《压力加工》课件

《压力加工》课程概述本课程将深入探讨压力加工的原理、工艺和应用。课程内容涵盖压力加工的类型、设备、工艺参数、质量控制等方面。WD压力加工的定义和特点塑性变形压力加工是指通过外力使金属材料发生塑性变形，从而改变其形状和尺寸的过程。力学作用压力加工过程中，外力会产生应力，导致金属材料发生塑性变形，最终获得所需形状。形状控制通过控制压力加工过程中的力的大小、方向和时间，可以精确控制金属材料的形状变化。压力加工的分类1冷加工冷加工是指在室温下进行的压力加工。2热加工热加工是指在高于再结晶温度下进行的压力加工。3常温加工常温加工是指在室温或略高于室温下进行的压力加工。4特殊加工特殊加工是指一些特殊的压力加工方法，例如超塑性加工和液塑性加工。金属压力加工的历史发展1早期发展史前时期，人类使用石器、木器等工具对金属进行简单的加工。公元前3000年左右，人类开始使用铜器，并在之后逐渐发展出青铜器、铁器时代。2机械化时代18世纪工业革命期间，蒸汽机和水力机等机械技术的引入，推动了金属压力加工技术的机械化发展。例如，水力锤和蒸汽锤的应用，极大地提高了金属加工效率。3现代化发展20世纪，随着电力技术的应用，出现了各种自动化和精密加工的金属压力加工设备，例如液压机、滚压机和冲压机等。同时，金属材料科学技术和计算机技术的发展也推动了金属压力加工技术的进步。金属塑性变形的基本理论塑性变形是指金属在载荷作用下发生永久性形状变化。塑性变形是压力加工的理论基础，在材料加工领域至关重要。塑性变形过程中，金属晶体发生滑移和孪生。滑移是晶体内部原子沿着特定晶面发生相对位移。孪生是晶体内部原子沿着特定晶面发生对称性重新排列。金属的应力-应变关系应力应变材料内部抵抗变形的能力材料在受力后发生的变形程度应力-应变曲线是描述材料在外力作用下变形行为的重要工具。曲线形状反映了材料的力学性质，例如弹性模量、屈服强度和抗拉强度。金属的加工硬化特性加工硬化原理金属在压力加工过程中，晶体发生变形。由于位错的积累和相互作用，金属内部形成加工硬化层。硬化程度加工硬化程度与压力加工的程度有关。压力越大，变形量越大，硬化程度越高。影响因素金属材料加工温度变形速度变形方式金属的断裂理论断裂的宏观形貌断裂表面通常具有特征性的形貌，可以用来判断断裂类型。断裂的微观形貌通过扫描电子显微镜观察断裂表面，可以观察到微观断裂特征。断裂的机理金属断裂的机理可以分为脆性断裂、韧性断裂和疲劳断裂。金属压力加工工艺分类11.锻造锻造是金属压力加工中一种重要的工艺。锻造工艺可通过锤击或压力来改变金属的形状，并提高其机械性能。锻造可用于生产各种形状和尺寸的金属零件，例如轴承、齿轮和连杆。22.挤压挤压是指通过模具将金属坯料塑性变形，并将其挤压成一定形状和尺寸的工件。33.轧制轧制是指用轧辊将金属坯料塑性变形，并将其轧制成一定形状和尺寸的工件。轧制可用于生产各种金属产品，例如钢板、钢管、铝箔。44.冲压冲压是利用冲压机和模具，通过对金属坯料施加压力，将其塑性变形，并制成各种形状的工件。锻造加工的基本原理锻造加工是指利用锻锤或压力机对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件的加工方法。1塑性变形金属材料在压力作用下发生永久变形，而不发生断裂2晶粒细化金属材料在变形过程中，晶粒尺寸减小，强度和硬度提高3组织致密化金属材料内部的空隙和气孔减少，材料致密，性能提高锻造加工过程中，金属材料发生塑性变形，晶粒细化，组织致密化，从而提高金属材料的强度、硬度、塑性和韧性等力学性能。