金属塑性成形的应用

金属塑性成形

摘 要：金属塑性成形技术是机械冶金、汽车拖拉机、电工仪表、宇航军工、五金日用品等制造业最基本，最古老，亦是极重要的加工手段之一。文章主要对塑性成形的基本方法、主要研究内容，发展趋势做了综合介绍。

一、引言

塑性成形技术具有高产、优质、低耗等显著特点,已成为当今先进制造技术的重要发展方向。据国际生产技术协会预测,21世纪,机械制造工业零件粗加工的75%和精加工的50%都采用塑性成形的方式实现。【1】

在现代制造技术中，人们广泛的利用金属材料生产各种零件和产品。金属加工方法多种多样，包括成型、切削等。金属塑性成形是其中一种重要的加工方法，是利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，因此也称为金属塑性加工或金属压力加工。

图1 传统金属塑性成形工艺

二、金属塑性成形的主要形式

金属塑性成形工艺的种类有很多，包括轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压等基本工艺类型。随着技术的发展，也有很多新的成型方式出现，它们具备精密、高效、节能、节材、清洁等优点，得到广泛关注。

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2.1 体积成型

金属体积成型是指对金属块料、棒料或厚板在高温或室温下进行成形加工的方法，主要分为热态金属体积

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金属塑性成形原理Principle of Metal Forming

2000.9

金属塑性成形原理专业理论课 考试方法-考查 成绩评定： 平时作业 学期讲课结束后考查

绪 论

研究内容 几个基本概念 弹性、塑性变形的力学特征

第一章绪论

金属塑性成形是金属压力加工的方法之 一，是在外力作用使金属产生塑性变形， 从而得到所需的形状和尺寸的工件的加 工方法，可称为塑性加工或压力加工

研究内容塑性力学是研究物体变形规律的一门学科，是 固体力学的一个分支。研究变形体受外界作用 (外载荷、边界强制位移、温度场等)时在变形 体内的反应(应力场、应变场、应变速度场等)。 与其它工程力学(理论力学、材料力学、结构 力学)的区别：研究方法、对象、结果的差异。 弹塑性力学的研究对象是整体(而不是分离体) 变形体内部的应力、应变分布规律(而不是危险 端面)。

几个基本概念

弹性(elasticity):卸载后变形可以恢复特性， 可逆性 塑性(plasticity):物体产生永久变形的能力， 不可逆性 屈服(y

金属塑性成形理论的发展概述

金属塑性成形理论是在塑性成形的物理、物理一化学和塑性力学的基础上发展起来的一门工艺理论。本世纪四十年代，在大学中设立了这门课程，并出版了相应的教科书。

准则。1923年汉基(H．Hencky)和普朗特(L．Prandtl)论述了平面塑性变形中滑移线的几何性质。1930年，劳斯(A．Reuss)根据普朗特的观点提出了考虑弹性应变增量应力应变关系式。至此，塑性理论的基础已经奠定。到四十年代以后，由于工业生产的需要，金属塑性变形的物理和物理化学方面所研究的内容，属于金属学范畴。本世纪三十年代提出的位错理论从微观上对塑性变形的机理作出了科学的解释。

金属材料的永久变形能力——塑性，也是变形物理方面的一个主要研究内容。1912年卡尔曼(Von Karman)对大理石和红砂石的著名压缩试验，揭示了通常认为是脆性的石料在三向压应力下却能发生塑性变形(大约ε＝8％)的事实。1964年勃立奇曼(P．W．Bridgman)在3万atm(3040MPa)下对中碳钢试棒进行拉伸试验，获得了99％的断面收缩率，由此建立了静水压力能提高材料塑性的概念。合适的加工温度、速度条件也能创造良好的塑性状态。例如，近年来，一些难变形合金、耐热合金，通过利用先

《金属塑性成形原理》闭卷考试A卷

湘潭大学200 7年下学期2005 级〈〈金属塑性成形原理〉〉课程期末考试

（A卷）适用专业 材料成型及控制工程（模具方向）

学院 兴湘 专业 材料成型（模具方向）班级 学号 姓名

考试时间 150 分钟 考试方式 闭卷 考试成绩

一． 填空题（每空1分，共20分）

1、滑移系（ ）的金属总是比滑移系（ ）的金属变形协调性好，塑性高。 2、密排六方晶格Zn的滑移面一般为（ ）面，其滑移方向为<1 1 2 0>方向，它一共有（ ）滑移系。

