1、1特种塑性成形理论及技术主讲人：李主讲人：李 峰峰2能力培养目标能力培养目标 完成这门课程以后，学生在理论方面应具有以下能力： 使学生理解和掌握特种塑性成形理论及技术的基本思想和理念 通过对本课程的学习了解特种塑性成形工艺的具体理论知识，掌握其特点并熟悉其实际应用 除此之外，本课程还要在实践领域培养学生如下三个方面的能力： 认知和理解能力 学生通过理论知识的学习，对特种塑性成形工艺及相关知识有一总体了解 逻辑思维能力 通过本课程的学习，培养学生的逻辑思维能力，使其对这一新兴学科能较快的掌握，包括其工艺特点和应用范围 分析建模能力 现阶段实际应用本专业问题比较突出的领域，这就要求学生要具有一定的
2、超前意识、分析和理解能力，才能更快更好的掌握工艺特征，并会应用。教学定位3教学定位 完成这门课程以后，学生在理论方面应具有以下能力：特种塑性成形理论及技术是材料成型及控制工程学科的一门专业课，将与塑性加工(压力加工)专业各基础课和平台课等相关学科知识进行有机结合。 它是一门新兴学科它是一门新兴学科，还有很多的不足和需要加强改进的地方很多的不足和需要加强改进的地方，所以学生需要在摸索中前进，在实际的学习中深入理解、消化该门课程。课程的主要特点课程的主要特点 教学定位教学定位 通过本课程的学习，要求学生理解和掌握特种塑性成形理论及技术的基本思想和理念，了解工艺特点和应用范围的具体理论知识，掌握各特
3、种塑性成形工艺。能运用理论知识指导实际工作，开阔学生的视野，拓宽学生的知识面，培养学生学习专业知识及先进技术的兴趣，从而提高学生的综合素质及就业竞争能力。4引 言“特特”的含的含义义 “特种”是相对于“常规”塑性工艺而言，主要是指在特定应用领域内很有发展前途的塑性工艺方法，不仅能补充常规工艺，还是其有益的延续及发展。 塑性加工简介塑性加工简介 塑性加工是一门方兴未艾的工程科学。塑性加工方法既是材料制备的主要手段，又是金属加工及制造的重要支柱技术之一。随着信息时代的到来，与其相关的新兴产业得到迅猛发展，但塑性加工并未就此沦为“夕阳技术”，反而是与时俱进、充满生机地不断向前发展。5目 录第1章 概
4、 论第一部分第一部分 特种塑性成形特种塑性成形第2章 超塑性成形第3章 微塑性成形第二部分第二部分 体积成形体积成形第4章 锻造成形第5章 挤压成形第6章 摆动辗压第三部分第三部分 板板(管管)成形成形第7章 板材成形第8章 拼焊成形第9章 旋压成形第四部分第四部分 高能率成形高能率成形第10章 高能率成形6第一章 概 论知识要点掌握程度相关知识国际塑性加工领域简介掌握塑性加工的概念了解代表性人物及组织塑性加工概念及“特”的含义；各国代表性人物及国际组织塑性成形的主要发展趋势了解塑性成形的主要发展趋势。省力成形、柔性成形、轻量化成形、复合成形等趋势。【本章教学要点】71.1 国际塑性加工简介国
5、际塑性加工简介塑性加工(Technology of Plasticity；Mechanical Working Technology；Metal Forming)，顾名思义就是利用材料的可塑性进行加工的一种方法。 塑性加工的概念塑性加工的概念塑性两字起源于中国，但日本一直沿用“塑性加工”一词，与俄文的“压力加工”相当，涵盖轧制、拉压、拉拔、锻造与冲压工艺。前三种工艺的产品主要是管、棒、型、线、板及带材；后两种工艺主要是对前述材料进行再加工(二次加工)，仍然是利用材料的可塑性，这时产品主要是零件毛坯或直接制成零件。在日本及西欧的高等学校与研究所，对一次加工及二次加工的界限并不明显。而在俄罗斯，两
6、者分工比较明显：冶金类院校主要从事一次加工，机械类院校则主要从事二次加工。长期以来，我国也受到其影响。最近，高等学校与研究单位正在逐步取消一次加工与二次加工的界限。81.1 国际塑性加工简介国际塑性加工简介表1.1 各国塑性加工领域著名的代表性人物 代表性人物及组织代表性人物及组织(1) ICTP (International Conference on Technology of Plasticity)(2) NAMRC ( North American Metalworking Research Conference)(3) NUMISHEET, NUMIFORM (Numerical S
