1、授课教师授课教师：张龙张龙 E-mail:课程的性质和任务课程的性质和任务n课程性质：课程性质：材料成型概论材料成型概论是一门关于材料成型工艺及技是一门关于材料成型工艺及技术的专业课，通过本课程的学习，使学生系统术的专业课，通过本课程的学习，使学生系统掌握金属塑性成型的理论基础和各种掌握金属塑性成型的理论基础和各种成型方法成型方法原理、特点、成型工艺和成型设备原理、特点、成型工艺和成型设备，了解相关了解相关的的新工艺、新技术、新设备新工艺、新技术、新设备。课程的性质和任务课程的性质和任务n课程任务课程任务1.了解金属材料的一般知识；常用金属材料的分了解金属材料的一般知识；常用金属材料的分类和牌
2、号。类和牌号。2.掌握影响金属性能的主要因素及原理。掌握影响金属性能的主要因素及原理。3.掌握金属塑性成型时的金属流动规律和变形特掌握金属塑性成型时的金属流动规律和变形特点。点。4.掌握各种成型方法的原理、特点、成型工艺和掌握各种成型方法的原理、特点、成型工艺和成型设备。成型设备。课程的性质和任务课程的性质和任务n教教 材：材：金属压力加工概论金属压力加工概论 李生智编李生智编 参考书参考书 ：材料塑性成型概论：材料塑性成型概论 卢秉林编卢秉林编 工程材料及成形技术基础工程材料及成形技术基础 吕广庶编吕广庶编n学习方法：学习方法：平时作业、课堂讨论、课后复习、平时作业、课堂讨论、课后复习、期末
3、考试期末考试材料成型概论材料成型概论q第一讲第一讲 材料成型材料成型概述概述q第二讲第二讲 炼钢炼铁生产炼钢炼铁生产q第三讲第三讲 材料塑性成型的基础材料塑性成型的基础q第四讲第四讲 钢坯型钢生产钢坯型钢生产q第五讲第五讲 线棒材生产线棒材生产q第六讲第六讲 板带钢生产板带钢生产q第七讲第七讲 钢管生产钢管生产q第八讲第八讲 挤压拉拔生产挤压拉拔生产q第九讲第九讲 锻压冲压生产锻压冲压生产q第十讲第十讲 材料成型的发展及应用材料成型的发展及应用第一讲第一讲 材料成型概述材料成型概述 材料的发展与分类材料的发展与分类 1.1.1 材料的发展材料的发展 1.1.2 材料的分类材料的分类 材料成型的
4、方法和特点材料成型的方法和特点 1.2.1 材料成型的方法材料成型的方法和特点和特点 1.2.2 金属塑性成型的方法金属塑性成型的方法和特点和特点 1.2.3 金属成型需考虑的基本原则金属成型需考虑的基本原则1.11.2 1.1.1 材料的发展材料的发展n材料是人类用来制造各种机器、构件和产品的材料是人类用来制造各种机器、构件和产品的物物质质，是人类生产和生活的，是人类生产和生活的物质基础物质基础。n材料与现代社会生活密切相关：材料与现代社会生活密切相关：从黑白电视到现在的从黑白电视到现在的LED显示屏；显示屏；手机也是越来越好；手机也是越来越好；航空航天领域，一代材料一代飞机等；航空航天领域
5、，一代材料一代飞机等；都跟材料的进步有关。都跟材料的进步有关。1.1.1 材料的发展材料的发展n材料是人类社会进步的材料是人类社会进步的里程碑里程碑。n人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，人类人类社会的发展伴随着材料的发明和发展，人类的文明史是按材料发展阶段划分的。的文明史是按材料发展阶段划分的。手手锤锤新材料是根据我们特定的需要设计和加工而成的。新材料是根据我们特定的需要设计和加工而成的。因此，因此，材料是社会进步的基础和先导。材料是社会进步的基础和先导。金属的使用标志着社会生产力的发展，金属的使用标志着社会生产力的发展，人类开始逐渐进人文明的社会。人类开始逐渐进人文明的社会。石器时代石器
