塑性成形工艺基础共78页

晶體發生滑移後，其外表形狀發生變化，體積保持 不變，相對滑移後晶體的兩部分仍保持晶格位向的一致 性。
2）雙晶： 雙晶亦叫孿晶。雙晶是晶體在外力作用下晶格的一部
分相對另一部分發生轉動。 未變形部分和變形部分的交界面稱為雙晶面。在雙晶
面兩側形成鏡面對稱，如圖3-3所示。
3.1.1 塑性成形的實質
雙晶面
在鍛壓生產中，還應注意使鍛造流線盡可能沿著零件的外形 輪廓分佈，並在切削加工過程中保持鍛造流線不被切斷，使材料 的力學性能得到最充分的發揮。
如圖3-8a)為模鍛鉤，流線分佈合理，使用壽命長，且材料 消耗少，而圖3-8b)是用板材直接切削加工出的拖鉤，拖鉤內側流 線組織被切斷，使用時容易沿切斷處斷裂。
塑性成形 概述
常見的塑性加工方法：
P
P
1 1
2
2
3
3
P 1
2
3
4
a) 自由鍛
b) 模鍛
c) 擠壓
1. 錘頭 2. 坯料 3. 下抵鐵 1. 上模 2. 坯料 3. 下模 1. 擠壓筒 2. 沖頭3. 坯料 4. 擠壓凹模
塑性成形 概述
1
1
1
2
2
2
3
4
d) 拉拔
1. 拉拔模 2. 坯料
e) 軋製
1. 軋輥 2. 坯料
一般金屬的某一質點移動時阻力最小的方向是通 過該質點向金屬變形部分的周邊所作的法線方向，因 為質點沿此方向移動的距離最短，所需的變形功最小。
3.1.4 塑性成形基本規律
2. 最小阻力定律
塑性變形時金屬各質點首先向阻力最小方向移動， 稱為最小阻力定律。
一般金屬的某一質點移動時阻力最小的方向是通 過該質點向金屬變形部分的周邊所作的法線方向，因 為質點沿此方向移動的距離最短，所需的變形功最小。

模具的构成
模具由上模、下模和导向部件等组成，用于实现金属材料的塑性成形。
模具的工艺要求
模具设计需要考虑材料选择、温度控制、表面处理等多个方面的要求。
模具设计的方法
模具设计需要考虑产品形状、材料流动和成型工艺等因素，采用综合方法进行设计。
塑性成形加工工艺
塑性成形加工的流程 塑性成形加工的工艺参数与选择 塑性成形加工的质量控制
应用范围
塑性成形工艺广泛应用于汽车、航空航天、家电等领域，是现代工业的重要组成部分。
塑性变形的基本原理
1 金属的结构和性质
金属材料由多个晶格组 成，塑性变形是晶格滑 移和晶格形变的结果。
2 冷变形与热变形
冷变形在室温下进行， 热变形在高温下进行， 两者具有不同的变形特 点。
3 塑性变形的分类
塑性变形可分为压力加 工、拉伸加工、弯曲加 工和精密成型等多种类 型。
《塑性成形工艺基础》 PPT课件
本课程将介绍塑性成形工艺的基本原理、过程和模具设计，以及该工艺的发 展趋势。让我们一起探索这个令人着迷的领域！
背景介绍
塑性成形工艺的定义
塑性成形是通过施加压力，使金属材料在保持连续性的情况下发生塑性变形的一种制造工艺。
发展历程
塑性成形工艺自古已有，经历了手工操作、机械压力成形到现代数控技术的发展。
塑性成形的基本过程
1
拉伸加工
2
通过拉伸使金属材料变薄或变长，常
见的工艺有拉延、拉具的精细控制实现复杂零件的 成形，如注塑、挤压等。
压力加工
通过施加压力使金属在模具中变形， 包括冲压、锻造等工艺。
弯曲加工
通过施加力使金属材料弯曲或折弯， 常见的工艺有折弯、卷弯等。
塑性成形模具设计