7、imulation)(4) ICNFT (International Conference on New Forming Technology)(5) ICFG (International Cold Forging Group)(6) IDDRG (International Deep Drawing Research Group)(7) CIRP (International Institution for Production Engineering)较有代表性的国际会议与组织：9塑性加工既是材料制备的主要手段，又是装备制造的重要环节，它正随着新材料的出现及对装备性能的不断完善而提出的新
8、要求面临很多挑战与机遇，其发展的总趋势是： 省力成形省力成形(1) 减少拘束系数K(2) 降低流动应力s(3) 减少接触面积A 柔性成形柔性成形 图1.2 多点成形示意图图1.1 塑性成形中的实际接触面积(阴影部分)1.2 塑性成形总的发展趋势塑性成形总的发展趋势10 轻量化成形轻量化成形 复合成形复合成形 图1.4 高强钢板热冲压成形与淬火 图1.3 阶梯轴(a)机加工件 (b)内高压成形件1.2 塑性成形总的发展趋势塑性成形总的发展趋势111-1 特种塑性成形中的“特”是什么意义？1-2 揭示塑性加工一词在各国的区别？1-3 塑性成形的发展趋势？1-4 举例说明实现省力成形的途径？ 习 题
9、12第二章 超塑性成形【本章教学要点】知识要点掌握程度相关知识超塑性成形的概念及特点掌握超塑性的概念；了解超塑性变形特点。超塑性的定义；材料超塑性状态下的宏观变形特征。超塑性的分类及影响因素掌握超塑性的分类；熟悉超塑性变形的影响因素。组织超塑性、相变超塑性等的概念及其特点；应变速率、成形温度、晶粒尺寸等对超塑变形的影响。超塑性变形机理掌握超塑变形过程中的组织变化及空洞特征；了解超塑性变形的机理；超塑性变形过程中的微观组织变化及空洞特征；几种典型的超塑性变形机理模型超塑性成形的应用及展望掌握超塑性成形的基本原理及特点熟悉常用超塑性材料超塑成形技术的应用。了解超塑性成形的发展趋势。超塑性成形的基本
10、原理及模具结构；各种常用超塑性材料的典型应用；超塑性成形的展望。13【导入案例】142.1 超塑性成形的概念及特点超塑性成形的概念及特点 超塑性的概念超塑性的概念& 材料在变形过程中，若综合考虑其变形时的内外部因素，使其处于特定的条件下，如一定的化学成分、特定的显微组织(包括晶粒大小、形状及分布等)、固态相变(包括同素异构转 变、有序-无序转变及固溶-脱溶变化等)能力、特定的变形温度和应变速率等，则材料会表现出异乎寻常高的塑性状态，即所谓的超塑性变形状态，关于超塑性的定义，目前还没有一个严格确切的描述。& 所谓超塑性，还可理解为材料具有超常的均匀变形的能力，因此，也有人用应变速率敏感性指数m值
11、(m值反映了材料抗局部收缩或产生均匀拉伸变形的能力)的大小来定义超塑性，即当材料的m值大于0.3时，可视为其具有超塑性。& 通常认为超塑性是指材料在拉伸条件下，表现出异常高的伸长率而不产生缩颈与断裂现象，当伸长率100时，即可视为超塑性。实际上，有些超塑性材料，其伸长率可达到百分之几百，甚至达到百分之几千，如在超塑拉伸条件下Sn-Bi共晶合金可获得1950的伸长率，Zn-Al共晶合金的伸长率可达3200以上。152.1 超塑性成形的概念及特点超塑性成形的概念及特点 超塑性变形的特点超塑性变形的特点 材料在超塑性状态下的宏观变形特征，可用大变形、无缩颈、低应力、易成形等来描述：1. 大变形2.
12、无缩颈3. 小应力4. 易成形，工艺简单5. 成形件质量好162.2 超塑性分类及影响因素超塑性分类及影响因素 超塑性的分类超塑性的分类 1. 组织超塑性2. 相变超塑性3. 其它超塑性 根据目前世界上各国学者研究的结果，按照实现超塑性的条件(组织、温度、应力状态等)，可将超塑性分为以下几类：172.2 超塑性分类及影响因素超塑性分类及影响因素 超塑性变形的影响因素超塑性变形的影响因素 1. 应变速率的影响2. 变形温度的影响 3. 晶粒大小及形状的影响 4. 两相组织的影响182.3 超塑性变形的机理超塑性变形的机理 组织变化组织变化 1. 晶粒形状与尺寸的变化2. 晶粒的滑动、转动和换位3
13、. 晶界折皱带4. 位错 空洞特征空洞特征 192.3 超塑性变形的机理超塑性变形的机理 变形机理变形机理 1. 扩散蠕变机理2. 位错蠕变机理202.3 超塑性变形的机理超塑性变形的机理 变形机理变形机理 3. 伴随扩散蠕变的晶界滑移机理4. 伴随位错运动的晶界滑移机理5. “心部-表层”机理6.晶粒转出机理212.4 超塑性成形的应用超塑性成形的应用 超塑成形的应用概述超塑成形的应用概述 Al合金超塑成形合金超塑成形 Ti合金超塑成形合金超塑成形 222.4 超塑性成形的应用超塑性成形的应用 232.4 超塑性成形的应用超塑性成形的应用 Mg合金超塑成形技术合金超塑成形技术 242.5 超
