特種塑性成形理論及技術全套教學

材料成型及控制工程學科專業(yè)課特種塑性成形理論及技術主講人：李峰1能力培養(yǎng)目標

完成這門課程以后，學生在理論方面應具有以下能力：使學生理解和掌握特種塑性成形理論及技術的基本思想和理念通過對本課程的學習了解特種塑性成形工藝的具體理論知識，掌握其特點并熟悉其實際應用除此之外，本課程還要在實踐領域培養(yǎng)學生如下三個方面的能力：認知和理解能力學生通過理論知識的學習，對特種塑性成形工藝及相關知識有一總體了解邏輯思維能力通過本課程的學習，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力，使其對這一新興學科能較快的掌握，包括其工藝特點和應用范圍分析建模能力現(xiàn)階段實際應用本專業(yè)問題比較突出的領域，這就要求學生要具有一定的超前意識、分析和理解能力，才能更快更好的掌握工藝特征，并會應用。教學定位2教學定位完成這門課程以后，學生在理論方面應具有以下能力：特種塑性成形理論及技術是材料成型及控制工程學科的一門專業(yè)課，將與塑性加工(壓力加工)專業(yè)各基礎課和平臺課等相關學科知識進行有機結(jié)合。它是一門新興學科，還有很多的不足和需要加強改進的地方，所以學生需要在摸索中前進，在實際的學習中深入理解、消化該門課程。課程的主要特點

教學定位通過本課程的學習，要求學生理解和掌握特種塑性成形理論及技術的基本思想和理念，了解工藝特點和應用范圍的具體理論知識，掌握各特種塑性成形工藝。能運用理論知識指導實際工作，開闊學生的視野，拓寬學生的知識面，培養(yǎng)學生學習專業(yè)知識及先進技術的興趣，從而提高學生的綜合素質(zhì)及就業(yè)競爭能力。3引言“特”的含義

“特種”是相對于“常規(guī)”塑性工藝而言，主要是指在特定應用領域內(nèi)很有發(fā)展前途的塑性工藝方法，不僅能補充常規(guī)工藝，還是其有益的延續(xù)及發(fā)展。

塑性加工簡介

塑性加工是一門方興未艾的工程科學。塑性加工方法既是材料制備的主要手段，又是金屬加工及制造的重要支柱技術之一。隨著信息時代的到來，與其相關的新興產(chǎn)業(yè)得到迅猛發(fā)展，但塑性加工并未就此淪為“夕陽技術”，反而是與時俱進、充滿生機地不斷向前發(fā)展。4目錄第1章概論第一部分特種塑性成形第2章超塑性成形第3章微塑性成形第二部分體積成形第4章鍛造成形第5章擠壓成形第6章擺動輾壓第三部分板(管)成形第7章板材成形第8章拼焊成形第9章旋壓成形第四部分高能率成形第10章高能率成形5第一章概論知識要點掌握程度相關知識國際塑性加工領域簡介掌握塑性加工的概念了解代表性人物及組織塑性加工概念及“特”的含義；各國代表性人物及國際組織塑性成形的主要發(fā)展趨勢了解塑性成形的主要發(fā)展趨勢。省力成形、柔性成形、輕量化成形、復合成形等趨勢?！颈菊陆虒W要點】61.1國際塑性加工簡介塑性加工(TechnologyofPlasticity；MechanicalWorkingTechnology；MetalForming)，顧名思義就是利用材料的可塑性進行加工的一種方法。

塑性加工的概念塑性兩字起源于中國，但日本一直沿用“塑性加工”一詞，與俄文的“壓力加工”相當，涵蓋軋制、拉壓、拉拔、鍛造與沖壓工藝。前三種工藝的產(chǎn)品主要是管、棒、型、線、板及帶材；后兩種工藝主要是對前述材料進行再加工(二次加工)，仍然是利用材料的可塑性，這時產(chǎn)品主要是零件毛坯或直接制成零件。在日本及西歐的高等學校與研究所，對一次加工及二次加工的界限并不明顯。而在俄羅斯，兩者分工比較明顯：冶金類院校主要從事一次加工，機械類院校則主要從事二次加工。長期以來，我國也受到其影響。最近，高等學校與研究單位正在逐步取消一次加工與二次加工的界限。71.1國際塑性加工簡介表1.1各國塑性加工領域著名的代表性人物

代表性人物及組織(1)ICTP(InternationalConferenceonTechnologyofPlasticity)(2)NAMRC(NorthAmericanMetalworkingResearchConference)(3)NUMISHEET,NUMIFORM(NumericalSimulation)(4)ICNFT(InternationalConferenceonNewFormingTechnology)(5)ICFG(InternationalColdForgingGroup)(6)IDDRG(InternationalDeepDrawingResearchGroup)(7)CIRP(InternationalInstitutionforProductionEngineering)較有代表性的國際會議與組織：8塑性加工既是材料制備的主要手段，又是裝備制造的重要環(huán)節(jié)，它正隨著新材料的出現(xiàn)及對裝備性能的不斷完善而提出的新要求面臨很多挑戰(zhàn)與機遇，其發(fā)展的總趨勢是：

省力成形(1)減少拘束系數(shù)K(2)降低流動應力σs(3)減少接觸面積A柔性成形

圖1.2多點成形示意圖圖1.1塑性成形中的實際接觸面積(陰影部分)1.2塑性成形總的發(fā)展趨勢9

輕量化成形

復合成形

圖1.4高強鋼板熱沖壓成形與淬火

圖1.3階梯軸(a)機加工件(b)內(nèi)高壓成形件1.2塑性成形總的發(fā)展趨勢101-1特種塑性成形中的“特”是什么意義？1-2揭示塑性加工一詞在各國的區(qū)別？1-3塑性成形的發(fā)展趨勢？1-4舉例說明實現(xiàn)省力成形的途徑？習題11第二章超塑性成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識超塑性成形的概念及特點掌握超塑性的概念；了解超塑性變形特點。超塑性的定義；材料超塑性狀態(tài)下的宏觀變形特征。超塑性的分類及影響因素掌握超塑性的分類；熟悉超塑性變形的影響因素。組織超塑性、相變超塑性等的概念及其特點；應變速率、成形溫度、晶粒尺寸等對超塑變形的影響。超塑性變形機理掌握超塑變形過程中的組織變化及空洞特征；了解超塑性變形的機理；超塑性變形過程中的微觀組織變化及空洞特征；幾種典型的超塑性變形機理模型超塑性成形的應用及展望掌握超塑性成形的基本原理及特點熟悉常用超塑性材料超塑成形技術的應用。了解超塑性成形的發(fā)展趨勢。超塑性成形的基本原理及模具結(jié)構(gòu)；各種常用超塑性材料的典型應用；超塑性成形的展望。12【導入案例】132.1超塑性成形的概念及特點

