《金属塑性成型》课件

金属塑性成型金属塑性成型是指在常温或高温条件下，利用外力使金属材料发生塑性变形，从而改变其形状和尺寸的加工方法。课程简介课程目标金属塑性成型原理、工艺和技术。主要内容塑性变形理论、工艺原理、设备和模具设计。教学方式课堂讲授、实验教学、案例分析和作业练习。教学目标掌握金属塑性成型的理论基础和实践技能。金属塑性成型的定义11.形状改变金属塑性成型利用外力使金属材料发生永久变形，从而改变其形状和尺寸。22.材料特性金属材料在塑性成型过程中，其内部结构不会发生明显变化，保持其原有金属性能。33.形状控制通过控制外力的大小和方向，可以实现对金属材料的精确形状控制，生产出各种形状的零件。金属塑性成型的特点可塑性金属材料在受力时能够发生永久变形，并能保持变形后的形状。强度金属材料在塑性变形过程中能够抵抗外力的作用，保持其形状和尺寸的稳定性。可加工性金属材料可以通过塑性成型工艺加工成各种形状和尺寸的零件，满足不同的应用需求。成本效益与其他加工方法相比，金属塑性成型工艺具有较高的效率和较低的成本。金属塑性成型的分类热塑性成型在高温下进行塑性变形，材料的塑性变形能力提高。例如，锻造、挤压。冷塑性成型在室温或低于室温下进行塑性变形，材料的强度和硬度提高，但塑性变形能力下降。例如，冲压、弯曲。温塑性成型介于热塑性和冷塑性之间，在介于室温和高温之间的温度下进行塑性变形。例如，拉拔、辊压。金属塑性成型的基本原理1晶体滑移晶体滑移是金属塑性变形的主要机制，是指金属晶体在应力作用下，沿晶体滑移面发生滑移，从而产生塑性变形。2孪生孪生是金属塑性变形的一种辅助机制，是指金属晶体在应力作用下，沿孪生面发生孪生，从而产生塑性变形。3晶界移动晶界移动是指金属晶体在应力作用下，晶界发生移动，从而产生塑性变形。金属塑性变形的基本规律金属塑性变形是指在载荷作用下，金属材料发生永久变形而不破坏其完整性的过程。金属塑性变形遵循一些基本规律，包括应力-应变关系、变形硬化规律、变形温度的影响以及应力状态的影响。应力-应变关系是金属塑性变形中最基本的关系，它描述了材料在载荷作用下的变形情况。变形硬化规律表明，随着金属塑性变形程度的增加，其抗变形能力会随之增强。变形温度的影响是指，金属塑性变形程度会随着温度的升高而增加。应力状态的影响是指，金属塑性变形程度会随着应力状态的不同而发生变化。金属塑性变形的特点可逆性在一定范围内，金属塑性变形是可逆的，这意味着当外力去除后，变形体可以恢复到原来的形状。残余变形当外力超过金属的弹性极限时，金属会产生塑性变形，变形体在去除外力后会留下永久性的变形。应力-应变关系应力应变材料内部抵抗变形的能力材料在外力作用下发生的形变单位面积上的力形变的大小应力单位为帕斯卡（Pa）应变单位为无量纲应力-应变关系反映了材料在外力作用下的力学特性，是金属塑性成型的重要参数之一。通过应力-应变曲线可以分析材料的强度、塑性、韧性等性能。应力状态分类11.单轴应力状态仅存在一个方向的应力，例如拉伸或压缩。22.双轴应力状态存在两个方向的应力，例如薄板的拉伸或弯曲。33.三轴应力状态存在三个方向的应力，例如金属材料在压力机中受到的压力。金属塑性成型的变形模式拉伸拉伸是金属塑性成型中的一种常见变形模式，通过施加拉力使材料延伸变薄。压缩压缩则是通过施加压力使材料缩短变厚，例如锻造和挤压工艺。弯曲弯曲是通过施加弯曲力使材料改变形状，例如钣金加工和卷板成型。扭转扭转是通过施加扭矩使材料发生旋转变形，例如制造螺纹和螺旋弹簧。金属塑性成型的变形阻力金属塑性成型中的变形阻力是指材料在变形过程中所受到的抵抗力，它决定了加工过程所需的能量和设备的功率。变形阻力与材料的性质、变形温度、变形速度、变形程度和润滑条件等因素有关。1材料材料的强度、硬度、塑性等影响变形阻力的大小。2温度温度越高，材料的强度和硬度越低，变形阻力越小。3速度变形速度越高，变形阻力越大。4程度变形程度越大，变形阻力越大。金属塑性成型的变形能金属塑性成型过程中，外力做功克服材料的变形阻力，转化为变形能。变形能一部分转化为热能，一部分转化为材料内部的能量，如位能、弹性能等。单轴拉伸试验1试样制备按照标准尺寸和形状制备试样，确保测试结果准确可靠。2加载将试样固定在拉伸试验机上，施加单轴拉伸力，记录拉伸力随时间的变化。3测量测量试样在不同拉伸力下的伸长量，记录拉伸力-伸长量关系曲线。4分析根据拉伸力-伸长量曲线，分析材料的屈服强度、抗拉强度、伸长率等性能指标。单轴拉伸试验是金属塑性成型中常用的力学性能测试方法，通过该试验可以评估材料的强度、韧性和塑性等重要性能指标。单轴压缩试验1试样准备选取尺寸合适的试样2压缩加载在压缩机上施加均匀的压力3变形测量记录试样在不同载荷下的变形4数据分析分析压缩强度、塑性变形等单轴压缩试验是金属材料塑性成型中的重要测试方法。通过该试验可以获得材料的压缩强度、屈服强度、塑性变形等重要参数，为材料的塑性加工工艺选择提供依据。扭转试验1试验目的测试材料抗扭性能，确定材料的抗扭强度、屈服强度和扭转断裂伸长率等指标。