14、塑性成形展望超塑性成形展望 1. 超塑性工业应用的进一步扩展2. 新的超塑性材料的开发3. 微超塑性成形的研究252-1 超塑性变形的特点是什么？2-2 什么是细晶超塑性？2-3 什么是相变超塑性？2-4 发生细晶超塑性的条件哪些？都是什么？2-5 超塑性变形的基本关系表达式中，m的物理意义是什么？2-6 影响超塑性变形的因素有哪些？它们是如何影响超塑性变形的？2-7 超塑性变形时，金属的组织有哪些变化？2-8 什么是超塑性成形的“伴随扩散蠕变的晶界滑移机理”，试用该机理解释一些超塑性变形的现象? 习 题26第三章 微塑性成形【本章教学要点】知识要点掌握程度相关知识微塑性成形的概念及发展趋势掌
15、握微塑性成形的概念定义；了解微塑性成形的发展现状及趋势；微塑性成形技术的定义及分类；微塑性成形技术的发展现状及发展趋势。微塑性成形理论熟悉微尺度效应；了解微塑性成形的不均匀性；熟悉微塑性成形的力学基础理论微尺度效应；微塑性成形的不均匀性；微塑性成形的力学基础理论。微塑性成形设备与装置熟悉微塑性成形设备；了解微型零件的微操作技术；了解微型模具的加工技术。微塑性成形设备的原理结构特点；微型零件的微操作技术；微型模具的制造技术。微塑性成形工艺了解板料的微冲压成形工艺；了解微零件体积成形工艺。板料微冲压成形工艺的分类、特点及应用；微零件体积成形工艺的分类、特点及应用。27【导入案例】283.1 微塑性
16、成形概述微塑性成形概述 提出背景提出背景 原理及分类原理及分类 293.1 微塑性成形概述微塑性成形概述 发展现状及趋势发展现状及趋势 (1)加快微塑性成形工艺设备的开发；(2)建立有效的理论分析方法和数值模拟技术；(3)微塑性成形中材料力学行为的研究；(4)具有良好塑性流动行为材料的研制。 303.2 微塑性成形理论基础微塑性成形理论基础 微尺度效应微尺度效应 313.2 微塑性成形理论基础微塑性成形理论基础 微塑性成形的不均匀性微塑性成形的不均匀性 323.2 微塑性成形理论基础微塑性成形理论基础 微塑性成形力学基础微塑性成形力学基础 经典塑性理论的基本假设之一： 一点的应力只取决于该点的
17、应变或应变历史，但在微成形中，非均匀塑性变形的特征长度为微米级，材料具有很强的尺度效应。在这种情况下，一点的应力不仅与该点的应变及应变历史有关，而且也与该点的应变梯度及应变梯度历史有关，材料表现为二阶特性。由于传统的塑性理论中本构模型不包含任何尺度，所以不能预测尺度效应，现有的设计和优化方法如有限元(FEM)及计算机辅助设计(CAD)都是基于经典的塑性理论，而它们在这一微小尺度已不再适用。 另一方面，以现有的技术条件按照量子力学和原子模拟的方法在现实的时间和长度尺度下处理微米尺度的变形依然很困难。所以，建立联系经典塑性力学和原子模拟之间的在连续介质框架下、考虑尺度效应的本构模型就成为必然的研究
18、方向。下面介绍几种微塑性成形的本构模型。1. 微极性理论微极性理论2. 唯象的应变梯度理论唯象的应变梯度理论3. 基于位错机制的应变梯度塑性理论基于位错机制的应变梯度塑性理论4. 基于基于Taylor关系的非局部应变梯度塑性理论关系的非局部应变梯度塑性理论5. 结构非均结构非均介质的物理介观力学介质的物理介观力学6. 其它模型的研究状况其它模型的研究状况333.3 微塑性成形设备与装置微塑性成形设备与装置 微塑性成形设备微塑性成形设备 微型模具的加工微型模具的加工 343.4 微塑性成形工艺微塑性成形工艺 板料微冲压成形板料微冲压成形 353.4 微塑性成形工艺微塑性成形工艺 微零件体积成形微
19、零件体积成形 363-1 什么是微塑性成形？具体包括哪些工艺？3-2 什么是微尺度效应？3-3 微塑性成形的力学基础理论与传统塑性理论的主要区别是什么？3-4 微塑性成形设备有哪些特殊要求？3-5 微型模具的加工技术主要有哪些？3-6 微冲压成形的特点有哪些？ 习 题37第四章 锻造成形【本章教学要点】知识要点掌握程度相关知识精密锻造、闭塞式锻造掌握两种锻造工艺的基本原理及特点；熟悉两种锻造工艺的应用；利用精密锻造和闭塞式锻造实施条件及工艺特征；典型构件的成形优势。等温锻造、粉末锻造、液态模锻掌握三种锻造工艺的基本原理及特点；熟悉三种锻造工艺的设计；了解三种锻造工艺的应用。三种锻造的工艺特征及
