第1讲塑性成形原理概论课件

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1、课程信息课程信息 n学时：学时：40学时学时n考试方式：考试方式：期末闭期末闭卷考试卷考试 平时成绩占总成绩平时成绩占总成绩30%n联系方式：工程实践中心联系方式：工程实践中心5-339 电话电话:n主讲教师：黄英娜主讲教师：黄英娜 第一页，编辑于星期一：九点 二十三分。本课程的性质和教学目的本课程的性质和教学目的 n性质：性质：本课程是材料成形与控制工程专业（模具设本课程是材料成形与控制工程专业（模具设计）的一门主要专业基础课计）的一门主要专业基础课n目的：目的：金属产生塑性变形时在金属学和力学等方面有金属产生塑性变形时在金属学和力学等方面有着共同的基础和规律。因此，金属塑性成形原着共同的基

2、础和规律。因此，金属塑性成形原理课程是研究和探讨金属在各种塑性加工过程理课程是研究和探讨金属在各种塑性加工过程中可遵循的基础和规律的一门学科。其目的在中可遵循的基础和规律的一门学科。其目的在于科学地、系统地阐明这些基础和规律，为学于科学地、系统地阐明这些基础和规律，为学习后续的工艺课程作理论准备，也为合理制订习后续的工艺课程作理论准备，也为合理制订塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定塑性成形工艺规范及选择设备、设计模具奠定理论基础。理论基础。第二页，编辑于星期一：九点 二十三分。第一章：绪论第一章：绪论 n1.11.1本课程的任务本课程的任务n1.21.2金属塑性加工的实质金属塑性加工的实

3、质 n1.31.3金属塑性加工的分类金属塑性加工的分类 n1.41.4金属成形理论的发展概况金属成形理论的发展概况 第三页，编辑于星期一：九点 二十三分。1.11.1本课程的任务本课程的任务 n掌握金属塑性变形的物理基础，即掌握影响金属性能掌握金属塑性变形的物理基础，即掌握影响金属性能的主要因素及原理，掌握金属性能主要指标的测试方的主要因素及原理，掌握金属性能主要指标的测试方法；法；n掌握金属塑性力学的基础知识，即掌握金属塑性变形掌握金属塑性力学的基础知识，即掌握金属塑性变形体内的应力场、应变场、应力应变之间关系、塑性体内的应力场、应变场、应力应变之间关系、塑性变形时的力学条件等塑性理论基础知

4、识。掌握塑性成变形时的力学条件等塑性理论基础知识。掌握塑性成形问题的几种主要解法（包括解析和数值解法）；形问题的几种主要解法（包括解析和数值解法）；n掌握金属塑性成形时的金属流动规律和变形特掌握金属塑性成形时的金属流动规律和变形特点，分析金属的基本成形工艺，以便确定合理点，分析金属的基本成形工艺，以便确定合理的坏料尺寸和成形工序；的坏料尺寸和成形工序；第四页，编辑于星期一：九点 二十三分。教材及参考书教材及参考书 n教材：教材：俞汉清主编、机械工业出版社出版，俞汉清主编、机械工业出版社出版，金金属塑性成形原理属塑性成形原理，2008n参考书：参考书：n董湘怀主编，金属塑性成形原理，机械工业出版

5、社，董湘怀主编，金属塑性成形原理，机械工业出版社，2011 2011 n汪大年主编，金属塑性成形原理，高等教育出版社，汪大年主编，金属塑性成形原理，高等教育出版社，19881988 n刘全坤主编，刘全坤主编，材料成形基本原理材料成形基本原理，机械工业出版社，机械工业出版社，19951995n万胜狄主编，金属塑性成形原理，机械工业出版社，万胜狄主编，金属塑性成形原理，机械工业出版社，19951995 第五页，编辑于星期一：九点 二十三分。要求要求 n作业必须按时交。作业必须按时交。n做好课堂笔记，本课程中将有部分补充做好课堂笔记，本课程中将有部分补充内容，要求大家记笔记。内容，要求大家记笔记。n

