塑性加工理论的发展历程

1、题目：根据你掌握的知识，查阅相关文献资料，简述中国塑性加工理论的发展以及本校塑性加工都有哪些方向，原理是什么？根据这些你能否提出自己的新的成形方法或感想？一、塑性加工理论的发展历程 早在4000多年前就已经有了金属的塑性加工,它是与金属的熔炼与铸造同时出现的,起源于青铜器时代.自那时起即可加工铜、铁、银、金、铅、锌、锡等,所采用的工艺包括热锻、冷锻、板材加工、旋压、箔材和丝材拉拨.近代第一次技术革命开始于18世纪中叶,以蒸汽机的发明和广泛使用为标志,从而实现了手工工具到机械工具的转变.塑性加工也从手工自由锻向机械压力机(蒸汽锤、自由锻锤及蒸汽轧钢机)进步.但是，金属塑性加工理论则发展得较晚，直

2、到20世纪40年代才逐渐发展成一门独立的应用学科。金属塑性加工理论由金属塑性加工力学、塑性变形材料学、塑性加工摩擦学三大学科组成。?塑性加工力学（也称力学冶金）是塑性力学（也称塑性理论）在金属塑性加工中的应用而发展起来的一个分支。塑性力学的形成可追溯到1864年法国工程师屈雷斯卡（H. Tresca）首次提出最大剪力屈服准则。最早将塑性力学应用于金属塑性加工的是德国学者卡尔曼（Von. Karmam），他在1925年用初等解析法建立了求解轧制压力分布的微分平衡方程，此后不久，萨克斯（G.Sachs）和齐别尔（E.Siebel）在研究拉拔时提出了类似的求解方法平截面法（Slab法），即通常所谓的

3、工程法或主应力法。此后，人们对塑性加工过程的应力、应变和变形力的求解逐步建立了许多理论求解方法，如20世纪中期滑移线法成了研究平面变形问题的一种重要解析方法，50年代发展起来的变形功平衡法，特别是极值法（含上限法和下限法）70年代后得到了广泛应用。随着电子计算机及计算技术的发展起来，数值计算方（如塑性有限元法）得到了飞跃发展，近年来得到了广泛应用。同时建立了理论解析与实验相结合的方法，如视塑性法、云纹法和光塑性法等。自20世纪30年代位错（位错是金属晶体中的一种线缺陷）理论的提出，用位错理论科学地解释了金属塑性变形过程的许多现象，如滑移、孪晶、加工硬化、回再结晶和金属的断裂等，使人们对金属塑性

4、变形的微观机理有了科学的认识。同时，对于金属塑性和断裂过程物理本质的研究、认识到金属塑性的状态属性，它不仅取决于金属材料的本身（如温度、速度条件和力学状态条件等），从而加深了对塑性变形过程材料塑性及变形抗力变化规律的认识，了解了不同金属材料的组织结构与性能变化与塑性变形条件的关系；为合理选择塑性加工工艺条件，保证塑性加工的顺利进行，并通过变形手段来改善组织结构，为获得所需使用性能的金属材料提供了理论依据；同时为改进和开发新的塑性加工工艺，提高产品质量指明了方向，开辟了新的途径。 二、 哈工大塑性加工研究方向1、 粉末冶金末冶金是制取金属或用金属粉末（或金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经

5、过成形和烧结，制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。2、 超塑性成形超塑性是指在特定的条件下，即在低的应变速率(=10-210-4s-1)，一定的变形温度(约为热力学熔化温度的一半)和稳定而细小的晶粒度(0.55m)的条件下，某些金属或合金呈现低强度和大伸长率的一种特性。其伸长率可超过100%以上，如钢的伸长率超过500%，纯钛超过300%，铝锌合金超过1000%。目前常用的超塑性成形的材料主要有铝合金、镁合金、低