6、时代青铜器时代青铜器时代铁器时代铁器时代钢时代的来临，引起世钢时代的来临，引起世界范围的工业革命。界范围的工业革命。硅时代是信息技术革命的时代硅时代是信息技术革命的时代对当今世界产生了深远的影响对当今世界产生了深远的影响钢时代钢时代硅时代硅时代新材料时代新材料时代材料对社会进步的重要性材料对社会进步的重要性材料对社会进步的重要性材料对社会进步的重要性材料对社会进步的重要性材料对社会进步的重要性汽车钢铁等行业企业兼并重组目标出台汽车钢铁等行业企业兼并重组目标出台日前日前工信部、财政部、发改委工信部、财政部、发改委等部门联合发布等部门联合发布关于加快推关于加快推进进九大九大重点行业企业兼并重组的指
7、导意见重点行业企业兼并重组的指导意见:明确指出明确指出（汽车、钢铁、水泥、船舶、电解铝、稀土、电子信息、医（汽车、钢铁、水泥、船舶、电解铝、稀土、电子信息、医药、农业产业化龙头企业）药、农业产业化龙头企业）钢铁行业钢铁行业到到2015年，前年，前10家钢铁企业集团产业集中度达到家钢铁企业集团产业集中度达到60%左右，形成左右，形成3-5家具有核心竞争力和较强国际影响力的家具有核心竞争力和较强国际影响力的企业集团，企业集团，6-7家具有较强区域市场竞争力的企业集团。家具有较强区域市场竞争力的企业集团。大幅减少企业数量，提高钢铁产业集中度。大幅减少企业数量，提高钢铁产业集中度。1.1.1 材料的发
8、展材料的发展q材料是现代工业发展的基石，是现代高新技术发材料是现代工业发展的基石，是现代高新技术发展的基础和先导，推动着人类文明的进步展的基础和先导，推动着人类文明的进步v新材料是现代高科技的：新材料是现代高科技的：物质基础；物质基础；发展支撑；发展支撑；未来引领。未来引领。鞍钢新中国成立后，先后建起了鞍钢、马钢、宝钢等大型钢铁基地。新中国成立后，先后建起了鞍钢、马钢、宝钢等大型钢铁基地。粗钢产量由粗钢产量由49年的年的15.8万吨万吨上升到上升到2011年粗钢产量的年粗钢产量的7.16亿吨亿吨1996年：年：1亿吨亿吨2003年：年：2亿吨亿吨2008年：年：5.02 亿吨，世界钢产量亿吨，
9、世界钢产量13.3亿吨，占亿吨，占37.72012年年：7.16 亿吨，世界钢产量亿吨，世界钢产量15.3亿吨，占亿吨，占46.3 钢材钢材9.52亿吨亿吨近年来中国钢产量在世界的位置近年来中国钢产量在世界的位置当前的任务是：当前的任务是：担负起世界钢铁生产中心的责任，担负起世界钢铁生产中心的责任，从钢铁生产大国迈向钢铁技术强国！从钢铁生产大国迈向钢铁技术强国！中国中国日本日本美国美国欧洲欧洲中国中国日本日本美国美国欧洲欧洲中国中国日本日本美国美国欧洲欧洲近年来中国钢产量在世界的位置近年来中国钢产量在世界的位置 1.1.2 材料的分类材料的分类(按成分分按成分分)金属金属无机无机非金属非金属材
10、材 料料钢铁钢铁有色有色重金属重金属轻金属轻金属稀有金属稀有金属有机高分子有机高分子黑色黑色贵金属贵金属特种陶瓷特种陶瓷传统陶瓷传统陶瓷塑料塑料橡胶橡胶合成纤维合成纤维半金属半金属传统陶瓷、水泥、玻璃、耐火材料、搪瓷、砖瓦、琉璃、铸石、碳素材料，非金属矿先进陶瓷、非晶态材料、人工晶体、磨料、无机涂层、无机纤维及其他们的复合材料等复合材料复合材料金属陶瓷金属陶瓷 1.1.2 材料的分类材料的分类(按成分分按成分分)金属材料金属材料 黑色金属黑色金属有色金属有色金属金金 属属重金属重金属:Cu Pb Zn Ni Co 等等轻金属：轻金属：Al Mg K Na Ca 等等稀有金属稀有金属:V Nb
11、Ti 等等Fe Mn Cr及其及其 合金合金贵金属贵金属:Au Ag Pt 等等钢铁占全部金属总钢铁占全部金属总重的重的94(86种种)(3种种)(83种种)半金属半金属:Si As Se 等等砷，硒砷，硒3.5g/cm3金属材料金属材料n良好的良好的导电性导电性、导热性，强度、延展性导热性，强度、延展性，焊接性能焊接性能好好，耐热耐蚀性好耐热耐蚀性好和金属光泽和金属光泽;n用量最大、应用最广泛。用量最大、应用最广泛。陶陶 瓷瓷 材材 料料n由金属元素和非金属元素或非金属元素之间组成由金属元素和非金属元素或非金属元素之间组成的化合物，如氧化物、氮化物、碳化物；的化合物，如氧化物、氮化物、碳化物
