金属塑性成形工艺基础培训讲座课件

主讲内容

第六章金属塑性成形工艺基础1/7/20231主讲内容第六章金属塑性成形工艺基础12/25/2022金属的塑性成形了解金属塑性成形的工艺基础；掌握金属的塑性成形的方法及工艺；掌握各种成形模具结构、基本工序和典形零件的工艺制定。本章重点：1/7/20232金属的塑性成形了解金属塑性成形的工艺基础；本章重点：12/2金属塑性成形加工的概念利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的型材、棒材、线材以及锻件、冲压件的加工方法。

1概述1/7/20233金属塑性成形加工的概念1概述12/25/20223

成形条件(1)塑性材料。低碳钢、铝、铜合金最好；(2)受力塑性变形、满足屈服条件：σ>σs（材料屈服强）。1/7/20234成形条件12/25/20224金属塑性加工的分类锻压生产方式示意图1/7/20235金属塑性加工的分类锻压生产方式示意图12/25/20225自由锻造模膛锻造1/7/20236自模12/25/20226板料冲压（又称薄板冲压和冷冲压）

1/7/20237板料冲压（又称薄板冲压和冷冲压）12/25/20227冷拔和冷镦1/7/20238冷拔和冷镦12/25/20228

轧制、挤压1/7/20239轧制、挤压12/25/20229金属压力加工的特点力学性能高；节省材料；生产率高；不足：固态下成形，无法获得截面形状较复杂件1/7/202310金属压力加工的特点力学性能高；12/25/2022102金属塑形成形原理(1)塑性变形理论及假设(3)金属变形过程中的组织与性能(4)冷变形及热变形(5)影响塑性变形的因素本节的重点：1.金属塑性成形原理；2.纤维组织的形成及利用；3.金属可锻性及其影响因素。(2)金属塑性变形原理1/7/2023112金属塑形成形原理(1)塑性变形理论及假设(3)金属变(1)塑性变形理论及假设1最小阻力定律

如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动，这就叫做最小阻力定律。圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向，方形截面镦粗后的截面形状。1/7/202312(1)塑性变形理论及假设1最小阻力定律

如果金

在压力加工过程中，常用锻造比(Y锻)来表示变形度。锻造比的计算公式与变形方式有关。拔长时的锻造比为:Y拔＝F0/F,镦粗时的锻造比为:Y镦＝H0/H.

根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔长锻造时，坯料所用的截面F坯料的大小应保证满足技术要求规定的锻造比Y拔，即坯料截面积应为：F坯料=Y拔F锻件

3变形程度的计算2塑性变形前后体积不变的假设1/7/202313

在压力加工过程中，常用锻造比(Y锻)来表示1.单晶体的塑性变形（正应力）晶格弹变断裂(2)金属塑性变形原理1/7/2023141.单晶体的塑性变形（正应力）晶格2.单晶体的塑性变形（切应力）

在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分产生滑动,称为滑移。发生滑移的晶面称为滑移面。晶格弹变弹塑变塑变ττττ1/7/202315在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分产

滑移是由位错在滑移面上的运动。1’3’4’5’6’6543212’566’5’44’3211’2’3’1234566’5’4’3’2’1’1234561’2’3’4’5’6’1234561’2’3’4’5’6’1/7/202316滑移是由位错在滑移面上的运动。1’3’4’5挛晶：晶体在外力的作用下，一部分相对另一部分沿挛晶面发生转动；攀移：从一个晶面攀到另一个晶面；1/7/202317挛晶：晶体在外力的作用下，一部分相对另一部分沿挛晶面发生转动◆不同位向的晶粒之间先后进行滑移,相互协调。ssA3.多晶体的塑性变形 特点：◆晶粒越细，变形抗力就越大。◆晶粒越细，塑性提高。1/7/202318◆不同位向的晶粒之间先后进行滑移,相互协调。ssA3.多晶多晶体塑性变形

