《塑性成形理论》PPT课件

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塑性理论课件-塑性变形时的应力应变关系

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3、如果從初始狀態先加純剪應力通過屈服點B到達D點，這時的應力和應變見表 5.1的第3行。
4、如同樣經後繼屈服軌跡裏面的任意路線變載到F點，則應力應變見表5.1第4行。
5、如果從初始狀態沿真線OF`F到達F 點，則應力和應變見表5.1第5行，這時主軸重合。
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上述的第1、3、5種加載路線就是簡單加載。由表中可看出，同樣的一種應力狀態σf、τf，由於加載路線不同，就有好幾種應變狀態（如C、D點應變）；同樣，一種應變狀態（如εc），也可有幾種應力狀態（如C、F點應力），而且應力應變主軸不一定重合。從上述簡單的例子中，我們可以看到，離開加載路線來建立應力與全量塑性應變之間的普遍關係是不可能的。因此，一般情況下只能建立起應力和應變增量之間的關係爭然後根據具體的加載路線，具休分析。另一方面，我們從上述例子中也看到，在簡單加載的條件下，應力和應變的主軸重合，而且它們之間有對應關係，因此可以建立全量理論。
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另一方面，從工程角度來看，對於一些繁雜的問題，那怕是能給出定性結果也很可貴，具體的定量問題可以從實驗中進一步探索（由於如摩擦條件等數學模型還未給出，要精確計算也很難辦到）。鑒於壓力加工理論中關於成形規律闡述上存在的一些問題，吸取了增量理論及全量理論的共同點，提出了應力應變順序對應規律，並使該規律的闡述逐漸簡明和便於應用。現簡述如下：
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5.2增量理論（流動理論）一、列維-密席斯方程二、普朗特-勞斯方程
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一、列維-密席斯方程
列維-密席斯方程適用條件：
（1)材料是理想剛塑性材料，即彈性應變增量為零，塑性應變增量就是總應變增量；
（2）材料符合密席斯屈服準則，即 s

塑性成形理论基础

另外还有重力和惯性力等体积力，但其作用相对较小，略之。
内力和应力
当所加外力使工件内部原子间距发生变化时，原子间便出现相应的内力与外力平衡。
内力的强度(大小)称为应力。如图，工件受若干外力 F1 …….Fn作用。在其内一点Q处截取一微小面素dA ，由于平衡，面素两侧的应力相等dFA= dFB = dF则：
23 2 3
2
31 3 1
2
12 2 1
2
根据主应力的排序规则，最大切应力为：
max 1 3
2
球应力张量与偏差应力张量
应力张量可作如下分解：
xx xy xz xx m xy
xz m 0 0
ij yx
yy
yz
yx
yy m
yz
0
m
0
zx zy zz zx
材料成形原理
第四章塑性成形理论基础 (物理基础、力学基础)
塑性加工原理的内容
力 1. 塑性加工力学条件
学基
2. 塑性加工中的摩擦与涧滑
础 3. 不均匀变形
4. 塑性变形机制
物理
5. 塑性变形中组织性能演变
基础
6. 金属的塑性与变形抗力
7. 塑性变形中组织性能控制
塑性加工/成形原理
力学基础(塑性力学基础)
应力、应变分析，屈服准则本构关系，塑性问题
物理基础(金属学基础)
变形机制、组织性能演变、塑性与变形抗力
材料科学与工程学科基础课
塑性成形理论基础
之
力学基础
应力、应变分析，屈服准则本构关系，塑性问题
材料成形原理
一、应力分析
塑性成形/加工中工件所受外力
主要有作用力和约束反力。

