塑性加工工程学(板料成型部分1)

绪 论
0.7.本课程的学习方法
（1）课堂学习与课下学习相结合，加强课堂讨论与提问。 （2）辅助习题课、实验课加强理解。 （3）注意与其他基础课、专业课的融会贯通。 （4）借助其他参考书加强理解、学习。
参考书目： 王大年 金属塑性成形原理 钟春生等 金属塑性力学计算基础 赵志业 金属塑性加工力学 王仲作 塑性加工力学基础 曹乃光 金属塑性加工原理 王廷薄 金属塑性加工学 等
☆ 研究范畴：
金属塑性加工学
材料科学范畴
力学范畴
塑性变形机理，组织性能 与工艺参数之间的关系。
工件变形与外力/摩擦 力之间的关系。
塑性加工力学即在力学范畴内研究金属塑性加工过程中金属变形力学规律的课程。
☆ 研究主线：
研究对象： 金属材料 （假定为均匀连续介质）
研究工件内的应力/应变分布规律
建立工件变形与外力的定量关系
绪 论
0.6.本课程的性质、内容、任务、要求
（1）性质：专业基础课。 （2）内容：金属变形的流动规律，塑性变形力与功。 （3）任务：对物体应力和应变分析的基础上建立求 解塑性加工问题的变形力学方程和解析方法，从而确 定塑性加工成型的力能参数和工艺变形参数，以及影 响这些参数的主要因素。 （4）要求：掌握基本概念、基本原理和基本方法。
P / A S
A 0

平均应力
当
P dP lim Sn A dA
P
全应力
Sn为物体内部过某点，外法线为N截面面上的应力。
1 应力与应变
应力S 是内力的集度。 内力和应力均为矢量。
P S lim A0 A
应力的单位(力/面积)： 1Pa=1N/m2 =1.0197kgf/mm2； 1MPa=106 N/m2

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二 、 稳定轧制阶段
稳定轧制阶段：
从轧件前端离开轧辊中心连线开始，到轧件后端 进入变形区入口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。
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三 、抛 (甩)出阶段
抛 (甩)出阶段： 从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊 缝（轧辊中心连线），称为抛 (甩)出阶段。
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1.2.1 咬入条件
1.（自然）咬入条件 受力分析如图 1-1
将各道次的延伸系数相乘，得 F0 F1 Fn1 ln 1 2 n F1 F2 Fn L
F0 1 2 n Fn
故可得出结论：总延伸系数等于相应各部分延 伸系数的乘积。
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（2）累积压下率与道次压下率之间关系
H hn ＝ H 即 1 (1 1 )(1 2 )(1 3 ) L L (1 n ) H hn hn 1 hn H h1 h1 h2 因为：1 (1 )(1 ) L L (1 ) H H h1 hn hn h1 h2 hn L L H H h1 hn 1
轧件对轧辊的作用力 轧辊对轧件的作用力
图1-1 咬入时轧件受力分析
图1-2
P和T力的分解
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轧辊对轧件的作用力P、T Py 、Ty ：压缩轧件，使轧件产生塑性变形 Px 、Tx ：决定轧件能否咬入 Px ＞ Tx ：不能咬入 Px = Tx ：临界咬入 Px ＜ Tx ：咬入 咬入条件：Px ≤ Tx 而Px = Psinα Tx=P f cosα 即sinα≤f cosα tanα≤f =tanβ
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3、塑性加工的主要方法
1）按变形温度分类：
热加工：是指再结晶温度以上所完成的压力加工过程。
冷加工：指在再结晶温度以下所完成的压力加工过程。