20、模具结构；粉末锻造预制坯的设计；三种锻造工艺的适用领域。局部加载成形熟悉局部加载方式的基本原理及作用方式；了解局部加载的缺陷及应用。局部加载的省力原理及变形协调特点；典型超大构件成形的应用。38【导入案例】394.1 精密锻造精密锻造 原理及特点原理及特点 应用概况应用概况 精密锻造是在传统锻造基础上逐步发展起来的一种少无切削加工的新工艺，是先进制造技术的重要组成部分，也是精密成形的主要发展方向之一。与普通锻造相比，精密锻造能够生产(近)净形成形的工件，其主要特点是：机械加工余量少、尺寸精度高、表面质量好、材料利用率高，且纤维流线的分布与零件几何形状一致，显著地提高了零件的品质性能，降低了生产
21、成本，从而提高了产品的市场竞争能力等。404.1 精密锻造精密锻造 研究及发展现状研究及发展现状 414.2 等温锻造等温锻造 原理及特点原理及特点 等温模锻是一种能实现少无切屑及精密成形的新工艺，因变形速率低、工件长时间与环境温度保持隔离状态，可使温度变化降低至最小。与常规模锻的本质区别在于：该方法能将成形温度控制在和毛坯加热温度大致相同的范围内，使坯料在温度基本不变的情况下完成全过程。 424.2 等温锻造等温锻造 原理及特点原理及特点 工艺设计工艺设计 1. 可降低金属的变形抗力，提高了材料塑性，金属流动及充填性能好；2. 形状复杂、投影面积大、高筋薄腹类锻件可一次性整体成形；3. 提高
22、成形中金属变形的均匀性，获得了力学性能良好的锻件；4. 工模具的寿命较高。1. 工艺参数确定2. 变形力计算3. 成形设备4. 模具材料5. 成形范围434.2 等温锻造等温锻造 研究及发展现状研究及发展现状 1. 高温合金2. 钛合金3. 铝镁合金图4.4 铝合金筒形机匣图4.5 镁合金上机匣锻件444.3 粉末锻造粉末锻造 原理及特点原理及特点 图4.6 粉末锻造的基本工艺流程 粉末锻造工艺特点如下：(1) 成形性能好，材料利用率高，且不留任何的加工余量及辅料；(2) 成形制品的力学性能明显优于普通模锻件；(3) 锻件尺寸精度高及表面粗糙度较低；(4) 模具单位压力仅为普通模锻的1/41/
23、3，甚至更低，模具寿命可提高1020倍以上；(5) 生产效率高，节省加工工序；(6) 显著地改善了劳动条件(降噪及减少热辐射)。454.3 粉末锻造粉末锻造 预成形坯设计预成形坯设计 1. 预成形坯的密度选择2. 预成形坯的设计3. 预成形坯的压制4. 预成形坯的烧结 研究及应用现状研究及应用现状 464.4 液态模锻液态模锻 原理及特点原理及特点 图4.7 液态模锻工艺流程示意图 液态模锻的主要特点：液态模锻的主要特点：(1) 液态模锻适用的材料范围较宽。不仅是普通铸造合金，也适用于高性能的变形合金，同时也是复合材料较理想的成形方法之一；(2) 材料利用率高、成形工序减少、成本低。与普通模锻
24、相比，材料利用率可达95%以上；(3) 材料力学性能好。成型时液态金属在充足的压力下凝固结晶，组织致密、晶粒细小；(4) 成品率高、精度高、质量好。制件在模内收缩小，且受三向压应力的影响，故不易形成气孔及疏松等缺陷；(5) 模具结构简单费用低，所需设备吨位小，投资少；(6) 液态模锻工艺也适用于非轴对称、壁厚不均匀、形状复杂等零件的加工成形。与普通模锻相比，金属充模性能好，能够用一次成形较复杂的几何形状。474.4 液态模锻液态模锻 原理及特点原理及特点 液态模锻工艺分类液态模锻工艺分类(1) 液态挤压模锻 液态挤压模锻既是省力、又能生产出高质量构件的工艺。该工艺是液态金属处于准固态进入挤压模
25、定径区成形，其制品质量不低于固态金属挤压件。(2) 固液态(半固态)模锻 把金属坯料加热到似熔非熔状态，并能以固态形式从加热炉转移到模腔内。它具有变形抗力低，省去了复杂的熔炼过程，接近普通模锻，但其工艺要求较高。(3) 液态金属与固体构件组合(如双金属构件)模锻 液态金属与高强度或具有其它优良性能的长、短纤维(如:矿纤维、陶瓷纤维等)浸润复合模锻或挤压，形成一种新性能材质的锻件或挤压构件。484.4 液态模锻液态模锻 不同材料的液态模锻不同材料的液态模锻 1. 铝合金液态模锻2. 铜合金液态模锻3. 铁和钢液态模锻4. 镁合金液态模锻5. 复合材料液态模锻 研究及应用现状研究及应用现状 494