超塑性的概念材料在變形過程中，若綜合考慮其變形時的內(nèi)外部因素，使其處于特定的條件下，如一定的化學成分、特定的顯微組織(包括晶粒大小、形狀及分布等)、固態(tài)相變(包括同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、有序-無序轉(zhuǎn)變及固溶-脫溶變化等)能力、特定的變形溫度和應變速率等，則材料會表現(xiàn)出異乎尋常高的塑性狀態(tài)，即所謂的超塑性變形狀態(tài)，關于超塑性的定義，目前還沒有一個嚴格確切的描述。所謂超塑性，還可理解為材料具有超常的均勻變形的能力，因此，也有人用應變速率敏感性指數(shù)m值(m值反映了材料抗局部收縮或產(chǎn)生均勻拉伸變形的能力)的大小來定義超塑性，即當材料的m值大于0.3時，可視為其具有超塑性。通常認為超塑性是指材料在拉伸條件下，表現(xiàn)出異常高的伸長率而不產(chǎn)生縮頸與斷裂現(xiàn)象，當伸長率δ≥100％時，即可視為超塑性。實際上，有些超塑性材料，其伸長率可達到百分之幾百，甚至達到百分之幾千，如在超塑拉伸條件下Sn-Bi共晶合金可獲得1950％的伸長率，Zn-Al共晶合金的伸長率可達3200％以上。142.1超塑性成形的概念及特點

超塑性變形的特點

材料在超塑性狀態(tài)下的宏觀變形特征，可用大變形、無縮頸、低應力、易成形等來描述：1.大變形2.無縮頸3.小應力4.易成形，工藝簡單5.成形件質(zhì)量好152.2超塑性分類及影響因素

超塑性的分類

1.組織超塑性2.相變超塑性3.其它超塑性根據(jù)目前世界上各國學者研究的結(jié)果，按照實現(xiàn)超塑性的條件(組織、溫度、應力狀態(tài)等)，可將超塑性分為以下幾類：162.2超塑性分類及影響因素

超塑性變形的影響因素

1.應變速率的影響2.變形溫度的影響

3.晶粒大小及形狀的影響

4.兩相組織的影響172.3超塑性變形的機理

組織變化

1.晶粒形狀與尺寸的變化2.晶粒的滑動、轉(zhuǎn)動和換位3.晶界折皺帶4.位錯空洞特征

182.3超塑性變形的機理

變形機理

1.擴散蠕變機理2.位錯蠕變機理192.3超塑性變形的機理

變形機理

3.伴隨擴散蠕變的晶界滑移機理4.伴隨位錯運動的晶界滑移機理5.“心部-表層”機理6.晶粒轉(zhuǎn)出機理202.4超塑性成形的應用

超塑成形的應用概述

Al合金超塑成形

Ti合金超塑成形

212.4超塑性成形的應用

222.4超塑性成形的應用

Mg合金超塑成形技術

232.5超塑性成形展望

1.超塑性工業(yè)應用的進一步擴展2.新的超塑性材料的開發(fā)3.微超塑性成形的研究242-1超塑性變形的特點是什么？2-2什么是細晶超塑性？2-3什么是相變超塑性？2-4發(fā)生細晶超塑性的條件哪些？都是什么？2-5超塑性變形的基本關系表達式中，m的物理意義是什么？2-6影響超塑性變形的因素有哪些？它們是如何影響超塑性變形的？2-7超塑性變形時，金屬的組織有哪些變化？2-8什么是超塑性成形的“伴隨擴散蠕變的晶界滑移機理”，試用該機理解釋一些超塑性變形的現(xiàn)象?習題25第三章微塑性成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識微塑性成形的概念及發(fā)展趨勢掌握微塑性成形的概念定義；了解微塑性成形的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢；微塑性成形技術的定義及分類；微塑性成形技術的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。微塑性成形理論熟悉微尺度效應；了解微塑性成形的不均勻性；熟悉微塑性成形的力學基礎理論微尺度效應；微塑性成形的不均勻性；微塑性成形的力學基礎理論。微塑性成形設備與裝置熟悉微塑性成形設備；了解微型零件的微操作技術；了解微型模具的加工技術。微塑性成形設備的原理結(jié)構(gòu)特點；微型零件的微操作技術；微型模具的制造技術。微塑性成形工藝了解板料的微沖壓成形工藝；了解微零件體積成形工藝。板料微沖壓成形工藝的分類、特點及應用；微零件體積成形工藝的分類、特點及應用。26【導入案例】273.1微塑性成形概述

提出背景

原理及分類

283.1微塑性成形概述

發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

加快微塑性成形工藝設備的開發(fā)；建立有效的理論分析方法和數(shù)值模擬技術；微塑性成形中材料力學行為的研究；具有良好塑性流動行為材料的研制。

293.2微塑性成形理論基礎

微尺度效應

303.2微塑性成形理論基礎

微塑性成形的不均勻性

313.2微塑性成形理論基礎

微塑性成形力學基礎

經(jīng)典塑性理論的基本假設之一：一點的應力只取決于該點的應變或應變歷史，但在微成形中，非均勻塑性變形的特征長度為微米級，材料具有很強的尺度效應。在這種情況下，一點的應力不僅與該點的應變及應變歷史有關，而且也與該點的應變梯度及應變梯度歷史有關，材料表現(xiàn)為二階特性。由于傳統(tǒng)的塑性理論中本構(gòu)模型不包含任何尺度，所以不能預測尺度效應，現(xiàn)有的設計和優(yōu)化方法如有限元(FEM)及計算機輔助設計(CAD)都是基于經(jīng)典的塑性理論，而它們在這一微小尺度已不再適用。另一方面，以現(xiàn)有的技術條件按照量子力學和原子模擬的方法在現(xiàn)實的時間和長度尺度下處理微米尺度的變形依然很困難。所以，建立聯(lián)系經(jīng)典塑性力學和原子模擬之間的在連續(xù)介質(zhì)框架下、考慮尺度效應的本構(gòu)模型就成為必然的研究方向。下面介紹幾種微塑性成形的本構(gòu)模型。1.微極性理論2.唯象的應變梯度理論3.基于位錯機制的應變梯度塑性理論4.基于Taylor關系的非局部應變梯度塑性理論5.結(jié)構(gòu)非均—介質(zhì)的物理介觀力學6.其它模型的研究狀況323.3微塑性成形設備與裝置

