《塑性成型原理》课件

《塑性成型原理》塑性成型，是指通过外力作用使金属材料发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件的加工方法。它是现代工业中应用最广泛的金属加工方法之一，涉及汽车、航空航天、电子、机械等众多领域。课程概述课程目标本课程旨在为学生提供塑性成型原理的全面概述。培养学生对塑性成型工艺的理解和应用能力。课程内容本课程涵盖塑性成型原理、工艺特点、金属塑性变形理论等。内容包括各种塑性成型工艺的介绍，如锻造、挤压、拉拔、冲压等。教学方法理论讲解、案例分析、实践操作相结合。课堂讲授、课后作业、实验练习等方式。塑性成型工艺的特点塑性变形材料在压力下发生永久变形，不产生裂纹或断裂。形状可控通过施加压力和控制变形路径，可以获得各种形状的零件。强度提升塑性变形可以提高金属材料的强度和韧性，改善其机械性能。尺寸精度塑性成型工艺可以生产出尺寸精度高的零件，满足精密制造的需求。金属的塑性变形金属材料在受力后发生永久性变形。变形程度取决于材料的强度和外力的大小。变形后的金属保持新的形状，即使力消失也不恢复。塑性变形常用于金属成型，例如锻造、冲压、拉拔等工艺。塑性变形的几何条件变形程度塑性变形是指金属材料在压力作用下发生永久形状变化，而不会断裂或破裂。变形程度是指金属材料在塑性变形过程中所发生的形状变化的程度，通常用变形率表示，变形率越大，变形程度越大。变形方向塑性变形的方向是指金属材料在塑性变形过程中所发生的形状变化的方向，通常用变形方向向量表示。变形方向向量指向变形后的形状变化的方向。变形速率塑性变形速率是指金属材料在塑性变形过程中所发生的形状变化的速度，通常用每秒钟的变形率表示。变形速率越快，变形过程越快。变形路径塑性变形路径是指金属材料在塑性变形过程中所发生的形状变化的轨迹，通常用一条曲线表示。变形路径决定了金属材料在塑性变形过程中的形状变化过程。塑性变形的力学条件11.屈服强度塑性变形发生时，金属材料必须克服其屈服强度才能发生永久性变形。22.应力状态塑性变形过程中，金属材料会受到各种应力的作用，如拉伸应力、压缩应力、剪切应力等。33.应变速率应变速率是指单位时间内的变形量，它会影响材料的塑性变形行为。44.温度温度会影响材料的屈服强度和塑性，高温下金属更容易发生塑性变形。塑性变形的温度条件温度影响温度影响金属材料的塑性变形，高温会降低屈服强度，提高塑性，低温会增加屈服强度，降低塑性。热加工热加工是在高温条件下进行的塑性变形，可以提高金属的塑性，降低加工力，提高加工效率，如锻造，挤压。冷加工冷加工是在常温或低温条件下进行的塑性变形，可以提高金属的强度和硬度，但会降低塑性，如拉拔，冲压。塑性变形中的应力状态11.应力种类塑性变形过程中，材料内部会产生各种应力，包括正应力、切应力、残余应力等。22.应力分布应力在材料内部的分布并非均匀，受材料形状、变形方式和外力作用等因素的影响。33.应力集中在材料的几何形状突变处或存在缺陷的地方，应力会集中，可能导致材料破裂。44.应力分析通过应力分析可以了解材料在塑性变形过程中的力学行为，优化成型工艺。塑性变形中的应变状态应变定义应变是指材料在受力变形后，尺寸和形状的变化程度。塑性变形过程中的应变通常为非弹性应变，不可恢复。应变类型塑性变形中的应变类型主要包括拉伸应变、压缩应变、剪切应变和扭转应变。不同类型的变形对应不同的应变状态。