金属的塑性加工
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1. 什么是金属塑性加工?其特点是什么?
答:金属塑性加工:是金属材料在一定的外力作用下, 利用其塑性而使其成形并获得具有一定几何形状、尺寸和精度,以及服役性能的材料、毛坯或零件的加工方法。
特点:材料利用率高;组织、性能好;生产效率高,适用于大批量生产;尺寸精度高,表面质量高;但是设备较庞大,能耗高,投资较大。
2. 材料的使用性能、工艺性能包括哪些?
答:使用性能:高强、高韧、耐蚀等;
工艺性能:轧、挤、拉、锻、焊等:
3. 按加工时工件的受力和变形方式,金属塑性加工有哪些方法?各有什么特点?
答: 锻造:改善金属的内部组织,提高金属的力学性能;较高的生产劳动力;适应范围广。
轧制:可以生产断面复杂的型材,生产效率高,产品质量好
挤压:挤压法可加工各种复杂断面实心型材、棒材、空心型材和管材
拉拔:拉拔一般在冷态下进行,可拉拔断面尺寸很小的线材和管材;拉拔制品的尺寸精度高;表面光洁度极高;金属的强度高(因冷加工硬化强烈)可生产各种断面的线材、管材和型材异型截面。
拉伸:一般在室温下进行,其产品主要用于各种壳体零件,如飞机蒙皮、汽车覆盖件、子弹壳、仪表零件及日用器皿等。
弯曲:在弯矩作用下,使板料发生弯曲变形或使板料或管、棒材得到矫直的一种加工方法。
剪切:坯料在剪切力的作用下产生剪切。使板材冲裁,以及板料和型材切断的一种常用加工方法
4. 金属塑性加工的目的是什么?
答:使金属材料成形并获得具有一定几何形状、尺寸和精度,以及服役性能的材料、毛坯或零件。
5. 什么是轧制、纵轧、横轧、斜轧?
答:轧制:金属通过旋转的轧辊受到压缩,横断面积减小,长度增加的过程( 可实现连续轧制)。可分为纵轧、横轧、斜轧。
纵轧:两轧辊旋转方向相反,轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直,主要生产板、带、箔材,以及断面复杂的型材。生产效率高,加工材料长度大和产品质量较高。 横轧::两轧辊旋转方向相同,轧件的纵轴线与轧辊轴线平衡,轧件绕纵轴旋转。可加工旋转体工件,如变断面轴、丝杆、周期断面型材以及钢球等。
第二篇 金属的塑性成形工艺
金属塑性成形——在外力作用下,金属产生了塑性变形,以此获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。
此生产方法称金属塑性成形(也称压力加工)
外力 冲击力——锤类设备
压力——轧机、压力机
有一定塑性的金属——压力加工(热态、冷态)
基本生产方法:
1.轧制——钢板、型材、无缝管材(图6-1)(图6-2)
2.挤压——低碳钢、非铁金属及其合金(图6-3)(图6-4)
3.拉拔——各种细线材,薄壁管、特殊几何形状的型材(图6-5)(图6-6)
4.自由锻——坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而变形(图6-7a)
5.模锻——坯料在锻模模腔内受冲击力或压力而变形(图6-7b)
6.板料冲压——金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法(图6-7c)
金属的原材料,大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。
第六章 金属塑性成形的工艺理论基础
压力加工——对金属施加外力→塑性变形
金属在外力作用下,使其内部产生应力——发生弹性变形 外力>屈服应力 塑性变形
塑性变形过程中一定有弹性变形存在,外力去除后,弹性变形将恢复→“弹复”现象,它对有些压力加工件的变形和工件质量有很大影响,须采取工艺措施的保证产品质量。
§6-1 塑性变形理论及假设
一、最小阻力定律
金属塑性成形
问题 实质,金属塑性流动,影响金属流动的因素十分复杂(定量很困难)。应用最小阻力定律——定性分析(质点流动方向)
最小阻力定律——受外力作用,金属发生塑性变形时,如果金属颗粒在几个方向上都可移动,那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。
利用此定律,调整某个方向流动阻力,改变金属在某些方向的流动量→成形合理。
最小阻力定律示意图
在镦粗中,此定律也称——最小周边法则
二、塑性变形前后体积不变的假设
弹性变形——考虑体积变化
塑性变形——假设体积不变(由于金属材料连续,且致密,体积变化很微小,可忽略)
绪 论
0-1 请选择你生活学习中所接触的五种物品,写一篇约五千字的调研笔记,调查其从原料到该物品制造的全过程,运用你所学的知识分析制造这些物品所涉及的学科知识。
第一章 应力分析与应变分析
1-1 塑性加工的外力有哪些类型?
