金属塑性成形原理课标Word版

第一章 绪论一 课程简介《金属塑性成形原理》是材料成形与控制工程的一门专业理论基础课，研究金属塑性变形时在金属学和力学等方面遵循的共同基础和规律，阐明金属在塑性成形时的共性，即金属塑性成形原理是研究和探讨金属在各种塑性加工中可遵循的基础和规律，其目的在于科学地、系统地掌握金属塑性加工过程中遵循的基础和规律，为学习后续的工艺课程作理论基础，也为合理制定塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。

金属塑性成形是金属加工的方法之一。

它是在外力作用下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能、形状和尺寸的零件和毛坯的加工方法。

随着冲压工艺、模锻工艺及模具技术的迅速发展，在现代工业生产中，冲压工艺、模锻工艺在航空、兵工、汽车、拖拉机、电器、电子、仪表及日用品生产中应用十分广泛，占有很重要的地位。

模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺装备，在国民经济中占用重要的地位。

二 金属的塑性及塑性成形1. 金属的塑性2. 塑性成形金属材料在外力作用下，利用其塑性使其成形并获得一定力学性能、形状和尺寸的零件和毛坯的加工方法。

三 金属塑性成形特点与金属切削、铸造、焊接等加工方法相比，金属塑性成形具有以下优点：（1）经过塑性加工，金属的组织、性能得到改善和提高金属在塑性加工过程中，往往要经过锻造、轧制、或者挤压等工序，这些工序使得金属的结构更加致密、组织得到改善、性能得到提高。

对于铸造组织，这种效果更加明显。

例如炼钢铸成的钢锭，其内部组织疏松多孔、晶粒粗大而且不均匀，偏析也比较严重，经过锻造、轧制或者挤压等塑性加工可以改变它的将圆柱形试样进行拉伸试验时，拉力P 与试样伸长△l之间的关系如图l-1所示。

由图可看出，当作用力P <P e （弹性极限载荷）时进行卸载，伸长沿eo 方向减小，最后伸长消失，试样恢复原来长度，这种性质称为材料弹性。

当作用力P >P c （屈服极限载荷）如加载到c 点，然后进行卸载，则伸长随载荷的减小而沿cd 变化（cd ∥eo ）。

金属塑性成形原理一、课程说明课程编号：080103Z10课程名称：金属塑性成形原理/Principles of Metal Plastic Forming课程类别：专业教育学时/学分：40/2.5（其中实验学时：4）先修课程：工程力学(材料力学) 或弹性力学、工程材料或材料性能学适用专业：机械设计制造及其自动化（材料成型及控制工程，机械制造，工程装备等方向），车辆工程，微电子科学与工程教材、教学参考书：[1]李尧主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，机械工业出版社，2013[2]运新兵主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，冶金工业出版社，2012[3]董湘怀主编, 金属塑性成形原理，机械工业出版社，2011[4]万胜狄主编，金属塑性成形原理，机械工业出版社，1995[5]李尧主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，机械工业出版社，2013[6]运新兵主编, 金属塑性成形原理(“十二五”规划教材)，冶金工业出版社，2012[7]董湘怀主编, 金属塑性成形原理，机械工业出版社，2011二、课程设置的目的意义本课程设置的目的是科学、系统地阐明金属塑性变形的基础与规律，使学生掌握金属塑性加工的基本原理和共性问题，包括塑性加工力学、塑性加工材料学和塑性加工摩擦学等。

通过学习初步了解金属塑性成形的物理基础、力学基础理论，熟悉塑性成形中的摩擦、塑性成形中的不均匀变形，掌握塑性成形力学的求解方法等，为学习后续的塑性加工工艺与技术课程（轧制与挤压、锻造成形、旋压成形、汽车覆盖件与板料冲压成形、特种微纳制造等）作理论准备，为合理制定各种塑性变形工艺奠定理论基础。

