《材料塑性成型原理》课件

材料塑性成型原理本课程将介绍材料塑性成型原理，帮助您深入了解金属材料在形变过程中的力学行为和变形规律。课程概述理论知识本课程将深入探讨金属材料的塑性变形原理，包括金属材料的变形机理、应力应变关系、变形规律等。工艺实践课程内容将结合常见的金属成型工艺，例如锻造、压铸、挤压等，介绍其原理、工艺参数和应用领域。应用案例通过分析实际案例，帮助学生理解金属材料塑性成型工艺在不同领域中的应用和发展趋势。材料塑性成型概念塑性变形材料在**外力**作用下发生**永久变形**，并在外力去除后不恢复原状的过程。塑性成型利用材料的塑性变形特性，通过施加压力使材料塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件的工艺。塑性变形的特点可逆性在一定范围内，材料发生塑性变形后，当去除外力时，材料可以恢复到原有的形状。永久性超过弹性极限后，材料发生永久性变形，即使去除外力，也不会恢复到原来的形状。应变硬化材料发生塑性变形后，其强度和硬度会提高。各向异性塑性变形后的材料，其机械性能在不同方向上表现出差异。几种常见的塑性变形工艺锻造利用锻锤或压力机对金属坯料施加压力，使金属产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件。冲压利用冲床或压力机对金属板材施加压力，使金属产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件。挤压利用挤压机对金属坯料施加压力，使金属通过模具孔口挤出，获得所需形状和尺寸的零件。金属材料塑性变形机理晶体结构变化金属材料的塑性变形是通过晶体结构的滑移和孪生来实现的。位错运动塑性变形过程中的位错运动导致晶格的永久性形变。晶粒细化塑性变形会使晶粒尺寸减小，提高材料的强度和硬度。应力集中应力集中在材料的缺陷处，例如裂纹和孔洞，可能导致材料的断裂。金属材料塑性变形规律3应变硬化塑性变形过程中，材料抵抗变形的能力增强2应力集中材料内部存在应力集中，可能导致断裂1塑性变形金属材料在外力作用下发生永久变形应力应变关系应变硬化理论1定义金属材料在塑性变形过程中，其强度会随着变形量的增加而提高，这种现象称为应变硬化。2原因金属材料的晶体结构在塑性变形过程中发生改变，导致位错密度增加，从而提高了材料的屈服强度。3应用应变硬化理论可以解释金属材料在塑性变形过程中的力学行为，并为金属成型工艺的设计提供理论依据。恢复与再结晶1恢复塑性变形后，金属内部存在着高密度位错，导致金属强度和硬度升高，塑性下降。恢复是指在加热过程中，金属材料内部的位错发生重新排列，部分位错互相抵消，降低了位错密度，从而降低了金属的强度和硬度，提高了塑性。2再结晶再结晶是指在一定温度下，金属材料中发生新的晶粒长大过程。新晶粒的形成需要一定的时间和能量，这个过程被称为再结晶。再结晶可以消除塑性变形过程中产生的位错，恢复金属材料的塑性和韧性，同时降低金属材料的强度和硬度。金属材料塑性成型过程中的失效断裂金属材料在塑性变形过程中，由于应力集中或过载，会导致材料断裂。常见断裂类型包括脆性断裂和韧性断裂。裂纹由于塑性变形过程中产生的应力集中或温度梯度，会导致材料表面或内部产生裂纹。裂纹会导致材料强度降低，甚至发生断裂。磨损塑性变形过程中，金属材料与模具之间的摩擦会导致材料表面磨损，从而影响零件的尺寸精度和表面质量。金属材料塑性变形时的应力分布应力集中在塑性变形过程中，应力会集中在材料的某些区域，例如孔洞、缺口或应力集中区。应力梯度由于应力集中，材料内部会形成较大的应力梯度，这会导致材料的局部变形和失效。应力分布规律应力的分布规律取决于材料的性质、变形方式和加工工艺参数。金属材料塑性变形时的温度分布100热量塑性变形过程中产生的热量会影响金属的流动性.200温度温度会影响金属的强度和韧性，以及变形抗力.300均匀性塑性变形过程中，温度分布均匀与否会影响产品质量.