12、；n熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大，好的绝缘材熔点高、硬度高、耐腐蚀、脆性大，好的绝缘材料料 n分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类分为传统陶瓷、特种陶瓷和金属陶瓷三类。高分子材料高分子材料 n基于基于C、H元素的有机化合物，具有非常大的分元素的有机化合物，具有非常大的分子结构，子结构，塑性好、耐蚀性、电绝缘性、减振性好，塑性好、耐蚀性、电绝缘性、减振性好，密度小密度小;n分分塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料塑料、橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料等五类。等五类。复复 合合 材材 料料 n包括：包括：n金属基复合材料金属基复合材料 应用多应用多n陶瓷基复合材料陶瓷基复合材料;n高分子复合材料高分子
13、复合材料 应用多应用多 是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料是把两种或两种以上不同性质或不同结构的材料以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。以微观或宏观的形式组合在一起而形成的材料。1黑色金属黑色金属铁（钢）铁（钢）分子式：分子式：Fe7.86g/cm31538Fe铁铁钢钢铸铁铸铁工业纯铁工业纯铁碳钢碳钢合金钢合金钢钢中的化学成分钢中的化学成分 工业纯铁工业纯铁含碳量在含碳量在C0.02%钢是含碳量在钢是含碳量在0.02%2.11%的铁碳合金的铁碳合金.钢中基本钢中基本元素：元素：Fe、C、Si、Mn、S、P、N、O。铁是含碳量在铁是含碳量在2.11%C6.69%的铁碳合金。的铁碳合
14、金。普通碳素钢中，普通碳素钢中，Fe占占99%，其余元素占其余元素占1%。在低合在低合金钢中，除了上述元素外，还有一定合金元素（镍、金钢中，除了上述元素外，还有一定合金元素（镍、钒、钛等）（含量低于钒、钛等）（含量低于5%）各元素对钢材机械性能影响各元素对钢材机械性能影响元素元素符号符号有益或有有益或有害影响害影响产物产物来源来源性能性能碳碳C形成碳化物形成碳化物炼铁还原剂：炼铁还原剂：焦炭焦炭强度高强度高,塑性韧性塑性韧性低低,焊接性能差焊接性能差硅硅SiSi有益有益形成含硅铁素体形成含硅铁素体炼钢脱氧剂炼钢脱氧剂提高钢的强度和提高钢的强度和硬度硬度锰锰MnMn有益有益溶于铁素体和渗溶于铁素
15、体和渗碳体形成碳体形成M Mn nS S炼钢脱氧剂炼钢脱氧剂提高钢的强度和提高钢的强度和硬度硬度硫硫S S有害有害生成化合物生成化合物FeFe3 3S S生铁带入生铁带入形成热淬性，降形成热淬性，降低钢的强度低钢的强度磷磷P P有害有害形成化合物形成化合物FeFe3 3P P生铁带入生铁带入塑性和韧性急剧塑性和韧性急剧下降下降钒和钛：钒和钛：是钢中的合金元素，能提高钢的强度和是钢中的合金元素，能提高钢的强度和 抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。抗腐蚀性能，又不显著降低钢的塑性。铜铜 ：可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提可显著提高钢的抗腐蚀性能，也可以提 高钢的强度，但对焊接性能有不利影响。高钢
