塑性成形原理1

1、材料成形原理材料成形原理C C Principle of Material Forming CPrinciple of Material Forming C材料工程學院2011.7 課程信息課程信息 n學時：學時：40學時學時n考試方式：考試方式：期末閉期末閉卷考試卷考試 平時成績占總成績平時成績占總成績30%n聯(lián)系方式：工程實踐中心聯(lián)系方式：工程實踐中心5-333 電話電話n主講教師：黃英娜主講教師：黃英娜 本課程的性質(zhì)和教學目的本課程的性質(zhì)和教學目的 n性質(zhì)：性質(zhì)：本課程是材料成形與控制工程專業(yè)（模本課程是材料成形與控制工程專業(yè)（模具技術(shù)方向教改班）的一門主要專業(yè)

2、基礎(chǔ)課具技術(shù)方向教改班）的一門主要專業(yè)基礎(chǔ)課n目的：目的： 金屬產(chǎn)生塑性變形時在金屬學和力學等方面有金屬產(chǎn)生塑性變形時在金屬學和力學等方面有著共同的基礎(chǔ)和規(guī)律。因此，金屬塑性成形原著共同的基礎(chǔ)和規(guī)律。因此，金屬塑性成形原理課程是研究和探討金屬在各種塑性加工過程理課程是研究和探討金屬在各種塑性加工過程中可遵循的基礎(chǔ)和規(guī)律的一門學科。其目的在中可遵循的基礎(chǔ)和規(guī)律的一門學科。其目的在于科學地、系統(tǒng)地闡明這些基礎(chǔ)和規(guī)律，為學于科學地、系統(tǒng)地闡明這些基礎(chǔ)和規(guī)律，為學習后續(xù)的工藝課程作理論準備，也為合理制訂習后續(xù)的工藝課程作理論準備，也為合理制訂塑性成形工藝規(guī)范及選擇設(shè)備、設(shè)計模具奠定塑性成形工藝規(guī)范及選

3、擇設(shè)備、設(shè)計模具奠定理論基礎(chǔ)。理論基礎(chǔ)。本課程的任務(wù)本課程的任務(wù) n掌握金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)，即掌握影響金屬性能掌握金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)，即掌握影響金屬性能的主要因素及原理，掌握金屬性能主要指標的測試方的主要因素及原理，掌握金屬性能主要指標的測試方法；法；n掌握金屬塑性力學的基礎(chǔ)知識，即掌握金屬塑性變形掌握金屬塑性力學的基礎(chǔ)知識，即掌握金屬塑性變形體內(nèi)的應(yīng)力場、應(yīng)變場、應(yīng)力應(yīng)變之間關(guān)系、塑性體內(nèi)的應(yīng)力場、應(yīng)變場、應(yīng)力應(yīng)變之間關(guān)系、塑性變形時的力學條件等塑性理論基礎(chǔ)知識。掌握塑性成變形時的力學條件等塑性理論基礎(chǔ)知識。掌握塑性成形問題的幾種主要解法（包括解析和數(shù)值解法）；形問題的幾種主要解法（

4、包括解析和數(shù)值解法）；n掌握金屬塑性成形時的金屬流動規(guī)律和變形特點，分掌握金屬塑性成形時的金屬流動規(guī)律和變形特點，分析金屬的基本成形工藝，以便確定合理的壞料尺寸和析金屬的基本成形工藝，以便確定合理的壞料尺寸和成形工序；成形工序；n掌握對成形質(zhì)量進行定性分析及提高成形質(zhì)量的方法掌握對成形質(zhì)量進行定性分析及提高成形質(zhì)量的方法。 教材及參考書教材及參考書 n教材：教材：俞漢清主編、機械工業(yè)出版社出俞漢清主編、機械工業(yè)出版社出版，金屬塑性成形原理，版，金屬塑性成形原理，2008n參考書：參考書：汪大年主編，高等教育出版社，汪大年主編，高等教育出版社，金屬塑性成形原理，金屬塑性成形原理，1988 n參考

5、書：參考書：劉全坤主編，機械工業(yè)出版社，劉全坤主編，機械工業(yè)出版社，材料成形基本原理，材料成形基本原理，1995 n參考書：參考書：萬勝狄主編，機械工業(yè)出版社，萬勝狄主編，機械工業(yè)出版社，金屬塑性成形原理，金屬塑性成形原理，1995 要求要求 n作業(yè)必須按時交。作業(yè)必須按時交。n做好課堂筆記，本課程中將有部分補充做好課堂筆記，本課程中將有部分補充內(nèi)容，要求大家記筆記。內(nèi)容，要求大家記筆記。n要求上課前預習，本課程內(nèi)容較難，且要求上課前預習，本課程內(nèi)容較難，且內(nèi)容多，課時少，信息量較大，要求大內(nèi)容多，課時少，信息量較大，要求大家自覺預習。家自覺預習。 n遵守課堂紀律，有事請?zhí)崆罢埣?，不許遵守課堂