微塑性成形設備

微型模具的加工

333.4微塑性成形工藝

板料微沖壓成形

343.4微塑性成形工藝

微零件體積成形

353-1什么是微塑性成形？具體包括哪些工藝？3-2什么是微尺度效應？3-3微塑性成形的力學基礎理論與傳統(tǒng)塑性理論的主要區(qū)別是什么？3-4微塑性成形設備有哪些特殊要求？3-5微型模具的加工技術主要有哪些？3-6微沖壓成形的特點有哪些？習題36第四章鍛造成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識精密鍛造、閉塞式鍛造掌握兩種鍛造工藝的基本原理及特點；熟悉兩種鍛造工藝的應用；利用精密鍛造和閉塞式鍛造實施條件及工藝特征；典型構(gòu)件的成形優(yōu)勢。等溫鍛造、粉末鍛造、液態(tài)模鍛掌握三種鍛造工藝的基本原理及特點；熟悉三種鍛造工藝的設計；了解三種鍛造工藝的應用。三種鍛造的工藝特征及模具結(jié)構(gòu)；粉末鍛造預制坯的設計；三種鍛造工藝的適用領域。局部加載成形熟悉局部加載方式的基本原理及作用方式；了解局部加載的缺陷及應用。局部加載的省力原理及變形協(xié)調(diào)特點；典型超大構(gòu)件成形的應用。37【導入案例】384.1精密鍛造

原理及特點

應用概況

精密鍛造是在傳統(tǒng)鍛造基礎上逐步發(fā)展起來的一種少無切削加工的新工藝，是先進制造技術的重要組成部分，也是精密成形的主要發(fā)展方向之一。與普通鍛造相比，精密鍛造能夠生產(chǎn)(近)凈形成形的工件，其主要特點是：機械加工余量少、尺寸精度高、表面質(zhì)量好、材料利用率高，且纖維流線的分布與零件幾何形狀一致，顯著地提高了零件的品質(zhì)性能，降低了生產(chǎn)成本，從而提高了產(chǎn)品的市場競爭能力等。394.1精密鍛造

研究及發(fā)展現(xiàn)狀

404.2等溫鍛造

原理及特點

等溫模鍛是一種能實現(xiàn)少無切屑及精密成形的新工藝，因變形速率低、工件長時間與環(huán)境溫度保持隔離狀態(tài)，可使溫度變化降低至最小。與常規(guī)模鍛的本質(zhì)區(qū)別在于：該方法能將成形溫度控制在和毛坯加熱溫度大致相同的范圍內(nèi)，使坯料在溫度基本不變的情況下完成全過程。

414.2等溫鍛造

原理及特點

工藝設計

1.可降低金屬的變形抗力，提高了材料塑性，金屬流動及充填性能好；2.形狀復雜、投影面積大、高筋薄腹類鍛件可一次性整體成形；3.提高成形中金屬變形的均勻性，獲得了力學性能良好的鍛件；4.工模具的壽命較高。1.工藝參數(shù)確定2.變形力計算3.成形設備4.模具材料5.成形范圍424.2等溫鍛造

研究及發(fā)展現(xiàn)狀

1.高溫合金2.鈦合金3.鋁鎂合金圖4.4鋁合金筒形機匣圖4.5鎂合金上機匣鍛件434.3粉末鍛造

原理及特點

圖4.6粉末鍛造的基本工藝流程粉末鍛造工藝特點如下：(1)成形性能好，材料利用率高，且不留任何的加工余量及輔料；(2)成形制品的力學性能明顯優(yōu)于普通模鍛件；(3)鍛件尺寸精度高及表面粗糙度較低；(4)模具單位壓力僅為普通模鍛的1/4~1/3，甚至更低，模具壽命可提高10~20倍以上；(5)生產(chǎn)效率高，節(jié)省加工工序；(6)顯著地改善了勞動條件(降噪及減少熱輻射)。444.3粉末鍛造

預成形坯設計

1.預成形坯的密度選擇2.預成形坯的設計3.預成形坯的壓制4.預成形坯的燒結(jié)

研究及應用現(xiàn)狀

454.4液態(tài)模鍛

原理及特點

圖4.7液態(tài)模鍛工藝流程示意圖

液態(tài)模鍛的主要特點：(1)液態(tài)模鍛適用的材料范圍較寬。不僅是普通鑄造合金，也適用于高性能的變形合金，同時也是復合材料較理想的成形方法之一；(2)材料利用率高、成形工序減少、成本低。與普通模鍛相比，材料利用率可達95%以上；(3)材料力學性能好。成型時液態(tài)金屬在充足的壓力下凝固結(jié)晶，組織致密、晶粒細??；(4)成品率高、精度高、質(zhì)量好。制件在模內(nèi)收縮小，且受三向壓應力的影響，故不易形成氣孔及疏松等缺陷；(5)模具結(jié)構(gòu)簡單費用低，所需設備噸位小，投資少；(6)液態(tài)模鍛工藝也適用于非軸對稱、壁厚不均勻、形狀復雜等零件的加工成形。與普通模鍛相比，金屬充模性能好，能夠用一次成形較復雜的幾何形狀。464.4液態(tài)模鍛