16、的强度，但对焊接性能有不利影响。钢中的化学成分钢中的化学成分 汽车主要使用的材料汽车主要使用的材料 各种材料在先进汽车中占的重量百分比各种材料在先进汽车中占的重量百分比 占占汽车净重比汽车净重比AlFe塑料塑料其它其它橡胶橡胶磁磁材料材料玻璃玻璃聚聚碳酸酯碳酸酯Ti碳纤维碳纤维 在轻量化的推在轻量化的推动下，铝合金动下，铝合金材料应用技术材料应用技术发展很快，在发展很快，在近年来出现的近年来出现的全铝车身以铝全铝车身以铝密集型汽车密集型汽车(如如福特福特P2000)中，中，铝的比例更高铝的比例更高达达37%波音波音767飞机所用的各种材料比飞机所用的各种材料比例例 材料用途材料用途以力学性能为
17、主用于结构以力学性能为主用于结构和建筑工程。和建筑工程。如机械零件，工程构件等如机械零件，工程构件等以物理化学性能为主用以物理化学性能为主用于电子、信息、能源等。于电子、信息、能源等。如：磁性材料，超导材料等如：磁性材料，超导材料等1.1.2 材料的分类材料的分类(按用途分按用途分)按领域分类按领域分类：机械工程材料、建筑工程材料、能源：机械工程材料、建筑工程材料、能源工程材料、信息工程材料、生物工程材料等工程材料、信息工程材料、生物工程材料等 1.1.2 材料的分类材料的分类(按用途分按用途分)现代钢铁工业是个庞大的工业部门，包括采矿、选现代钢铁工业是个庞大的工业部门，包括采矿、选矿、烧结、
18、焦化、耐火材料、炼铁、炼钢、轧钢等矿、烧结、焦化、耐火材料、炼铁、炼钢、轧钢等一系列生产部门与相关辅助服务部门。其中最主要一系列生产部门与相关辅助服务部门。其中最主要的部门为的部门为、与与。钢铁生产过程总揽钢铁生产过程总揽冶炼冶炼还原还原脱碳脱碳 脱硫脱硫氧化氧化浇注浇注 连铸连铸成型成型轧制轧制变形过程变形过程矿石矿石铁水铁水钢水钢水钢坯钢坯机加工机加工钢材钢材钢铁生产过程总揽钢铁生产过程总揽 钢铁生产过程总揽钢铁生产过程总揽锻锻件件管管材材型型材材线线材材板板带带材材 现现 代代 化化 大大 型型 高高 炉炉 转转 炉炉 炼炼 钢钢 轧轧 钢钢 系系 统统 1.2.1 材料成型的方法和特点
19、材料成型的方法和特点q材料成型就是把不定形或初定形的原材料按材料成型就是把不定形或初定形的原材料按一定方法加工成一定方法加工成形状形状、尺寸尺寸和和性能性能满足要求满足要求的产品。的产品。车，铣，刨，削，磨，钻车，铣，刨，削，磨，钻铸造，焊接，铆接，电解沉积，涂镀铸造，焊接，铆接，电解沉积，涂镀尺寸精确，表面光洁；尺寸精确，表面光洁；耗料，能耗高，成本高，耗料，能耗高，成本高，生产效率低，无法改善组织生产效率低，无法改善组织原料消耗少，原料消耗少，能制备复杂形状产品能制备复杂形状产品；缩孔，砂眼，偏析，缩孔，砂眼，偏析，机械性能差机械性能差无屑加工，产量高，无屑加工，产量高，效率高，改善产品组
20、织，效率高，改善产品组织，性能好；性能好；产品形状相对简单，设备产品形状相对简单，设备投入较大，大多需要成型投入较大，大多需要成型 1.2.1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点 1.2.1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q1.切削成型（机械加工）切削成型（机械加工）体积和质量减小体积和质量减小；即由大质量的金属上面去除一部分质量而获得一定即由大质量的金属上面去除一部分质量而获得一定形状及尺寸的工件。形状及尺寸的工件。如：车、铣、刨、削、磨、钻等如：车、铣、刨、削、磨、钻等 1.2.1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q 2.铸造铸造、连接成型连接成型（焊接、铆接）（焊
