第一章塑性变形绪论

1、1材料成形原理材料成形原理Principle on Materials Forming第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 金属塑性变形的物理基础金属塑性变形的物理基础第三章第三章 金属塑性加工的宏观规律金属塑性加工的宏观规律第四章第四章 金属塑性变形的力学基础金属塑性变形的力学基础第五章第五章 主应力法及其应用主应力法及其应用第六章第六章 滑移线场理论滑移线场理论2第一节 塑性成形的特点及分类w一、金属的塑性、塑性成形及其特点w塑性：在外力作用下使金属塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。其完整性的能力称为塑性。是指材料的永久变形能力。

2、是指材料的永久变形能力。w弹性：材料的可恢复变形的弹性：材料的可恢复变形的能力能力 w弹塑性：弹性弹塑性：弹性+塑性塑性3w一、金属的塑性、塑性成形及其特点金属塑性成形的特点：（1）组织、性能好；改善组织，提高性能（2）材料利用率高；主要靠塑性状态下体积转移成形，流线分布合理（3）尺寸精度高；精密成形；少或无切削加工。 （4）生产效率高，适合大批量生产。第一节 塑性成形的特点及分类4w二、金属塑性成形的分类第一节 塑性成形的特点及分类1、按成形特点分为：块料成形和板料成形 （1）块料成形：在塑性变形中靠体积转移和分配来实现。 一次加工（冶金部门）：轧制、挤压、拉拔;变形区随时间不变化，属稳定的

3、变形过程，适合连续的大批量生产。 二次加工（制造部门）：自由锻、模锻变形区随时间不断变化，属非稳定的塑性变形过程，适于间歇生产。 （2）板料成形：对于厚度较小的板料，利用专门模具，使金属通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸的零件或坯料。 分离工序：冲裁、剪切 成形工序：弯曲、拉伸、胀形、翻边等。2、按成形温度分为： 热成形、温成形、冷成形新方法：连铸连轧、液态模锻、等温锻造、超塑性成形等。5图例图例延伸延伸镦粗镦粗斜轧斜轧横轧横轧纵轧纵轧模锻模锻自由锻造自由锻造轧轧 制制锻锻 造造分类与分类与名称名称压压 力力基本受基本受力方式力方式基本压力加工变形方式基本压力加工变形方式6图

4、例图例反挤压反挤压正挤压正挤压剪切剪切弯曲弯曲拉伸成型拉伸成型冲压（拉延）冲压（拉延）拉拔拉拔挤压挤压分类分类与名与名称称剪力剪力弯矩弯矩拉力拉力压力压力基本基本受力受力方式方式7组合加工变形方式组合加工变形方式组组合合方方式式锻造轧制锻造轧制轧制挤压轧制挤压拉拔轧制拉拔轧制轧制弯曲轧制弯曲轧制剪切轧制剪切名名称称锻轧锻轧轧挤轧挤拔轧拔轧辊弯辊弯搓轧搓轧图图例例8应用锻件和冲压件9塑性成形设备（锻造设备）10塑性成形设备（冲压设备）11挤压型材挤压型材挤压型材模具挤压型材模具12工件工件驱动辊驱动辊导向辊导向辊蕊辊蕊辊端面辊端面辊环轧示意图环轧示意图1314第二节 金属塑性成形的发展w金属塑性

5、变形理论是一门基于金属塑性加工的物理学、物理金属塑性变形理论是一门基于金属塑性加工的物理学、物理-化学、化学、金属学与力学基础金属学与力学基础上的应用技术理论。上的应用技术理论。w金属塑性变形的物理机物理金属塑性变形的物理机物理化学基础是属于金属学及金属化学基础是属于金属学及金属物理范畴。物理范畴。19世纪世纪30年代年代位错理论位错理论的提出。可以解释塑性的提出。可以解释塑性变形过程中的很多现象，特别是塑性变形的微观机制。塑性变形过程中的很多现象，特别是塑性变形的微观机制。塑性不仅取决于材料本身（成分、晶格类型和组织结构），还取不仅取决于材料本身（成分、晶格类型和组织结构），还取决于变形的外