原理及特點

液態(tài)模鍛工藝分類(1)液態(tài)擠壓模鍛液態(tài)擠壓模鍛既是省力、又能生產(chǎn)出高質(zhì)量構(gòu)件的工藝。該工藝是液態(tài)金屬處于準固態(tài)進入擠壓模定徑區(qū)成形，其制品質(zhì)量不低于固態(tài)金屬擠壓件。(2)固液態(tài)(半固態(tài))模鍛把金屬坯料加熱到似熔非熔狀態(tài)，并能以固態(tài)形式從加熱爐轉(zhuǎn)移到模腔內(nèi)。它具有變形抗力低，省去了復雜的熔煉過程，接近普通模鍛，但其工藝要求較高。(3)液態(tài)金屬與固體構(gòu)件組合(如雙金屬構(gòu)件)模鍛液態(tài)金屬與高強度或具有其它優(yōu)良性能的長、短纖維(如:礦纖維、陶瓷纖維等)浸潤復合模鍛或擠壓，形成一種新性能材質(zhì)的鍛件或擠壓構(gòu)件。474.4液態(tài)模鍛

不同材料的液態(tài)模鍛

1.鋁合金液態(tài)模鍛2.銅合金液態(tài)模鍛3.鐵和鋼液態(tài)模鍛4.鎂合金液態(tài)模鍛5.復合材料液態(tài)模鍛

研究及應用現(xiàn)狀

484.5閉塞式模鍛

原理及特點

圖4.8閉塞式鍛造過程示意圖閉塞式鍛造的特點是：(1)生產(chǎn)效率高，使坯料可在設備一次行程內(nèi)獲得形狀復雜的無飛邊精件；(2)因成形過程中坯料處于強烈的三向壓應力狀態(tài)，非常適于低塑性材料的加工成形；(3)材料利用率及尺寸精度高，且鍛件流線沿幾何外形連續(xù)分布，力學性能好；(4)省去后續(xù)切邊工序，成本顯著地降低。494.5閉塞式模鍛

工藝設計

1.生產(chǎn)準備2.張模力計算3.裝備選擇圖4.9十字接頭的鍛件形狀

研究及應用現(xiàn)狀

504.6局部加載成形

原理及特點

圖4.10局部加載成形原理示意圖

成形缺陷

514.6局部加載成形

研究及應用現(xiàn)狀

圖4.13F/A-22飛機上的鈦合金隔框件524-1精密鍛造技術的主要應用？4-2結(jié)合圖4.3分析等溫模鍛模具結(jié)構(gòu)特點？4-3粉末鍛造的基本工序及預制坯設計？4-4液態(tài)模鍛技術的發(fā)展趨勢？4-5閉塞式鍛造的工藝特點？4-6局部加載成形原理及設計原則？習題53第五章擠壓成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識靜液擠壓掌握靜液擠壓的工藝原理及特點；熟悉特殊材料的靜液擠壓；靜液擠壓的裝置結(jié)構(gòu)、工藝特點及優(yōu)勢；特殊材料靜液擠壓的特點及研究概況。連續(xù)擠壓、半固態(tài)擠壓掌握兩種擠壓的工藝原理及特點；熟悉兩種擠壓工藝的應用。連續(xù)擠壓、半固態(tài)擠壓的技術特點及優(yōu)勢；兩種擠壓技術的應用概況。側(cè)向擠壓、積極摩擦擠壓掌握兩種擠壓的工藝原理及特點；了解兩種擠壓工藝的應用。側(cè)向擠壓、積極摩擦擠壓的技術特點及優(yōu)勢；兩種擠壓技術的應用概況。其它擠壓成形技術了解各種特殊擠壓成形技術的原理及應用。各種特殊擠壓成形技術的原理、特點及典型應用領域。54【導入案例】555.1靜液擠壓

原理及特點

565.1靜液擠壓

原理及特點

與傳統(tǒng)擠壓法相比，靜液擠壓技術有如下優(yōu)勢：(1)因高壓介質(zhì)施加在坯料周圍，使其處于強烈的三向壓應力狀態(tài)，坯料上靜水壓力值明顯增大，不僅能防止坯料內(nèi)部縮孔和裂紋缺陷的產(chǎn)生，提高了材料的工藝塑性及流動均勻性；(2)由于高壓液體的作用，使沖頭和坯料間形成流體潤滑狀態(tài)，摩擦會降至最低。同時坯料和擠壓筒間沒有摩擦。因此，能顯著地減輕制品表面因剪切受損的狀況，可避免在一般擠壓過程中該類缺陷的產(chǎn)生，制品表面光潔度高；(3)由于坯錠在擠出前沒有普通擠壓的鐓粗階段，因而不會產(chǎn)生表面裂紋；(4)擠壓載荷比普通正擠時降低了約20%～40%，并可采用較大擠壓比進行成形。根據(jù)材料性能不同，擠壓比可達2～400，純鋁可達20000，甚至更大；(5)可用較長坯料進行加工成形。一般情況下，坯料長徑比最大可達到40，并對擠壓載荷影響不大；(6)因坯料與模具處在流體動力潤滑狀態(tài)，因此，摩擦力極小，模具磨損也較小，模具壽命顯著提高，制品表面光潔度和尺寸精度也較高；(7)因坯料不直接與擠壓筒壁接觸，適于不同幾何形狀坯料的成形；(8)可實現(xiàn)高速擠壓，如鋼材靜液擠壓時的速度可達3300m/min；575.1靜液擠壓

原理及特點

但因工藝條件及要求等影響，存在以下不足之處：(1)對模具及密封結(jié)構(gòu)的材料要求極為嚴格；(2)對擠壓前坯料的要求較高。為了提高擠后制品質(zhì)量，需對坯料去皮處理。一般還需將坯料頭部切屑成與擠壓模出口部位相同的形狀，以保證擠前模具與坯料間配合良好；(3)擠壓過程相對繁雜、效率低、速度可控性差等。因高壓下液體壓縮量較大，坯料在擠壓成形時不易控制，且末期易發(fā)生制品彈射出模口的現(xiàn)象，危險性較大，操作困難，輔助時間長，必須采取嚴格的防范措施；(4)擠壓末期常需留有一定壓余。因坯料被全部擠出后會引起高壓液體的卸載，通常情況下不將坯料全部擠出，或采用錐形擠壓軸以便在擠壓終了時能封住擠壓模口部位。585.1靜液擠壓