许多单个晶粒产生塑性变形的综合结果。晶内变形（滑移、挛晶）晶间变形（晶粒之间滑动和转动）1/7/202319多晶体塑性变形许多单个晶粒产生塑性变形的综合结果。12/金属塑性变形原理变形方式：滑移、挛晶为主；变形过程：取向有利的晶粒发生滑移变形，取向不利的晶粒只有通过晶粒转动或挛晶变形后，才能进一步发生滑移变形；而滑移变形需要各晶粒相互协调配合才能进行；塑性变形过程总伴随着弹性变形的存在，当剪应力达到一定值后，才产生塑性变形。1/7/202320金属塑性变形原理变形方式：滑移、挛晶为主；12/25/202纤维组织的利用原则：

1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织。2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等结合在一起，使金属更加致密，其机械性能会有很大提高。3、此外，铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。(3)金属变形过程中的组织与性能1/7/202321纤维组织的利用原则：1、将铸锭加热进行压力加

使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。

4、具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能的方向性也就越显著。1/7/202322

使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；纤维组织的利用原则：

使正应力顺纤维方向 切应力横纤维方向 并尽量保持纤维完整不被切断1/7/202323纤维组织的利用原则：12/25/202223锻造毛胚切削的齿轮板材切削加工的齿轮锻造的曲轴切削加工的曲轴完全锻造的齿轮1/7/202324锻造毛胚切削的齿轮板材切削加工的齿轮锻造的曲轴切削加工的曲轴塑性变形后组织和性能的变化组织：晶粒沿变形最大的方向伸长；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。性能：强度、硬度升高，塑性、韧性降低加工硬化（不稳定现象）的概念：通常将钢和其他金属材料的力学性能随内部变形程度的增加，强度、硬度不断升高，塑性、韧性不断降低的现象；1/7/202325塑性变形后组织和性能的变化组织：晶粒沿变形最大的方向伸长；晶回复与再结晶 ————消除

加工硬化，恢复塑性

的方法1/7/202326回复与再结晶消除12/25/202226

(2)再结晶

T再=0.4T熔(T为绝对温度)

金属的畸变晶粒经过形核与长大重新变为新的等轴晶粒，性能又恢复到变形前的状态。内应力晶粒大小强度塑性回复再结晶晶粒长大加热温度(1)回复

既可消除其内应力，又可保持其加工硬化性能。(3)晶粒长大1/7/202327(2)再结晶

T再=0.4T熔(T为绝对温度)

金属的加工硬化在高温下不稳定回复：晶格扭曲室温下不能消除，如果提高温度，原子获得热能，热运动加剧，使原子得以恢复正常排列，消除晶格扭曲，可使加工硬化得到部分消除，该过程为回复；再结晶：当温度进一步提高，金属原子获得更多热能，则开始以某些碎晶或杂质为核心结晶成新的晶粒，加工硬化全部消除，这一过程为“再结晶”。1/7/202328加工硬化在高温下不稳定回复：晶格扭曲室温下不能消除，如果提高冷变形

变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形。热变形

变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。

(4)冷变形及热变形1/7/202329冷变形

变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只(5)影响塑性变形的因素

可锻性——常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。

塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。

变形抗力是指金属对变形的抵抗力。金属的可锻性取决于材料的性质(内因)和加工条件(外因)。1/7/202330(5)影响塑性变形的因素可锻性——常用金属材料在材料性质的影响(内因)化学成分的影响

纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。金属组织的影响

纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。而碳化物(如渗碳体)的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好1/7/202331材料性质的影响(内因)化学成分的影响纯金属的加工条件的影响(外因)

在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。变形温度的影响1/7/202332加工条件的影响(外因)在一定的变形温度范围内变形速度的影响

一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降(图中a点以后)，可锻性变好。1/7/202333变形速度的影响一方面由于变形速度的增大，回应力状态的影响

挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。1/7/202334应力状态的影响挤压时为三向受压状态。12/2思考题1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的力学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同?1/7/202335思考题1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的力学性能有何影复习题(1)说明金属塑性成形的条件和方法。(2)何谓金属冷变形和热变形？(3)同种金属材料分别经过冷、热变形，其组织和性能有何差异？何谓金属再结晶？(4)说明金属锻造性的意义，有哪些影响因素？(5)什么是锻造流线（即）？在设计和制造零件时应如何分布锻造流线？(6)金属锻造时，为什么要加热？钢的锻造温度大致限制在什么范围内？1/7/202336复习题(1)说明金属塑性成形的条件和方法。12/25/20谢谢大家1/7/202337谢谢大家12/25/202237演讲完毕，谢谢观看！演讲完毕，谢谢观看！38主讲内容

第六章金属塑性成形工艺基础1/7/202339主讲内容第六章金属塑性成形工艺基础12/25/2022金属的塑性成形了解金属塑性成形的工艺基础；掌握金属的塑性成形的方法及工艺；掌握各种成形模具结构、基本工序和典形零件的工艺制定。本章重点：1/7/202340金属的塑性成形了解金属塑性成形的工艺基础；本章重点：12/2金属塑性成形加工的概念利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的型材、棒材、线材以及锻件、冲压件的加工方法。

1概述1/7/202341金属塑性成形加工的概念1概述12/25/20223

成形条件(1)塑性材料。低碳钢、铝、铜合金最好；(2)受力塑性变形、满足屈服条件：σ>σs（材料屈服强）。1/7/202342成形条件12/25/20224金属塑性加工的分类锻压生产方式示意图1/7/202343金属塑性加工的分类锻压生产方式示意图12/25/20225自由锻造模膛锻造1/7/202344自模12/25/20226板料冲压（又称薄板冲压和冷冲压）

1/7/202345板料冲压（又称薄板冲压和冷冲压）12/25/20227冷拔和冷镦1/7/202346冷拔和冷镦12/25/20228

轧制、挤压1/7/202347轧制、挤压12/25/20229金属压力加工的特点力学性能高；节省材料；生产率高；不足：固态下成形，无法获得截面形状较复杂件1/7/202348金属压力加工的特点力学性能高；12/25/2022102金属塑形成形原理(1)塑性变形理论及假设(3)金属变形过程中的组织与性能(4)冷变形及热变形(5)影响塑性变形的因素本节的重点：1.金属塑性成形原理；2.纤维组织的形成及利用；3.金属可锻性及其影响因素。(2)金属塑性变形原理1/7/2023492金属塑形成形原理(1)塑性变形理论及假设(3)金属变(1)塑性变形理论及假设1最小阻力定律

如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动，这就叫做最小阻力定律。圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向，方形截面镦粗后的截面形状。1/7/202350(1)塑性变形理论及假设1最小阻力定律

如果金

在压力加工过程中，常用锻造比(Y锻)来表示变形度。锻造比的计算公式与变形方式有关。拔长时的锻造比为:Y拔＝F0/F,镦粗时的锻造比为:Y镦＝H0/H.

根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔长锻造时，坯料所用的截面F坯料的大小应保证满足技术要求规定的锻造比Y拔，即坯料截面积应为：F坯料=Y拔F锻件

3变形程度的计算2塑性变形前后体积不变的假设1/7/202351

在压力加工过程中，常用锻造比(Y锻)来表示1.单晶体的塑性变形（正应力）晶格弹变断裂(2)金属塑性变形原理1/7/2023521.单晶体的塑性变形（正应力）晶格2.单晶体的塑性变形（切应力）

在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分产生滑动,称为滑移。发生滑移的晶面称为滑移面。晶格弹变弹塑变塑变ττττ1/7/202353在切应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分产