轴类锻件结构
第二节 自由锻
2、尽量减少辅助结构 不设计加强筋、凸台
（a）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构
盘类锻件结构
第二节 自由锻
3、不能有空间曲线
（a）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构
杆类锻件结构
第二节 自由锻
4、复杂零件可设计成简单零件的组合
（a）工艺性差的结构
（b）工艺性好的结构
加工余量。 （2）锻造公差 在实际生产中，由于各种因素的影响，锻件的实
际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸，允许有一定限度的误差，叫做锻 造公差。
（3）余块 为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件的某 些地方添加一部分大于余量的金属，这部分附加的金属叫做锻造余块， 简称余块。
第二节 自由锻
第二节 自由锻
材料 钢材 工业纯铜
再结晶温度 480~600 200~270
热锻温度 1250~800 800~600
第一节 压力加工基本原理
锻造比
在塑性成形时，常用锻造比(Y)来表示变形程度 。锻造比的计算公式与变形方式有关，通常用变形 前后的截面比、长度比或高度比来表示：
❖
拔长
y拔=A0/A1=L1/L0
❖
第十三章 压力加工
第一节 压力加工基本原理 第二节 自由锻 第三节 模锻 第四节 板料冲压
第十三章 压力加工
压力加工：使金属坯料在外力作用下产生 塑性变形，以
获得所需形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯和零件的加 工方法。
机械性能高
特点 节省金属
易实现机械化和自动化，生产效率 高
第一节 压力加工基本原理
第一节 压力加工基本原理
三、金属的变形规律
1、体积不变定律： • 由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为

.
25
(2)加工条件
1） 变形温度 变形温度提高，可锻性提高 A
原因：温度提高，原子动能提
高，有利于滑移变形；
温度提高，有可能改变金
属组织，如钢，1000℃ 单一 A
组织；
σb
ψ δ
A
A+F
A+L
E
A+Fe3CII
P+F
P+Fe3CII
400
温度 °C
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.
26
锻造温度范围
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b) 拉拔时，压应力数目少，材料容易拉裂，但 需要的动力小与挤压
.
返 3回1
（3）其他因素
• 摩擦条件
摩擦力越大，变形不均匀程度越严重，所引起的 附加应力也越大，从而导致变形抗力增加，塑性 降低。 采取润滑剂。
• 模具结构
合理设计模具，如圆角 减小金属成形时的流动阻力，避免割断纤维和出 现折叠。
• 容易疲劳剥损的零件：工作表面避免纤维露头， 使纤维的分布与零件的外形轮廓相符合。
• 受力复杂件：不希望明显的纤维组织，减少各向 异性。
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.
21
（3）冷变形与热变形的影响
1）在冷变形（在再结晶温度以下的变形）条件下： 组织：加工硬化组织（晶粒沿变形最大的方向伸长； 晶格歪扭；产生碎晶）
一尺寸较材料稍小的模孔，一端为喇叭口），以获得所
要求的剖面形状和尺寸的方法。通常在室温下进行。经
过拉拔可得到尺寸精确、表面光洁并具有较好机械性能
的线材、型材、管材等。 拉拔模
坯料
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b
ac
ac
d
d
b
2)确定加工余量、公差和敷料
加工余量：1~4mm 公差：0.3~3mm
3）设计模锻斜度
（3 ° 、5 ° 、7 ° 、10 ° 、12 ° ）
外壁斜度： 5°、7 ° 内壁斜度：大一级
4）设计模锻圆角
外圆角：r = 1.5~12mm 内圆角：R=（2~3）r
5）确定冲孔连皮
2. 确定模锻工序
τ
τ
τ
τ
但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。
2）孪晶：晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
2. 多晶体的塑性变形 多晶体塑性变形的实质：
晶内变形 滑移 孪晶 滑动
晶间变形 转动
晶粒内部发生滑移和孪晶（为主）； 同时晶粒之间发生滑移和转动（少量）。
二、塑性变形后金属的组织和性能
1.冷变形及其影响
2）变形条件
①变形温度： T温越高，材料的可锻性越好。（锻造温度范围）
②变形速度： V变越小，材料的可锻性越好。
③应力状态：
塑
三向压应力—
性、
变形抗力
变
塑性最好、变形抗力最大。
形
抗
力
三向拉应力— 塑性最差、变形抗力最小。
塑性
vc v
二、锻造温度范围
始锻温度： 过热、过烧 缺陷 终锻温度： 加工硬化
原材料：低碳钢、高塑性合金钢、铝合金、铜合金、镁合金等。
一、冲压设备
1. 剪床：
下料设备
1）斜刃剪
2）平刃剪
3）圆盘剪
2. 冲床：
冲压设备
1）开式冲床
2）闭式冲床
二、冲压基本工序及变形特点

②辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料 预先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和 切肩。
③精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表 面的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如 修整鼓形，平整端面、校直弯曲。
礅粗： H ，S
完全礅粗 局部礅粗
1.25≤H0/D0≤2.5
拔长： L ，S
当d>=25mm，锻件上的透孔由于锤击时凹凸模不 可能完全贴靠而不可能穿透，孔内必须留有一定 厚度的连皮。当孔为30-80mm时，冲孔连皮的厚 度为4-8mm。
f. 绘制锻件图
2）确定模锻工步
1）基本工序
圆盘类零件：镦粗
预锻
终锻
长杆类零件：制坯
预锻
终锻
2）修正工序
切边； 冲孔； 校正； 热处理； 清理。
③应力状态：不同压力加工方法，金属内部的
应力状态是不同的：
在金属塑性变形时，压应力数目越多，其 塑性变形越好，因为压应力使滑移面紧密结合， 防止产生裂纹；拉应力则使塑性变形降低，应 为它使缺陷扩大，使滑移面分离。但压应力时 变形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗 力。
不同变形方式时的应力状态
5.2 金属的塑性成形工艺及工艺方法
（1）回复
加工硬化后的金属，在加热到一定温度后， 原子获得热能，使原子得以恢复正常排列，消除 了晶格扭曲，可使加工硬化得到部分消除，这一 过程称为回复。
回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算：
T回 0.25 0.3T熔
式中T回 ----金属的绝对回复温度； T熔 ----金属的绝对熔化温度；
锻造温度范围指始 锻温度与终锻温度间的 温度范围，以合金状态 图为依据。
碳钢的锻造温度范围
低碳钢的力学性能与温

多晶体的晶内变形方式和单晶体一样，也是滑移和双晶， 但各个晶粒所处的塑性变形条件不同，即晶粒内晶格排列的方 向性决定了其变形的难易，与外力成45度的滑移面最易变形。 因为其产生的切应力最大。如图3-7反映了晶粒位向与受力变形 的关系。
第六页，共147页。
同时在多晶体的晶界处，由于相邻晶粒间的位向差别， 产生晶格的畸变(jībiàn)，并有杂质的存在，以及晶粒间 犬牙交错状态，对多晶体的变形造成很大障碍。低温时， 晶界强度高于晶粒内部强度，变形抗力大不易变形；高温 时，晶界强度降低，晶粒易于相互移动。所以多晶体由于 存在晶界和各晶粒的位向差别，其变形抗力要远高于同种 金属的单晶体。
一般情况下，增加锻造比，可使金属组织细密化，提高锻件
的力学性能。但当锻造比过大，金属组织的紧密程度和晶粒细化 程度已到极限，故力学性能不再升高，而增加各向异性。锻造比 越大，锻造流线越明显，其力学性能的方向性越明显。如图3-12所 示为碳素结构钢锭采用不同锻造比进行拔长后的力学性能变化曲 线。当锻造比增加时，钢的强度在横向和纵向差别不大，而塑性 和韧性纵向明显好于横向。
3.2.1.1自由锻
自由锻指将金属坯料放在锻造设备的上下抵铁之间，施加 冲击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方法。 坯料在锻造过程中，除与上下抵铁或其它辅助工具接触的部分 表面外，都是自由表面，变形不受限制，锻件的形状和尺寸 (chǐ cun)靠锻工的技术来保证，所用设备与工具通用性强。
3）变形时的应力状态：不同压力加工方法，金属内部的 应力状态是不同的，如图3-19所示。在金属塑性变形时， 压应力数目越多，其塑性变形越好，因为压应力使滑移面 紧密结合，防止产生裂纹；拉应力则使塑性变形降低，应 为它使缺陷扩大，使滑移面分离(fēnlí)。但压应力时变 形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗力。