本课程是机械设计制造、车辆工程和微电子制造等涉及金属塑性成形技术相关专业的技术基础课程，特别是机械设计制造专业（材料成型及控制方向）的(必修)核心课。

三、课程的基本要求（一）知识要求（1）掌握金属塑性加工过程的热力学条件及应力应变分析的基本概念和基本理论。

金属塑性成形原理课程教学大纲课程名称：金属塑性成形原理课程编号：16118587学时/学分：32/2.0开课学期：5适用专业：材料成型及控制工程课程类型：专业方向选修课一、课程的目的和任务目的：通过本课程的学习其目的是科学地、系统地阐明金属塑性变形的基础与规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，为合理制定塑性变形工艺奠定理论基础。

任务：掌握金属塑性变形体中应力、应变的大小、分布及其相互关系，确定变形由弹性状态过渡到塑性状态的力学条件；掌握变形和变形力的求解模式。

掌握金属塑性变形机理以及塑性变形与化学成分、金属组织状态之间的关系；研究热力学条件及摩擦与润滑等因素对变形过程的影响，确定由弹性状态到塑性状态过渡的条件。

二、课程的基本要求1.知识要求：掌握金属塑性加工过程的热力学条件及应力应变分析的基本概念和基本理论。

熟悉和掌握塑性加工过程中金属变形的微观与宏观的基本规律，以及各种基本变形力学方程，能推导典型塑性加工问题的应力与应变计算公式。

掌握金属在塑性加工过程中组织性能的变化及金属的塑性、变形抗力、断裂等与加工条件的关系。

能按照要求或给定公式进行变形程度、应变速度、工件尺寸与变形力能参数等计算。

根据所学知识，对金属的流动、产品质量等有关因素进行相应分析，能基本制定或选择出优质、高产、低消耗的生产工艺。

2.能力要求：能够初步运用所学的塑性成形理论解决实际生产中的工程问题；并对已有的成形方案能从理论上给予解释说明；在此基础上探索的提出金属成形较合理的工艺措施和方法。

3.素质要求：培养学生理论联系实践、运用扎实的理论解决金属塑性成形中的工程问题。

三、课程基本内容和学时安排第一章绪论（1学时）知识点：金属塑性加工的定义、分类、特点、地位、发展概况；本课程的性质、内容、意义、发展概况。

第二章金属塑性变形的力学基础（14学时）知识点：应力分析：外力、内力、应力概念；点的应力状态概念、描述方法；斜面应力的确定；应力边界条件；应力张量定义与性质；应力不变量；主应力图；应力张量分解；应力平衡微分方程；应变分析：位移、位移增量、应变、几何方程；点的应变状态概念、描述方法；任意方向上应变的确定；应变张量与不变量；应变张量分解；应变协调方程概念与意义，塑性变形体积不变，应变增量张量定义、意义，全量应变与增量应变关系；金属塑性变形过程和力学特点；Tresca与Mises屈服条件，二者的差异；加载与卸载准则，加载路径概念；增量理论与与全量理论；变形抗力概念，加工硬化曲线，影响变形抗力因素；平面应变问题与轴对称问题。

第一章 塑性成形原理实验一 真实应力-------应变曲线的测定一、实验目的：测定铝的静态（室温、低速）真实应力——应变曲线。

二、实验原理：在塑性成形力学分析中，真实应力——应变曲线是不可缺少的重要参数，例如材料进入塑性状态。

必须满足等效应力等于单向应力状态下的屈服应力。

而这个应力是随变形温度、变形速度和变形程度而变化的。

在一定温度、变形速度情况下，真实应力)(s 随变形程度ε的关系称为真实应力——应变曲线（也称硬化曲线）。

这里真实应力是指在单向应力状态下，任一瞬时作用在试件上的变形力)(P 与该瞬时试件横截面积)(F 之比：F P S /= -------------------------------（1）真实应力——应变曲线可通过单向拉伸；均匀镦粗试验获得或通过扭转等试验间接获得。

