金属塑性成形.pptx

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1、第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺 金属塑性成形技术在工业生产中占有举足轻重的地位，已在航天、航空、汽车、机械、电器等工业领域中得到了广泛的内用。各类机械设备零件中，70左右都是经锻制而成的。随着塑性成形工艺的不断创新，出现了许多少无切削的新工艺、新方法，锻件精度和表面质量越来越高，已达到甚至超过机械加工的一般水平。第1页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺 锻压设备的高速化与自动化以及生产过程的计算机控制有效地改善了生产环境、减轻了工人的劳动强度。所有这切进步，都为金属塑性成形在现代材料成形和产品制造中的应用开辟了广阔的前景。第2页/共

2、49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺二、要实现金属的塑性成形应满足的条件压压机机拔拔长长1、被成形的金属材料必须具备一定的塑性；（而铸铁是脆性材料，不能进行塑性成形）。2、要有外力作用于固态金属材料上。第3页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺轧辊轧辊轧环设备轧环设备第4页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺三、金属塑性成形的优点 金属塑性成形不仅是一种材料成形的加工方法，还是一种改善材料性能的加工方法。与其他方法相比，塑性成形具有以下的优点：1、组织与性能优于铸件和切削加工件 通过锻压加工，铸锭中原有

3、的粗大柱状晶被打碎，缩孔、气孔、微裂纹等缺陷被压合，非金属夹杂物被分散而呈规律性的流线分布。因而成品组织致密、晶粒细化、成分均匀，金属材料的力学性能得到显著提高。第5页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺2、材料利用率和经济效益高 锻压主要通过坯料体积的重新分配获得所需的形状和尺寸，成形中材料损耗非常小。因而采用锻压制坯后再经切削加工获取零件比直接切削加工要节省大量的金属材料，并减少切削加工工时。精密塑性成形可实现零件的少无余量、近净、近终成形。3、效率高、成本低 锻压生产易实现机械化、自动化，因而在大批量生产时具有很高的劳动生产率和较低的生产成本。第6页/共4

4、9页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺四、常见的金属塑性成形方法1、轧制 将金属通过轧机上两个相对回转轧辊之间的空隙，进行压延变形成为型材（如各种钢板、圆钢、角钢、槽钢等）的加工方法。第7页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺2、挤压 将金属置于一封闭的挤压模内，用强大的挤压力将金属从模孔中挤出成形的方法。如各种铝及铝合金型材。第8页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺3、拉拔 将金属坯料拉过拉拔模模孔，而使金属拔长、其断面与模孔相同的加工方法。如各种线材、薄壁管和特殊截面形状的型材。第9页/共49页第一节

5、第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺4、自由锻造 将加热后的金属坯料置于上下砧座间受冲击力或压力而变形的加工方法。如各种模具毛坯、小量零件的毛坯等。第10页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺5、模型锻造（又叫模锻）将加热后的金属材料置于具有一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。如大批量生产的齿轮毛坯。第11页/共49页第一节第一节 金属塑性成形的基本工艺金属塑性成形的基本工艺6、板材冲压 金属材料在冲压模之间受压产生分离或变形而形成产品的加工方法。如各种搪瓷产品、不锈钢餐具等。第12页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基

6、础金属的塑性变形的理论基础一、金属塑性变形的类型1 1、冷塑性成形工艺 冷塑性成形工艺是指金属在进行塑性变形时，其温度低于该金属的再结晶温度的这种塑性成形技术。2、热塑性成形工艺 热塑性成形工艺就是指金属材料在再结晶温度以上进行的塑性成形工艺。第13页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础3、冷塑性变形的特征1）金属变形后具有加工硬化现象，即金属的强度、硬度提 高，塑性和韧性下降。2）冷变形制品的尺寸精度高、表面质量好。3）对于哪些不能或不易用热处理方法提高强度和硬度不但 有效，而且经济。4）对于有些冷塑性成形的制品，还要进行低温回火处理以 消除内应力，保留加

