金属塑性加工原理解析
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举例：飞机大梁，火箭捆挷环等 生产率高、精度高、适用于大批量生产
设备 :锻锤、蒸汽-空气锤、水压机
我国自行研制的万吨级水压机 万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环 工具: 平砧铁、V形砧座等；
3. 主要加工方法
(5) 冲压：
冲压——金属坯料在冲模之间受压产生分离或 变形的加工方法。
拉深废品及缺陷
金属材料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。
正挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向一致。 反挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向相反。
(2） 挤压
（左）挤压开始时第一根型材刚刚被挤出一段，（右）为铝型材生产过程中
3. 主要加工方法 (2） 挤压
卧式挤压机
挤压产品截Baidu Nhomakorabea形状图
3. 主要加工方法
1、航空航天
采用塑性成形加工的零件，在航空航天飞行器中占50-60％
2、武器装备
3、交通运输
在汽车与 摩托车制造中，占70-80％ 板料冲压件：顶棚、车门、盖板、底板、车厢，其它压力加工件：大梁、保险杠、油箱
4、建筑
5、家用电器
家用电器中包含采用塑性成形加工的塑料件，高达90-95％
§0.2 主要金属塑性加工方法
塑性加工摩擦学 ： 干摩擦、湿摩擦、边界摩擦、 混合摩擦＋润滑剂
金属塑性加工力学
绪论
§0.1 塑性加工在国民经济中的地位特点 §0.2 主要金属塑性加工方法 §0.3 本课程的任务
§0.1 塑性加工方法在国民经济中的地位特点
金属采用塑性加工方法成材，不仅以 其原材料消耗少、生产效率高、产品质量 稳定，而且能有效地改善和控制金属的组 织与性能，在国民经济与国防建设中占有 十分重要的地位。
样以断裂告终。
几个基本概念
弹性(Elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆 性。
塑性(Plasticity)：固体金属在外力作用下能稳定地 产生永久变形而不破坏其完整性的能力
屈服(Yielding)：开始产生塑性变形的临界状态 损伤(Damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程 断裂(Fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断
6.金属塑性加工力学的任务
金属材料在国民经济、国防军工建设中 占有极其重要战略地位，本课程主要学习塑 性力学的基础知识，为塑性加工过程中变形 体的应力、应变分析，以及变形力的计算奠 定力学基础。
金属塑性加工原理
Principle of Plastic Deformation in Metal Processing
金属塑性变形基础
Foundation of plastic deformation for metallic materials
荣莉 北京工业大学 材料科学与工程学院
塑性加工理论的发展概况
塑性变形材料学 : 1）塑性变形组织控制 2）织构控制
金属塑性加工力学：连续介质力学＋晶体力学 CMTP (Continuum Mechanics of Textured Polycrystals)
的过程
研究内容
塑性力学(The mechanics of plasticity)是固体力 学的一个分支，其主要任务是研究物体在塑性变形阶段的 应力和应变的规律。
与其它工程力学（如：理论力学、材料力学、结构力 学）的区别主要是研究方法、对象以及分析结果的差异。
第4章 应力分析、应变分析、物性方程
§4.1 应力与点的应力状态 §4.2 点的应力状态分析 §4.3 应力张量的分解与几何表示 §4.5 应变与位移关系方程 §4.6 点的应变状态 §4.7 应变增量 §4.8 应变速度张量 §4.9 主应变图与变形程度表示 §4.10 物性方程
第二篇 塑性变形力学基础
金属塑性变形过程和力学特点
以单向拉伸为例说明塑性变形过程与特点，如图2-1所示。金属变形 分为弹性、均匀塑性变形、破裂三个阶段。
s 时， E 。
当 s 以后，变形视作塑性阶段。 是非 线性关系。当应力达到 b 之后，变形转为不均匀塑
性变形，呈不稳定状态。经短暂的不稳定变形，试
§4.1 应力与点的应力状态
§4.1.1 应力 外力(Load)与内力(Internal force)