特殊材料靜液擠壓

1.難成形材料靜液擠壓

特殊材料靜液擠壓

(1)鎂合金靜液擠壓(2)鈦合金靜液擠壓(3)高溫合金靜液擠壓2.難熔合金靜液擠壓3.粉末材料靜液擠壓4.復合材料靜液擠壓595.2連續(xù)擠壓

工藝原理

圖5.2連續(xù)擠壓的工藝原理圖

技術特點及優(yōu)勢

圖5.3連續(xù)擠壓機的特點605.2連續(xù)擠壓

研究及應用概況

615.3連續(xù)擠壓

摩擦的作用方式

625.3連續(xù)擠壓

金屬流動行為

635.4側(cè)向擠壓

原理及特點

645.4側(cè)向擠壓

原理及特點

655.5半固態(tài)擠壓

原理及特點

665.6其它擠壓成形技術

帶內(nèi)錐沖頭擠壓

675.6其它擠壓成形技術

剪切擠壓

685.6其它擠壓成形技術

彎曲型材擠壓

695.6其它擠壓成形技術

變截面型材擠壓

705.6其它擠壓成形技術

擠壓連接

715.6其它擠壓成形技術

固相再生擠壓

725-1靜液擠壓技術的優(yōu)點及不足之處？5-2根據(jù)圖5.4簡述銅扁線連續(xù)擠壓的工藝流程？5-3對比不同摩擦方式對擠壓流動行為的影響？5-4列舉連續(xù)ECAP工藝有哪些？5-5半固態(tài)成形的工藝原理？5-6舉例說明特殊擠壓成形技術特點及應用領域？習題73第六章擺動碾壓【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識擺動輾壓成形的原理及特點掌握擺動輾壓成形的原理及適用場合連續(xù)累積成形的塑性變形特點；主要適用范圍工藝參數(shù)確定熟悉擺動輾壓成形的主要工藝參數(shù)；掌握各工藝參數(shù)的確定方法接觸面積率、擺輾力、每轉(zhuǎn)進給量、擺頭傾角、擺頭轉(zhuǎn)速、壓力能的計算加載方式對金屬流動的影響規(guī)律掌握擺動輾壓成形常用的加載方式；了解加載方式對應力應變的影響情況擺輾的加載方式、應力應變速率、變形分區(qū)擺動輾壓成形模具了解擺動碾壓模具的設計原則擺輾模具的受力特點、模具設計74【導入案例】756.1擺動輾壓的原理及特點

擺動輾壓的原理

766.1擺動輾壓的原理及特點

優(yōu)點：(1)省力因為擺動輾壓是以局部變形代替一般鍛壓工藝的整體成形，因此擺輾所需變形力小，即所用的設備噸位小。視工件復雜程度不同，擺輾力約為常規(guī)鍛造力的1/5~1/20。(2)成形時不易開裂，產(chǎn)品質(zhì)量好采用擺輾成形時工件精度高，表面粗糙度低。若模具制造的精度高，而且進行了拋光，其垂直方向的尺寸精度可達0.05~0.2mm，表面粗糙度可達Ra0.4~0.7μm。由于擺動輾壓過程是多次變形累計而成，所以變形比較均勻，工件側(cè)面不易產(chǎn)生裂紋，輾壓鋼件時的極限變形比普通工藝方法增大10~15%。(3)擺動輾壓特別適合薄盤類零件成形擺動輾壓特別適合壓制薄餅、圓盤、汽車半軸的法蘭、火車用勾舌頭部等零件。這主要因為當鍛件很薄時，由于摩擦力的影響，普通鍛造方法所需要的壓力可能等于模具材料的強度極限而造成無法加工。而采用擺動輾壓成形的方法，由于模具和坯料之間由滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，摩擦系數(shù)大大降低，所以所需要的軸向壓力比一般鍛造方法要小得多，而且坯料越薄，差別越大。(4)機器的噪音及振動小，改善工作環(huán)境，易實現(xiàn)機械化和自動化，降低勞動強度。(5)設備投資少，制造周期短，見效快；占地面積小，基建費用低。缺點(1)需要制坯擺輾成形是偏心加載經(jīng)多次累積變形使毛坯整體成形，毛坯的高徑比不能太大，否則，不但效率低，而且也已產(chǎn)生“蘑菇頭”形，造成折迭缺陷。(2)擺輾機結(jié)構(gòu)較為復雜，機架剛度要求較高工作時，機架反復的受偏心載荷作用，所以其剛度要求較一般液壓機高。同時，對于滾珠軸承式擺頭，其軸承壽命也較低。776.1擺動輾壓的原理及特點

擺動輾壓的適用范圍

786.2擺動輾壓工藝參數(shù)的確定

接觸面積率

擺輾力

每轉(zhuǎn)進給量

擺頭傾角

擺頭轉(zhuǎn)速

壓力能

796.3加載方式對金屬流動的影響

圓柱擺動輾壓模型

應力、應變速率分析

806.4擺動輾壓成形的模具

模具受力特點及材料

1.模具受力特點2.模具材料擺輾模具設計

1.鍛件圖的制訂2.擺輾模具結(jié)構(gòu)設計3.擺輾模膛設計816-1簡述擺動碾壓的工作原理？6-2解釋下列術語的含義：接觸面積率、擺頭傾角、壓力能？6-3試列舉擺動輾壓的優(yōu)缺點及適用范圍？6-4簡述擺輾模具的受力特點？習題82第七章板材成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識充液拉深掌握充液拉深的原理及特點；熟悉充液拉深的工藝參數(shù)。充液拉深的工藝原理、特點及新技術；主要工藝參數(shù)的確定。內(nèi)高壓成形掌握內(nèi)高壓成形的原理及特點；熟悉內(nèi)高壓成形的應用概況。內(nèi)高壓成形的原理及技術優(yōu)勢；內(nèi)高壓成形的發(fā)展趨勢。聚氨酯成形、粘性介質(zhì)成形掌握兩種柔性成形工藝的原理及特點；了解兩種柔性成形的應用。兩種柔性成形的作用方式及關鍵技術；柔性成形的應用實例。多點成形掌握多點成形的原理及特點；了解多點成形的工藝過程。多點成形原理、特點及設備；多點成形的作用方式及缺陷形式。數(shù)控增量成形、激光成形、高強鋼熱成形熟悉三種板材成形的原理；了解三種板材成形的工藝過程及應用領域。三種板材成形的工藝原理及特點；實施方式及典型應用實例。83【導入案例】847.1充液拉深

