552×0.5+0.352×1+0.252×2.1)＝1.27 dm3
m锻＝V锻×ρ，m烧损＝ m锻＝3％m锻，m料损忽略不计 m坯＝1.03 m锻＝1.03×V锻×ρ
3.计算坯料尺锻寸：根据锻件质量和加热、
锻造过程中的损耗计算。（略）
4.选定模锻锤吨位：根据锻件质量查表确定。 5.确定锻造温度范围、加热和冷却规范。
6.修整工序:
即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序。
①切边：即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。 ②冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮
L0＝
V坯 ＝ 1.031.27 F0 3.14 0.42
260
mm
即坯料尺寸为φ80×260 。
3.3.2 锤模锻工艺设计
主要内容： 1、绘制模锻件图； 2、计算坯料的重量和尺寸； 3、确定模锻工步； 4、选择锻压设备； 5、设计锻模模膛； 6、确定锻造温度范围、加热和冷却规范。
1.绘制模锻件图
②各表面交接处应避免弧线或曲线， 尽量采用直线或圆，以利于锻制。
③应避免肋板或凸台， 以利于减少余块和简化锻造工艺。
④大件和形状复杂的锻件， 可采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构， 以利于锻造和机械加工。
8.自由锻工艺设计示例
例：试绘出图示齿轮轴的自由锻件图，并选 择锻造工序和计算坯料尺寸。
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