2试验方法将试样固定在试验机上，施加扭矩，观察试样的变形情况，记录扭矩和扭转角之间的关系。3试验结果根据试验结果绘制扭矩-扭转角曲线，分析材料的抗扭性能。压缩试验中的摩擦问题摩擦力影响摩擦力影响压缩试验结果的准确性。摩擦力会降低材料的有效应力，导致测量的变形量偏低。摩擦力还会影响压缩试验的应力分布，导致应力集中，加速材料的失效。摩擦力因素压缩试验中的摩擦力受多种因素影响，包括材料表面性质、润滑剂类型、接触面积大小和压缩速度。为了减少摩擦力的影响，可以采用一些措施，例如选择合适的润滑剂、控制接触面积大小和压缩速度。金属塑性成型工艺锻造工艺锻造是指在高温下，利用锻锤或压力机对金属坯料进行锤击或挤压，使其产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件的加工方法。挤压工艺挤压是指在高温下，将金属坯料放置在模具中，通过压力机的压力，使金属坯料从模具中挤出，从而获得所需形状和尺寸的工件的加工方法。拉拔工艺拉拔是指将金属坯料通过模具孔，在拉力的作用下，使金属坯料产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件的加工方法。辊压工艺辊压是指利用一对或多对旋转的辊子，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工件的加工方法。锻造工艺锻造利用锤头或压力机对金属坯料进行反复锤击或压制，使其产生塑性变形，从而改变金属材料的形状和尺寸。锻造方法锻造方法可分为自由锻造和模锻。锻造应用锻造广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等行业，制造各种形状和尺寸的金属零件。挤压工艺定义挤压工艺通过模具将金属材料挤压成所需的形状。挤压工艺通常用于生产具有复杂形状的金属零件，例如齿轮、轴承和管道。优势挤压工艺可以生产出具有高强度和良好的表面光洁度的零件，并且可以有效地利用材料，减少废料。应用挤压工艺广泛应用于航空航天、汽车、机械制造等行业，用于生产各种类型的金属零件。拉拔工艺拉拔工艺拉拔工艺是指通过拉拔模具将金属材料拉伸成型的一种金属塑性成型工艺。拉拔工艺流程拉拔工艺一般包括：准备、拉拔、检验等步骤。拉拔工艺产品拉拔工艺可以生产出各种形状的金属制品，例如线材、管材、棒材等。辊压工艺辊压原理通过一对或多对旋转的辊子对金属材料施加压力，使材料在辊子之间发生塑性变形，从而改变材料的形状或尺寸。应用广泛应用于金属板材、带材的生产加工，如薄板、钢带、铝箔等的制造。特点生产效率高，产品质量稳定，可加工多种材料。冲压工艺定义冲压工艺利用冲压机和模具，通过对金属板料施加压力，使板料发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件。应用冲压工艺广泛应用于汽车、电子、家电等领域，可用于生产各种金属零部件，例如汽车车身、手机外壳、电脑机箱等。特点冲压工艺生产效率高，产品精度高，材料利用率高，并且可以实现自动化生产。类型冲压工艺根据成型方式可分为拉伸、弯曲、剪切、冲孔等多种类型。卷绕工艺定义卷绕工艺是将金属板材绕在芯轴上，形成管状或圆柱状零件的加工方法。卷绕工艺可以生产出尺寸精度高、表面光洁度好的零件，广泛应用于汽车、航空、电子等行业。特点卷绕工艺具有以下特点：加工效率高，材料利用率高，能加工出复杂形状的零件，适合批量生产。卷绕工艺的缺点是：对板材的厚度和强度要求较高，加工过程中容易产生内应力，需要进行相应的热处理。切割工艺11.机械切割金属材料被切削工具切断。22.激光切割利用高能激光束切割金属材料。33.水切割高压水射流切割金属材料。44.等离子切割利用等离子弧切割金属材料。焊接工艺焊接方法焊接是将两个或多个金属部件通过加热和熔化或加压的方式连接在一起的工艺。常见的焊接方法包括电弧焊、气焊、激光焊等。焊接参数焊接过程需要控制多个参数，例如电流、电压、焊接速度、焊丝直径等。焊接参数的正确选择对于焊接质量至关重要。焊接材料焊接材料的选择取决于金属的类型和应用需求。常用的焊接材料包括焊条、焊丝、焊剂等。焊接设备焊接设备包括焊接电源、焊接枪、焊接机器人等。现代焊接技术发展迅速，自动化焊接设备的使用越来越广泛。热处理工艺热处理改变金属材料的内部组织结构和性能，提高其使用性能。热处理种类退火正火淬火回火热处理目的改善金属材料的强度、硬度、韧性、塑性和切削性能。金属塑性成型存在的问题表面质量表面缺陷，如裂纹、毛刺和划痕，会影响零件的性能和外观。尺寸精度尺寸偏差，形狀誤差，以及尺寸不稳定性，會影響零件的精度和裝配。内部缺陷内部缺陷，如气孔、夹杂物和裂纹，会降低零件的强度和韧性。工艺参数成型工艺参数，例如温度、压力和速度，对零件的质量影响很大。金属塑性成型的发展趋势精密成型技术近年来，3D打印技术在金属塑性成型中得到广泛应用，提高了模具精度和生产效率，为复杂零件的制造提供了新途径。自动化和智能化随着人工智能和自动化技术的进步，金属塑性成型工艺逐渐实现自动化和智能化，提高生产效率和产品质量