原理及特點

857.1充液拉深

原理及特點

與傳統(tǒng)拉深成形相比，充液拉深成形工藝具有以下特點：(1)由于反向液壓的作用，使板料與凸模緊緊貼合，產(chǎn)生“摩擦保持效果”，緩和了板料在凸模圓角處的徑向應力，提高了傳力區(qū)的承載能力，從而提高了成形極限；(2)成形件滿足輕量化要求。強度高，材料利用率高，回彈小，殘余應力低。節(jié)省工序，減少了拉深次數(shù)，一般只需一個拉深道次，減少了中間成形工序及退火等耗能工序；(3)尺寸精度高，表面質(zhì)量好。液體從坯料與凹模上表面間溢出形成流體潤滑，利于坯料進入凹模，零件的外表面不與剛性凹模接觸，在油壓保護作用下，零件的表面不易劃傷，表面質(zhì)量好，尤其適合表面質(zhì)量要求高的板材零件成形；(4)成本低?？蓡蔚来纬尚涡螤顝碗s的零件，而傳統(tǒng)沖壓成形則需多道次拉深才能實現(xiàn)，減少了多工序所需的模具，降低了生產(chǎn)成本。充液拉深成形的不足在于其專用設備比一般沖床復雜、昂貴。由于充液需要時間，每分鐘的沖壓次數(shù)較少、生產(chǎn)率低。所以，充液拉深適用于生產(chǎn)批量不大，質(zhì)量要求較高的深筒形、錐形、拋物線形等復雜曲面零件的成形。867.1充液拉深

原理及特點

圖7.5正反加壓充液拉深成形原理示意圖877.1充液拉深

主要工藝參數(shù)

發(fā)展趨勢和展望

1.充液室壓力2.拉深力3.壓邊力4.凹模圓角半徑5.凸模圓角半徑887.2內(nèi)高壓成形

原理及特點

與傳統(tǒng)加工工藝相比，內(nèi)高壓成形的主要優(yōu)點有：節(jié)省原材料，提高材料利用率，減輕零件質(zhì)量。由于采用空心結(jié)構(gòu)代替實心結(jié)構(gòu)，節(jié)約了原實心零件中心部分的材料，同時顯著地降低了零件質(zhì)量。如階梯軸類零件可以減重40～50%，個別零件可達75%；加工道次少，產(chǎn)品精度高。對于階梯軸，不僅免去了中心孔的加工，外表面各階梯也僅需要進行精加工。大部分內(nèi)高壓成形件不需要后續(xù)組裝焊接，從而消除了焊接變形及彈復對零件精度的影響；減少零件和模具數(shù)量，生產(chǎn)成本低。由于內(nèi)高壓成形工藝屬于一次成形，極大地減少了生產(chǎn)用模的數(shù)量。如用內(nèi)高壓成形工藝制造副車架時，零件數(shù)量由6個減少到1個，成形模具僅需一套，而沖壓件大多需要多套模具，模具費用平均降低20～30%；提高強度與剛度，尤其疲勞強度。由于省去了焊接工藝，零件的強度、剛度與疲勞強度均得到明顯提高。以散熱器支架為例，垂直方向提高39%；水平方向提高50%。897.2內(nèi)高壓成形

主要工藝參數(shù)

1.初始屈服壓力2.開裂壓力3.整形壓力4.軸向進給力5.合模力

研究及應用概況

907.2內(nèi)高壓成形

研究及應用概況

917.3粘性介質(zhì)成形

原理及特點

粘性介質(zhì)壓力成形工藝具有以下優(yōu)點：(1)可使用簡單通用的模具結(jié)構(gòu)；(2)低的厚度減薄率和更均勻的壁厚分布；(3)高尺寸精度，低回彈和殘余應力；(4)更低的表面粗糙度；(5)無腐蝕、無污染，對人體無害；(6)粘性介質(zhì)可重復使用。927.3粘性介質(zhì)成形

成形工藝設計

1.成形順序性2.粘性介質(zhì)3.反向壓力4.表面質(zhì)量937.4聚氨酯成形

原理及特點

聚氨酯特性與分類

典型成形工藝

1.沖裁2.彎曲3.拉深4.脹形947.5多點成形

原理及特點

多點成形的技術特點：(1)不用模具成形。取代了傳統(tǒng)的整體模具，節(jié)省了模具設計、制造、調(diào)試和保存所需費用，顯著地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的競爭力；(2)改善了鈑金加工條件。隨意改變了板材的變形路徑和受力狀態(tài)，提高材料成形能力，實現(xiàn)難加工材料的塑性變形，擴大了板材加工范圍；(3)減少了回彈。采用反復成形新技術，消除材料內(nèi)部的殘余應力，保證工件的成形精度；(4)無缺陷成形。利用彈性墊新技術，增大了板料的受力面積，將集中載荷變?yōu)榫驾d荷。消除壓痕、皺紋等不良缺陷，工件表面質(zhì)量能得到很好的保證；(5)降低新設備投資。采用分段成形新技術，連續(xù)逐次成形大于設備工作臺尺寸的工件，實現(xiàn)了小設備成形大型零件；(6)易于實現(xiàn)自動化。曲面造型，壓力機控制，工件測試等整個過程，都可全部采用計算機技術，實現(xiàn)了CAD/CAM/CAE一體化生產(chǎn)。957.5多點成形