26、.5 闭塞式模锻闭塞式模锻 原理及特点原理及特点 图4.8 闭塞式锻造过程示意图 闭塞式锻造的特点是：闭塞式锻造的特点是：(1) 生产效率高，使坯料可在设备一次行程内获得形状复杂的无飞边精件；(2) 因成形过程中坯料处于强烈的三向压应力状态，非常适于低塑性材料的加工成形；(3) 材料利用率及尺寸精度高，且锻件流线沿几何外形连续分布，力学性能好；(4) 省去后续切边工序，成本显著地降低。504.5 闭塞式模锻闭塞式模锻 工艺设计工艺设计 1. 生产准备2. 张模力计算3. 装备选择图4.9 十字接头的锻件形状 研究及应用现状研究及应用现状 514.6 局部加载成形局部加载成形 原理及特点原理及特
27、点 图4.10 局部加载成形原理示意图 成形缺陷成形缺陷 524.6 局部加载成形局部加载成形 研究及应用现状研究及应用现状 图4.13 F/A-22飞机上的钛合金隔框件534-1 精密锻造技术的主要应用？4-2 结合图4.3分析等温模锻模具结构特点？4-3 粉末锻造的基本工序及预制坯设计？4-4 液态模锻技术的发展趋势？4-5 闭塞式锻造的工艺特点？4-6 局部加载成形原理及设计原则？ 习 题54第五章 挤压成形【本章教学要点】知识要点掌握程度相关知识静液挤压掌握静液挤压的工艺原理及特点；熟悉特殊材料的静液挤压；静液挤压的装置结构、工艺特点及优势；特殊材料静液挤压的特点及研究概况。连续挤压、
28、半固态挤压掌握两种挤压的工艺原理及特点；熟悉两种挤压工艺的应用。连续挤压、半固态挤压的技术特点及优势；两种挤压技术的应用概况。侧向挤压、积极摩擦挤压掌握两种挤压的工艺原理及特点；了解两种挤压工艺的应用。侧向挤压、积极摩擦挤压的技术特点及优势；两种挤压技术的应用概况。其它挤压成形技术了解各种特殊挤压成形技术的原理及应用。各种特殊挤压成形技术的原理、特点及典型应用领域。55【导入案例】565.1 静液挤压静液挤压 原理及特点原理及特点 575.1 静液挤压静液挤压 原理及特点原理及特点 与传统挤压法相比，静液挤压技术有如下优势：(1) 因高压介质施加在坯料周围，使其处于强烈的三向压应力状态，坯料上
29、静水压力值明显增大，不仅能防止坯料内部缩孔和裂纹缺陷的产生，提高了材料的工艺塑性及流动均匀性；(2) 由于高压液体的作用，使冲头和坯料间形成流体润滑状态，摩擦会降至最低。同时坯料和挤压筒间没有摩擦。因此，能显著地减轻制品表面因剪切受损的状况，可避免在一般挤压过程中该类缺陷的产生，制品表面光洁度高；(3) 由于坯锭在挤出前没有普通挤压的镦粗阶段，因而不会产生表面裂纹；(4) 挤压载荷比普通正挤时降低了约20%40%，并可采用较大挤压比进行成形。根据材料性能不同，挤压比可达2400，纯铝可达20000，甚至更大；(5) 可用较长坯料进行加工成形。一般情况下，坯料长径比最大可达到40，并对挤压载荷影
30、响不大；(6) 因坯料与模具处在流体动力润滑状态，因此，摩擦力极小，模具磨损也较小，模具寿命显著提高，制品表面光洁度和尺寸精度也较高；(7) 因坯料不直接与挤压筒壁接触，适于不同几何形状坯料的成形；(8) 可实现高速挤压，如钢材静液挤压时的速度可达3300m/min；585.1 静液挤压静液挤压 原理及特点原理及特点 但因工艺条件及要求等影响，存在以下不足之处：(1) 对模具及密封结构的材料要求极为严格；(2) 对挤压前坯料的要求较高。为了提高挤后制品质量，需对坯料去皮处理。一般还需将坯料头部切屑成与挤压模出口部位相同的形状，以保证挤前模具与坯料间配合良好；(3) 挤压过程相对繁杂、效率低、速
31、度可控性差等。因高压下液体压缩量较大，坯料在挤压成形时不易控制，且末期易发生制品弹射出模口的现象，危险性较大，操作困难，辅助时间长，必须采取严格的防范措施；(4) 挤压末期常需留有一定压余。因坯料被全部挤出后会引起高压液体的卸载，通常情况下不将坯料全部挤出，或采用锥形挤压轴以便在挤压终了时能封住挤压模口部位。595.1 静液挤压静液挤压 特殊材料静液挤压特殊材料静液挤压 1. 难成形材料静液挤压 特殊材料静液挤压特殊材料静液挤压 (1) 镁合金静液挤压(2) 钛合金静液挤压(3) 高温合金静液挤压2. 难熔合金静液挤压3. 粉末材料静液挤压4. 复合材料静液挤压605.2 连续挤压连续挤压 工