7、工 硬化效果。5）冷变形需要重型和大功率设备。6）对于加工坯料要求表面干净、无氧化皮、平整等。第14页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础4、热塑性成形的特征1）金属在热变形过程中，由于温度较高，原子的活动能力 大，变形所引起的硬化随即被回复和再结晶所消除。2）金属在热变形中始终保持着良好的塑性，可使金属进行 大量的塑性变形；又因高温下金属的屈服强度较低，故 变形抗力低，易于变形。3）热变形使金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实，粗 大的晶粒组织结构被再结晶细化，从而使金属内部组织 结构致密细小，力学性能特别是韧性明显改善和提高。第15页/共49页第二节第二

8、节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础4）热变形使金属材料内部晶粒间的杂质和偏析元素沿金属 流动的方向呈线条状分布，再结晶后，晶粒的形状改变 了，但定向伸长的杂质并不因再结晶的作用而消除，形 成了纤维组织，使金属材料的力学性能具有方向性。5）热变形广泛应用于大变形量的热轧、热挤以及高强度、高韧性毛坯的锻造生产等。6）热变形的金属表面氧化较严重，工件精度和表面质量较 差。7）设备维修工作量大、劳动强度也较大。第16页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础二、塑性变形后金属组织和性能的变化1、加工硬化 金属在室温下塑性变形，由于内部晶粒沿变形最大方向

9、伸长并转动、晶内位错密度升高、晶格扭曲畸变以及晶粒破碎，增加了进一步滑移变形的阻力，从而引起金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。亦称为冷作硬化。加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状态的倾向。但在常温下，多数金属的原子扩散能力很低，加工硬化不会自行消除。但将硬化金属加热后，将相继发生回复、再结晶和品粒长大现象。第17页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础加工硬化在生产中的实用意义：是强化金属的重要方法之一。纯金属及某些不能通过热处理方法强化的合金如低碳钢、纯铜、防锈铝、奥氏体不锈期、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来提高

10、其强度和硬度。但在冷轧薄钢板、冷捡细钢丝及客道拉深的过程中，也会由于加工硬化造成后追加工的困难，其至开裂报废。因此要在工序间适当穿插热处理工艺来消除加工硬化。第18页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础2、组织变化 塑性变形时，金属内部的晶粒由原来的等轴晶粒变为沿加工方向拉长的晶粒，当变形程度增加时，晶粒被显著拉长成纤维状，形成纤维组织。第19页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础3、残余应力 金属在塑性变形过程中，由于其内部变形不均匀导致在变形后仍残存金属内的应力，称为残余应力。生产中常通过滚压或喷丸处理使金属表面产生残

11、余压应力，可显著提高疲劳强度。但残余应力易导致金属产生应力腐蚀及产品变形开裂等缺陷。第20页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础4、锻造流线与锻造比1）锻造流线 在塑性变形过程中，金属坯料中的塑性夹杂物(MnS、FeS等)随着晶粒一起沿最大变形方向伸长，而脆性夹杂物(FeO、SiO2等)被打碎呈链状分布。再结晶时，被拉长的晶粒恢复为等轴细晶粒，而夹杂物仍沿被拉长的方向保留下来，形成了永久性的点条状或链状的锻造流线。这种锻造流线的稳定性很高，用热处理或其他方法都不能消除，只能通过重新锻压才能改变其流线方向和分布状况。第21页/共49页第二节第二节 金属的塑性变

12、形的理论基础金属的塑性变形的理论基础第22页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 锻造流线的存在导致锻件力学性能的各向异性，即纵向(平行于流线方向)上的强度、塑性、韧性高于横向(垂直于流线方向)。因此在设计和制造零件时，必须考虑锻造流线的合理分布。应尽量使流线方向与零件的轮廓相符合而不被切断；并使零件所受的最大正应力方向与流线方向一致，最大切应力方向与流线方向垂直。第23页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础2）锻造比 锻造流线的明显程度与金属的变形程度有关。变形程度越大，锻造流线越明显。锻压加工时常用锻造比来表示金属变形

13、程度的大小。第24页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础3）锻造比的应用当F F镦2 2时 铸态组织中的疏松、气孔被压合，组织得到细化，工件纵向和横向的力学性能均有显著提高。当F F镦2 25 5时 工件锻造流线明显，呈各向异性，纵向力学性能略有提高，但横向的力学性能开始下降。当F F镦5 5时 工件纵向力学性能不再提高，而横向力学性能急剧下降。第25页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 因此，以钢锭为坏料进行锻造时，应按零件的力学性能要求选择台适的锻造比。如拉杆等主要在流线纵向受力的零件，锻造比选2.52.55 5；而