6、紀律，有事請?zhí)崆罢埣伲辉S代請代請。主要內(nèi)容主要內(nèi)容 n金屬微觀變形機理與宏觀性能金屬微觀變形機理與宏觀性能n金屬變形過程的力學分析金屬變形過程的力學分析 n變形體力學的求解方法變形體力學的求解方法第一章：緒論第一章：緒論 n基本概念基本概念 n金屬塑性成形方法金屬塑性成形方法 n金屬成形理論的發(fā)展金屬成形理論的發(fā)展 n本課程的任務(wù)本課程的任務(wù) 1.1 1.1 基本概念基本概念 n塑性：在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形塑性：在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力稱為塑性。是指材料而不破壞其完整性的能力稱為塑性。是指材料的永久變形能力。的永久變形能力。n彈性：材料的可恢復變形

7、的能力彈性：材料的可恢復變形的能力 n塑性成形：使材料在一定的外力作用下，利用塑性成形：使材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并獲得一定力學性能的加工其塑性而使其成形并獲得一定力學性能的加工方法，稱為塑性成形（塑性加工或壓力加工）方法，稱為塑性成形（塑性加工或壓力加工）n彈塑性：彈性彈塑性：彈性+ +塑性塑性 1.2 1.2 零件的機械制造方法零件的機械制造方法鑄鑄造造零零件件機機械械制制造造方方法法切切削削加加工工壓壓力力加加工工塑塑性性成成形形特特種種加加工工鍛鍛造造沖沖壓壓車車、銑銑、刨刨、磨磨、鉆鉆、鉸鉸、插插等等自自由由鍛鍛、模模鍛鍛拉拉深深、彎彎曲曲、沖沖裁裁、翻翻邊邊、拉

8、拉型型等等加工中心水切割銑床摩擦壓力機鑄造鑄造切削加工種類切削加工種類ZT023數(shù)控低速走絲電火花線切割機數(shù)控低速走絲電火花線切割機8軸數(shù)控電火花高速小孔加工專用設(shè)備軸數(shù)控電火花高速小孔加工專用設(shè)備 該機床是為航空發(fā)動機制造業(yè)研制的專用設(shè)備，主要用于發(fā)動機中特殊材料工件空間位置復雜的深小孔加工1.3 塑性成形介紹n金屬塑性成形的特點金屬塑性成形的特點n塑性成形分類塑性成形分類金屬塑性成形的特點金屬塑性成形的特點n加工后組織性能得到改善和提高，經(jīng)塑性成形，使其結(jié)構(gòu)致密，組織改善n材料利用率高 ，主要依靠金屬在塑性狀態(tài)下的體積轉(zhuǎn)移來實現(xiàn)n生產(chǎn)率高，如高速沖，400-1000次/每鐘 n精度高，精密

9、塑性成形塑性成形的產(chǎn)品主要有原材料、毛坯和零件三大類。 塑性成形分類（一）塑性成形分類（一）n按加工時工件的受力和變形方式n按被加工坯料的形狀n按加工時工件的溫度按加工時工件的受力和變形方式按加工時工件的受力和變形方式圖例圖例延伸延伸鐓粗鐓粗斜軋斜軋橫軋橫軋縱軋縱軋模鍛模鍛自由鍛造自由鍛造軋軋 制制鍛鍛 造造分類與分類與名稱名稱壓壓 力力基本受基本受力方式力方式基本壓力加工變形方式基本壓力加工變形方式按加工時工件的受力和變形方式按加工時工件的受力和變形方式圖例圖例反擠壓反擠壓正擠壓正擠壓剪切剪切彎曲彎曲拉伸成型拉伸成型沖壓（拉延）沖壓（拉延）拉拔拉拔擠壓擠壓分類分類與名與名稱稱剪力剪力彎矩彎矩

10、拉力拉力壓力壓力基本基本受力受力方式方式按加工時工件的受力和變形方式按加工時工件的受力和變形方式組合加工變形方式組合加工變形方式組組合合方方式式鍛造軋制鍛造軋制軋制擠壓軋制擠壓拉拔軋制拉拔軋制軋制彎曲軋制彎曲軋制剪切軋制剪切名名稱稱鍛軋鍛軋軋擠軋擠拔軋拔軋輥彎輥彎搓軋搓軋圖圖例例 按被加工坯料的形狀一般將金屬塑性成形分為塊料成形（又稱體積成形）和板料成形兩大類。 塑性成形分類（二）塑性成形分類（二）塑塑性性成成形形金金屬屬成成形形鍛鍛壓壓理理論論塊塊料料成成形形沖沖壓壓理理論論板板料料成成形形非非金金屬屬成成形形塑塑料料、陶陶瓷瓷等等塊料加工塊料加工n軋制：型材、板材、管材n擠壓：型材、管材或