金属塑性成形PPT课件

密排六方（Close-package Hexagonal）
(Mg、Zn、Cd、α-Ti)
3.2塑性成形机理
滑移
3 金属塑性成形
滑移带 500倍
26
3.2塑性成形机理滑移
3 金属塑性成形
27
3.2塑性成形机理滑
移
3 金属塑性成形
28
3.2塑性成形机理滑移
3 金属塑性成形
辊锻，楔横轧，辗环，辊弯
7
3.1塑性成形概述
塑性成形类型
3 金属塑性成形
8
3.1塑性成形概述
3 金属塑性成形
体积成形
体积成形主要是指那些利用锻压设备和工、模具，对金属坯料（块料）进行体积重新分配的塑性变形，得到所需形状、尺寸及性能的制件。
主要包括锻造（Forging）和挤压（Extrusion ）两大类。
日常用品
3
汽车覆盖件
飞
冲压成形产品示例—— 高科技产品
机蒙皮
4
5
6
3.1塑性成形概述
3 金属塑性成形
锻压3塑（性Met成al 形for分gin类g and stamping）
1.体积成形 (Bulk Metal Forming):
1.1 锻造 (Forging)
1.1.1自由锻造 1.1.2模锻
用伸长率δ、断面收缩率ψ表示：
δ= （L1-L0）/ L0 ×100% ψ=（ S0-S1）/S0×100%
22
3.2塑性成
3 金属塑性
形机理
成形
2.金属塑性变形的实质
金体—属——原—子显微组织——晶典型晶格结构:

《塑性成形工艺基础》课件

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

(金属塑性成形原理课件)第2讲塑性变形物理本质

多晶体: 晶粒方向性互相抵消——各向同性
存在着一系列缺陷: 点缺陷、线缺陷、面缺陷
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Lesson Two
一些金属材料的实验屈服强度和理论屈服强度
材料
理论强度（G/30)/GPa 实验强度/MPa 理论强度/实验强度
银铝铜镍铁钼铌镉镁（柱面滑移）钛（柱面滑移）铍（基面滑移）铍（柱面滑移）
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Lesson Two
肖脱基空位——只形成空位而不形成等量的间隙原子弗兰克尔缺陷——同时形成等量的空位和间隙原子
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Lesson Two
在实际晶体中，点缺陷的形式可能更复杂。例如，即使在金属晶体中，也可能存在两个、三个甚至多个相邻的空位，分别称为双空位、三空位或空位团。但由多个空位组成的空位团从能量上讲是不稳定的，很容易沿某一方问“塌陷”成空位片（即在某一原子面内有一个无原子的小区域)。同样，间隙原子也未必都是单个原子，而是有可能m个原子均匀分布在n个原子位置的范围内（m＞n），形成所谓 “挤塞子”（crowdion）。
（1）表面：指所研究的金属材料系统与周围气相或液相介质的接触面。（2）晶界、亚晶界：指多晶体材料内部，结构及成分相同，而位向不同的两部分晶体之间的界面。（3）相界：指晶体材料内部不仅位向不同，而且结构不同，甚至成分也不同的两部分晶体之间的界面。在纯金属的同素异晶转变过程中出现的相界面，其两侧仅结构不同；而合金相的相界两侧，除结构不同外，往往成分也不相同。此外，还有孪晶界、反相畴界，层错界、胞壁等等。
（1）对称倾侧晶界
对称倾侧晶界相当于两部分晶体，沿着平行于界面
的某一轴线，各自转过方向相反的θ／2而形成的。两晶粒位向差为θ，如下图1所示。此晶界相当于两个晶粒的对称面，它只有一个自由度θ。

(金属塑性成形原理课件)第3讲冷热加工组织变化

加工硬化是金属材料的一项重要特性，可被用作强化金属的途径。特别是对那些不能通过热处理强化的材料如纯金属，以及某些合金，如奥氏体不锈钢等，主要是借冷加工实现强化的。
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Lesson Three
单晶体的切应力一应变曲线显示塑性变形的三个阶段
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21
Lesson Three
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TEM and EBSDmicrographs of the 87% deformed sample.
(a), (b)TEMmicrographs with
different magnification; (c)EBSD-micrographs
ห้องสมุดไป่ตู้
Lesson Three
Huang Y C, Liu Y, Li Q, et al. Relevance between microstructure and texture during cold rolling of AA83104 aluminum alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2016, 673: 383-389.
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轧辊
Lesson Three
轧面
(a)
(b)
(c)
轧制过程中择优取向的形成
各晶粒中的“→”表示某晶向
(a)、(b)、(c)分别表示轧制前、轧制时与轧制后的晶粒取向
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Lesson Three
板织构示意图
(a) 轧制前 (b)轧制后
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塑性成形理论 (30)