外力P：指施加在变形体上的外部载荷。可以分成表面力 和体积力两大类。表面力即作用于工件表面的力 ，它有集 中载荷和分布载荷之分，一般由加工设备和模具提供。体积 力则是作用于工件每一质点上的力， 如重力、磁力、惯性 力等等。
其它：多辊轧制;孔型轧制 各个工业部门如电子，信息、仪器、机电等行业肘各种金属及 合金薄带和极薄带材的需求增长很快; 多辊轧机:是生产超薄带材等最适合的轧机
二十辊轧机结构
其它：多辊轧制;孔型轧制
金属坯料在一对回转的轧 辊的空隙中受压变形，从而 获得各种相应形状和尺寸的 产品。
孔型轧制:
(2） 挤压
1.金属塑性加工
金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有 一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、 毛坯或零件的加工方法。
3. 主要加工方法
(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积 减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横 轧、斜轧。
举例：汽车车身板、烟箔等； 轧制板材最宽达5m，最薄0.001mm
5. 金属材料加工的主要方向
➢ 常规材料加工工艺的短流程化和高速、高效 化连铸连轧
➢ 发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精 确控制热连轧，冷连轧
➢ 材料设计、制备与成形加工一体化整体构件
➢ 发展计算机数值模拟、仿真模拟及神经网络技 术，构筑完善的材料数据库。
➢ 材料的智能制备与成形加工技术。
拉裂
起皱
主要用于各种壳体零件，如飞机蒙皮、汽车覆盖件、子弹壳、仪表零件、日用器皿
冲压设备
剪板机（剪成条料）、冲床、液压机等。
4. 特点
(1)质量比铸件好(尺寸精度高，表面质量好、 性 能好)；a. 细化晶粒；b.消除微观缺陷。
(2)不产生切削，金属利用率高； (3)易实现连续化、自动化、高速、大批量生产； (4)设备较庞大，相对铸造能耗较高。
(3)拉拔
将金属坯料拉过拉拔模的 模孔而变形的加工方法。
3. 主要加工方法
(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形 A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力
或压力而产生塑性变形的加工
精度、生产率不高，主要用于轴类、曲柄、连杆等单件的小批生产
3. 主要加工方法
B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲击力 或压力而产生塑性变形的加工。
设备 :锻锤、蒸汽-空气锤、水压机
我国自行研制的万吨级水压机 万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环 工具: 平砧铁、V形砧座等；
3. 主要加工方法
(5) 冲压：
冲压——金属坯料在冲模之间受压产生分离或 变形的加工方法。
拉深废品及缺陷
金属材料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。
正挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向一致。 反挤压—— 坯料流动方向与凸模运动方向相反。
(2） 挤压
（左）挤压开始时第一根型材刚刚被挤出一段，（右）为铝型材生产过程中
3. 主要加工方法 (2） 挤压
卧式挤压机
挤压产品截Baidu Nhomakorabea形状图
3. 主要加工方法
1、航空航天
采用塑性成形加工的零件，在航空航天飞行器中占50-60％
2、武器装备
3、交通运输
在汽车与 摩托车制造中，占70-80％ 板料冲压件：顶棚、车门、盖板、底板、车厢，其它压力加工件：大梁、保险杠、油箱
4、建筑
5、家用电器
家用电器中包含采用塑性成形加工的塑料件，高达90-95％
§0.2 主要金属塑性加工方法
塑性加工摩擦学 ： 干摩擦、湿摩擦、边界摩擦、 混合摩擦＋润滑剂
金属塑性加工力学
绪论
§0.1 塑性加工在国民经济中的地位特点 §0.2 主要金属塑性加工方法 §0.3 本课程的任务
§0.1 塑性加工方法在国民经济中的地位特点
金属采用塑性加工方法成材，不仅以 其原材料消耗少、生产效率高、产品质量 稳定，而且能有效地改善和控制金属的组 织与性能，在国民经济与国防建设中占有 十分重要的地位。
样以断裂告终。
几个基本概念
弹性(Elasticity)：卸载后变形可以恢复特性，可逆 性。