11、零件n拉拔：棒材、管材和線材n自由鍛：結(jié)構(gòu)件n模鍛：結(jié)構(gòu)件擠壓型材擠壓型材擠壓型材模具擠壓型材模具飛邊飛邊工件工件下模下模上模上模錘錘砧臺砧臺模鍛模鍛軋板生產(chǎn)線軋板生產(chǎn)線自由鍛自由鍛精鍛件精鍛件環(huán)鍛件、模鍛件環(huán)鍛件、模鍛件復雜零件鍛造復雜零件鍛造擠壓件擠壓件工件工件驅(qū)動輥驅(qū)動輥導向輥導向輥蕊輥蕊輥端面輥端面輥環(huán)軋示意圖環(huán)軋示意圖板料成形板料成形板料成形一般稱為沖壓。它是對厚度較小的板料，利用專門的模具，使金屬板料通過一定?？锥a(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需零件。沖裁拉深彎曲翻邊拉型落壓噴丸折彎滾彎拉彎沖壓脹形、旋壓、管成形、超塑成形、蠕變典型沖壓件典型沖壓件蒙皮拉形蒙皮拉形飛豹拉彎件飛豹拉彎件滅火

12、燃油供氧環(huán)控數(shù)控彎管數(shù)控彎管 隨著技術(shù)的發(fā)展，還不斷產(chǎn)生新的塑性成形方法，例如：等溫鑄造、超塑 成形，這些都進一步擴大了塑性成形的應(yīng)用范圍。 塑性成形分類（三）塑性成形分類（三）塑性加工按成形時工件的溫度成形時工件的溫度還可以分為熱成形、冷成形和溫成形三類。主要區(qū)分指標：n再結(jié)晶溫度：再結(jié)晶溫度：鋼的再結(jié)晶溫度,與具體條件有關(guān)，一般再結(jié)晶溫度大概是0.40.5Tmn回復溫度：回復溫度：0.10.3Tmn熱成形：熱成形：在再結(jié)晶溫度以上進行的加工，如熱鍛、熱軋、熱擠壓等。n冷成形：冷成形：在不產(chǎn)生回復和再結(jié)晶的溫度以下進行的加工，如冷軋、冷沖壓、冷鍛、冷擠壓等。n溫成形：溫成形：在介于冷、熱成形

13、之間的溫度下進行的加工，如溫鍛、溫擠壓 隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了組合工藝和一些新工藝。復合工藝n溫溫-冷復合成形：冷復合成形：利用溫成形變形抗力低的優(yōu)點進行大變形，隨后用冷成形來進行整形n余熱熱處理：余熱熱處理：利用溫成形或熱成形后工件的熱能直接進行熱處理，控制變形后冷卻，節(jié)省了熱處理工序1.41.4問題的提出問題的提出n問題的提出問題的提出n板材、管材、型材、線材如何獲得？板材、管材、型材、線材如何獲得？n曲軸、葉片？曲軸、葉片？n汽車覆蓋件、飛機蒙皮復雜形狀如何成形？汽車覆蓋件、飛機蒙皮復雜形狀如何成形？n各種結(jié)構(gòu)件？各種結(jié)構(gòu)件？1.5 1.5 金屬成形理論的發(fā)展金屬成形理論的發(fā)展

14、n拉壓試驗 1912，Von Karman 大理大壓縮實驗壓縮變形8%1964，P.W.Bridgman 拉伸（3 向應(yīng)力）99% 求解方法求解方法主應(yīng)力法上限法 UBET視塑性法FEM(Finite Element Method) 金屬塑性成形理論是一門基于金屬塑性變形的物理學、物理-化學、金屬學與力學基礎(chǔ)上的應(yīng)用技術(shù)理論。 作為塑性成形理論的重要基礎(chǔ)的塑性理論的形成與發(fā)展也經(jīng)歷了一百多年的歷史。在此其間提出的一些經(jīng)典理論與方法歸列于下 1.61.6 金屬塑性成形理論的發(fā)展概況金屬塑性成形理論的發(fā)展概況1.61.6 金屬塑性成形理論的發(fā)展概況金屬塑性成形理論的發(fā)展概況n塑性力學塑性力學 法國工程師屈雷斯加（法國工程師屈雷斯加（H.Tresca）1864提出最大剪提出最大剪應(yīng)力屈服準則，應(yīng)力屈服準則，德國米塞斯（德國米塞斯（Von Mises），），1913，Mises屈服準則屈服準則M.Levy 1871年，提出了應(yīng)力應(yīng)變增量關(guān)系年，提出了應(yīng)力應(yīng)變增量關(guān)系 Levy-MisesB.Saint-Venant 1870，應(yīng)力應(yīng)變速率方程，（塑性應(yīng)力應(yīng)變速率方程，（塑性流動方程）流動方程）M.levy H.Hencky .L.Prandtl 1923，平