21、接、铆接）、电解沉积、涂电解沉积、涂镀、粉末冶金等镀、粉末冶金等体积或质量增大体积或质量增大。即由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品。即由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品。如铸造、铆焊等。如铸造、铆焊等。1.2.1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q 3.塑性成型塑性成型体积和质量不变体积和质量不变；即利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用即利用金属的塑性，对金属施加一定的外力作用使金属产生塑性变形，获得一定形状、性能和尺寸使金属产生塑性变形，获得一定形状、性能和尺寸的产品的产品金属塑性（压力）加工。如：轧制、挤金属塑性（压力）加工。如：轧制、挤压拉拔、锻造、冲压。压拉拔、锻造、冲
22、压。1.2.1 材料成型的方法和特点材料成型的方法和特点q 4.组合成型组合成型 上述几种成型方法的联合使用。如液态铸轧方法，上述几种成型方法的联合使用。如液态铸轧方法，是铸造与轧制方法的联合；辊锻加工是轧制和锻造是铸造与轧制方法的联合；辊锻加工是轧制和锻造方法的联合。方法的联合。1.2.2 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点n金属塑性成型是指利用金属的塑性借助工具金属塑性成型是指利用金属的塑性借助工具(模具模具)对金属铸锭或坯料施加外力，迫使其发生永久塑对金属铸锭或坯料施加外力，迫使其发生永久塑性变形，获得预期性变形，获得预期形状、尺寸和性能形状、尺寸和性能成品或制品成品或制品
23、的加工过程。的加工过程。n又称金属塑性压力加工，简称塑性加工或压力加又称金属塑性压力加工，简称塑性加工或压力加工。工。1.2.2 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点锻造锻造 轧制轧制拉拔拉拔挤压挤压深冲深冲拉伸拉伸弯曲弯曲剪切剪切轧制：生产率高、生产过轧制：生产率高、生产过程的连续性强、易于实现程的连续性强、易于实现机械化和自动化。机械化和自动化。加工成型不仅仅是为了加工成型不仅仅是为了满足材料实际使用对制满足材料实际使用对制品品形状、尺寸、精度形状、尺寸、精度的的要求，同时对材料的要求，同时对材料的力学性能力学性能、物理性能和物理性能和微观组织结构微观组织结构的改善也的改善也有
24、十分重要的作用。有十分重要的作用。按变形方式分按变形方式分1 成型方法成型方法 1.轧制轧制 轧制：指金属轧件通过旋转的轧辊受到压缩产生塑轧制：指金属轧件通过旋转的轧辊受到压缩产生塑性变形，性变形，横断面积减小，长度增加，从而获得要求横断面积减小，长度增加，从而获得要求的断面形状和尺寸的断面形状和尺寸，并同时改善金属性能的压力加，并同时改善金属性能的压力加工方法。工方法。轧制的方式轧制的方式(可实现连续轧制可实现连续轧制):纵轧、横轧、斜轧。纵轧、横轧、斜轧。轧制是冶金生产中应用最为广泛的一种金属塑性成型方法，轧制是冶金生产中应用最为广泛的一种金属塑性成型方法，约占金属材料生产总量的约占金属材
25、料生产总量的90%。q轧制方法划分：轧制方法划分：v按按轧件与轧辊的相对运动轧件与轧辊的相对运动关系或轧件在变形区内关系或轧件在变形区内变形特点划分：变形特点划分：纵轧、斜轧和横轧纵轧、斜轧和横轧。v按按轧制温度轧制温度划分：划分：热轧、冷轧、温轧热轧、冷轧、温轧。轧制成型的方法轧制成型的方法 轧辊的轴线相互平行或在同一平面内，上下工作轧辊的轴线相互平行或在同一平面内，上下工作辊转动方向相反，轧制时轧件沿与轧辊轴线垂直辊转动方向相反，轧制时轧件沿与轧辊轴线垂直方向作直线运动且延伸的轧制方式方向作直线运动且延伸的轧制方式。纵纵 轧轧 图图3-1 纵轧示意图纵轧示意图1 1轧辊轧辊 2 2轧件轧件