6、碳钢、不锈钢及高温合金等。3、 内高压成形内高压成形技术的精确范畴应该属于液力成形技术。现在国际上流行用液力成形来替代原先的液压成形的说法，因为液力成形更能精确地描述加工过程的实质，即通过液体传递的压强，作用在一定的加工表面，最终以液力的形式加工工件，使工件达到所要求的尺寸和形状。以采用内高压成形工艺加工T型管接头为例来说明内高压成形工艺的基本原理。在专门配合内高压成形工艺的专用液压机上配置可同时加工多个工件的双面模具，同时每个管子两端配有轴向密封压头(轴向挤压缸)和一个对向压头。管坯放在下模上，然後模具闭合，管坯两端由密封压头密封，接向管坯内腔注满压力介质，如油、水等。在实际成形过程中，轴向

7、压头挤压管坯，使充满管内壁的压力介质产生很高的内压力。在管坯外形和模腔形状存在间隙的情况下，压力介质自然向该空间流动，同时作用在管壁上使管子胀形，直到管坯的形状与模具的内腔轮廓相符。另外，对向压头还能控制纵向材料的流动。借助整形压力，使工件形状完全符合模具的轮廓。这样可以在零件的尺寸和形状上达到很高的精度。最後打开模具，取出工件。4、 半固态成形半固态成形技术(SSF)起源于20 世纪70 年代, 其基本概念、理论和技术在美国麻省理工学院Flemings 教授等的努力下逐步创立。半固态成形技术的基本原理在于: 通过搅拌或加热等方法在液相线附近获得具有非树枝晶状组织的半固态浆(坯)料, 并通过加

8、压的方式, 使其在不同形状的型腔内凝固成形。?5、 电磁成形指利用磁力使金属成型的工艺。其原理是：电容和控制开关形成放电回路，瞬时电流通过工作线圈产生强大的磁场，同时在金属工件中产生感应电流和磁场，在磁场力的作用下使工件成形。此种工艺用于管形、筒形件的胀形、收缩以及平板金属的拉深、成形等，常用于普通冲压不易加工的零件。6、 粘性介质压力成形粘性介质压力成形（VPF）是近年来新出现的一种金属成形工艺。这里的施压物体用粘性介质取代。原因是粘性介质与水和油不同，不能各个方向传递均匀的压力，利用这个特点可以以实现不均匀的压力加载，因而可以实现坯料的成形极限，对于某些难成形材料，如硬化很小的脆性铝合金可

9、以得到表面质量优良的高变形量板材零件。7、 精密锻造成形（等温精密成形）等温精密成形是成形过程中模具与工件是等温的，或接近等温的一种精密锻造，得到的锻件只需少量的机械加工，甚至根本不必。这种等温方式可改善金属流动性和降低成形力，一次压缩中可得到变形量大、形状复杂的零件，减少了中间热处理等辅助工序，零件组织均匀，无残余应力。 等温精锻锻过程是在封闭模具中进行，零件的几何形状和摩擦因素起着重要作用，有可能引起金属不能充满型腔，但成形保压时间一延长，则可克服上述缺点，能从模具上复制出精细的制品，包括很薄的筋条和清晰的棱角形状。8、 粉末微注射成形粉末微注射成形与传统粉末注射成形是相同的。作为粉末成形

10、的载体，粉末与粘结剂在固态下初步混合，然后在一定温度下，粉末与粘结剂的混合体在粘结剂的熔融状态下进一步混合均匀，经双螺杆挤出机挤出，冷却破碎，得到均匀的注射料；注射料经注射，得到注射生坯，生坯形状为尺寸按一定比例放大的工件；经脱粘，去除作为载体的粘结剂，最后烧结、后续处理，得到具有一定性能的微型器件。三、新的塑性加工方法的想象想法来源于我国传统的陶器制作过程。先看看陶器的传统做法：将泥料放在快速转动的陶车上，两手随着轮盘的转动，塑拉出器形。再经打磨修饰，便成为待烧的坯体。坯体晾干后，才能入窑焙烧。如制彩陶，需在焙烧前先上彩绘。用金属塑性加工的眼光看，这就是一个筒形件的塑性加工过程。而我们接触到的筒形件塑性加工通常是拉深或者模锻，无论哪种，有个前提就是得预先制作相应形状的模具。而我们所看到的陶器轮制法只是通过双手施加的外力来控制陶胚的形状。由此可以考