3D model of extrusions
Axis symmetrical finite element model of extrusion
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。主要用于生产各种细线材、薄壁管和一些特殊 截面形状的型材。
自由锻造：
将加热后的金属坯料置于上下砧铁间受冲击力或压力而变形的 加工方法。 模型锻造（模锻）： 将加热后的金属坯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。
根据金属流动方向与挤压凸模运动方向的关系,挤压可分为四种 方式:
(1)正挤压---金属流动方向与凸模运动方向相同. (2)反挤压---金属流动方向与凸模运动方向相反. (3)复合挤压---坯料一部分金属流动方向与凸模运动方向相同, 另一部分 则相反. (4)径向挤压---金属流动方向与凸模运动方向成90℃.
(3)温挤压---介于冷挤压和热挤压之间的挤压方法.温挤压时将金属 加热到适当温度(100~800℃)进行挤压.温挤压比冷挤压的变形抗 力小,较容易变形.
挤压成形的工艺特点:
(1)挤压时金属坯料处于三向压应力状态下变形,因此可提高金属坯 料的塑性,有利于扩大金属材料的塑性加工范围.
(2)可挤压出各种形状复杂,深孔,薄壁和异型截面的零件,且零件尺寸 精度高,表面质量好,尤其是冷挤压成形.
1、金属塑性成型特点 • 组织、性能好 • 材料利用率高 • 尺寸精度高 • 生产效率高
2、金属塑性成型的分类
1）块料成型 （1）一次加工
•轧制 •挤压 •拉拔 （2）二次加工 •自由锻 •模锻
2）板料成型
•冲裁 •弯曲 •拉延
3、课程目的和任务
1）阐明金属塑性变形的物理基础：从微观上研究塑性变形机理 及变形条件对金属塑性的影响，以便使工件在塑性成型时获得 最佳塑性状态、最高的变形效率和力学性能。

第八章塑性加工※8·1 锻造成形8·2 板料冲压成形8·3 挤压、轧制、拉拔成形8·4 特种塑性加工方法8·5 塑性加工零件的结构工艺性8·6 塑性加工技术新进展本章小结塑性加工的基本知识塑性变形的主要形式：滑移、孪晶。

滑移的实质是位错的运动。

金属经过塑性变形后将使其强度、硬度升高，塑性、韧性降低。

即产生形变强化。

此外，还将形成纤维组织。

塑性加工特点：1·塑性加工产品的力学性能好。

2·精密塑性加工的产品可以直接达到使用要求，不须进行机械加工就可以使用。

实现少、无切削加工。

3·塑性加工生产率高，易于实现机械化、自动化。

4·加工面广（几克~几百吨）。

常用的塑性加工方法：锻造、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。

8·1 锻造成形8·1·1 自由锻定义、手工自由锻、机器自由锻设备（锻锤和液压机）1·自由锻工序（基本工序、辅助工序、精整工序）基本工序：镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转、错移辅助工序：压钳口、压钢锭棱边、切肩各种典型锻件的锻造2·自由锻工艺规程的制订（举例）8·1·2 模锻定义、特点（生产率高、尺寸精度高、加工余量小、节约材料，减少切削、形状比自由锻的复杂、生产批量大但质量不能大）1·锤上模锻2·压力机上模锻8章塑性加工拔长29使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长。

拔长主要用于轴杆类锻件成形，其作用是改善锻件内部质量。

(1)拔长的种类。

有平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。

8章塑性加工30芯轴拔长8章塑性加工芯轴扩孔型砧拔长圆形断面坯料冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔。

其方法有实心冲子双面冲孔、空心冲子冲孔、垫环冲孔等。

8章塑性加工各种典型锻件的锻造1、圆轴类锻件的自由锻2、盘套类锻件的自由锻3、叉杆类锻件的自由锻4、全纤维锻件的自由锻8章塑性加工典型锻件的自由锻工艺示例43锻件名称工艺类别锻造温度范围设备材料加热火次齿轮坯自由锻1200～800℃65kg空气锤45钢1锻件图坯料图序号工序名称工序简图使用工具操作要点1局部镦粗火钳镦粗漏盘控制镦粗后的高度为45mm序号工序名称工序简图使用工具操作要点2冲孔火钳镦粗漏盘冲子冲孔漏盘（1）注意冲子对中（2）采用双面冲孔3修整外圆火钳冲子边轻打边修整，消除外圆鼓形，并达到φ92±1 mm续表序号工序名称工序简图使用工具操作要点4修整平面火钳镦粗漏盘轻打使锻件厚度达到45±1 mm续表自由锻工艺规程的制订（1）绘制锻件图（敷料或余块、锻件余量、锻件公差）※锻件图上用双点画线画出零件主要轮廓形状，并在锻件尺寸线下面用括号标出零件尺寸。