26、 3 3行进方向行进方向金属轧制最常用的方式，金属轧制最常用的方式，是冶金生产主要的加工方是冶金生产主要的加工方法。法。主要用于初轧开坯、板带主要用于初轧开坯、板带材轧制、型材轧制和棒线材轧制、型材轧制和棒线材轧制材轧制。上下两个轧辊的轴线倾斜互成一定角度，各工作上下两个轧辊的轴线倾斜互成一定角度，各工作辊旋转方向相同，轧制时轧件沿轧辊夹角平分线辊旋转方向相同，轧制时轧件沿轧辊夹角平分线作螺旋运动且延伸的轧制方式作螺旋运动且延伸的轧制方式。斜斜 轧轧 图图3-2 二辊斜轧简图二辊斜轧简图l轧辊轧辊 2坯料坯料 3毛管毛管 4顶头顶头 5顶杆顶杆斜轧过程金属主要沿轧件纵斜轧过程金属主要沿轧件纵轴
27、线方向延伸。轴线方向延伸。斜轧是轧制管材的主要工艺斜轧是轧制管材的主要工艺方法，也用于轧制球体等变方法，也用于轧制球体等变断面零部件。断面零部件。上下两个轧辊的轴线相互平行，各工作辊旋转方上下两个轧辊的轴线相互平行，各工作辊旋转方向相同，轧制时轧件沿轧辊轴线方向作螺旋运动向相同，轧制时轧件沿轧辊轴线方向作螺旋运动且延伸的轧制方式且延伸的轧制方式。横横 轧轧轧制（板带材）：轧制（板带材）：镀锡板，彩涂板，中厚板镀锡板，彩涂板，中厚板轧制（管材）：轧制（管材）：无缝管，不锈钢管，方管无缝管，不锈钢管，方管轧制（型材）：轧制（型材）：重轨，重轨，HH型钢，线材，螺纹钢型钢，线材，螺纹钢 2.挤压挤压
28、 挤压就是采用挤压就是采用挤压轴挤压轴（凸模）将放在（凸模）将放在挤压筒挤压筒（凹模）（凹模）内的坯料压出模孔或流入特定的孔隙而成型的塑性加内的坯料压出模孔或流入特定的孔隙而成型的塑性加工方法。工方法。举例：管、棒、型；举例：管、棒、型；其它：异型截面。其它：异型截面。卧式挤压机卧式挤压机 挤 压 3.拉拔拉拔 金属坯料在外加拉力的作用下，通过模孔以获得与金属坯料在外加拉力的作用下，通过模孔以获得与模孔形状和尺寸相同的实心或空心制品的模孔形状和尺寸相同的实心或空心制品的塑性成型塑性成型方法称之为拉拔。方法称之为拉拔。拉 拔 4.锻造锻造 锻造就是坯料经加热后用锻造就是坯料经加热后用锻锤锻锤锤击
29、或锤击或压力机压力机施加施加压力，使其塑性变形以获得一定形状、尺寸和性压力，使其塑性变形以获得一定形状、尺寸和性能锻件的塑性成型方法。能锻件的塑性成型方法。A.自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而自由锻：金属在上下铁锤及铁砧间受到冲击力或压力而 产生塑性变形的加工。产生塑性变形的加工。B.模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲模锻：金属在具有一定形状的锻模膛内受冲 击力或压击力或压 力而产生塑性变形的加工。力而产生塑性变形的加工。飞机大梁飞机大梁 火箭捆挷环火箭捆挷环 4.锻造锻造万吨级水压机万吨级水压机 5.冲压冲压 金属板料在冲模中受压产生塑性变形或分离，以获得金属板料在冲模中
30、受压产生塑性变形或分离，以获得所要求形状和尺寸壳体或腔体制品的成型方法称为冲所要求形状和尺寸壳体或腔体制品的成型方法称为冲压成型，简称冲压。压成型，简称冲压。23411-凸模；2-板料固定器；3-凹模；4-铝合金杯形件；-总冲压力；-板料压边力；gFgFnFnFnF汽车覆盖件家用餐具 冲 压1.2.3 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点 根据根据成形时金属的温度成形时金属的温度分分热变形指再结晶温度以上所完成的压力加工过程热变形指再结晶温度以上所完成的压力加工过程冷变形指再结晶温度以下所完成的压力加工过程冷变形指再结晶温度以下所完成的压力加工过程温变形介于冷、热加工之间的压力加工