6、要求上课前预习，本课程内容较难，且要求上课前预习，本课程内容较难，且内容多，课时少，信息量较大，要求大内容多，课时少，信息量较大，要求大家自觉预习。家自觉预习。n遵守课堂纪律，有事请提前请假遵守课堂纪律，有事请提前请假。第六页，编辑于星期一：九点 二十三分。1.21.2金属塑性加工的实质金属塑性加工的实质一、基本概念一、基本概念n塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而塑性：在外力作用下使金属材料发生塑性变形而不破坏其完整性的能力称为塑性。是指材料的永不破坏其完整性的能力称为塑性。是指材料的永久变形能力。久变形能力。n弹性：材料的可恢复变形的能力弹性：材料的可恢复变形的能力 n塑性成形：使材

7、料在一定的外力作用下，利用其塑性塑性成形：使材料在一定的外力作用下，利用其塑性而使其成形并获得一定力学性能的加工方法，称为塑而使其成形并获得一定力学性能的加工方法，称为塑性成形（塑性加工或压力加工）性成形（塑性加工或压力加工）第七页，编辑于星期一：九点 二十三分。二、零件的机械制造方法二、零件的机械制造方法铸铸造造零零件件机机械械制制造造方方法法切切削削加加工工压压力力加加工工塑塑性性成成形形特特种种加加工工锻锻造造冲冲压压车车、铣铣、刨刨、磨磨、钻钻、铰铰、插插等等自自由由锻锻、模模锻锻拉拉深深、弯弯曲曲、冲冲裁裁、翻翻边边、拉拉型型等等第八页，编辑于星期一：九点 二十三分。加工中心水切割铣

8、床摩擦压力机第九页，编辑于星期一：九点 二十三分。铸造铸造第十页，编辑于星期一：九点 二十三分。切削加工种类切削加工种类第十一页，编辑于星期一：九点 二十三分。二、金属塑性成形的主要特点二、金属塑性成形的主要特点n加工后组织性能得到改善和提高，经塑性成形，使其结构致密，组织改善。n材料利用率高，主要依靠金属在塑性状态下的体积转移来实现。n精度高，精密塑性成形。n生产率高，如高速冲，1500-1800次/分钟。n塑性加工一般通过模具进行。第十二页，编辑于星期一：九点 二十三分。塑性成形的产品主要有原材料、毛坯和零件三大类。1.3金属塑性加工的分类金属塑性加工的分类n按被加工坯料的形状n按加工时工

9、件的温度第十三页，编辑于星期一：九点 二十三分。第十四页，编辑于星期一：九点 二十三分。第十五页，编辑于星期一：九点 二十三分。第十六页，编辑于星期一：九点 二十三分。按被加工坯料的形状一般将金属塑性成形分为块料成形（又称体积成形）和板料成形两大类。一、塑性成形分类（一）一、塑性成形分类（一）第十七页，编辑于星期一：九点 二十三分。塑塑性性成成形形金金属属成成形形锻锻压压理理论论块块料料成成形形冲冲压压理理论论板板料料成成形形非非金金属属成成形形塑塑料料、陶陶瓷瓷等等第十八页，编辑于星期一：九点 二十三分。1、块料加工、块料加工n轧制：型材、板材、管材n挤压：型材、管材或零件n拉拔：棒材、管材

10、和线材n自由锻：结构件n模锻：结构件挤压型材挤压型材挤压型材模具挤压型材模具第十九页，编辑于星期一：九点 二十三分。飞边飞边工件工件下模下模上模上模锤锤砧台砧台模锻模锻第二十页，编辑于星期一：九点 二十三分。第二十一页，编辑于星期一：九点 二十三分。轧板生产线轧板生产线第二十二页，编辑于星期一：九点 二十三分。自由锻自由锻第二十三页，编辑于星期一：九点 二十三分。精锻件精锻件第二十四页，编辑于星期一：九点 二十三分。环锻件、模锻件环锻件、模锻件第二十五页，编辑于星期一：九点 二十三分。复杂零件锻造复杂零件锻造第二十六页，编辑于星期一：九点 二十三分。挤压件挤压件第二十七页，编辑于星期一：九点

