《塑性成型原理》課件

《塑性成型原理》塑性成型，是指通過外力作用使金屬材料發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的加工方法。它是現(xiàn)代工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的金屬加工方法之一，涉及汽車、航空航天、電子、機械等眾多領(lǐng)域。課程概述課程目標(biāo)本課程旨在為學(xué)生提供塑性成型原理的全面概述。培養(yǎng)學(xué)生對塑性成型工藝的理解和應(yīng)用能力。課程內(nèi)容本課程涵蓋塑性成型原理、工藝特點、金屬塑性變形理論等。內(nèi)容包括各種塑性成型工藝的介紹，如鍛造、擠壓、拉拔、沖壓等。教學(xué)方法理論講解、案例分析、實踐操作相結(jié)合。課堂講授、課后作業(yè)、實驗練習(xí)等方式。塑性成型工藝的特點塑性變形材料在壓力下發(fā)生永久變形，不產(chǎn)生裂紋或斷裂。形狀可控通過施加壓力和控制變形路徑，可以獲得各種形狀的零件。強度提升塑性變形可以提高金屬材料的強度和韌性，改善其機械性能。尺寸精度塑性成型工藝可以生產(chǎn)出尺寸精度高的零件，滿足精密制造的需求。金屬的塑性變形金屬材料在受力后發(fā)生永久性變形。變形程度取決于材料的強度和外力的大小。變形后的金屬保持新的形狀，即使力消失也不恢復(fù)。塑性變形常用于金屬成型，例如鍛造、沖壓、拉拔等工藝。塑性變形的幾何條件變形程度塑性變形是指金屬材料在壓力作用下發(fā)生永久形狀變化，而不會斷裂或破裂。變形程度是指金屬材料在塑性變形過程中所發(fā)生的形狀變化的程度，通常用變形率表示，變形率越大，變形程度越大。變形方向塑性變形的方向是指金屬材料在塑性變形過程中所發(fā)生的形狀變化的方向，通常用變形方向向量表示。變形方向向量指向變形后的形狀變化的方向。變形速率塑性變形速率是指金屬材料在塑性變形過程中所發(fā)生的形狀變化的速度，通常用每秒鐘的變形率表示。變形速率越快，變形過程越快。變形路徑塑性變形路徑是指金屬材料在塑性變形過程中所發(fā)生的形狀變化的軌跡，通常用一條曲線表示。變形路徑?jīng)Q定了金屬材料在塑性變形過程中的形狀變化過程。塑性變形的力學(xué)條件11.屈服強度塑性變形發(fā)生時，金屬材料必須克服其屈服強度才能發(fā)生永久性變形。22.應(yīng)力狀態(tài)塑性變形過程中，金屬材料會受到各種應(yīng)力的作用，如拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力、剪切應(yīng)力等。33.應(yīng)變速率應(yīng)變速率是指單位時間內(nèi)的變形量，它會影響材料的塑性變形行為。44.溫度溫度會影響材料的屈服強度和塑性，高溫下金屬更容易發(fā)生塑性變形。塑性變形的溫度條件溫度影響溫度影響金屬材料的塑性變形，高溫會降低屈服強度，提高塑性，低溫會增加屈服強度，降低塑性。熱加工熱加工是在高溫條件下進行的塑性變形，可以提高金屬的塑性，降低加工力，提高加工效率，如鍛造，擠壓。冷加工冷加工是在常溫或低溫條件下進行的塑性變形，可以提高金屬的強度和硬度，但會降低塑性，如拉拔，沖壓。塑性變形中的應(yīng)力狀態(tài)11.應(yīng)力種類塑性變形過程中，材料內(nèi)部會產(chǎn)生各種應(yīng)力，包括正應(yīng)力、切應(yīng)力、殘余應(yīng)力等。22.應(yīng)力分布應(yīng)力在材料內(nèi)部的分布并非均勻，受材料形狀、變形方式和外力作用等因素的影響。33.應(yīng)力集中在材料的幾何形狀突變處或存在缺陷的地方，應(yīng)力會集中，可能導(dǎo)致材料破裂。44.應(yīng)力分析通過應(yīng)力分析可以了解材料在塑性變形過程中的力學(xué)行為，優(yōu)化成型工藝。塑性變形中的應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)變定義應(yīng)變是指材料在受力變形后，尺寸和形狀的變化程度。塑性變形過程中的應(yīng)變通常為非彈性應(yīng)變，不可恢復(fù)。應(yīng)變類型塑性變形中的應(yīng)變類型主要包括拉伸應(yīng)變、壓縮應(yīng)變、剪切應(yīng)變和扭轉(zhuǎn)應(yīng)變。不同類型的變形對應(yīng)不同的應(yīng)變狀態(tài)。