金属塑性成形工艺理论基础

1、第二篇第二篇 金属的塑性成形工艺金属的塑性成形工艺第六章第六章 金属塑性成形的理论基础金属塑性成形的理论基础o目的：目的：掌握金属塑性成形的掌握金属塑性成形的基本原基本原理理及及影响塑性变形影响塑性变形的因素。的因素。o要求要求掌握塑性成形的掌握塑性成形的基本工艺基本工艺、基基本变形理论本变形理论；o熟悉熟悉回复与再结晶回复与再结晶、冷变形与热变冷变形与热变形形、纤维组织纤维组织、最小阻力定律最小阻力定律、体积体积不变假设不变假设、锻造比锻造比、锻造性锻造性等概念；等概念；p了解了解影响塑性变形的因素。影响塑性变形的因素。p重点：重点：冷变形、热变形、纤维冷变形、热变形、纤维组织利用原则、锻造

2、性的概念。组织利用原则、锻造性的概念。p难点：难点：金属的金属的回复与再结晶回复与再结晶。o金属塑性成形金属塑性成形（也称（也称压力加工压力加工）：）： 在外力作用下，金属产生了塑性变在外力作用下，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。和机械性能的原材料、毛坯或零件。o外力：外力：冲击力冲击力锤类设备锤类设备 压压 力力轧机、压力机轧机、压力机6-1 6-1 金属塑性成形的金属塑性成形的基本工艺基本工艺1 1轧制轧制-钢板、型材、无缝管材。钢板、型材、无缝管材。 2 2挤压挤压p应用：应用：低碳钢、非铁金属及其合金。低碳钢、

3、非铁金属及其合金。3 3拉拔拉拔p应用：应用：各种细线材，薄壁管、特殊各种细线材，薄壁管、特殊 几何形状的型材。几何形状的型材。4 4自由锻自由锻o坯料在上、下坯料在上、下砥铁间受冲击砥铁间受冲击力或压力而力或压力而 变形。变形。5 5模锻模锻o坯料在坯料在锻模锻模模腔模腔内受冲内受冲击力或压力击力或压力而变形。而变形。 6 6板料冲压板料冲压o金属板料在金属板料在冲冲模模之间受压产之间受压产生生分离分离或或变形变形的加工方法。的加工方法。o金属的原材料，大部通过金属的原材料，大部通过轧制、轧制、挤压、拉拔挤压、拉拔等制成等制成。6-2 6-2 金属的金属的塑性变形塑性变形6-3 6-3 塑性

4、变形理论及假设塑性变形理论及假设一、最小阻力定律一、最小阻力定律o定义：定义：受外力作用，金属发生受外力作用，金属发生塑性变形塑性变形时，如果金属颗粒在时，如果金属颗粒在几几个方向个方向上都可移动，那么金属颗上都可移动，那么金属颗粒就沿着粒就沿着阻力最小阻力最小的方向移动。的方向移动。p利用此定律，调整某个方向流利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的动阻力，改变金属在某些方向的流动量流动量成形合理成形合理。o最小阻最小阻力定律示力定律示意图。意图。o在镦粗中，在镦粗中，此定律也称此定律也称最小周边法最小周边法则。则。二、塑性变形前后体积不变的假设二、塑性变形前后体积不变的假设o

5、弹性变形：弹性变形：考虑考虑体积变化体积变化。o塑性变形：塑性变形：假设假设体积不变体积不变（由于金属（由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略）可忽略）o此假设此假设+ +最小阻力定律最小阻力定律成形时成形时金属金属流动模型。流动模型。三、变形程度的计算三、变形程度的计算o变形程度变形程度：用：用“锻造比锻造比”表示。表示。o拔长拔长时锻造比为：时锻造比为： Y Y拔拔= S= S0 0 /S /So镦粗镦粗时锻造比：时锻造比： Y Y镦镦= H= H0 0 /H /HH H0 0、S S0 0：坯料：坯料变形前变形前的的高度高度和和横截面积横截面积