由于单向拉伸试验出现颈缩，变形程度爱到一定的限制，所以广泛采用均匀镦粗获得真实应力——应变曲线。

本实验采取以下措施：（1）、上下压板经淬硬、回火、硬削和抛光； （2）、试件尺寸比为1/00=R D ；（3）、试件端面置浅坑，储存润滑剂 。

（4）、试件每压下10%时，重新涂润滑剂。

压缩时对数应变：HH 0ln= ---------------------------------------------（2）0H ——压缩前试件高度 H——压缩瞬时试件高度压缩时的真实力按平均压力计算： 0F P F P S ==-----------------------------（3）F ——试件变形某一瞬时面积 ； 0F ——试件变形前面积； P ——轴向载荷。

三、实验设备和仪器：实验是在材力试验机上进行（也可在锤上或曲柄压力机上进行）。

力和变形的测量采用传感器、应变仪。

由X —Y 记录仪记录变形和位移的变化。

二个传感器及X —Y 记录仪简要说明见附录。

四、实验步骤：（1）、精确测量试件原始尺寸0D ，0H ；（2）、安装测力、测位移传感器并将其接入动态应变仪，再将应变仪输出端接入X—Y记录仪；（3）、标定传达传感器（可直接用标定曲线）；（4）、将试件上下端涂润滑剂（石腊），放在试件压板之间；（5）、加压变形，每变形△H= mm卸载，重涂润滑剂；（6）、再加压直至所需变形程度；（7）、X—Y记录仪记录变形过程。

金属塑性成型原理第一章1.什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？塑性----在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力；塑性变形----当作用在物体上的外力取消后，物体的变形不能完全恢复而产生的残余变形；塑性成形----金属材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法，也称塑性加工或压力加工；塑性成形的特点：①组织、性能好②材料利用率高③尺寸精度高④生产效率高2.试述塑性成形的一般分类。

Ⅰ.按成型特点可分为块料成形(也称体积成形)和板料成型两大类1）块料成型是在塑性成形过程中靠体积转移和分配来实现的。

可分为一次成型和二次加工。

一次加工：①轧制----是将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。

分纵轧、横轧、斜轧；用于生产型材、板材和管材。

②挤压----是在大截面坯料的后端施加一定的压力，将金属坯料通过一定形状和尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料或零件的塑性成形方法。

分正挤压、反挤压和复合挤压；适于(低塑性的)型材、管材和零件。

③拉拔----是在金属坯料的前端施加一定的拉力，将金属坯料通过一定形状、尺寸的模孔使其产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的小截面坯料的塑性成形方法。

生产棒材、管材和线材。

二次加工：①自由锻----是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或坯料锻成所需的形状和尺寸的加工方法。

精度低，生产率不高，用于单件小批量或大锻件。

②模锻----是将金属坯料放在与成平形状、尺寸相同的模腔中使其产生塑性变形，从而获得与模腔形状、尺寸相同的坯料或零件的加工方法。

分开式模锻和闭式模锻。

2）板料成型一般称为冲压。

分为分离工序和成形工序。

分离工序：用于使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，如冲裁、剪切等工序；成型工序：用来使坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，成为具有要求形状和尺寸的零件，如弯曲、拉深等工序。

第二章金属塑性变形的物理基础教学目的和要求：掌握塑性、滑移、孪生的概念，金属塑性变形的机理、金属变形后加热过程中的软化机制、热加工过程中的软化机制、影响金属塑性的因素。

教学内容：1.金属冷态下的塑性变形机理；2.金属热态下的塑性变形机理；3.金属的超塑性变形；4.金属在塑性加工过程中的塑性行为；教学重点和难点：重点：塑性、滑移、孪生的概念，金属塑性变形的机理、金属变形后加热过程中的软化机制、热加工过程中的软化机制、影响金属塑性的因素。