2）金属板料经冷变形强化，获得一定的几何形 状后，结构轻巧，强度和刚度较高。
3）冲压件尺寸精度高，质量稳定，互换性好， 一般不需机械加工即可作零件使用。 4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机 械化和自动化。
5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。
6）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用 高，只适用于大批量生产。
坯料在锻造过程中，除与上下抵铁或其它辅 助工具接触的部分表面外，都是自由表面，变形 不受限制，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保 证，所用设备与工具通用性强。
自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产 大型锻件的唯一方法。
1) 自由锻设备
空气锤 它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适
用于小型锻件；65~750Kg
挤压成形是使坯料在外力作用下，使模具内的金属坯 料产生定向塑性变形，并通过模具上的孔型，而获得 具有一定形状和尺寸的零件的加工方法。
图6-3 挤压
挤压的优点：
1）可提高成形零件的尺寸精度，并减小表面粗糙 度。 2）具有较高的生产率，并可提高材料的利用率。 3）提高零件的力学性能。 4）挤压可生产形状复杂的管材、型材及零件。
3）精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不 平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平 整端面、校直弯曲。
3）自由锻的特点
优点：
1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法
3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属 的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的 设备吨位小。
实例：
当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与 杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力 顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱(如图示 )。

损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
塑性成形工艺基础
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。

余块
加工余量
余块， 如：键槽、过小的台阶、过小的凹档、小孔等。
锻件基本尺寸 = 零件基本尺寸+加工余量 锻件公差：锻件实际尺寸与锻件基本尺寸之间所允 许的偏差
绘制锻件图： 用双点划线划出零件轮廓；在锻件尺寸线下面
用括弧标出零件尺寸.
b. 坯料质量计算：
m坯料=m锻件+m烧损+m料头 坯料尺寸：
1.25D0<=H0<=2.5D0，V坯=m坯/ρ
热变形：再结晶温度以上的变形。加工硬化和再结晶过程同 时存在，但没有加工硬化痕迹。获得力学性能较高的再结 晶组织。 热变形过程中金属的塑性好，变形抗力低，不需要安 排中间退火。但易形成氧化皮，晶粒长大。
温变形：二者之间。有加工硬化和回复，无再结晶，加工硬 化部分消除。用于强度高、塑性差金属。
四、锻造比与锻造流线
单晶体的塑性变形方式： 1.滑移 ——滑移系 2.孪生
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移变形示意图
d)塑性变形
晶体的孪生示意图
多晶体金属的塑性变形：
晶内变形（低温）：滑移和孪生 晶间变形（高温）：晶粒间的相对滑动和转动。
晶界对塑性变形的影响（细晶强化）： 1）强化作用（位错运动受阻）； 2）塑性变形更均匀（改善韧性）。
冲压用原材料:
塑性好的金属,如低碳钢,铜合金,铝合金,镁合金等.
冲压设备：剪床和冲床 冲压基本工序：分离工序和变形工序
1、分离工序：坯料在外力作用下，使其一部分与另一
部分互相分离。
（1）冲裁（落料和冲孔）： 坯料按封闭轮廓分离的工序。 冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。
落料：被分离的部分为成品，而周边是废料。