曲线斜率θ=dτ/d g 称为加工硬化率
剪切力τ<τc :弹性阶段,
剪切力τ>τc : 塑性变形阶段
塑性变形阶段的曲线分为：
•易滑移阶段
•线性硬化阶段
•抛物线硬化阶段
10.3
金属在塑性变形中的硬化
1. 单晶体的加工硬化
Ⅰ.易滑移阶段—单系滑移
滑移线相互平行,一组滑移系开动,硬化率很小
Ⅱ.线性硬化阶段—多系滑移
多系滑移→位错反应→位错塞积缠结→胞状亚结构必须加大外加切应力→变形抗力↑→硬化率↑
Ⅲ.抛物线硬化阶段—交滑移
交滑移→异号位错抵消→位错密度↓→硬化率↓ 有缘学习更多关注桃报：奉献教育（店铺）或＋谓ｙｇｄ３０７６
2. 多晶体金属加工硬化
对于多晶体,多系滑移,无易滑移阶段,加工硬化率比较高.
I II III IV I: 小变形区域
II：强烈硬化塑性变形区，III：织构形成区
IV：高变形区
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塑性成形理论 (7)

σ 1 − σ 3 = βσ s
β = 1 ~ 1.155
β =1
两个屈服准则的数学表达式相同
β = 1.155 两个屈服准则差别最大
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3.2.2 两屈服准则的几何含义
设点P的应力状态(σ1, σ2, σ3)，用向量 0P来表示。过坐标原点O作与坐标轴成等倾角的直线ON，在等倾线ON上任一点的应力状态都是σ1=σ2=σ3= σm，即平均应力。向量OP在该直线上的投影为 OM。向量OP可分解为向量OM与MP，且有：OP＝OM+MP
纯剪
两个准则最大差别：
F 、L点： σ1=-σ2：纯剪状态， B、D、H和J点： σ1=2σ2 ，2σ1=σ2，两者差别15.5%。
单向压缩两向压应力
单向拉伸纯剪单向压缩
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A、E、G、K为单向应力状态
B、D、H和J点：
σ1=2σ2，2σ1=σ2
第3.2节两屈服准则比较
3.2 两屈服准则比较
Tresca屈服准则（最大剪应力准则） τmax = K
当
则
Mises屈服准则
σ =σs
σ= 1
2
(σ x − σ y )2 + (σ y − σ z )2 + (σ z − σ x )2 + 6(τ xy 2 + τ yz 2 + τ zx 2 )
3 + µσ2
式中β称为中间主应力影响系数，μσ为Lode参数
①中间主应力σ2=σ1，μσ=1，β=1，中间主应力σ2=σ3， μσ=1，β=1，两准则重合； ②σ2=(σ1 + σ3)/2，μσ=0，β=1.设材料为理想刚塑性材料，根据屈服准则，判断这些应力在A、P和C位置是否存在？