难点：滑移、孪生的概念，金属塑性变形的机理、影响金属塑性的因素。

第一节金属冷态下的塑性变形塑性成形所用的金属材料绝大部分是多晶体，其变形过程较单晶体的变形复杂多，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，每个晶粒可看成一个单晶体，相邻晶粒彼此位向不同，但晶体结构相同、化学组成也基本一样；晶粒又有一些更小的亚晶粒组成。

晶粒之间存在厚度相当小的晶界，晶界的结构与相邻两晶粒之间的位向差有关，一般可分为小角度晶界和大角度晶界。

一金属的晶体结构（选讲）1．晶格和晶胞固体物质中的原子排列有两种情况，一种是原子呈周期性有规则的排列，这种物质被称为晶体，另一种是原子呈不规则排列，被称为非晶体。

金属一般是晶体。

在晶体中，原子排列的规律不同，其性能也不同。

所以研究金属的晶体结构，首先必须从金属原子的实际排列情况着手。

实际中，晶体的原子堆积在一起，肉眼难以分辨其规律性。

为了清楚的表明原子在空间的排列规律性，人们对晶体结构进行了抽象简化。

即将构成晶体的实际质点（包括原子、离子或者分子）忽略，将他们抽象为纯粹的几何点，称之为阵点或结点。

这些阵点可以是原子（或者分子）的中心，也可以是原子群（或者分子群）的中心点。

用许多平行的直线将这些阵点连接起来，就构成了一个三维的空间格架，这种用以描述晶体中原子（离子或者分子）排列规律的空间格架称为空间点阵，简称为点阵或晶格。

从晶格中取出一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元，来分析晶体中原子排列的规律性，这个最小的单元称为晶胞。

金属塑性成形原理课程标准（78学时）一.课程性质和任务本课程是高等职业技术学校材料成形专业的一门专业基础课程。

通过本课程的学习，使学生了解有关塑性成形原理的专业知识；掌握塑性成形方法及简单工艺流程，应力.应变和塑性变形的相关知识；变形力计算方法；塑性成形件质量的一般分析方法；掌握压力加工模拟及其成立条件。

二.课程教学目标本课程的教学目标是：使学生掌握塑性.塑性加工方法.塑性加工变形力计算等相关概念，包括晶体缺陷.晶格类型.塑性成形件质量分析.各种计算变形力的方法等。

并且使学生掌握塑性相关概念，质量分析方法及变形力的理论计算；培养学生动手分析计算解决实际问题的能力。

（一）知识教学目标1．掌握塑性.塑性加工的相关基础知识。

2．掌握热加工.冷加工的区别及各自的优缺点。

3. 掌握金属变形区域的应力.应变分析方法。

4．熟悉塑性成形件的质量分析方法。

5．掌握变形力计算相关理论推导公式。

6．掌握主应力法.上限法的计算方法。

7．掌握塑性成形中的摩擦及其影响因素。

8．了解刚塑性有限元法的基本原理。

9. 了解压力加工模拟的条件及意义.（二）能力培养目标1．对本专业的发展历史.发展趋势有所了解。

2．能对塑性成形中质量影响因素进行分析。

3．具有对实际成形计算其变形力的能力。

（三）思想教育目标1．具有热爱科学.实事求是的学风和勇于实践.勇于创新的意识和精神。

2．具有良好的职业道德。

三.教学内容和要求基础模块（一）绪论1．金属塑性成形特点及分类掌握塑性成形的优点及局限性。

2．金属塑性成形原理课程的目的和任务了解本课程的学习目的和任务，掌握学习方法。

3．金属塑性成形理论的发展概况了解塑性理论的发展历史及今后发展趋势。

（二）金属塑料变形的物理基础1．金属冷态下的塑性变形掌握冷加工的优缺点；了解冷加工的适用范围。

2．金属热态下的塑性变形掌握热加工的优缺点；了解热加工的适用范围。

3. 金属的超塑性变形了解超塑性的概念；掌握超塑性原；了解超塑性的应用前景。