應(yīng)變測量應(yīng)變可以通過測量變形前后的尺寸變化，或使用應(yīng)變計等儀器進行測量。應(yīng)變測量對于理解材料的塑性變形行為至關(guān)重要。應(yīng)變分布塑性變形過程中的應(yīng)變通常在材料內(nèi)部并不均勻分布，會受到材料性質(zhì)、變形方式和邊界條件等因素的影響。塑性變形中的應(yīng)變分布1均勻分布變形均勻，應(yīng)變分布相同。2非均勻分布變形不均勻，應(yīng)變分布不一致。3集中分布變形集中在某些區(qū)域，應(yīng)變集中。應(yīng)變分布會影響塑性變形的結(jié)果，例如材料的強度、韌性等。塑性變形中的應(yīng)力分布1應(yīng)力集中應(yīng)力集中是指在塑性變形過程中，材料內(nèi)部某些區(qū)域的應(yīng)力明顯高于其他區(qū)域的現(xiàn)象。2應(yīng)力梯度應(yīng)力梯度是指應(yīng)力在材料內(nèi)部的空間分布變化率。3應(yīng)力分布影響因素應(yīng)力分布受材料性質(zhì)、變形方式、加工工藝等因素影響。金屬成型工藝的分類沖壓成型利用沖床和模具，通過對金屬板材施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀的零件。鍛造成型利用鍛錘或壓力機對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀的零件。鍛造能提高金屬的強度和韌性。擠壓成型將金屬坯料置于模具內(nèi)，通過壓力機施加壓力，使金屬坯料通過模具的孔口擠出，從而獲得所需形狀的零件。擠壓成型可生產(chǎn)出截面形狀復(fù)雜的零件，且尺寸精度高。拉拔成型利用拉拔機通過模具將金屬坯料拉伸成所需的形狀和尺寸的零件。拉拔成型適用于生產(chǎn)線材、管材、棒材等。鍛造工藝定義鍛造是利用鍛錘或壓力機對金屬坯料進行打擊或擠壓，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的金屬成型工藝。特點鍛造工件具有良好的機械性能，如強度、韌性、耐疲勞性等，且表面光潔度高。分類鍛造工藝可分為自由鍛造、模鍛和精鍛，根據(jù)具體工藝條件和要求選擇合適的鍛造方式。擠壓工藝11.定義擠壓工藝是一種利用模具對金屬材料施加壓力，使其通過模具孔變形形成所需形狀的塑性成型方法。22.優(yōu)勢擠壓工藝可以獲得高精度、高強度、高表面光潔度的零件，并可以生產(chǎn)各種截面形狀的金屬制品。33.應(yīng)用擠壓工藝廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、機械制造等領(lǐng)域，用于生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)件、管材、棒材、異型材等。拉拔工藝?yán)喂に嚴(yán)喂に囀且环N重要的金屬成型工藝，廣泛應(yīng)用于各種金屬材料的加工。拉拔原理通過拉拔模具將金屬材料拉伸，改變其橫截面尺寸，使之成為所需形狀和尺寸的金屬制品。拉拔工藝特點尺寸精度高表面質(zhì)量好生產(chǎn)效率高沖壓工藝定義沖壓工藝?yán)媚＞吆蜎_床對金屬板材施加壓力，使其發(fā)生塑性變形，從而制成所需形狀和尺寸的零件。特點效率高精度高自動化程度高應(yīng)用廣泛應(yīng)用于汽車、家電、電子等行業(yè)，生產(chǎn)各種板材零件。彎曲工藝彎曲工藝概述彎曲工藝是將金屬板材或型材通過彎曲工具使其產(chǎn)生彎曲變形，從而改變材料形狀的加工方法。彎曲工藝應(yīng)用廣泛，例如汽車車身、航空器部件、家電外殼等。彎曲工藝特點彎曲工藝具有加工效率高、變形量大、加工成本低等特點。同時，彎曲工藝對設(shè)備要求較低，易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。滾壓工藝塑性變形滾壓工藝?yán)脙蓚€或多個滾輪施加壓力，使金屬材料發(fā)生塑性變形，從而改變其形狀和尺寸。精密成型滾壓工藝可以用于生產(chǎn)各種形狀的金屬制品，例如齒輪、軸承、螺紋等。表面處理滾壓工藝可以提高金屬材料的表面光潔度，增強其抗腐蝕性和耐磨性。注塑工藝塑料熔融注塑工藝首先將塑料原料加熱到熔融狀態(tài)，使其具有流動性，方便注入模具。模具填充熔融的塑料被高壓注入模具型腔中，填充整個型腔，形成產(chǎn)品的基本形狀。冷卻成型塑料在模具中冷卻固化，最終形成形狀完整、尺寸精確的塑件。脫模塑件冷卻固化后，通過開模動作，從模具中取出成品。