金属塑性成形.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date金属塑性成形金属塑性成形文献综述系 别 机械与电气工程系 专 业 材料成型及控制工程 年 级 级 姓 名 学 号 设计题目 金属塑性成形 2012年 月 日-金属塑性成形（）【摘 要】金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一，包括锻、冲、挤、轧，拉、辊、旋、辗等工艺技术。结合近代科技，金属成

2、形技术正向精密、高效、节能、节材，清洁化生产方向发展，是国家工业发展的最基础工艺技术之一。文章主要对塑性成形的基本原理、方法以及应用做了综合介绍。文章还列举了塑性成形在工业生产中的具体应用实例，收集了国内外关于塑性成形的一些最新研究进展。最后针对塑性成形技术的发展提出了一些建议和对该技术在以后的生产中的展望。【关键词】塑性成形 原理 应用 展望【abstract】 Metal plastic forming technology is the most basic,oldest and important processing means in machinery, metallurgy, a

3、utomobile tractor, electrician instruments, the space industry, including forging, blunt, extrusion, rolling, pull, roller, spin and rolling process technology. With modern technology, metal forming technology of positive precision, high efficiency, energy saving, section, the clean production direc

4、tion development, is the national industrial development of one of the most basic technology. The thesis mainly introduced the principle、method and application of plastic forming.In addition,the thesis also listed some specific application examples about plastic forming in industrial production and

5、collected some latest research progress about plastic forming. Finally, in allusion to the development of plastic forming ,I have given some personal opinions and made a good expectation for the technology .【key words】plastic forming principle application expectation 引言 金属塑性成形就是利用金属的塑性，在工具及模具的外力作用下来

6、加工制件的少切削或无切削的工艺方法。由于工艺本身的特点，它虽然有很长的发展历史却又在不断的研究和创新之中，新工艺、新方法层出不穷。这些研究和创新的基本目的不外乎增加材料塑性、提高成形零件的精度及性能、降低变形力、增加模具使用寿命和节约能源等。而“塑性成形原理”正是实现这些目的的基础理论知识。金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。除了这些传统的应用外金属成形技术正向精密、高效、节能、节材，清洁化生产方向发展，是国家工业发展的最基础工艺技术之一。一、 金属塑性成形机理 1、冷态下的塑性成形塑性成形所用的金属材料绝大部

7、分是多晶体，其变形过程较单晶体的复杂得多，这主要是与多晶体的结构特点有关。多晶体是由许多结晶方向不同的晶粒组成。每个晶粒可看成是一个单晶体。晶粒之间存在厚度相当小的晶界。a、 晶内变形晶内变形的主要方式和单晶体一样为滑移和孪生。（1）滑移当晶体受力时，由于各个滑移系相对于外力的空间位向不同，其上所作用的切应力分量的大小也必然不同。现设某一晶体作用有由拉力 P引起的拉伸应力，其滑移面的法线方向与拉伸轴的夹角为，面上的滑移方向与拉伸轴的夹角为，通过简单的静力学分析可知，在此滑移方向上的切应力分量为 =coscos令=coscos，称为取向因子。若=45,则=max=0.5,=max=/2。此意味着

8、该滑移系处于最佳取向，其上的切应力分量最有利于优先达到临界值而发生滑移，而当=90,=0或=0,=90时，=0此时无论多大，滑移的驱动力恒等于零，处于此取向的滑移系不能发生滑移。（2）孪生孪生是晶体在切应力作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面（称为孪生面）和一定的晶向（称为孪生方向）发生均匀切变。在常温下，大多数体心立方金属滑移的临界切应力小于孪生的临界切应力，所以滑移是优先的变形方式，只有在很低的温度下，由于孪生的临界切应力低于滑移的临界切应力，这时孪生才能发生。孪生变形后由于变形部分位向改变，可能变得有利于滑移，于是晶体又开始滑移，二者交替地进行。b、晶间形变晶间变形的主要方式是晶粒之间相互

9、滑动和转动，多晶体受力变形时，沿晶界处可能产生切应力，当此切应力足以克服晶粒彼此间相对滑移的阻力时，便发生相对滑动。另外，由于各晶粒所处位向不同，其变形情况及难易程度亦不相同。这样，在相邻晶粒间不然引起力的相互作用，而可能产生一对力偶，造成晶粒间的相互转动。2、热态下的塑性成形 在热塑性变形过程中，回复、再结晶与加工硬化同时发生，加工硬化不断被回复或再结晶所抵消，而使金属处于高塑性、低变形抗力的软化状态。按其性质可分为以下几种：动态回复，动态再结晶，静态回复，静态再结晶，亚静态再结晶等。动态回复和动态再结晶是在热塑性变形过程发生的；而静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶则是在热变形的间歇或热变形