锻造加工的主要工艺自由锻自由锻是指锻件在空气中进行锻造，锻锤或压力机直接作用于锻件。自由锻工艺简单，适应性强，适用于形状复杂、尺寸较大的锻件。模锻模锻是指在模具中进行锻造，锻锤或压力机通过模具对锻件施加压力。模锻可以获得尺寸精确、形状复杂的锻件，生产效率高。挤压加工的基本原理塑性变形挤压加工利用模具对金属施加压力，使其发生塑性变形，改变材料的形状和尺寸。模具挤压加工需要特殊的模具，用于限定金属流动的方向和形状。挤压比挤压比是指金属坯料截面积与挤压后截面积的比值，它决定了挤压过程中的变形程度。挤压速度挤压速度影响挤压过程中的温度和变形抗力，以及最终产品的表面质量。挤压加工的主要工艺冷挤压常温下进行挤压加工，材料的强度和塑性较高，加工精度高，表面质量好。热挤压在高温下进行挤压加工，材料的流动性更好，更易于成形，适合加工大型、复杂的零件。等温挤压在恒定温度下进行挤压加工，可以更好地控制材料的塑性变形过程，提高产品质量。液压挤压利用液压压力来进行挤压加工，加工压力大，适合加工高强度、高硬度的材料。滚压加工的基本原理滚压加工是一种通过金属材料与滚轮之间的相对运动，使金属材料发生塑性变形并获得所需形状和尺寸的加工方法。1塑性变形滚轮施加压力，使金属材料发生塑性变形，并获得所需的形状和尺寸。2冷变形滚压加工通常在常温下进行，无需加热。3表面光洁度滚压加工可以获得较高的表面光洁度和尺寸精度。滚压加工在金属加工中具有广泛的应用，例如金属板材的弯曲、成形、表面处理等。滚压加工的主要工艺轴承滚压滚压加工可用于制造高精度轴承，确保尺寸准确性和表面光洁度。齿轮滚压滚压加工可用于制造齿轮，提高其抗疲劳强度，延长使用寿命。板材滚压滚压加工可用于制造金属板材，提高其强度和耐用性。管道滚压滚压加工可用于制造管道，提高其强度和防腐蚀性能。冲压加工的基本原理1模具与坯料模具固定在冲床，坯料放置在模具中。2冲压力冲床向下运动，施加压力于坯料。3塑性变形坯料发生塑性变形，形成所需形状。4冲压件冲压完成后，得到所需的冲压件。冲压加工是利用模具和冲床，将金属板料或其他材料，通过压力使其发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件的过程。冲压加工的主要工艺弯曲弯曲是通过压力使金属材料发生弯曲变形，形成各种形状的零件，例如汽车车门、飞机机身等。冲孔冲孔是通过压力将金属材料冲出孔洞，例如汽车车身上的通风孔、散热孔等。成形成形是通过压力将金属材料塑造成各种复杂的形状，例如汽车的保险杠、座椅等。拉伸拉伸是通过压力将金属材料拉伸成薄板或薄壁零件，例如汽车车身、金属容器等。金属基复合材料的压力加工材料特性金属基复合材料结合了金属和增强材料的优势，例如高强度、耐高温和抗疲劳性。加工工艺压力加工工艺包括锻造、挤压、轧制等，以改变复合材料的形状和性能。应用领域金属基复合材料广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域，提供轻量化和性能提升。陶瓷基复合材料的压力加工陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料由陶瓷基体和增强相组成，具有高硬度、耐高温、耐腐蚀等优异性能。压力加工方法压力加工方法包括粉末冶金、热压烧结、等静压成型等，可制备各种形状和尺寸的陶瓷基复合材料制品。应用领域陶瓷基复合材料广泛应用于航空航天、机械制造、电子信息、能源等领域，发挥着重要作用。压力加工工艺的数值模拟分析数值模拟是预测和优化压力加工工艺的重要工具。它利用计算机软件，基于材料力学和有限元方法，模拟压力加工过程中的应力、应变、温度等物理量。