31、过程温变形介于冷、热加工之间的压力加工过程 1 成型方法成型方法金属的冷变形和热变形金属的冷变形和热变形 热变形热变形将金属加热到金属相图固相线以下再结晶温度以将金属加热到金属相图固相线以下再结晶温度以上的高温，施加作用力使之塑性变形达到预期的上的高温，施加作用力使之塑性变形达到预期的形状和尺寸的塑性加工方法。形状和尺寸的塑性加工方法。钢的再结晶温度一般在钢的再结晶温度一般在(0.350.4)TM 450600n1)1)变形抗力小，能耗少变形抗力小，能耗少 在高温时，原子的运动及热振动在高温时，原子的运动及热振动增强，加速了扩散过程和溶解过程，使金属的临界切应力增强，加速了扩散过程和溶解过程，
32、使金属的临界切应力降低；使加工时金属抵抗能力减弱而降低了能量的消耗。降低；使加工时金属抵抗能力减弱而降低了能量的消耗。n2)2)塑性升高塑性升高 变形温度升高后，完全再结晶使加工硬化消除变形温度升高后，完全再结晶使加工硬化消除3)3)性能均匀性较差性能均匀性较差 热加工结束由于冷却等原因，使产品热加工结束由于冷却等原因，使产品各处的温度难于保持均匀一致，温度偏高处的晶粒尺寸要各处的温度难于保持均匀一致，温度偏高处的晶粒尺寸要比低处的大一些。比低处的大一些。n4)4)表面质量、尺寸精度较差表面质量、尺寸精度较差 产品的表面光洁度与尺寸精产品的表面光洁度与尺寸精确度较差，这是因为在加热时，金属的表
33、面要生成氧化物确度较差，这是因为在加热时，金属的表面要生成氧化物(如氧化铁皮等如氧化铁皮等)，在加工时，这些氧化物不易清除干净，在加工时，这些氧化物不易清除干净，造成加工表面的质量缺陷，且尺寸的精度不如冷加工好；造成加工表面的质量缺陷，且尺寸的精度不如冷加工好；另外在冷却时的收缩，也能使表面质量和尺寸精度降低另外在冷却时的收缩，也能使表面质量和尺寸精度降低.热变形特点热变形特点金属的冷变形和热变形金属的冷变形和热变形 只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象的变形只有加工硬化作用而无回复与再结晶现象的变形过程叫冷变形。加工温度低于材料的再结晶回复过程叫冷变形。加工温度低于材料的再结晶回复温度的塑性
34、加工方法。温度的塑性加工方法。冷变形特点如下：冷变形特点如下：冷变形后的产品尺寸精度高，表面光洁，可以生冷变形后的产品尺寸精度高，表面光洁，可以生产极细的丝、极薄的箔和细薄的管；产极细的丝、极薄的箔和细薄的管；材料经冷变形变形后呈现加工硬化，变形抗力增材料经冷变形变形后呈现加工硬化，变形抗力增高，塑性下降，加工过程中需退火，增加能耗；高，塑性下降，加工过程中需退火，增加能耗；（0.250.3）TM 金属的冷变形和热变形金属的冷变形和热变形 采用不同的变形程度可以控制金属材料的加工硬采用不同的变形程度可以控制金属材料的加工硬化量，来得到不同性能的产品；化量，来得到不同性能的产品；利用加工硬化可以
35、得到强度极高的琴钢丝，弹性利用加工硬化可以得到强度极高的琴钢丝，弹性极高的磷青铜弹簧片等。极高的磷青铜弹簧片等。温变形温变形 将金属加热到再结晶温度以下而高于回复温度的将金属加热到再结晶温度以下而高于回复温度的加工方法。加工方法。对于变形抗力过大且塑性较低、冷变形非常困难对于变形抗力过大且塑性较低、冷变形非常困难的金属与合金，例如高速钢、某些奥氏体不锈钢、的金属与合金，例如高速钢、某些奥氏体不锈钢、难熔金属及其合金等，采用温变形可以显著降低难熔金属及其合金等，采用温变形可以显著降低变形力，提高塑性，获得表面质量、尺寸精度与变形力，提高塑性，获得表面质量、尺寸精度与性能都近于冷加工的优良产品。性