14、吊钩等主要在流线横向受力的零件，锻造比选取2 2 2.52.5。若用钢材为坯料进行锻造，因钢材在轧制过程中已经产生了锻造流线，锻造时主要考虑流线与零件轮廓的符合程度，故锻造比应选在1.31.31.51.5之间即可。第26页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础三、金属塑性变形的基本规律1）体积不变定理 金属固态成形加工中金属变形后的体积等于变形前的体积，称为体积不变定理（又称为质量恒定定理）。2）最小阻力定律 金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动，称为最小阻力定律。第27页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基

15、础四、金属塑性变形的能力1、金属塑性变形能力 金属塑性变形能力就是指金属材料在塑性成形加工时获得优质毛坯或零件的难易程度。它又叫金属的可锻性。2、金属可锻性的表示1）金属的塑性指标 延伸率。断面缩减率。2）变形抗力 金属的塑性指标越高，变形抗力越小，则金属的可 锻性越好。第28页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础3、影响金属材料可锻性的因素 金属材料可锻性的优劣受金属本身性质和变形加工条件的综合影响。1）金属本身的性质（1）化学成分的影响 不同种类的金属以及不同成分含量的同类金属材料的塑性是不同的。如纯金属的塑性比合金的好；低碳钢的塑性比中碳钢的好；碳素钢

16、的塑性比相同含碳量的合金钢的好。第29页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础（2）内部组织的影响 金属内部组织结构的不同，其塑性有较大差异。如均匀细小的晶粒组织比粗大的铸造组织和粗大晶粒组织的塑性要好；具有单相组织的合金比具有多相组织的合金塑性要好。第30页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础2）变形的加工条件（1）变形温度的影响 就大多数金属材料而言，提高金属塑性变形时的温度，金属的塑性指标增加，变形抗力降低；它是改善或提高金属可锻性的有效措施。为了保证金属在热变形过程中具有最佳的变形条件以及热变形后获得所要求的内部组织

17、，必须正确制定金属材料的热变形加热温度规范。第31页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础第32页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础（2）变形速度的影响 变形速度是指单位时间内的变形程度。变形速度对金属可锻性的影响比较复杂；当变形速度增大时，会使金属的再结晶来不及克服加工硬化现象，金属表现出塑性指标下降、变形抗力增大，可锻性变坏；同时变形速度增大时，又会使金属在变形过程中消耗于塑性变形的能量有一部分转换成热能，使金属的温度升高（称为热效应现象），金属的塑性指标提高、变形抗力下降，可锻性变好。第33页/共49页第二节第二节

18、金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础第34页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础（3）变形方式（应力状态）的影响 实践证明，金属塑性变形时，三个方向中压应力的数目越多，则金属表现出的塑性越好；拉应力的数目多，则金属的塑性就差。第35页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础五、塑性变形的机制 1、金属塑性变形过程 当应力低于该金属的弹性极限时，应力与应变呈线性关系，当外力消除后变形也随之消失，这种变形体为弹性变形。弹性变形塑性变形断裂1）弹性变形 金属在外力作用下，内部将产生应力。该应力迫使原子离开原来的平衡位置，

19、从而改变了原子间的相互距离，使金属发生变形，原子位能增高。第36页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础必须注意的是：塑性变形发生时定伴随有弹性变形的存在。当外力去除后，弹件变形必将消失，即发生“弹复”现象。弹复对某些压力加工件（加弯曲件）的加工质量有很大影响。当内力超过材料的屈服极限时，即使外力消除，变形也不会完全消失，消失的只是弹性变形部分，绝大部分变形被保留下来，这部分水久变形就称为塑性变形。（2）塑性变形第37页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础2、金属塑性变形的实质 单晶体在受到正应力作用时，只是发生晶格的弹性伸