6、部条件（变形温度、速度及力学状态等）。决于变形的外部条件（变形温度、速度及力学状态等）。w塑性变形的物理塑性变形的物理化学方面主要研究金属的化学成分、组织化学方面主要研究金属的化学成分、组织结构与塑性变形之间的关系、工具与工件接触表面之间的摩结构与塑性变形之间的关系、工具与工件接触表面之间的摩擦及其机理等。擦及其机理等。w塑性成形原理的另一重要内容是塑性成形力学。塑性成形原理的另一重要内容是塑性成形力学。15w作为塑性变形理论的重要基础的塑性理论的形成与发展也经历了作为塑性变形理论的重要基础的塑性理论的形成与发展也经历了一百多年的历史。在此其间提出的一些经典理论与方法归列于下：一百多年的历史。

7、在此其间提出的一些经典理论与方法归列于下：w法国工程师屈雷斯加（法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）1864提出最大剪应力屈服准则提出最大剪应力屈服准则wB.Saint-Venant 1870，应力应变速率方程，（塑性流动方程），应力应变速率方程，（塑性流动方程）wM.Levy 1871年，提出了应力应变增量关系年，提出了应力应变增量关系 Levy-Misesw德国米塞斯（德国米塞斯（Von Mises），），1913，Mises屈服准则屈服准则wM.levy、H.Hencky、L.Prandtl 1923，平面塑性变形的滑移线几，平面塑性变形的滑移线几何性质何性质wA.Reuss 1930

8、，弹塑性应力应变关系，弹塑性应力应变关系w1940，H.Hencky、H.Geringer、Cauchy、Rieman等，滑移线等，滑移线法法w1950，A.A.Mapkob、R.Hill、W.Pragar等，极值分析方法等，极值分析方法 w1970，小林史郎，小林史郎，C.H.Lee等，刚等，刚塑性有限元解析法塑性有限元解析法 ww刘叔仪刘叔仪1954年提出理论断裂钟面与应力空间理论年提出理论断裂钟面与应力空间理论w王仲仁王仲仁1979年提出应力应变顺序对应理论年提出应力应变顺序对应理论w。16塑性加工的发展方向w节约资源节约资源 用尽量少的原材料生产出要求的形状、尺用尽量少的原材料生产出要

9、求的形状、尺寸、强度、塑性以及其它物理性能的产品。寸、强度、塑性以及其它物理性能的产品。为此，合理利用资源选择最佳材质或通过变为此，合理利用资源选择最佳材质或通过变形与热处理相配合以改善材质、研究轻型薄形与热处理相配合以改善材质、研究轻型薄壁断面和周期断面以及复合材料等高效制品壁断面和周期断面以及复合材料等高效制品的成型成为今后节约资源的重要课题。的成型成为今后节约资源的重要课题。17w节约能源节约能源 金属材料热加工所需的热能比加工所需的金属材料热加工所需的热能比加工所需的机械能大许多倍，所以必须节约热能。缩短机械能大许多倍，所以必须节约热能。缩短工艺流程、降低加工温度、热加工变为冷加工艺流

10、程、降低加工温度、热加工变为冷加工、减少或省去中间退火、降低材料的变形工、减少或省去中间退火、降低材料的变形抗力、提高塑性等方面的技术开发成为今后抗力、提高塑性等方面的技术开发成为今后节约能源的重要课题。节约能源的重要课题。塑性加工的发展方向18w实现最佳的加工条件实现最佳的加工条件 研究创造最佳的工艺条件和使工艺内容定研究创造最佳的工艺条件和使工艺内容定量化以及把能实现这种条件的新技术用于新量化以及把能实现这种条件的新技术用于新加工机械设计和老设备的挖潜改造上，并进加工机械设计和老设备的挖潜改造上，并进行最优控制。行最优控制。塑性加工的发展方向19本课程的具体任务（1）阐明金属塑性变形的物理基础 从微观上研究塑性变形的机理及变形条件对塑性和变形抗力的影响，以便使工件在成形时获得最佳的塑性