金属材料塑性成型工艺参数的确定1材料性质材料的强度、塑性、硬度等2工艺要求产品的尺寸精度、表面质量等3设备能力设备的功率、压力等金属材料塑性成型工艺参数优化1工艺参数2优化目标3优化方法4仿真分析5实验验证通过分析工艺参数与成型质量之间的关系，找到最佳参数组合，提高塑性成型效率和产品质量。模具设计的基本原则强度和刚度模具需要承受巨大的压力和冲击，因此强度和刚度是关键因素。精度和耐用性模具的精度直接影响产品质量，而耐用性保证了模具的经济效益。耐热性和耐磨性模具在高温和高压下工作，需要具备良好的耐热性和耐磨性。成本控制合理的设计可以降低模具的生产成本，提高经济效益。模具材料的选择1耐磨性模具材料需要抵抗加工过程中的磨损和腐蚀。2强度模具材料需要能够承受高压和冲击载荷。3韧性模具材料需要能够抵抗冲击和断裂。4热处理性能模具材料需要能够承受热处理过程中的高温和淬火。模具加工工艺1设计根据产品形状和尺寸，设计模具的结构和尺寸。2材料选择选择合适的模具材料，例如钢材或合金，以满足加工要求和使用寿命。3加工使用数控机床、铣床、车床等设备进行模具的加工，确保模具的精度和表面质量。4热处理对模具进行热处理，提高模具的硬度和耐磨性。5表面处理进行表面处理，例如镀层或喷砂，以提高模具的耐腐蚀性或抗粘性。6检验检验模具的尺寸、形状、表面质量和功能，确保模具符合设计要求。模具的热处理与表面处理热处理提升模具硬度、耐磨性和抗疲劳性，延长使用寿命。表面处理提高模具表面光洁度、耐腐蚀性和抗粘性，确保产品质量。常见处理方式淬火、回火、渗碳、氮化、镀层等。典型金属成型工艺之一:锻造锻造是利用锻锤或压力机对金属坯料施加压力，使金属产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的金属零件的工艺。锻造的特点是：金属内部组织致密，机械性能好尺寸精度高，表面光洁度好可塑性大，能加工形状复杂的零件典型金属成型工艺之二:压铸压铸是一种常见的金属成型工艺，利用高压将熔融金属注入模具型腔内，冷却凝固后得到形状复杂的金属制品。这种工艺适用于生产形状复杂、尺寸精度要求高、表面质量好的零件，例如汽车发动机缸体、机床零件等。压铸工艺的主要特点包括:生产效率高尺寸精度高表面光洁度好适用范围广典型金属成型工艺之三:挤压挤压是将金属坯料置于模具内，在挤压力的作用下，使金属从模具的开口处流出，从而获得所需形状和尺寸的金属制品的过程。挤压工艺的特点：可生产各种复杂截面的金属制品产品尺寸精度高，表面光洁度好材料利用率高，生产效率高典型金属成型工艺之四:滚压滚压是一种利用一对或多对滚轮对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形并获得所需形状和尺寸的成形方法。滚压工艺主要用于生产轴类、管类、异型材等零件，其特点是生产效率高、产品尺寸精度高、表面光洁度好、材料利用率高。典型金属成型工艺之五:拉深工艺原理通过冲压模具将金属板材拉伸成开口或封闭的容器形状，利用模具的形状和压力改变材料的形状。应用领域广泛应用于制造各种容器，如锅、桶、水杯、汽车零件等。典型金属成型工艺之六:冲压冲压是一种利用冲床对金属板材进行冲裁、弯曲、拉伸等塑性变形加工的工艺。冲压工艺特点是生产效率高，产品精度高，尺寸一致性好，能实现复杂形状的零件生产。常见的冲压产品包括汽车车身、机箱机壳、电子产品外壳等。金属材料塑性成型工艺的选择材料特性材料的强度、硬度、塑性、韧性等会影响工艺的选择。产品形状复杂形状需要更复杂的工艺，如锻造或冲压。生产规模批量生产适合自动化程度高的工艺，如压铸或挤压。成本效益工艺的成本、效率、设备投资等因素需要综合考虑。金属材料塑性成型工艺的发展趋势自动化与智能化随着工业4.0的推进，金属材料塑性成型工艺正在朝着自动化与智能化的方向发展，例如机器人技术、数字化控制等应用。绿色环保环境保护意识的增强，使得金属材料塑性成型工艺向着低能耗、低污染、可回收的方向发展。精益求精对产品精度、表面质量、产品性能要求越来越高，推动着金属材料塑性成型工艺不断优化。金属材料塑性成型工艺的应用案例汽车制造是金属塑性成型工艺应用最广泛的领域之一。从车身框架到零部件，几乎所有汽车部件都利用了金属塑性成型工艺，如冲压、锻造