10、后，利用金属的高温余热进行的。a、晶内滑移在通常条件下（一般晶粒大于10 m 以上时），热变形的只要机理仍然是晶内滑移。b、晶界滑移 热塑性变形时，由于晶界强度低于晶内，使得晶界滑移易于进行；又由于扩散作用的增强，及时消除了晶界滑动所引起的破坏。c、扩散性蠕变 扩散性蠕变是在应力场作用下，由空位的定向移动所引起的。二、金属塑性成形的主要形式1、体积成型 （1）热态金属变形过程可分为：热锻、轧制、挤压、拉拔、辗压等工艺技术。（2）冷温态变形过程可分为冷锻、冷精轧、冷挤压、冷拔、冷辗扩等工艺。2、板材成型 在忽略板厚的变化时，可视为平面变形问题它可分为:冲裁、弯曲、拉延、胀形、翻边、扩孔、辊压等工

11、艺技术。3.液态金属成形目前大量应用仍以有色金属件为主，在金属凝过程中加压。4.粉末态金属成形随着制粉技术的发展，其应用领域不断扩展，对二复杂形状的机械零件来说，它有高效、精密成形的特点，但成本较高，机械性能不如整体金属材料，其工艺过程为制粉、造型、压实、烧结、精锻。5.丰固态金属材料成形70年代开发研究的新技术勺原金属材料作过特殊前处理，当材料加热到一定温度时可使30%的金属材料处于融溶状态，其余70%的金属材料呈均匀细颗粒组织的固态。在此状态加压变形，其流动性特好，可成形结构形状特别复杂的零件，而变形杭力很小。6.复合成形技术（1）各种成形工艺的组合优化达到优化仁艺和产品的日的。（2）铸、

12、锻、焊、热处理等不同加工方法的组合。三、金属塑性成形技术研究方向及主要内容主要研究方向:改善材料的塑性;优化工艺技术;先进的工艺装备。1.塑性变形的金属学、力学基础研究(l)微观变形机理的研究及塑性变形动力学的研究晶间变形、滑移的机理晶内变形:晶格畸变、李晶、位错等现象(2)应力状态对变形行为的影响 (3)变形材料冶金过程组织状态的影响 (4)变形速度的影响 (5)变形温度的影响 (6)变形过程中摩擦条件的影响2.金属变形过程(宏观)的模拟技术(l)物理模拟技术的研究:包括模拟材料、模拟方法、模拟相似理论、模拟过程的数据采集技术及模拟结果的误差分析技术的研究。(2)变形过程的数值模拟技术(ZD

13、、3D):包括塑性变形的数学模型的建立(刚塑性、粘塑性、弹塑性等)，计算数学(FEM)技巧，三维网络自动划分及畸变处理技术，数据处理及误差分析技术，软件的工程化及商品化。3.金属超塑性成形技术研究超塑性新材料，超塑性材料的前处理技术，金属超塑性变形机制，超塑性变形力学，超塑性成形工艺模具及亚超塑性高效成形技术等4.热精锻技术研究少无氧化加热技术、工艺模拟及优化技术，新工艺技术(多向锻造、闭寨锻造、半固态成形、液态模锻、径向锻造及粉末锻造技术等)，特种合金的等温锻造技术，锻件后处理技术及提高模具寿命，润滑等配套技术，成套生产线设计技术。5.冷温锻成形技术研究金属冷温锻材料的前处理工艺，工艺模具优

14、化设计技术，润滑技术，提高模具寿命技术、质量控制技术，成套生产线设计技术。6.回转成形技术研究辊锻、楔横轧、旋转锻造，旋压、摆辗、辗扩等成形方法的优化工艺，模具设计制造技术。7.板料冲压加工技术研究各种新材料、复合材料的冲压成形加工工艺技术，冲压成形的模拟技术，虚拟试模技术，回弹预报技术，模具设计制造技术，配套技术，板材成形过程中的失稳机理研究。8.金属的特种成形技术研究、高速冲击成形，放电成形、喷射成形、无模拉拔及热应力变形新工艺。9.高效新型锻压成形设备设计制造技术研究大台面多工位压力机、精密回转成形设备，高速冲压设备、高速激锻设备的优化设计及仿真模拟技术。10.金属成形加工过程的机械化自