36、能都近于冷加工的优良产品。钢的回复温度一钢的回复温度一般在般在(0.250.3)TM 加工硬化过程加工硬化过程 多晶体塑性变形将导致金属的力学、物理和化学多晶体塑性变形将导致金属的力学、物理和化学性能的改变。随着变形程度性能的改变。随着变形程度，则有：则有：.变形抗力变形抗力（S Sb b 硬度）硬度）.塑性塑性（伸长率伸长率 压缩率压缩率）.同时使电阻升高、抗腐蚀性和导热性同时使电阻升高、抗腐蚀性和导热性 加工过程中的硬化和软化加工过程中的硬化和软化加工软化过程加工软化过程.回复回复 依靠对变形金属的加热，而使其原子运动的动能依靠对变形金属的加热，而使其原子运动的动能增加，借以增加其热振动，
37、使偏离稳定位置的原增加，借以增加其热振动，使偏离稳定位置的原子恢复到稳定位置。子恢复到稳定位置。.再结晶再结晶 经冷变形后的金属加热到再结晶温度时，在原来经冷变形后的金属加热到再结晶温度时，在原来的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒而性能的变形组织中重新产生了无畸变的新晶粒而性能也发生明显变化，并恢复到完全软化状态，这个也发生明显变化，并恢复到完全软化状态，这个过程称之为再结晶。过程称之为再结晶。加工过程中的硬化和软化加工过程中的硬化和软化1.2.2 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点材料利用率高。材料利用率高。无削加工，节省金属，成材率较高无削加工，节省金属，成材率较高。一般的
38、塑性成形方法的材料利用率可达到一般的塑性成形方法的材料利用率可达到60607070，先进的塑性成形方法现已达到，先进的塑性成形方法现已达到85859090，采用连铸坯轧制成品材的利用率可，采用连铸坯轧制成品材的利用率可达达9595以上。以上。2 特特 点点1.2.2 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点 生产效率高，适于大量生产。生产效率高，适于大量生产。线材轧制速度已超过线材轧制速度已超过100 100 m/sm/s，在在120000 120000 kNkN机械机械压力机上每小时能生产汽车发动机曲轴压力机上每小时能生产汽车发动机曲轴9090件。件。产品质量高产品质量高,性能好性能
39、好,缺陷少缺陷少*改善组织和性能改善组织和性能 加工精度和板料冲压时成形极限有限。加工精度和板料冲压时成形极限有限。模具、设备费用昂贵。模具、设备费用昂贵。特特 点点塑性加工工艺相对于铸造、焊接工艺有产品内部组织塑性加工工艺相对于铸造、焊接工艺有产品内部组织致密、力学性能好且稳定的优点。致密、力学性能好且稳定的优点。1.2.2 金属塑性成型的方法和特点金属塑性成型的方法和特点 对于形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的对于形状复杂，尺寸精确，表面十分光洁的 产品尚不及切削加工；产品尚不及切削加工；在成本及形状复杂方面不及铸造；在成本及形状复杂方面不及铸造；只能用于生产具有塑性的金属。只能用于生产具
40、有塑性的金属。不不 足足1.2.3 金属成型金属成型需考虑的基本原则需考虑的基本原则 第第1讲讲 复习复习与与思考题思考题1 1.材料按成分不同一般分为几类？各类材料的组成材料按成分不同一般分为几类？各类材料的组成及性质、特点是什么？及性质、特点是什么？2 2.什么是金属塑性成型？特点是什么？什么是金属塑性成型？特点是什么？3.3.工程上主要有那些塑性成型方法？每种方法的定工程上主要有那些塑性成型方法？每种方法的定义及特点是什么？义及特点是什么？4.4.热加工、冷加工的定义及特点是什么热加工、冷加工的定义及特点是什么？5.5.冷、热变形对金属组织、性能产生哪些影响？冷、热变形对金属组织、性能产生哪些影响？