32、艺原理工艺原理 图5.2 连续挤压的工艺原理图 技术特点及优势技术特点及优势 图5.3 连续挤压机的特点615.2 连续挤压连续挤压 研究及应用概况研究及应用概况 625.3 连续挤压连续挤压 摩擦的作用方式摩擦的作用方式 635.3 连续挤压连续挤压 金属流动行为金属流动行为 645.4 侧向挤压侧向挤压 原理及特点原理及特点 655.4 侧向挤压侧向挤压 原理及特点原理及特点 665.5 半固态挤压半固态挤压 原理及特点原理及特点 675.6 其它挤压成形技术其它挤压成形技术 带内锥冲头挤压带内锥冲头挤压 685.6 其它挤压成形技术其它挤压成形技术 剪切挤压剪切挤压 695.6 其它挤压
33、成形技术其它挤压成形技术 弯曲型材挤压弯曲型材挤压 705.6 其它挤压成形技术其它挤压成形技术 变截面型材挤压变截面型材挤压 715.6 其它挤压成形技术其它挤压成形技术 挤压连接挤压连接 725.6 其它挤压成形技术其它挤压成形技术 固相再生挤压固相再生挤压 735-1 静液挤压技术的优点及不足之处？5-2 根据图5.4简述铜扁线连续挤压的工艺流程？5-3 对比不同摩擦方式对挤压流动行为的影响？5-4 列举连续ECAP工艺有哪些？5-5 半固态成形的工艺原理？5-6 举例说明特殊挤压成形技术特点及应用领域？ 习 题74第六章 摆动碾压【本章教学要点】知识要点掌握程度相关知识摆动辗压成形的原
34、理及特点掌握摆动辗压成形的原理及适用场合连续累积成形的塑性变形特点；主要适用范围工艺参数确定熟悉摆动辗压成形的主要工艺参数；掌握各工艺参数的确定方法接触面积率、摆辗力、每转进给量、摆头倾角、摆头转速、压力能的计算加载方式对金属流动的影响规律掌握摆动辗压成形常用的加载方式；了解加载方式对应力应变的影响情况摆辗的加载方式、应力应变速率、变形分区摆动辗压成形模具了解摆动碾压模具的设计原则摆辗模具的受力特点、模具设计75【导入案例】766.1 摆动辗压的原理及特点摆动辗压的原理及特点 摆动辗压的原理摆动辗压的原理 776.1 摆动辗压的原理及特点摆动辗压的原理及特点 优点：优点：(1) 省力 因为摆动
35、辗压是以局部变形代替一般锻压工艺的整体成形，因此摆辗所需变形力小，即所用的设备吨位小。视工件复杂程度不同，摆辗力约为常规锻造力的1/51/20。(2) 成形时不易开裂，产品质量好 采用摆辗成形时工件精度高，表面粗糙度低。若模具制造的精度高，而且进行了抛光，其垂直方向的尺寸精度可达0.050.2mm，表面粗糙度可达Ra0.40.7m。由于摆动辗压过程是多次变形累计而成，所以变形比较均匀，工件侧面不易产生裂纹，辗压钢件时的极限变形比普通工艺方法增大1015%。(3) 摆动辗压特别适合薄盘类零件成形 摆动辗压特别适合压制薄饼、圆盘、汽车半轴的法兰、火车用勾舌头部等零件。这主要因为当锻件很薄时，由于摩
36、擦力的影响，普通锻造方法所需要的压力可能等于模具材料的强度极限而造成无法加工。而采用摆动辗压成形的方法，由于模具和坯料之间由滑动摩擦变为滚动摩擦，摩擦系数大大降低，所以所需要的轴向压力比一般锻造方法要小得多，而且坯料越薄，差别越大。(4) 机器的噪音及振动小，改善工作环境，易实现机械化和自动化，降低劳动强度。(5) 设备投资少，制造周期短，见效快；占地面积小，基建费用低。 缺点缺点(1) 需要制坯 摆辗成形是偏心加载经多次累积变形使毛坯整体成形，毛坯的高径比不能太大，否则，不但效率低，而且也已产生“蘑菇头”形，造成折迭缺陷。(2) 摆辗机结构较为复杂，机架刚度要求较高 工作时，机架反复的受偏心
37、载荷作用，所以其刚度要求较一般液压机高。同时，对于滚珠轴承式摆头，其轴承寿命也较低。786.1 摆动辗压的原理及特点摆动辗压的原理及特点 摆动辗压的适用范围摆动辗压的适用范围 796.2 摆动辗压工艺参数的确定摆动辗压工艺参数的确定 接触面积率接触面积率 摆辗力摆辗力 每转进给量每转进给量 摆头倾角摆头倾角 摆头转速摆头转速 压力能压力能 806.3 加载方式对金属流动的影响加载方式对金属流动的影响 圆柱摆动辗压模型圆柱摆动辗压模型 应力、应变速率分析应力、应变速率分析 816.4 摆动辗压成形的模具摆动辗压成形的模具 模具受力特点及材料模具受力特点及材料 1. 模具受力特点2. 模具材料 摆
38、辗模具设计摆辗模具设计 1. 锻件图的制订2. 摆辗模具结构设计3. 摆辗模膛设计826-1 简述摆动碾压的工作原理？6-2 解释下列术语的含义：接触面积率、摆头倾角、压力能？6-3 试列举摆动辗压的优缺点及适用范围？6-4 简述摆辗模具的受力特点？ 习 题83第七章 板材成形【本章教学要点】知识要点掌握程度相关知识充液拉深掌握充液拉深的原理及特点；熟悉充液拉深的工艺参数。充液拉深的工艺原理、特点及新技术；主要工艺参数的确定。内高压成形掌握内高压成形的原理及特点；熟悉内高压成形的应用概况。内高压成形的原理及技术优势；内高压成形的发展趋势。聚氨酯成形、粘性介质成形掌握两种柔性成形工艺的原理及特点