应变测量应变可以通过测量变形前后的尺寸变化，或使用应变计等仪器进行测量。应变测量对于理解材料的塑性变形行为至关重要。应变分布塑性变形过程中的应变通常在材料内部并不均匀分布，会受到材料性质、变形方式和边界条件等因素的影响。塑性变形中的应变分布1均匀分布变形均匀，应变分布相同。2非均匀分布变形不均匀，应变分布不一致。3集中分布变形集中在某些区域，应变集中。应变分布会影响塑性变形的结果，例如材料的强度、韧性等。塑性变形中的应力分布1应力集中应力集中是指在塑性变形过程中，材料内部某些区域的应力明显高于其他区域的现象。2应力梯度应力梯度是指应力在材料内部的空间分布变化率。3应力分布影响因素应力分布受材料性质、变形方式、加工工艺等因素影响。金属成型工艺的分类冲压成型利用冲床和模具，通过对金属板材施加压力，使其产生塑性变形，从而获得所需形状的零件。锻造成型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，从而获得所需形状的零件。锻造能提高金属的强度和韧性。挤压成型将金属坯料置于模具内，通过压力机施加压力，使金属坯料通过模具的孔口挤出，从而获得所需形状的零件。挤压成型可生产出截面形状复杂的零件，且尺寸精度高。拉拔成型利用拉拔机通过模具将金属坯料拉伸成所需的形状和尺寸的零件。拉拔成型适用于生产线材、管材、棒材等。锻造工艺定义锻造是利用锻锤或压力机对金属坯料进行打击或挤压，使其产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件的金属成型工艺。特点锻造工件具有良好的机械性能，如强度、韧性、耐疲劳性等，且表面光洁度高。分类锻造工艺可分为自由锻造、模锻和精锻，根据具体工艺条件和要求选择合适的锻造方式。挤压工艺11.定义挤压工艺是一种利用模具对金属材料施加压力，使其通过模具孔变形形成所需形状的塑性成型方法。22.优势挤压工艺可以获得高精度、高强度、高表面光洁度的零件，并可以生产各种截面形状的金属制品。33.应用挤压工艺广泛应用于航空航天、汽车制造、机械制造等领域，用于生产各种结构件、管材、棒材、异型材等。拉拔工艺拉拔工艺拉拔工艺是一种重要的金属成型工艺，广泛应用于各种金属材料的加工。拉拔原理通过拉拔模具将金属材料拉伸，改变其横截面尺寸，使之成为所需形状和尺寸的金属制品。拉拔工艺特点尺寸精度高表面质量好生产效率高冲压工艺定义冲压工艺利用模具和冲床对金属板材施加压力，使其发生塑性变形，从而制成所需形状和尺寸的零件。特点效率高精度高自动化程度高应用广泛应用于汽车、家电、电子等行业，生产各种板材零件。弯曲工艺弯曲工艺概述弯曲工艺是将金属板材或型材通过弯曲工具使其产生弯曲变形，从而改变材料形状的加工方法。弯曲工艺应用广泛，例如汽车车身、航空器部件、家电外壳等。弯曲工艺特点弯曲工艺具有加工效率高、变形量大、加工成本低等特点。同时，弯曲工艺对设备要求较低，易于实现自动化生产。滚压工艺塑性变形滚压工艺利用两个或多个滚轮施加压力，使金属材料发生塑性变形，从而改变其形状和尺寸。精密成型滚压工艺可以用于生产各种形状的金属制品，例如齿轮、轴承、螺纹等。表面处理滚压工艺可以提高金属材料的表面光洁度，增强其抗腐蚀性和耐磨性。注塑工艺塑料熔融注塑工艺首先将塑料原料加热到熔融状态，使其具有流动性，方便注入模具。模具填充熔融的塑料被高压注入模具型腔中，填充整个型腔，形成产品的基本形状。冷却成型塑料在模具中冷却固化，最终形成形状完整、尺寸精确的塑件。