15、动化技术，机器人设计制造技术研究冷热成形加工过程中应用的机器人、机械化装置的抗热、防震、防尘、抗千扰及精确定位的设计技术，制造技术，智能化控制技术等。四、我国金属塑性成形技术的研究和生产水平世界工业发达国家的统计数据表明:金属加工产品(零部件)的36%是采用金属塑性成形技术进行生产的，或以它为毛坯生产完成的。需经塑性成形加工的零件，飞机制造业占85%，电器仪表制造业占90%，汽车制造业占60%一70%，农机拖拉机制造业占70%，电子产品加工业占85%，日用品五金工具等加工业占80%。目前，我国金属塑性成形技术的生产能力已具有很大规模。据统计，锻压件生产厂厂点约4000家，厂房约300万mZ，锻

16、压设备超过2万台，年生产能力280320万t/年产锻件约120一150万t)，职工人数在11万人左右。1.研究水平和国外先进工业化国家相比约落后1015年。2.研究深度和实用化程度差:原因是生产需求不足，研究条件差，研究经费是工业发达国家的1/5l/10。3.行业生产水平差距:小部分汽车和军工生产部门达80年代水平，大部分是60一70年代水平，设备工艺落后。4.产品质量差，尺寸精度差1-2级，内部质量不稳定，达不到国际标准。5.节能、节材任务重，模具消耗是日本的4一6倍，能耗2一3倍。6.生产管理技术现代化差距更大，是影响技术进步的很重要的因素。例如，信息技术的利用:CAE技术，CIMS、Ml

17、s、CAT等技术;管理信白、市场信息等等，实现现代化信白、化管理有很大差距。1509000系列标准的实施，贯彻亦有很大差距。五、金属塑性成形技术的展望塑性成形的发展趋势：轻量化成形，整体化成形，微成形，超大构件成形，柔性成形。1、 轻量化成形轻量化成形是“精密成形”或“净成形”发展的新阶段，所成零件不仅要求接近零件形状、余量小或精度高，直接成型出具有轻量化特征的结构。轻量化结构特征包括空心变截面、高次函数空间曲面、变厚度薄壁壳体、薄壁高筋和整体构件。结构特征与轻质材料特征耦合，使轻量化塑性成形比以往的“净成形“难度更大。2、 整体化成形 整体化成形是将若干分别成形在连接的构件成形为一个整体化结

18、构。整体化成形不仅解决了连接可靠性差的问题，而且是减重的的一个重要途径。该技术的最大难点是需要大吨位成形力、模块尺寸大，迫切发展省力成形技术。3、 微成形微成形是指加工的零件至少两个方向的尺寸小于1mm，适合大批量、低成本的制造微零件。由于尺效应、摩擦机制和晶粒尺度的影响，并非传统塑性成形的简单缩小，需要进一步研究其机理和关键技术。4、 超大构件成形超大构件成形是通过先进技术利用相对小的设备或模具加工出较大的构件，解决了构件尺寸或吨位超过现有制造设备能力的问题。由于这类零件尺寸大或重量大、批量小、运输困难等问题，根据不同的结构特点采用不同的技术途径。 5、柔性成形柔性成形是适应多品种、小批量零

19、件加工的需要。采用多点实现模具轮廓不变、数控增量加载、无模成形是柔性成形的重要途径。在薄板成形的基础上，想中厚板和复杂板型面件成形发展。【参考文献】【1】王引真.材料工程基础.东营：中国石油大学出版社，2011,02【2】邵潭华.材料工程基础.西安：西安交通大学出版社，200,03【3】雷玉成，汪建敏，贾志宏.金属材料成形原理.北京：化学工业出版社，2006,07【4】凤仪.金属材料学.北京：国防工业出版社，2009【5】文九巴.材料科学与工程.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007【6】王春荣.几种金属材料超塑性研究的综述J.金属成型工艺，2009 (2)：47 55.【7】胡正寰，夏巨谌.材料塑性成形工程.一般工业技术，2006.【8】皮华 春，韩静涛，薛永栋，TIEU A Kiet，姜正义 金属 塑性成形的晶体塑性学有限元模拟研究进展 J机械工程学报，2006，(03)【9】吴丽平，刘建雄，刘新胜，肖正明基于塑性变形有限元模拟的模具结构优化 锻压技术，2006，(02).