20、长，当正应力增大到超过原子间结合力时，晶体则被拉断。因此，正应力只能引起晶体的弹性变形成断裂，而不能使晶体产生塑性变形。晶体只有受到切应力的作用，并且超过临界值时才会发生塑性变形。塑性变形是由作用在晶面上的切应力（平行于晶面方向的应力）引起的，与正应力（垂直于晶面方向的应力）无关。第38页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础3、金属塑性变形机制 实际生产中的金属材料都是由无数晶粒构成的多晶体，其塑性变形的过程比较复杂。1）滑移变形 滑移是晶体最基本的塑性变形方式，是晶体内的一部分原子相对另一部分原子沿某个晶面(滑移面)和该晶面中的某个晶向(滑移方向)相对滑动

21、，使原子排列发生错位的现象。第39页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 滑移面和滑移方向通常是原子最密集的晶面和晶向。每种滑移面与其它的一种滑移方向组成一个滑移系，常见金属晶体的滑移面数、滑移方向数和滑移系见表。一般情况下，金属晶体中的滑移系愈多，其塑性愈好，如面心立方金属和体心立方金属的塑性较密排六方金届为优。由于滑移方向对滑移的贡献比滑移面更大，所以面心立方金属的塑性更好。第40页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础2）孪生变形 孪生是指晶体内的一部分原子相对另一部分原于沿某个晶面转动，使未转动部分与转动部分的原子排

22、列程镜面对称。第41页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 孪生变形只有在滑移变形受到限制而无法进行的情况下才会发生。如镁、锌、镉等具有密排六方晶格的金属滑移变形比较困难，容易产生孪生变形；而面心立方晶格的金属一般不易发生孪生变形；体心立方晶格的金属也只有在低温或室温冲击载荷作用下，才可能发生孪生变形。第42页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础3）位错运动 近代塑性理论研究与实践证明，晶体内的滑移或孪生不是晶体两部分之间的整体刚性滑动或转动，而是通过位错运动来实现的。位错是晶体内部的一种线缺陷，是局部晶体内某一列或若干列

23、原子发生错排而造成的晶格扭曲现象。第43页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 在切应力作用下，只需位错中心附近的少量原于作微量位移，就可使位错中心逐步右移，当位错运动到晶体表面时，就造成了一个原子间距的滑移变形量。实际晶体中含有大量的位错，在外力作用下，不断有位错运动到晶体表面，就使塑性变形量逐渐递增，最终形成了宏观的塑性变形。第44页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 由于位错运动只是少量原子的微量移动，因而其所需的临界切应力远远小于整体刚性滑移，这就是塑性变形在外力远末达到理论临界切应力时就已大量发生的原因所在。金

24、属变形的难和易第45页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础4）实际金属的变形 金属材料都是由无数小晶粒构成的多晶体，多晶体是由许多晶格位向不同的晶粒所组成的，其塑性变形可视为各个单晶体塑性变形的综合效应。即多晶体的塑性变形是由晶内变形(各晶粒内通过位错运动发生的滑移或孪生)和晶间变形(晶粒间的滑动和转动)共同完成的。多晶体的塑性变形总是分批逐步进行的，从少数晶粒变形逐步扩大到多数乃至全部的晶粒变形，从不均匀变形逐步发展到较均匀的变形。第46页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 晶内变形 晶粒内部的滑移（或位错、孪生）变形

25、晶间变形 晶粒间的移动和转动晶粒位向与受力变形关系多晶体的塑性变形第47页/共49页第二节第二节 金属的塑性变形的理论基础金属的塑性变形的理论基础 多晶体含有大量的晶界，晶界附近的原子排列紊乱、杂质较多，当滑移发展到晶界时，必然受到阻碍，因此多晶体的变形抗力要比同种金属的单晶体高得多。晶粒越细，晶界相对越多，变形抗力也越大；同时，晶粒越细，晶粒数目相对越多，变形量则可由更多的晶粒来分摊，变形更加均匀。因此，细晶粒金属不但强度高，还同时具有较高的塑性相韧性。所以锻压成形时应想方设法使金属材料获得细小而均匀的晶粒组织。第48页/共49页CHONGQING TECHNOLOGY AND BUSINESS UNIVERSITY感谢您的观看。第49页/共49页