脱模塑件冷却固化后，通过开模动作，从模具中取出成品。铸造工艺模具铸造工艺利用模具，将熔化的金属液灌入其中，冷却凝固后得到所需形状的工件。金属液铸造工艺的关键是利用金属液的流动性和可塑性，使其填充模具的形状。铸造铸造是金属成型的重要工艺，广泛应用于制造汽车、飞机、机械等领域。焊接工艺熔化焊接焊接过程中，母材和填充金属熔化，形成熔池，冷却后形成焊缝。常见工艺包括电弧焊、气焊等。压焊焊接过程不熔化母材，而是通过压力和热量将金属原子相互结合。常见工艺包括电阻焊、摩擦焊等。钎焊用熔点低于母材的填充金属（钎料）填充接缝，通过钎料熔化实现母材连接。常见工艺包括硬钎焊、软钎焊等。切削加工工艺材料去除切削加工通过刀具去除材料，使工件达到预期的形状、尺寸和表面质量。多种加工方式切削加工涵盖多种加工方法，如车削、铣削、钻孔和磨削，可应用于各种金属和非金属材料。高精度要求切削加工能实现高精度加工，满足各种机械零件的尺寸精度和几何形状要求。焊接工艺的特点材料连接焊接是一种通过加热或加压的方式，使两个或多个金属零件牢固结合的技术。焊接能够连接不同的金属材料，甚至可以连接金属与其他材料。高效率与其他连接方式相比，焊接具有更高的效率，可以快速完成连接，节省时间和成本。焊接接头的强度和可靠性高，能够承受较大的载荷，保证产品的性能。广泛应用焊接技术应用广泛，在航空航天、机械制造、建筑工程等各个领域都有重要的应用。焊接可以用于制造各种复杂结构的零件，满足不同的应用需求。焊接接头的类型11.对接接头对接接头是最常见的焊接接头类型，两个工件的边缘直接连接在一起。22.角接接头角接接头用于连接两个工件的成直角的边缘，例如，连接两个工件的垂直面。33.搭接接头搭接接头用于连接两个工件的重叠边缘，例如，连接两个板材的侧边。44.T形接头T形接头用于连接一个工件的边缘与另一个工件的表面，例如，连接一个工件的侧面与另一个工件的底面。焊接接头的组成熔合区熔合区是母材与焊缝金属完全熔合的部分，其力学性能与焊缝金属相同。该区域金属的组织结构由焊接过程中的热量和冷却速度决定。热影响区热影响区是指母材在焊接热量影响下发生组织和性能变化的区域。该区域的力学性能低于母材，需要进行热处理以改善其性能。焊缝金属焊缝金属是指焊接过程中填充在母材之间的金属，是焊接接头的重要组成部分。焊缝金属的性能取决于所用焊丝的种类、焊接工艺参数和焊接环境。母材母材是指被焊接的金属材料，其性能决定了焊接接头的整体性能。母材的厚度、材质、表面状况等都会影响焊接接头的质量。焊接工艺的应用汽车制造焊接技术在汽车制造中广泛应用，例如车身、底盘和发动机等零部件的焊接。航空航天飞机和火箭等航空航天器件的制造需要高强度和耐高温的焊接技术。桥梁建筑桥梁、高架路等大型建筑结构的焊接技术保证了结构的牢固性和稳定性。管道工程输油管道、天然气管道等管道工程的焊接技术确保了管道系统的安全性和可靠性。加工工艺的选择1材料性能材料的强度、塑性、韧性等2零件形状复杂程度、尺寸精度、表面质量等3生产批量批量大小、生产周期要求等4经济成本加工成本、设备投资等选择合适的加工工艺至关重要，直接影响产品的质量、成本和生产效率。加工工艺的优化工艺参数优化例如：温度、压力、速度、时间等设备选择优化选择更先进、更高效的设备材料选择优化选择更合适的材料，提高产品质量工艺流程优化例如：减少工序、简化流程、提高效率人员技能优化提高工人的操作技能、安全意识实例分析与讨论根据具体的材料、产品形