6、H H、S S：坯料坯料变形后变形后的的高度高度和和横截面积横截面积 o要求横向力学性能时：要求横向力学性能时： Y Y锻锻=2=22.52.5。o要求纵向力学性能时：要求纵向力学性能时：Y Y锻锻适当增加。适当增加。o由由Y Y锻锻可得坯料的尺寸：可得坯料的尺寸：如：拔长时，如：拔长时，S S坯料坯料=Y=Y拔拔S S锻件锻件 式中，式中，S S锻件锻件为锻件的最大截面积；为锻件的最大截面积；VLF坯料钢坯钢坯6-4 6-4 影响塑性变形的因素影响塑性变形的因素 p金属的金属的可锻性可锻性：衡量材料在经：衡量材料在经受压力加工时获得优质零件难易受压力加工时获得优质零件难易程度的一个程度的一个

7、工艺性能工艺性能。p可锻性好可锻性好适合于压力加工成形；适合于压力加工成形；p可锻性差可锻性差不宜于选用压力加工。不宜于选用压力加工。o可锻性衡量指标：可锻性衡量指标：金属的塑性金属的塑性和和变形抗力变形抗力综合衡量。塑性越大、变形综合衡量。塑性越大、变形抗力越小，可锻性好。抗力越小，可锻性好。o金属的塑性：金属的塑性： 用截面收缩率用截面收缩率、延伸率、延伸率、冲、冲击韧性击韧性k k表示；表示； 、k k塑性塑性。o变形抗力：变形抗力：金属对变形的抵抗力。金属对变形的抵抗力。o变形抗力变形抗力变形中所消耗的能量变形中所消耗的能量。o金属的可锻性取决于金属的可锻性取决于材质和加工材质和加工条

8、件条件。一、材料性质的影响一、材料性质的影响1 1化学成分的影响化学成分的影响（录像录像）o纯金属纯金属的可锻性比合金要的可锻性比合金要好好；o纯铁纯铁 低碳钢低碳钢 合金钢。合金钢。o杂质杂质可锻性可锻性。2 2金属组织的影响金属组织的影响o内部的组织内部的组织结构不同结构不同，可锻性，可锻性差别差别很大；很大；o纯金属、固溶体纯金属、固溶体的可锻性好；的可锻性好；o碳化物碳化物（如渗碳体）的（如渗碳体）的可锻性差；可锻性差；o铸态柱状组织铸态柱状组织和和粗晶粒结构粗晶粒结构不如晶不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好。粒细小而又均匀的组织的可锻性好。二、加工条件的影响二、加工条件的影响1 1

9、变形温度的影响变形温度的影响o提高变形时的温度提高变形时的温度 改善可改善可锻性锻性，并对生产率、产品质量及，并对生产率、产品质量及金属的有效利用均影响大。金属的有效利用均影响大。o但温度过高但温度过高过热、过烧、脱碳过热、过烧、脱碳和和严重氧化严重氧化等缺陷等缺陷锻件报废。锻件报废。o应严格控制应严格控制锻造温度锻造温度始锻温始锻温度度和和终锻温度终锻温度间的温度范围（以间的温度范围（以合金状态图为依据）。合金状态图为依据）。p塑性成形应避免塑性成形应避免脆性区脆性区：2 2变形速度的影响变形速度的影响（录像录像）o变形速度：变形速度：单位时间内的变形程度。单位时间内的变形程度。o对可锻性的

10、影响是矛盾的：对可锻性的影响是矛盾的：o一方面，由于一方面，由于变形速度的增大变形速度的增大，回，回复和再结晶不能及时克服加工硬化复和再结晶不能及时克服加工硬化现象现象金属塑性金属塑性、抗力、抗力可锻性可锻性变坏；变坏； o另一方面，金属在变形过程中，另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部消耗于塑性变形的能量有一部分转化为分转化为热能热能，使温度升高，使温度升高（热效应现象热效应现象），使），使塑性塑性变变形抗力形抗力可锻性好可锻性好，o但但热效应现象热效应现象一般压力加工一般压力加工的变形过程的变形过程不明显不明显；o故采用故采用较小的变形速度较小的变形速度为宜。为宜。3 3应力状态的影响应力状态的影响o压应力数量压应力数量塑性好；塑性好；o拉应力数量拉应力数