塑性(Plasticity)：固体金属在外力作用下能稳定地 产生永久变形而不破坏其完整性的能力
屈服(Yielding)：开始产生塑性变形的临界状态 损伤(Damage)：材料内部缺陷产生及发展的过程 断裂(Fracture)：宏观裂纹产生、扩展到变形体破断
6.金属塑性加工力学的任务
金属材料在国民经济、国防军工建设中 占有极其重要战略地位，本课程主要学习塑 性力学的基础知识，为塑性加工过程中变形 体的应力、应变分析，以及变形力的计算奠 定力学基础。
金属塑性加工原理
Principle of Plastic Deformation in Metal Processing
金属塑性变形基础
Foundation of plastic deformation for metallic materials
荣莉 北京工业大学 材料科学与工程学院
塑性加工理论的发展概况
塑性变形材料学 : 1）塑性变形组织控制 2）织构控制
金属塑性加工力学：连续介质力学＋晶体力学 CMTP (Continuum Mechanics of Textured Polycrystals)
的过程
研究内容
塑性力学(The mechanics of plasticity)是固体力 学的一个分支，其主要任务是研究物体在塑性变形阶段的 应力和应变的规律。
与其它工程力学（如：理论力学、材料力学、结构力 学）的区别主要是研究方法、对象以及分析结果的差异。
第4章 应力分析、应变分析、物性方程
§4.1 应力与点的应力状态 §4.2 点的应力状态分析 §4.3 应力张量的分解与几何表示 §4.5 应变与位移关系方程 §4.6 点的应变状态 §4.7 应变增量 §4.8 应变速度张量 §4.9 主应变图与变形程度表示 §4.10 物性方程
第二篇 塑性变形力学基础
金属塑性变形过程和力学特点
以单向拉伸为例说明塑性变形过程与特点，如图2-1所示。金属变形 分为弹性、均匀塑性变形、破裂三个阶段。
s 时， E 。
当 s 以后，变形视作塑性阶段。 是非 线性关系。当应力达到 b 之后，变形转为不均匀塑
性变形，呈不稳定状态。经短暂的不稳定变形，试
§4.1 应力与点的应力状态
§4.1.1 应力 外力(Load)与内力(Internal force)
外力P：指施加在变形体上的外部载荷。可以分成表面力 和体积力两大类。表面力即作用于工件表面的力 ，它有集 中载荷和分布载荷之分，一般由加工设备和模具提供。体积 力则是作用于工件每一质点上的力， 如重力、磁力、惯性 力等等。
其它：多辊轧制;孔型轧制 各个工业部门如电子，信息、仪器、机电等行业肘各种金属及 合金薄带和极薄带材的需求增长很快; 多辊轧机:是生产超薄带材等最适合的轧机
二十辊轧机结构
其它：多辊轧制;孔型轧制
金属坯料在一对回转的轧 辊的空隙中受压变形，从而 获得各种相应形状和尺寸的 产品。
孔型轧制:
(2） 挤压
1.金属塑性加工
金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有 一定几何形状，尺寸和精度，以及服役性能的材料、 毛坯或零件的加工方法。
3. 主要加工方法
(1) 轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积 减小，长度增加的过程。(可实现连续轧制)纵轧、横 轧、斜轧。
举例：汽车车身板、烟箔等； 轧制板材最宽达5m，最薄0.001mm
5. 金属材料加工的主要方向
➢ 常规材料加工工艺的短流程化和高速、高效 化连铸连轧
➢ 发展先进的成形加工技术，实现组织与性能的精 确控制热连轧，冷连轧
➢ 材料设计、制备与成形加工一体化整体构件
➢ 发展计算机数值模拟、仿真模拟及神经网络技 术，构筑完善的材料数据库。
➢ 材料的智能制备与成形加工技术。
拉裂
起皱
主要用于各种壳体零件，如飞机蒙皮、汽车覆盖件、子弹壳、仪表零件、日用器皿
冲压设备
剪板机（剪成条料）、冲床、液压机等。
4. 特点
(1)质量比铸件好(尺寸精度高，表面质量好、 性 能好)；a. 细化晶粒；b.消除微观缺陷。
(2)不产生切削，金属利用率高； (3)易实现连续化、自动化、高速、大批量生产； (4)设备较庞大，相对铸造能耗较高。
(3)拉拔
将金属坯料拉过拉拔模的 模孔而变形的加工方法。
3. 主要加工方法
(4) 锻造：锻锤锤击工件产生压缩变形 A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力
或压力而产生塑性变形的加工
精度、生产率不高，主要用于轴类、曲柄、连杆等单件的小批生产
3. 主要加工方法
B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲击力 或压力而产生塑性变形的加工。