滑移是由位错在滑移面上的运动。1’3’4’5’6’6543212’566’5’44’3211’2’3’1234566’5’4’3’2’1’1234561’2’3’4’5’6’1234561’2’3’4’5’6’1/7/202354滑移是由位错在滑移面上的运动。1’3’4’5挛晶：晶体在外力的作用下，一部分相对另一部分沿挛晶面发生转动；攀移：从一个晶面攀到另一个晶面；1/7/202355挛晶：晶体在外力的作用下，一部分相对另一部分沿挛晶面发生转动◆不同位向的晶粒之间先后进行滑移,相互协调。ssA3.多晶体的塑性变形 特点：◆晶粒越细，变形抗力就越大。◆晶粒越细，塑性提高。1/7/202356◆不同位向的晶粒之间先后进行滑移,相互协调。ssA3.多晶多晶体塑性变形

许多单个晶粒产生塑性变形的综合结果。晶内变形（滑移、挛晶）晶间变形（晶粒之间滑动和转动）1/7/202357多晶体塑性变形许多单个晶粒产生塑性变形的综合结果。12/金属塑性变形原理变形方式：滑移、挛晶为主；变形过程：取向有利的晶粒发生滑移变形，取向不利的晶粒只有通过晶粒转动或挛晶变形后，才能进一步发生滑移变形；而滑移变形需要各晶粒相互协调配合才能进行；塑性变形过程总伴随着弹性变形的存在，当剪应力达到一定值后，才产生塑性变形。1/7/202358金属塑性变形原理变形方式：滑移、挛晶为主；12/25/202纤维组织的利用原则：

1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织。2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等结合在一起，使金属更加致密，其机械性能会有很大提高。3、此外，铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。(3)金属变形过程中的组织与性能1/7/202359纤维组织的利用原则：1、将铸锭加热进行压力加

使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。

4、具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能的方向性也就越显著。1/7/202360

使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；纤维组织的利用原则：

使正应力顺纤维方向 切应力横纤维方向 并尽量保持纤维完整不被切断1/7/202361纤维组织的利用原则：12/25/202223锻造毛胚切削的齿轮板材切削加工的齿轮锻造的曲轴切削加工的曲轴完全锻造的齿轮1/7/202362锻造毛胚切削的齿轮板材切削加工的齿轮锻造的曲轴切削加工的曲轴塑性变形后组织和性能的变化组织：晶粒沿变形最大的方向伸长；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。性能：强度、硬度升高，塑性、韧性降低加工硬化（不稳定现象）的概念：通常将钢和其他金属材料的力学性能随内部变形程度的增加，强度、硬度不断升高，塑性、韧性不断降低的现象；1/7/202363塑性变形后组织和性能的变化组织：晶粒沿变形最大的方向伸长；晶回复与再结晶 ————消除

加工硬化，恢复塑性

的方法1/7/202364回复与再结晶消除12/25/202226

(2)再结晶

T再=0.4T熔(T为绝对温度)

金属的畸变晶粒经过形核与长大重新变为新的等轴晶粒，性能又恢复到变形前的状态。内应力晶粒大小强度塑性回复再结晶晶粒长大加热温度(1)回复

既可消除其内应力，又可保持其加工硬化性能。(3)晶粒长大1/7/202365(2)再结晶

T再=0.4T熔(T为绝对温度)

金属的加工硬化在高温下不稳定回复：晶格扭曲室温下不能消除，如果提高温度，原子获得热能，热运动加剧，使原子得以恢复正常排列，消除晶格扭曲，可使加工硬化得到部分消除，该过程为回复；再结晶：当温度进一步提高，金属原子获得更多热能，则开始以某些碎晶或杂质为核心结晶成新的晶粒，加工硬化全部消除，这一过程为“再结晶”。1/7/202366加工硬化在高温下不稳定回复：晶格扭曲室温下不能消除，如果提高冷变形

变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形。热变形

变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。

(4)冷变形及热变形1/7/202367冷变形

变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只(5)影响塑性变形的因素

可锻性——常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。

塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。

变形抗力是指金属对变形的抵抗力。金属的可锻性取决于材料的性质(内因)和加工条件(外因)。1/7/202368(5)影响塑性变形的因素可锻性——常用金属材料在材料性质的影响(内因)化学成分的影响

纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。金属组织的影响

纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。而碳化物(如渗碳体)的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构