原理及特點

967.5多點成形

成形方式及工藝過程

1.一次成形技術2.分段成形技術3.反復成形技術4.多道成形技術977.5多點成形

應用與發(fā)展

1.大型化圖7.38鳥巢整體結(jié)構(gòu)2.精密化3.連續(xù)化987.6數(shù)控增量成形

原理及特點

增量成形是近年來發(fā)展起來的一種新型特種塑性成形技術。板料增量成形是采用簡單模具對板料進行逐次塑性加工的一種工藝，不需要專用的模具就可成形較為復雜的零件，是一種柔性的塑性加工方法。通常是在數(shù)控機床上進行，根據(jù)板料成形過程的要求，編制出數(shù)控機床的控制程序，利用數(shù)控機床的進給系統(tǒng)來控制帶有球頭的柱狀工具，使板料按照給定的軌跡逐步成形，最終達到坯料所要求的形狀，因此，也被稱為逐點增量成形。997.6數(shù)控增量成形

原理及特點

1007.6數(shù)控增量成形

研究及應用概況

圖7.44錘擊逐次成形工藝示意圖圖7.45拉深、增量成形復合工藝和制件(a)增量微成形系統(tǒng)(b)微型汽車外殼圖7.47增量微成形系統(tǒng)及微型汽車外殼1017.7激光成形

成形原理

1027.7激光成形

工藝特點

板料的激光彎曲技術是通過各項參數(shù)的優(yōu)化來精確控制板材的彎曲程度，它具有傳統(tǒng)的塑性成形方法無可比擬的優(yōu)點：(1)可實現(xiàn)無模具加工，具有生產(chǎn)周期短，柔性大的優(yōu)點，因此，特別適于大型單件及小批量生產(chǎn)；(2)加工過程中無外力接觸，所以不會出現(xiàn)回彈和由此帶來的諸多問題，因而加工精度高，適用于精密儀器的制造；(3)激光彎曲屬于熱態(tài)累積成形，總的變形量由激光束的多次掃描累積而成，這就使得一些硬而脆的難變形材料加工易于進行，可用于許多特種合金和鑄鐵件的彎曲變形；(4)借助紅外測溫儀及形狀測量儀，可在數(shù)控激光加工機上實現(xiàn)全過程的閉環(huán)控制，從而保證工件質(zhì)量，改善工作條件；(5)激光束良好的方向性和相干性使得激光彎曲技術能夠應用受結(jié)構(gòu)限制、傳統(tǒng)工具無法接觸或靠近的工件加工。1037.7激光成形

主要影響因素

(1)材料性能的影響，主要有熱膨脹系數(shù)、比熱容、熱導率、屈服強度、彈性模量等；(2)板材幾何參數(shù)的影響，主要是板厚的影響；(3)激光加工工藝參數(shù)的影響，主要有激光的輸出功率、光斑的大小、掃描的速度等。1047.8高強鋼熱成形

高強鋼的力學性能

1057.8高強鋼熱成形

工藝特點及實例

1067.8高強鋼熱成形

工藝特點及實例

高強鋼板熱成形技術的優(yōu)點是：1.變形抗力小、塑性好、成形極限高、改善沖壓成形性；2.控制回彈，提高零件尺寸精度；3.降低壓機噸位要求；4.變形抗力低，減小了模具的單位壓力；5.生產(chǎn)周期短。高強鋼板熱成形技術的缺點是：1.設備投資大，試驗線投資200萬歐元~300萬歐元，生產(chǎn)線投資600萬歐元~

800萬歐元；2.模具設計和加工復雜，一般需要制作兩套模具，第一套供調(diào)試，第二套供實際生產(chǎn)；3.制造成本高，維護、保養(yǎng)成本高。1077.8高強鋼熱成形

主要技術條件

1.主要技術參數(shù)(1)冷卻速度

(2)保壓冷卻時間

(3)加熱溫度

(4)加熱時間

(5)壓邊力

2.實施方式(1)加熱設備(2)加熱方法(3)溫度控制(4)潤滑及潤滑劑(5)成形模具1087-1結(jié)合圖7.8-11說明充液拉深成形的工藝特點及優(yōu)勢？7-2寫出內(nèi)高壓成形主要工藝參數(shù)(初始屈服壓力、開裂壓力、整形壓力、軸向進給力、合模力和補料量等)的表達式？7-3粘性介質(zhì)成形的原理及特點？7-4聚氨酯的特性及典型成形工藝？7-5多點成形的工藝特征及發(fā)展趨勢？7-6數(shù)控增量成形的工藝原理？7-7激光成形的特點及主要影響因素？7-8簡述高強鋼熱成形的工藝流程？習題109第八章板材成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識拼焊成形的原理及特點掌握拼焊成形的原理及優(yōu)缺點板材成形和管材成形塑性變形規(guī)律拼焊成形種類了解拼焊成形的提出背景；掌握拼焊成形的種類汽車輕量化的概念；材料輕量化和結(jié)構(gòu)輕量化的區(qū)別拼焊成形的工藝特點及常見缺陷掌握拼焊成形的工藝特點；了解拼焊板和拼焊管成形時常見的缺陷形式及控制措施拼焊成形應力應變規(guī)律；焊縫移動，成形極限，塑性失穩(wěn)拼焊成形常用的焊接技術熟悉拼焊成形時常采用的焊接方法及各自的優(yōu)缺點激光焊接、電阻焊、電子束焊110【導入案例】1118.1拼焊成形原理及特點

拼焊成形的基本原理

1128.1拼焊成形原理及特點

拼焊成形的特點

拼焊成形的特點是可以在零件的不同部位獲得不同的使用性能，具體優(yōu)點如下：(1)由于在變形前已將各部件焊接在一起，可以基本消除焊接殘余變形，提高構(gòu)件整體精度和質(zhì)量；(2)在成形前進行拼焊或在軋制過程中焊接，焊接工藝簡捷；(3)零件整體化，減少裝配數(shù)量，簡化安裝程序；(4)改善部件抗沖擊能力，焊接件的抗沖擊能力比組裝件好；(5)降低部件重量，降低材料成本，充分發(fā)揮材料作用。然而，由于拼焊板(管)壁厚或材質(zhì)的不同引起板料的不均勻變形給沖壓成形工藝帶來一系列問題，如起皺條件改變、壓邊圈需要改型、焊縫發(fā)生不均勻偏移等等。1138.2拼焊成形提出及應用