3、金属的晶粒越细，屈服强度越（ ），金属的晶粒越细小，金属的塑性越好。 4、随着金属塑性变形程度增加，金属的强度、硬度提高，塑性、韧性（ ）。这种现象叫加工硬化。滑移系多的金属，加工硬化速率越大，一般细晶粒金属比粗晶粒金属的加工硬化速率高。在进行多道次塑性加工（如多道挤压）时，通常需要用中间退火工序来消除加工硬化。

5、热塑性变形机理主要有：晶内滑移、晶内孪生、（ ）和扩散蠕变。

6、应

填空题 1. 2. 3. 4. 5.

冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生

金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织,称为:变形织构

随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化 超塑性的特点:大延伸率 低流动应力 无缩颈 易成形 无加工硬化

中的m为:应变速率敏感性指数

6. 细晶超塑性变形力学特征方程式

7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力

8. 塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示,通过拉伸试验可以的两个塑性指标

为:伸长率和断面收缩率

9. 影响金属塑性的因素主要有:化学成分和组织 变形温度 应变速率 应力状态(变形力学

条件)

10. 晶粒度对于塑性的影响为:晶粒越细小,金属的塑性越好

11. 应力状态对于塑性的影响可描述为(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多 数值

越大时,金属的塑性越好

12. 通过试验方法绘制的塑性 — 温度曲线,成为塑性图 13. 用对数应变表示的体积不变条件为:

14. 平面变形时,没有变形方向(设为z向)的正应力为:?z??2?12(?1??3)??m 15. 纯切应力状态下,两

金属塑性成形原理试题集

填空题 1. 2. 3. 4. 5.

冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生

金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织,称为:变形织构

随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化 超塑性的特点:大延伸率 低流动应力 无缩颈 易成形 无加工硬化

中的m为:应变速率敏感性指数

6. 细晶超塑性变形力学特征方程式

7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力

8. 塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示,通过拉伸试验可以的两个塑性指标

为:伸长率和断面收缩率

9. 影响金属塑性的因素主要有:化学成分和组织 变形温度 应变速率 应力状态(变形力学

条件)

10. 晶粒度对于塑性的影响为:晶粒越细小,金属的塑性越好

11. 应力状态对于塑性的影响可描述为(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多 数值

越大时,金属的塑性越好

12. 通过试验方法绘制的塑性 — 温度曲线,成为塑性图 13. 用对数应变表示的体积不变条件为:

14. 平面变形时,没有变形方向(设为z向)的正应力为:?z??2?12(?1??3)??m 1

填空题 1. 2. 3. 4. 5.

冷塑性变形的主要机理:滑移和孪生

金属塑性变形的特点:不同时性、相互协调性和不均匀性. 由于塑性变形而使晶粒具有择优取向的组织,称为:变形织构

随着变形程度的增加,金属的强度 硬度增加,而塑性韧性降低,这种现象称为:加工硬化 超塑性的特点:大延伸率 低流动应力 无缩颈 易成形 无加工硬化

中的m为:应变速率敏感性指数

6. 细晶超塑性变形力学特征方程式

7. 塑性是指金属在外力作用下,能稳定地发生永久变形而不破坏其完整性的能力

8. 塑性指标是以材料开始破坏时的塑性变形量来表示,通过拉伸试验可以的两个塑性指标

为:伸长率和断面收缩率

9. 影响金属塑性的因素主要有:化学成分和组织 变形温度 应变速率 应力状态(变形力学

条件)

10. 晶粒度对于塑性的影响为:晶粒越细小,金属的塑性越好

11. 应力状态对于塑性的影响可描述为(静水压力越大)主应力状态下压应力个数越多 数值

越大时,金属的塑性越好

12. 通过试验方法绘制的塑性 — 温度曲线,成为塑性图 13. 用对数应变表示的体积不变条件为:

14. 平面变形时,没有变形方向(设为z向)的正应力为:?z??2?12(?1??3)??m 15. 纯切应力状态下,两

弹性:材料的可恢复变形的能力。

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。

塑性变形：材料在一定外力作用下，利用其塑性而使其成型并获得一定力学性能的加工方法。 塑性成形：金属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。

塑性成形的特点：组织性能好、材料利用率高、生产效率高、尺寸精度高、设备相对复杂。 冷态塑性变形的机理：晶内变形（滑移和孪生） 和 晶间变形 （滑动和转动）

滑移：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（滑移面）和晶向（滑移向）相对于晶体的另一部分发生相对移动或切变。

孪生：晶体在力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）和晶向（孪生向）发生均匀切边

滑移面：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶面。 滑移方向：滑移中，晶体沿着相对滑动的晶向。 塑性变形的特点：不同时性、不均匀性、相互协调性。

合金：合金是由两种或者两种以上的金属元素或者金属元素与非金属元素组成具有金属特性的物质。

合金分为固溶体（间隙固溶体、置换固溶体）和化合物（正常价、电子价、间隙化合物） 固溶强化：以间隙或者置换的方式融入基体的金属所产生的强化。 弥散强化：若第二项是通过粉末冶金的方法加入而引起的强化。

金属成型的力学基础

金属塑性成形原理Principle of Metal Forming

2000.9

金属成型的力学基础

绪 论

研究内容 几个基本概念 弹性、塑性变形的力学特征

金属成型的力学基础

研究内容塑性力学是研究物体变形规律的一门学科，是 固体力学的一个分支。研究变形体受外界作用 (外载荷、边界强制位移、温度场等)时在变形 体内的反应(应力场、应变场、应变速度场等)。 与其它工程力学(理论力学、材料力学、结构 力学)的区别：研究方法、对象、结果的差异。 弹塑性力学的研究对象是整体(而不是分离体) 变形体内部的应力、应变分布规律(而不是危险 端面)。

金属成型的力学基础

几个基本概念弹性(elasticity):卸载后变形可以恢复特性， 可逆性 塑性(plasticity):物体产生永久变形的能力， 不可逆性 屈服(yielding):开始产生塑性变形的临界状态 断裂(fracture):宏观裂纹产生、扩展到变形体 破断的过程

金属成型的力学基础

弹性、塑性变形的力学特征可逆性：弹性变形——可逆；塑性变形——不可逆 σ-ε关系：弹性变形——线性；塑性变形——非线性 与加载路径的关系：弹性——无关；塑性——有关 对组织和性能的影响：弹性变形——无影响；塑性

《金属塑性成形原理》习题集

运新兵 编

模具培训中心

二OO九年四月

《金属塑性成形原理》习题集

第一章 金属的塑性和塑性变形

1．什么是金属的塑性？什么是变形抗力？

2．简述变形速度、变形温度、应力状态对金属塑性和变形抗力的影响。如何提高金属

的塑性？

3．什么是附加应力？ 附加应力分几类？试分析在凸形轧辊间轧制矩形板坯时产生的

附加应力？

4．什么是最小阻力定律？最小阻力定律对分析塑性成形时的金属流动有何意义？ 5．塑性成形时，影响金属变形和流动的因素有哪些？各产生什么影响？

6．为什么说塑性成形时金属的变形都是不均匀的？不均匀变形会产生什么后果？ 7．什么是残余应力？残余应力有哪几类？会产生什么后果？如何消除工件中的残余应

力？

8．摩擦在金属塑性成形中有哪些消极和积极的作用？塑性成形中的摩擦有什么特点？ 9．塑性成形中的摩擦机理是什么？

10． 塑性成形时接触面上的摩擦条件有哪几种？各适用于什么情况？ 11． 塑性成形中对润滑剂有何要求？

12． 塑性成形中常用的液体润滑剂和固体润滑剂各有哪些？石墨和二硫化钼 如何起

润滑作用？

第二章 应力应变分析

1．什么是求和约定？张量有哪些基本性质？

2．什么是点的应力状态？表示点的应力状态有