39、；了解两种柔性成形的应用。两种柔性成形的作用方式及关键技术；柔性成形的应用实例。多点成形掌握多点成形的原理及特点；了解多点成形的工艺过程。多点成形原理、特点及设备；多点成形的作用方式及缺陷形式。数控增量成形、激光成形、高强钢热成形熟悉三种板材成形的原理；了解三种板材成形的工艺过程及应用领域。三种板材成形的工艺原理及特点；实施方式及典型应用实例。84【导入案例】857.1 充液拉深充液拉深 原理及特点原理及特点 867.1 充液拉深充液拉深 原理及特点原理及特点 与传统拉深成形相比，充液拉深成形工艺具有以下特点：(1) 由于反向液压的作用，使板料与凸模紧紧贴合，产生“摩擦保持效果”，缓和了板料在
40、凸模圆角处的径向应力，提高了传力区的承载能力，从而提高了成形极限；(2) 成形件满足轻量化要求。强度高，材料利用率高，回弹小，残余应力低。节省工序，减少了拉深次数，一般只需一个拉深道次，减少了中间成形工序及退火等耗能工序；(3) 尺寸精度高，表面质量好。液体从坯料与凹模上表面间溢出形成流体润滑，利于坯料进入凹模，零件的外表面不与刚性凹模接触，在油压保护作用下，零件的表面不易划伤，表面质量好，尤其适合表面质量要求高的板材零件成形；(4) 成本低。可单道次成形形状复杂的零件，而传统冲压成形则需多道次拉深才能实现，减少了多工序所需的模具，降低了生产成本。 充液拉深成形的不足在于其专用设备比一般冲床复
41、杂、昂贵。由于充液需要时间，每分钟的冲压次数较少、生产率低。所以，充液拉深适用于生产批量不大，质量要求较高的深筒形、锥形、抛物线形等复杂曲面零件的成形。877.1 充液拉深充液拉深 原理及特点原理及特点 图7.5 正反加压充液拉深成形原理示意图887.1 充液拉深充液拉深 主要工艺参数主要工艺参数 发展趋势和展望发展趋势和展望 1. 充液室压力2. 拉深力3. 压边力4. 凹模圆角半径5. 凸模圆角半径897.2 内高压成形内高压成形 原理及特点原理及特点 与传统加工工艺相比，内高压成形的主要优点有：(1)节省原材料，提高材料利用率，减轻零件质量。由于采用空心结构代替实心结构，节约了原实心零件
42、中心部分的材料，同时显著地降低了零件质量。如阶梯轴类零件可以减重4050%，个别零件可达75%；(2)加工道次少，产品精度高。对于阶梯轴，不仅免去了中心孔的加工，外表面各阶梯也仅需要进行精加工。大部分内高压成形件不需要后续组装焊接，从而消除了焊接变形及弹复对零件精度的影响；(3)减少零件和模具数量，生产成本低。由于内高压成形工艺属于一次成形，极大地减少了生产用模的数量。如用内高压成形工艺制造副车架时，零件数量由6个减少到1个，成形模具仅需一套，而冲压件大多需要多套模具，模具费用平均降低2030%；(4)提高强度与刚度，尤其疲劳强度。由于省去了焊接工艺，零件的强度、刚度与疲劳强度均得到明显提高。
43、以散热器支架为例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。907.2 内高压成形内高压成形 主要工艺参数主要工艺参数 1. 初始屈服压力2. 开裂压力3. 整形压力4. 轴向进给力5. 合模力 研究及应用概况研究及应用概况 917.2 内高压成形内高压成形 研究及应用概况研究及应用概况 927.3 粘性介质成形粘性介质成形 原理及特点原理及特点 粘性介质压力成形工艺具有以下优点：(1) 可使用简单通用的模具结构；(2) 低的厚度减薄率和更均匀的壁厚分布；(3) 高尺寸精度，低回弹和残余应力；(4) 更低的表面粗糙度；(5) 无腐蚀、无污染，对人体无害；(6) 粘性介质可重复使用。937.3 粘
44、性介质成形粘性介质成形 成形工艺设计成形工艺设计 1. 成形顺序性2. 粘性介质3. 反向压力4. 表面质量947.4 聚氨酯成形聚氨酯成形 原理及特点原理及特点 聚氨酯特性与分类聚氨酯特性与分类 典型成形工艺典型成形工艺 1. 冲裁2. 弯曲3. 拉深4. 胀形957.5 多点成形多点成形 原理及特点原理及特点 多点成形的技术特点：(1) 不用模具成形。取代了传统的整体模具，节省了模具设计、制造、调试和保存所需费用，显著地缩短产品生产周期，降低了生产成本，提高了产品的竞争力；(2) 改善了钣金加工条件。随意改变了板材的变形路径和受力状态，提高材料成形能力，实现难加工材料的塑性变形，扩大了板材