1-2 内力的物理本质是什么?诱发内力的因素有哪些?
1-3 何谓应力、全应力、正应力与切应力?塑性力学上应力的正、负号是如何规定的?
1-4 何谓应力特征方程、应力不变量?
1-5何谓主切应力、八面体应力和等效应力?它们在塑性加工上有何意义?
1-6 何谓应力张量和张量分解方程?它有何意义?
1-7 应力不变量(含应力偏张量不变量)有何物理意义?
1-8 塑性变形的力学方程有哪几种?其力学意义和作用如何?
1-9 锻造、轧制、挤压和拉拔的主力学图属何种类型?
1-10 变形与位移有何关系?何谓全量应变、增量应变?它们有何联系和区别?
1-11 简述塑性变形体积不变条件的力学意义。
1-12何谓变形速度?它们与工具速度、金属质点运动速度有何区别和联系?
1-13 何谓变形力学图?如何根据主应力图确定塑性变形的类型?
1-14 锻造、轧制、挤压和拉拔的变形力学图属何种类型?
1-15 塑性加工时的变形程度有哪几种表示方法?各有何特点?
1-16已知一点的应力状态MPa,试求该应力空间中的斜截面上的正应力和切应力为多少?
1-17现用电阻应变仪测得平面应力状态下与x轴成0°,45°,90°角方向上的应力值分别为,试问该平面上的主应力各为多少?
1-18 试证明:
(1) (2)
1-19 一圆形薄壁管,平均半径为R,壁厚为t,二端受拉力P及扭矩M的作用,试求三个主应力的大小与方向。
1-20 两端封闭的薄壁圆管。受轴向拉力P,扭矩M,内压力ρ作用,试求圆管柱面上一点的主应力的大小与方向。其中管平均半径为R,壁厚为t,管长为l。
1-21已知平面应变状态下,变形体某点的位移函数为,,试求该点的应奕分量,并求出主应变的大小与方向。
金属塑性成形的概念
金属塑性成形是指通过在金属材料中施加外力、应用热力或化学反应等手段,使金属材料发生塑性变形的一种金属加工工艺。与传统的金属加工方式相比,金属塑性成形具有高效性、精确性和经济性的特点。它广泛应用于汽车、航空航天、冶金等行业。
金属塑性成形的基本原理是利用金属材料的塑性变形特性,通过施加外力使金属材料由原有的形态发生塑性变形,从而得到所需的形状和尺寸。金属塑性成形可以分为几种不同的形式,主要包括锤击成形、挤压成形、拉伸成形、压力成形和转轧成形等。
锤击成形是一种传统的金属塑性成形方法,它通常通过将金属材料置于锻造设备中,然后利用锤击力量使金属材料发生塑性变形。锤击成形具有成本低、生产周期短的优点,但是需要大量的人力和物力投入。
挤压成形是指将金属材料置于挤压机中,通过挤压头施加压力使金属材料发生塑性变形。挤压成形可以分为直接挤压和间接挤压两种形式。直接挤压是指将金属材料直接放入挤压腔内,然后施加压力使金属材料发生压缩变形。间接挤压是指将金属材料包裹在特殊形状的模具中,然后施加压力使金属材料逐渐挤出模具,从而达到所需的形状和尺寸。
拉伸成形是通过在金属材料表面施加拉力,使其发生塑性变形。拉伸成形通常用于制备薄壁结构,如汽车车身、空调管道等。拉伸成形由于受到法向拉力和剪切力的作用,易造成材料表面的应力集中和变形不均匀,因此在拉伸成形过程中需要注意控制应力分布和变形。
压力成形是一种利用液压或气压对金属材料施加压力的金属塑性成形方法。压力成形通常具有成形精度高、产品质量好的优点,并且可以实现批量生产。压力成形主要包括冲压成形、压铸成形和锻压成形等。
转轧成形是一种将金属材料置于转轧机中进行塑性变形的金属加工方法。转轧成形通常用于制备薄板材料,如钢板、铝板等。转轧成形具有高效、节省原材料和简便的优点,且可以保证成形件的尺寸精度和表面质量。
总之,金属塑性成形是一种广泛应用于金属加工领域的重要技术,通过施加力量和热力等手段,对金属材料进行塑性变形,从而得到所需的形状和尺寸。不同的成形方法具有各自的特点和适用范围,可以根据具体需求选择合适的成形方法。金属塑性成形在现代工业生产中发挥着不可替代的作用,不仅提高了生产效率和产品质量,还促进了工业的可持续发展。