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为等轴晶粒的现象。
T再 = （0.35~0.4）T熔 (K)
热变形以上 T再以下冷变形
4 . 热变形及其影响 1）不产生加工硬化 2）使组织得到改善，提高了力学性能
① 细化晶粒； ② 压合了铸造缺陷； ③ 组织致密。 3）形成纤维组织 5 . 纤维组织
（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高
2）变形条件 ①变形温度： T温越高，材料的可锻性越好。
②变形速度： V变越小，材料的可锻性越好。
③应力状态：
塑
性、
三向压应力—
变
形
塑性最好、变形抗力最大。抗
力
三向拉应力—
塑性最差
变形抗力塑性
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
45: 1200℃~800℃
3．生产率高
4．适用范围广 1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。
第一章金属塑性成形工艺基础
§1 金属的塑性成形原理
一、金属塑性变形的实
质1.单晶体的塑性变形
1）滑移：
各种压力加工方法，都是通过对金属材料施
加外力，使之产生塑性变形来实现的。单晶体的塑性变形形式主要有滑移和孪晶两种。
晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。
在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动。
质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部分周边的法线方向。
应用：
确定金属变形中质点的移动方向控制金属坯料变形的流动方位降低能耗，提高生产率。
何谓塑性变形？塑性变形的实质是什么？
铅在20 °C ，钨在1100°C 时的塑性变形各属于哪种变形？为什么？铅的熔点327°C ，钨的熔点 3380°C
加工硬化：随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。
有利：强化金属材料不利：进一步的塑性变形带来困难
2. 回复即将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子恢复到
平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象。生产中常利用回复消除加工硬化后工件的残余内应力。
T回 = （0.25~0.3）T熔 (K) 3. 再结晶即塑性变形后金属被拉长的晶粒重新生核、结晶，变
上砥铁
坯料下砥铁
锻造的种类有：
自由锻、模锻、胎模锻
（4）冲压
利用冲模将金属板料切离或变形为各种冲压件。
三、塑性成形（压力加工）的特点
1．力学性能高 1）组织致密； 2）晶粒细化； 3）压合铸造缺陷； 4）使纤维组织合理分布。
2．节约材料 1）力学性能高，承载能力提高； 2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。
§2 金属塑性成形工艺基础
一、金属的可锻性
是金属材料在压力加工时成形的难易程度。 1 . 可锻性的衡量指标
1）塑性：材料的塑性越好，其可锻性越好。 2）变形抗力：材料的变形抗力越小，其可锻性越好。
2 . 影响可锻性的因素
1）金属的本质
①化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。
②组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。
第三篇金属塑性成形
本章重点
金属塑性成形的理论；掌握常用金属的塑性成形工艺；掌握薄板冲压成形工艺。
a
2
本章内容
金属塑性成形概述金属的塑性变形（塑性成形理论）锻造工艺板料冲压锻造及冲压零件的结构工艺性塑性成形新工艺简介
概述
一、金属塑性成形（压力加工）
改变形状
金属坯料
压力机吨位 = 滑块运动到下始点时所产生的最大压力
液压机液压机产生静压力使金属坯料变形。
目前大型水压机可达万吨以上，能锻造300吨的锻件。由于静压力作用时间长，容易达到较大的锻透深度，故液压机锻造可获得整个断面为
细晶粒组织的锻件。液压机是大型锻件的唯一成形设备，大型先进液压机的生产常标志着一个国家工业技术水平发达的程度。另外，液压机工作平稳，金属变形过程中无振动，噪音小，劳动条件较好。但液压机设备庞大、造价高。
三、金属的变形规律
1. 体积不变定律 2. 最小阻力定律
1.体积不变条件（定律）：
由于塑性变形时金属密度变化很小，所以可以认为变形前后的体积相等．实际上在变形中有微小变化。气孔、缩松被压合；氧化及耗损等。运用此定律，便于估算坯料体积、质量及坯料在各工序中的尺寸；
2. 最小阻力定律 Least Resistance
中国二重 16000吨
世界最大的1.65万吨自由锻造油压机上海重型机器厂τττ Nhomakorabeaτ
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
晶内变形
滑移孪晶
滑动晶间变形转动
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪晶；同时晶粒之间发生滑移和转动。
二、塑性变形后金属的组织和性能
1.冷变形及其影响 1）组织变化的特征： ①晶粒沿变形最大方向伸长； ②晶格与晶粒均发生畸变； ③晶粒间产生碎晶。 2）性能变化的特征：
产生塑性变形达到改变尺寸改善性能
外力
得到
毛坯
又称为压力加工。
零件
二、塑性成形的基本生产方式
1．轧制 4．自由锻造
2．挤压 5．模型锻造
3．拉拔 6．板料冲压
（1）轧制：金属坯料在2个回转棍之间受压变形
轧制产品截面形状
轧钢机
轧制钢材的设备称为轧钢机。轧钢机由轧辊、组装轧辊用的机架、使上下轧辊旋转的齿轮变速箱、电动机等部分组成，此外还有连接用的中间接轴和联轴节等部件。
纤维组织是怎样形成的？它对材料的力学性能有何影响？
试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺拴的力学性能有何不同？
第二章金属的塑性成形方法
§2-1 自由锻造
一、自由锻设备
锻锤空气锤
65~750Kg 40Kg以下
蒸汽—空气锤 630Kg~5T 1.5T以下
水压机压力机
油压机
锻锤吨位 = 落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆
轧钢机
轧钢机
（2）挤压
使金属坯料从挤压模孔挤出而成形为各种型材、管材、零件等。
挤压的方法：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压
（3）拉拔
将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成形为各种线材、薄壁管材、特殊截面型材等
（4）锻造
将金属坯料置于上下砧或锻模内，用冲击力或压力使金属成形为各种型材和锻件等