《材料塑性成型原理》课件

材料塑性成型原理本课件将深入探讨材料塑性成型的基本原理，涵盖各种塑性成型方法、工艺参数、设备选择以及质量控制等方面。课程介绍课程目标深入理解塑性成型原理，掌握金属塑性加工工艺的基本知识和技能。课程内容涵盖塑性变形的基本理论、金属材料的成型性能、常见的塑性加工工艺等内容。学习方式课堂讲授、实验操作、课后练习等多种方式相结合。考核方式平时作业、期中考试、期末考试综合评定。塑性成型的基本概念塑性变形塑性变形是材料在应力作用下发生永久形变而不会断裂的过程。塑性成型塑性成型利用材料的塑性变形特性，通过外力作用使材料产生塑性变形，从而改变材料的形状和尺寸。塑性变形的基本规律塑性变形方向塑性变形通常发生在拉伸或压缩方向，与应力方向一致。金属晶体结构塑性变形涉及晶体结构的滑移和孪生，导致材料形状变化。应力应变关系塑性变形与应力-应变曲线密切相关，表明材料的应力-应变行为。温度影响温度会影响材料的塑性变形能力，高温通常会提高塑性。应力、应变与应力-应变关系应力是指物体内部抵抗形变的内力，它反映了物体内部微观粒子的相互作用力。应变是指物体在外力作用下发生的形变程度，它是衡量物体形变大小的指标。应力应变单位：帕斯卡(Pa)无量纲反映物体抵抗形变的内力衡量物体形变大小材料的屈服条件屈服强度材料开始发生永久变形时的应力，标志着弹性变形阶段结束，塑性变形阶段开始。屈服极限材料发生屈服时的应力值，反映材料抵抗塑性变形的强度。屈服平台一些材料在屈服点附近会出现一个应力保持不变的阶段，称为屈服平台。屈服点应力-应变曲线上的拐点，标志着材料开始屈服。等效应力和等效应变1等效应力等效应力用来描述材料在多轴应力状态下的等效单轴应力，可以方便地比较不同应力状态下的材料强度。2等效应变等效应变用来描述材料在多轴应变状态下的等效单轴应变，可以方便地比较不同应变状态下的材料塑性变形程度。3应用等效应力与等效应变可以用于材料的塑性成型过程分析，并可以帮助工程师优化成型工艺。材料的加工硬化现象加工硬化是指金属材料在塑性变形过程中，其强度和硬度增加，塑性下降的现象。加工硬化是金属材料在塑性变形过程中，其内部晶体结构发生变化，导致强度和硬度升高，而塑性下降的结果。金属材料的加工硬化曲线金属材料的加工硬化曲线显示了随着变形量的增加，材料的抗拉强度也随之增加。这是一种常见的金属材料特性，它反映了金属材料的塑性变形能力。塑性变形中的热效应摩擦热变形过程中，金属内部产生摩擦，将机械能转化为热能，导致金属温度升高。塑性功金属塑性变形需要克服材料的抗力，一部分机械能转化为热能，导致温度升高。热量传递变形过程中，热量从变形区域向周围环境传递，影响变形过程的温度分布和热量平衡。热塑性变形的基本原理热塑性变形是指在高温下进行的塑性变形。高温可以降低材料的屈服强度，使材料更容易变形。1热塑性变形高温下的塑性变形2降低屈服强度提高材料的塑性3降低加工力提高成型效率4改善表面质量降低变形抗力热塑性变形可以有效提高材料的成型性能，改善表面质量，降低加工力，提高成型效率。温度对材料性能的影响高温影响材料在高温下会发生软化，强度和硬度降低，塑性提高，但抗氧化性降低。低温影响材料在低温下会变脆，强度提高，但塑性降低，容易发生断裂。材料的变形抗性1定义是指材料抵抗塑性变形的能力，反映材料在塑性加工过程中的难易程度。2影响因素包括材料的强度、硬度、韧性、塑性等，也会受到温度、应变速率、加工方式的影响。3衡量指标常用屈服强度、抗拉强度、硬度等指标来衡量材料的变形抗性，这些指标反映了材料抵抗塑性变形的能力。4实际应用了解材料的变形抗性有助于选择合适的加工工艺，控制加工参数，以确保产品质量，减少加工成本。金属材料的成型性能塑性变形金属材料在压力作用下产生永久性变形而不发生断裂的能力，称为塑性变形。塑性变形是金属成型加工的基础。断裂强度金属材料在断裂前所能承受的最大拉伸应力，也称为抗拉强度。它反映了金属材料抵抗断裂的能力。韧性金属材料在断裂前所能吸收的能量，反映了金属材料抵抗冲击载荷的能力，是衡量金属材料的安全性和可靠性的重要指标。硬度金属材料抵抗硬物压入其表面的能力，反映了金属材料的耐磨性和耐刮擦性能，是衡量金属材料强度和耐磨性的重要指标。金属成型缺陷及其控制裂纹金属材料在塑性变形过程中产生的断裂，通常由应力集中或材料缺陷导致。皱褶金属表面出现不规则的波浪状起伏，主要由材料的流动性不足或模具设计不合理造成。毛刺金属材料在加工过程中产生的尖锐边缘，可能影响产品的外观和使用性能。表面粗糙度金属表面不平整的程度，影响产品的外观和功能，可以通过控制加工参数和模具精度来改善。金属成型设计的基本原则11.材料特性要考虑材料的强度、塑性、韧性等性能，以及对加工过程的敏感性。22.