45、加工范围；(3) 减少了回弹。采用反复成形新技术，消除材料内部的残余应力，保证工件的成形精度；(4) 无缺陷成形。利用弹性垫新技术，增大了板料的受力面积，将集中载荷变为均布载荷。消除压痕、皱纹等不良缺陷，工件表面质量能得到很好的保证；(5) 降低新设备投资。采用分段成形新技术，连续逐次成形大于设备工作台尺寸的工件，实现了小设备成形大型零件；(6) 易于实现自动化。曲面造型，压力机控制，工件测试等整个过程，都可全部采用计算机技术，实现了CAD/CAM/CAE一体化生产。967.5 多点成形多点成形 原理及特点原理及特点 977.5 多点成形多点成形 成形方式及工艺过程成形方式及工艺过程 1. 一
46、次成形技术2. 分段成形技术3. 反复成形技术4. 多道成形技术987.5 多点成形多点成形 应用与发展应用与发展 1. 大型化图7.38 鸟巢整体结构2. 精密化3. 连续化997.6 数控增量成形数控增量成形 原理及特点原理及特点 增量成形是近年来发展起来的一种新型特种塑性成形技术。板料增量成形是采用简单模具对板料进行逐次塑性加工的一种工艺，不需要专用的模具就可成形较为复杂的零件，是一种柔性的塑性加工方法。通常是在数控机床上进行，根据板料成形过程的要求，编制出数控机床的控制程序，利用数控机床的进给系统来控制带有球头的柱状工具，使板料按照给定的轨迹逐步成形，最终达到坯料所要求的形状，因此，也
47、被称为逐点增量成形。1007.6 数控增量成形数控增量成形 原理及特点原理及特点 1017.6 数控增量成形数控增量成形 研究及应用概况研究及应用概况 图7.44 锤击逐次成形工艺示意图图7.45 拉深、增量成形复合工艺和制件(a)增量微成形系统 (b)微型汽车外壳图7.47 增量微成形系统及微型汽车外壳1027.7 激光成形激光成形 成形原理成形原理 1037.7 激光成形激光成形 工艺特点工艺特点 板料的激光弯曲技术是通过各项参数的优化来精确控制板材的弯曲程度，它具有传统的塑性成形方法无可比拟的优点：(1) 可实现无模具加工，具有生产周期短，柔性大的优点，因此，特别适于大型单件及小批量生产
48、；(2) 加工过程中无外力接触，所以不会出现回弹和由此带来的诸多问题，因而加工精度高，适用于精密仪器的制造；(3) 激光弯曲属于热态累积成形，总的变形量由激光束的多次扫描累积而成，这就使得一些硬而脆的难变形材料加工易于进行，可用于许多特种合金和铸铁件的弯曲变形；(4) 借助红外测温仪及形状测量仪，可在数控激光加工机上实现全过程的闭环控制，从而保证工件质量，改善工作条件；(5) 激光束良好的方向性和相干性使得激光弯曲技术能够应用受结构限制、传统工具无法接触或靠近的工件加工。1047.7 激光成形激光成形 主要影响因素主要影响因素 (1) 材料性能的影响，主要有热膨胀系数、比热容、热导率、屈服强度
49、、弹性模量等；(2) 板材几何参数的影响，主要是板厚的影响；(3) 激光加工工艺参数的影响，主要有激光的输出功率、光斑的大小、扫描的速度等。1057.8 高强钢热成形高强钢热成形 高强钢的力学性能高强钢的力学性能 1067.8 高强钢热成形高强钢热成形 工艺特点及实例工艺特点及实例 1077.8 高强钢热成形高强钢热成形 工艺特点及实例工艺特点及实例 高强钢板热成形技术的优点是：高强钢板热成形技术的优点是： 1. 变形抗力小、塑性好、成形极限高、改善冲压成形性； 2. 控制回弹，提高零件尺寸精度； 3. 降低压机吨位要求； 4. 变形抗力低，减小了模具的单位压力； 5. 生产周期短。高强钢板热
50、成形技术的缺点是：高强钢板热成形技术的缺点是： 1. 设备投资大，试验线投资200万欧元300万欧元，生产线投资600万欧元 800万欧元； 2. 模具设计和加工复杂，一般需要制作两套模具，第一套供调试，第二套供实际生产； 3. 制造成本高，维护、保养成本高。1087.8 高强钢热成形高强钢热成形 主要技术条件主要技术条件 1. 主要技术参数(1) 冷却速度 (2) 保压冷却时间 (3) 加热温度 (4) 加热时间 (5) 压边力 2. 实施方式(1) 加热设备(2) 加热方法(3) 温度控制(4) 润滑及润滑剂(5) 成形模具1097-1 结合图7.8-11说明充液拉深成形的工艺特点及优势？