鑄造工藝模具鑄造工藝?yán)媚＞撸瑢⑷刍慕饘僖汗嗳肫渲?，冷卻凝固后得到所需形狀的工件。金屬液鑄造工藝的關(guān)鍵是利用金屬液的流動性和可塑性，使其填充模具的形狀。鑄造鑄造是金屬成型的重要工藝，廣泛應(yīng)用于制造汽車、飛機、機械等領(lǐng)域。焊接工藝熔化焊接焊接過程中，母材和填充金屬熔化，形成熔池，冷卻后形成焊縫。常見工藝包括電弧焊、氣焊等。壓焊焊接過程不熔化母材，而是通過壓力和熱量將金屬原子相互結(jié)合。常見工藝包括電阻焊、摩擦焊等。釬焊用熔點低于母材的填充金屬（釬料）填充接縫，通過釬料熔化實現(xiàn)母材連接。常見工藝包括硬釬焊、軟釬焊等。切削加工工藝材料去除切削加工通過刀具去除材料，使工件達到預(yù)期的形狀、尺寸和表面質(zhì)量。多種加工方式切削加工涵蓋多種加工方法，如車削、銑削、鉆孔和磨削，可應(yīng)用于各種金屬和非金屬材料。高精度要求切削加工能實現(xiàn)高精度加工，滿足各種機械零件的尺寸精度和幾何形狀要求。焊接工藝的特點材料連接焊接是一種通過加熱或加壓的方式，使兩個或多個金屬零件牢固結(jié)合的技術(shù)。焊接能夠連接不同的金屬材料，甚至可以連接金屬與其他材料。高效率與其他連接方式相比，焊接具有更高的效率，可以快速完成連接，節(jié)省時間和成本。焊接接頭的強度和可靠性高，能夠承受較大的載荷，保證產(chǎn)品的性能。廣泛應(yīng)用焊接技術(shù)應(yīng)用廣泛，在航空航天、機械制造、建筑工程等各個領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。焊接可以用于制造各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，滿足不同的應(yīng)用需求。焊接接頭的類型11.對接接頭對接接頭是最常見的焊接接頭類型，兩個工件的邊緣直接連接在一起。22.角接接頭角接接頭用于連接兩個工件的成直角的邊緣，例如，連接兩個工件的垂直面。33.搭接接頭搭接接頭用于連接兩個工件的重疊邊緣，例如，連接兩個板材的側(cè)邊。44.T形接頭T形接頭用于連接一個工件的邊緣與另一個工件的表面，例如，連接一個工件的側(cè)面與另一個工件的底面。焊接接頭的組成熔合區(qū)熔合區(qū)是母材與焊縫金屬完全熔合的部分，其力學(xué)性能與焊縫金屬相同。該區(qū)域金屬的組織結(jié)構(gòu)由焊接過程中的熱量和冷卻速度決定。熱影響區(qū)熱影響區(qū)是指母材在焊接熱量影響下發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域。該區(qū)域的力學(xué)性能低于母材，需要進行熱處理以改善其性能。焊縫金屬焊縫金屬是指焊接過程中填充在母材之間的金屬，是焊接接頭的重要組成部分。焊縫金屬的性能取決于所用焊絲的種類、焊接工藝參數(shù)和焊接環(huán)境。母材母材是指被焊接的金屬材料，其性能決定了焊接接頭的整體性能。母材的厚度、材質(zhì)、表面狀況等都會影響焊接接頭的質(zhì)量。焊接工藝的應(yīng)用汽車制造焊接技術(shù)在汽車制造中廣泛應(yīng)用，例如車身、底盤和發(fā)動機等零部件的焊接。航空航天飛機和火箭等航空航天器件的制造需要高強度和耐高溫的焊接技術(shù)。橋梁建筑橋梁、高架路等大型建筑結(jié)構(gòu)的焊接技術(shù)保證了結(jié)構(gòu)的牢固性和穩(wěn)定性。管道工程輸油管道、天然氣管道等管道工程的焊接技術(shù)確保了管道系統(tǒng)的安全性和可靠性。加工工藝的選擇1材料性能材料的強度、塑性、韌性等2零件形狀復(fù)雜程度、尺寸精度、表面質(zhì)量等3生產(chǎn)批量批量大小、生產(chǎn)周期要求等4經(jīng)濟成本加工成本、設(shè)備投資等選擇合適的加工工藝至關(guān)重要，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、成本和生產(chǎn)效率。加工工藝的優(yōu)化工藝參數(shù)優(yōu)化例如：溫度、壓力、速度、時間等設(shè)備選擇優(yōu)化選擇更先進、更高效的設(shè)備材料選擇優(yōu)化選擇更合適的材料，提高產(chǎn)品質(zhì)量工藝流程優(yōu)化例如：減少工序、簡化流程、提高效率人員技能優(yōu)化提高工人的操作技能、安全意識實例分析與討論根據(jù)具體的材料、產(chǎn)品形