拼焊成形的提出

拼焊成形的應用

圖8.4激光拼焊板在整車上的應用1148.3拼焊板成形工藝

焊縫的移動問題

成形極限

1158.3拼焊板成形工藝

起皺問題

1168.3拼焊板成形工藝

其它問題

影響成形質(zhì)量的主要因素

1.母材厚度差對成形性能的影響(1)對于等厚等強材料，失效總是發(fā)生在焊縫界面，裂紋總是垂直于主應變方向。

(2)對于不同厚度的拼焊板來說，主應變方向平行于焊縫時，由于焊縫處的韌性比基體金屬差，焊縫容易首先破裂。

(3)同強度不同厚度的拼焊板與基材相比，杯突試驗的極限拱頂高下降43％。

2.不同力學性能搭配的拼焊板對成形性能的影響1178.4拼焊管成形工藝

成形極限問題

圖8.18激光焊管工藝1188.4拼焊管成形工藝

焊縫移動問題

1198.4拼焊管成形工藝

壁厚分布問題

1208.5拼焊成形的焊接技術

概述

滾壓電阻焊

電子束焊

激光焊

1218-1簡述拼焊成形的原理及特點？8-2結(jié)合圖8.4列舉拼焊板在汽車上的應用部件？8-3分析影響拼焊板成形質(zhì)量的主要因素？8-4拼焊成形常見的缺陷形式及控制措施？8-5拼焊成形常用的焊接方法并進行比較？習題122第九章旋壓成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識旋壓成形原理及特點掌握旋壓成形的原理及工藝；熟悉旋壓成形的變形特征及受力狀態(tài)。旋壓成形的工藝原理、特點及設備；旋壓成形規(guī)律及受力分析。旋壓工藝分類及材料掌握旋壓成形的工藝分類；熟悉旋壓成形的材料。按旋壓成形特征進行分類；有色金屬和鋼材。典型旋壓成形技術熟悉典型旋壓成形技術特點；了解典型旋壓成形工藝過程。典型旋壓成形的技術特點、作用方式及工藝過程。新型旋壓成形工藝掌握新型旋壓成形的原理；了解新型旋壓成形的工藝。分形旋壓、張力旋壓成形工藝的原理及特點。123【導入案例】1249.1旋壓成形原理及特點

成形原理

圖9.2旋壓件的典型形狀圖9.1旋壓工藝原理示意圖1259.1旋壓成形原理及特點

工藝特點及設備

旋壓成形有如下顯著特點:(1)在旋壓過程中，旋輪(或鋼球)對坯料逐點壓下，單位壓力可達2500～3500N/mm2,適于加工高強度難變形材料，且所需總變形力較小，從而使功率消耗降低；(2)坯料的金屬晶粒在變形力的作用下，沿變形區(qū)滑移面錯移；(3)強力旋壓可使制品達到較高的尺寸精度和表面光潔度；(4)制品范圍廣；(5)同一臺旋壓機可進行旋壓、接縫、卷邊、縮頸、精整等加工，因而可生產(chǎn)多種產(chǎn)品；(6)坯料來源廣，可采用空心的沖壓件、擠壓件、鑄件、焊接件、機加工的鍛件和軋制件以及圓板作坯料；(7)旋壓是一種少無切削工藝，因此，材料利用率高、省工時、成本低。1269.1旋壓成形原理及特點

變形及受力分析

1279.2旋壓工藝分類及材料

有色金屬

鋼材

1.鋁及鋁合金2.銅及銅合金3.鈦及鈦合金4.高熔點金屬1.高強度鋼2.結(jié)構(gòu)鋼3.中碳合金鋼4.馬氏體時效鋼1289.3典型旋壓成形技術

筒形件強力旋壓

錐筒形件剪切旋壓

封頭普旋成形

車輪輞旋壓

無縫整體氣瓶旋壓

帶輪旋壓

帶內(nèi)外縱向齒筒體旋壓

波紋管旋壓

圖9.10氣瓶收口旋壓1299.3新型旋壓成形工藝

分型旋壓成形工藝

1-初始毛坯;2-分形旋輪;3-已分形毛坯;4-整形旋輪圖9.14分形旋壓成形示意圖1309.3新型旋壓成形工藝

張力旋壓成形工藝

1319.3新型旋壓成形工藝

張力旋壓成形工藝

132習題9-1旋壓成形的工藝種類及設備？9-2對比正、反旋壓時金屬變形流動及受力狀態(tài)？9-3舉例說明可用于旋壓成形的材料？9-4列舉典型旋壓成形工藝？9-5新型旋壓成形工藝的原理及特點？133第十章高能率成形【本章教學要點】知識要點掌握程度相關知識高能率成形掌握高能率成形技術的原理；熟悉高能率成形技術的特點以及應用領域；金屬塑性成形；高能率成形所需能源的種類；各高能率成形技術的區(qū)別。爆炸成形掌握爆炸成形技術的原理；熟悉爆炸成形技術的特點以及應用領域；爆炸成形過程及其模具類型；工藝參數(shù)的選擇；炸藥的種類、選擇及安全使用。電液成形掌握電液成形技術的原理；熟悉電液成形技術的特點以及應用領域；熟悉電爆成形的特點；電器相關知識；電液成形模具類型；電極形式及選擇；高壓電的安全使用。電磁成形掌握電磁成形技術的原理；熟悉電磁成形技術的特點以及應用領域；電磁場相關知識；高壓電的安全使用。134【導入案例】13510.1高能率成形原理及特點

成形原理

高能率成形(HighEnergyRateForming，HERF)是一種在極短時間內(nèi)釋放高能量使金屬變形的成形方法。高能率成形主要包括爆炸成形、電液成形和電磁成形等三種形式。高能率成形需要能夠提供足夠的壓力和能量的大功率能源。目前，高能率成形所使用的能源主要有三類。第一類是化學能，包括炸藥、火藥、爆炸氣體或可燃氣體；第二類是電能；第三類是高壓氣體。通過適當?shù)姆绞綄⑦@三類能源瞬時地轉(zhuǎn)換成機械能，在極短的時間內(nèi)作用于金屬坯料，使其成形。高