成形工艺根据产品形状、尺寸和精度要求，选择合适的成形工艺，例如锻造、挤压、轧制等。33.成形设备选择合适的成形设备，并根据设备的能力和性能进行设计。44.成型参数包括温度、压力、速度等参数，要根据材料特性和成形工艺进行合理设置。金属加工过程参数的确定工艺类型选择合适的塑性加工工艺，如锻造、轧制、挤压、冲压等，根据材料特性和最终产品需求。工艺参数根据选定的工艺类型，确定相应的工艺参数，如温度、压力、速度、变形量等。材料性能考虑材料的屈服强度、抗拉强度、延展性、硬度等特性，选择合适的加工参数。设备能力根据加工设备的性能和能力，确定可行的加工参数范围，保证安全和效率。试验验证通过实际加工试验，验证所确定的加工参数是否合理，并进行必要的调整。金属塑性加工的模拟分析模拟分析是预测和优化金属塑性加工过程的重要工具。通过模拟可以预测加工过程中的应力、应变、温度等关键参数，帮助理解材料的变形行为，识别潜在问题。模拟分析可以帮助优化加工工艺参数，提高加工效率，降低成本。金属塑性加工设备介绍金属塑性加工设备是实现金属塑性加工工艺的关键工具，例如锻造、挤压、轧制、冲压、拉拔等。不同的加工工艺需要相应的专用设备才能实现。这些设备通常包括：压力机：用于锻造、冲压等工艺，提供足够的压力变形金属轧机：用于轧制，通过两个旋转的轧辊对金属施加压力挤压机：用于挤压，通过挤压模具将金属挤压成型拉拔机：用于拉拔，通过拉拔模具将金属拉长成型锻造工艺及其特点塑性变形锻造是一种利用锤击或压力使金属材料产生塑性变形，从而改变其形状和尺寸的加工工艺。高温加工锻造通常在高温下进行，以降低金属的屈服强度，提高其塑性，减小加工力。晶粒细化锻造过程中的反复塑性变形可以有效细化金属的晶粒，提高材料的强度、硬度和韧性。纤维组织锻造过程中，金属的纤维组织沿着受力方向排列，增强了材料的抗拉强度和抗冲击韧性。挤压工艺及其特点挤压模具挤压工艺使用模具将金属材料挤压成型，模具是关键部件。挤压机挤压过程需要使用专门的挤压机，根据挤压材料和产品要求选择合适机型。挤压产品挤压工艺可生产各种形状的金属产品，如型材、管材和棒材。轧制工艺及其特点定义轧制是一种重要的金属塑性加工工艺。通过一对旋转的轧辊，将金属坯料压成所需的形状和尺寸。特点轧制工艺具有生产效率高、产品尺寸精度高、表面质量好等特点。广泛应用于各种金属材料的生产，例如钢板、铝板、铜板等。冲压工艺及其特点高速成型冲压工艺利用高速的冲压设备对金属材料进行快速成形，可大幅提高生产效率。高精度冲压工艺可以生产出具有精确尺寸和形状的金属零件，满足高精度要求。低成本冲压工艺通常使用模具进行批量生产，降低了生产成本。高效率冲压工艺可以实现自动化生产，提高生产效率。拉拔工艺及其特点定义拉拔是一种将金属材料通过模具孔，使其截面减小，长度增加的塑性成型工艺。优点拉拔可以生产出尺寸精度高，表面质量好的金属制品，适合于生产细长、形状复杂的金属零件。应用拉拔广泛应用于制造金属丝材、管材、棒材等，例如钢丝、铜丝、铝丝，以及各种规格的钢管、铜管、铝管等。特点拉拔过程中金属材料受到拉伸应力，容易产生加工硬化，因此通常需要在拉拔过程中进行中间退火处理。弯曲与成型工艺介绍弯曲工艺将板材或型材塑性变形，形成特定形状的工艺。常见于制造弯管、弯板等。成型工艺利用模具对金属材料施加压力，使其产生塑性变形，从而获得特定形状和尺寸的工件。工艺特点弯曲与成型工艺需要精确的模具设计和控制，以保证产品质量和尺寸精度。焊接对材料性能的影响焊接热影响区焊接过程中的高温会改变材料的微观结构，影响其力学性能。焊接应力与残余应力焊接过程中的热应力会导致材料的变形和裂纹。焊接接头强度焊接接头强度通常低于母材，需要选择合适的焊接工艺和材料。热处理对材料性能的影响退火降低硬度和强度，提高塑性和韧性，消除内应力。应用于提高可加工性，消除加工硬化，减轻内应力。淬火提高硬度和强度，降低塑性和韧性，提高耐磨性。应用于制造刀具，模具等需要高硬度和耐磨性的零件。回火降低淬火后的硬度和强度，提高塑性和韧性，改善韧性和冲击韧性。应用于消除淬火后的内应力，提高韧性，防止开裂，延长使用寿命。表面处理改变材料表面结构，提高耐腐蚀性，耐磨性等。应用于提高材料表面硬度，耐磨性和抗腐蚀性。塑性成型工艺优化及应用11.优化工艺参数根据材料特性和产品需求，调整温度、压力、速度等参数。22.优化模具设计优化模具结构和尺寸，提高成型效率和产品质量。33.应用先进技术引入数值模拟、有限元分析等技术，提高成型精度和效率。44.扩展应用领域塑性成型广泛应用于航空航天、汽车制造、电子器件等行业。塑性成型的未来发展趋势1智能化塑性成型工艺将会更加智能化，应用人工智能、机器学习等技术优化加工参数，提高生产效率和产品质量。2绿色环保