11、二十三分。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第二十八页，编辑于星期一：九点 二十三分。第二十九页，编辑于星期一：九点 二十三分。2、板料成形、板料成形板料成形一般称为冲压。它是对厚度较小的板料，利用专门的模具，使金属板料通过一定模孔而产生塑性变形，从而获得所需零件。第三十页，编辑于星期一：九点 二十三分。冲裁拉深弯曲翻边拉型落压喷丸折弯滚弯拉弯冲压胀形、旋压、管成形、超塑成形、蠕变第三十一页，编辑于星期一：九点 二十三分。典型冲压件典型冲压件第三十二页，编辑于星期一：九点 二十三分。第三十三页，编辑于星期一：九点 二十三分。第三十四页，编辑于星期一：九点

12、二十三分。随着技术的发展，还不断产生新的塑性成形方法，例如：液态模锻、超塑 成形，这些都进一步扩大了塑性成形的应用范围。第三十五页，编辑于星期一：九点 二十三分。二、塑性成形分类（二）二、塑性成形分类（二）塑性加工按成形时工件的温度成形时工件的温度还可以分为热成形、冷成形和温成形三类。主要区分指标：n 再结晶温度：再结晶温度：钢的再结晶温度,与具体条件有关，一般再结晶温度大概是0.40.5Tmn 回复温度：回复温度：0.10.3Tm第三十六页，编辑于星期一：九点 二十三分。n 热成形：热成形：在再结晶温度以上进行的加工，如热锻、热轧、热挤压等。n 冷成形：冷成形：在不产生回复和再结晶的温度以下

13、进行的加工，如冷轧、冷冲压、冷锻、冷挤压等。n 温成形：温成形：在介于冷、热成形之间的温度下进行的加工，如温锻、温挤压第三十七页，编辑于星期一：九点 二十三分。随着制造技术的不断发展，出现了组合工艺和一些新工艺。复合工艺n温温-冷复合成形：冷复合成形：利用温成形变形抗力低的优点进行大变形，随后用冷成形来进行整形n余热热处理：余热热处理：利用温成形或热成形后工件的热能直接进行热处理，控制变形后冷却，节省了热处理工序第三十八页，编辑于星期一：九点 二十三分。金属塑性成形理论是一门基于金属塑性变形的物理学、物理-化学、金属学与力学基础上的应用技术理论。作为塑性成形理论的重要基础的塑性理论的形成与发展

14、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 1.61.6 金属塑性成形理论的发展概况金属塑性成形理论的发展概况第三十九页，编辑于星期一：九点 二十三分。一、物理学方面（提出了塑性的概一、物理学方面（提出了塑性的概念）念）（从微观上对塑性变形的机理做了科学的解释）著名的压缩试验：卡尔曼（Von Karman）试验 1912，Von Karman 大理石压缩实验压缩变形8%完全脆性材料在很大的三向压应力下产生了可观的塑性变形的试试。说明：塑性是存在的、普遍存在的、可以变化的。第四十页，编辑于星期一：九点 二十三分。二二、塑性成形力学方面、塑性成形力学方面n法国工程师屈雷斯加（

15、法国工程师屈雷斯加（H.Tresca）1864提出最大剪应力屈提出最大剪应力屈服准则，服准则，n德国米塞斯（德国米塞斯（Von Mises），），1913，Mises屈服准则屈服准则nM.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-MisesnB.Saint-Venant 1870，应力应变速率方程，（塑性流，应力应变速率方程，（塑性流动方程）动方程）nH.Hencky .L.Prandtl 1923，平面塑性变形的滑移线，平面塑性变形的滑移线几何性质几何性质nA Reuss 1930，弹塑性应力应变关系，弹塑性应力应变关系第四十一页，编辑于星期一：九点

16、二十三分。三、将塑性理论应用于金属塑性加三、将塑性理论应用于金属塑性加工（求解方法）工（求解方法）n主应力法上限法 UBET视塑性法FEM(Finite Element Method)第四十二页，编辑于星期一：九点 二十三分。作业作业nP51：什么是金属的塑性？什么是塑：什么是金属的塑性？什么是塑性成形？塑性成形有何特点？性成形？塑性成形有何特点？nP52：试述塑性成形的一般分类。：试述塑性成形的一般分类。n预习第二章第一节及第二节：金属冷态预习第二章第一节及第二节：金属冷态下的塑性变形、金属热态下的塑性变形，下的塑性变形、金属热态下的塑性变形，重点是第一节。重点是第一节。第四十三页，编辑于星期一：九点 二十三分。