数值模拟可以帮助工程师预测加工过程中的变形、裂纹、失效等问题，并优化加工参数，提高产品质量和效率。压力加工工艺的优化设计优化工艺参数通过优化工艺参数，例如压力、温度、速度等，以提高产品质量，降低生产成本。改进模具设计优化模具设计，例如采用新型模具材料或改进模具形状，可以提高产品精度，延长模具寿命。采用新技术引入先进的压力加工技术，例如液压成型、超塑性成形等，可以提高产品的性能和效率。工艺模拟分析使用有限元分析等数值模拟方法，对压力加工过程进行模拟分析，优化工艺参数，提高产品质量。压力加工工艺的质量控制尺寸精度产品尺寸应符合设计要求，精确控制尺寸偏差。表面质量表面应光滑平整，无裂纹、划痕、毛刺等缺陷。材料性能确保材料满足加工要求，符合相关标准。工艺控制严格控制加工参数，如温度、压力、速度等。压力加工设备的发展趋势自动化与智能化压力加工设备正在朝着自动化和智能化方向发展，例如，机器学习和人工智能可以用于优化加工参数，提高生产效率。数字化与网络化压力加工设备正在与数字化技术和网络技术相结合，例如，物联网技术可以实现设备的远程监控和数据采集。热压加工的基本原理1高温塑性变形在高温条件下，材料的强度和硬度降低，更容易发生塑性变形。热压加工利用了这一原理，通过加热材料降低其流动阻力，使其在较低的压力下进行塑性变形。2晶体结构金属在高温下，其晶体结构发生变化，晶格常数增大，原子间的结合力减弱。这使得金属在高温下更容易发生塑性变形，从而降低加工所需的压力。3材料流动热压加工中，材料在压力作用下发生流动，并最终形成所需的形状。高温下的材料流动性更高，有利于材料在模具中均匀流动，从而获得形状复杂的零件。热压加工的主要工艺锻压锻压是一种常见的热压加工工艺，它利用锤头或压力机对金属坯料进行锤击或压制，使其塑性变形。轧制轧制是一种连续热压加工工艺，它利用两个或多个轧辊对金属坯料进行挤压，使其塑性变形。挤压挤压是一种将金属坯料通过模具孔挤压成型的方法，适用于生产各种形状的金属制品。拉拔拉拔是一种将金属坯料通过模具孔拉伸成型的工艺，适用于生产各种形状的金属线材和管材。液塑性加工的基本原理压力和温度液塑性加工利用高压和高温使金属材料处于液态和固态之间的过渡状态，赋予材料独特的可塑性。流动特性在高压作用下，金属材料表现出类似液体的流动特性，能够填充模具的复杂形状。微观结构变化高温和高压导致金属内部晶粒尺寸细化，提高材料的强度和韧性，改善加工性能。液塑性加工的主要工艺11.液压成形液压成形利用高压液体作为介质，对金属坯料施加压力，使其塑性变形。该工艺可用于生产复杂形状的零件，如汽车车身、飞机部件等。22.液压挤压液压挤压是将金属坯料置于封闭的容器中，利用高压液体施加压力，使坯料通过模具孔口挤出，形成所需形状的制品。33.液压锻造液压锻造是将金属坯料置于封闭的模具中，利用高压液体施加压力，使其塑性变形，形成所需形状的制品。44.液压冲压液压冲压是利用高压液体驱动冲压设备，对金属板材进行冲裁、弯曲、拉伸等加工，制造各种形状的零件。超塑性加工的基本原理超塑性加工是指在高温下对金属材料施加极小的应力，使其在拉伸状态下发生大塑性变形，从而获得高延展性的一种加工方法。1高温金属材料在高温下会呈现晶界滑移现象，从而提高其塑性。2细晶粒细晶粒材料具有更高的晶界面积，有利于晶界滑移。3应力应变关系超塑性加工需要在特定应力应变关系下进行。4变形速率变形速率过快或过慢都会影响超塑性。超塑性加工的应用领域非常广泛，例如航空航天、汽车、医疗器械等。超塑性加工的主要工艺气体压力超塑性成形利用压缩气体作为压力介质，将金属坯料置于