《金屬塑性成型》課件

金屬塑性成型金屬塑性成型是指在常溫或高溫條件下，利用外力使金屬材料發(fā)生塑性變形，從而改變其形狀和尺寸的加工方法。課程簡(jiǎn)介課程目標(biāo)金屬塑性成型原理、工藝和技術(shù)。主要內(nèi)容塑性變形理論、工藝原理、設(shè)備和模具設(shè)計(jì)。教學(xué)方式課堂講授、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、案例分析和作業(yè)練習(xí)。教學(xué)目標(biāo)掌握金屬塑性成型的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐技能。金屬塑性成型的定義11.形狀改變金屬塑性成型利用外力使金屬材料發(fā)生永久變形，從而改變其形狀和尺寸。22.材料特性金屬材料在塑性成型過(guò)程中，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生明顯變化，保持其原有金屬性能。33.形狀控制通過(guò)控制外力的大小和方向，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料的精確形狀控制，生產(chǎn)出各種形狀的零件。金屬塑性成型的特點(diǎn)可塑性金屬材料在受力時(shí)能夠發(fā)生永久變形，并能保持變形后的形狀。強(qiáng)度金屬材料在塑性變形過(guò)程中能夠抵抗外力的作用，保持其形狀和尺寸的穩(wěn)定性?？杉庸ば越饘俨牧峡梢酝ㄟ^(guò)塑性成型工藝加工成各種形狀和尺寸的零件，滿足不同的應(yīng)用需求。成本效益與其他加工方法相比，金屬塑性成型工藝具有較高的效率和較低的成本。金屬塑性成型的分類熱塑性成型在高溫下進(jìn)行塑性變形，材料的塑性變形能力提高。例如，鍛造、擠壓。冷塑性成型在室溫或低于室溫下進(jìn)行塑性變形，材料的強(qiáng)度和硬度提高，但塑性變形能力下降。例如，沖壓、彎曲。溫塑性成型介于熱塑性和冷塑性之間，在介于室溫和高溫之間的溫度下進(jìn)行塑性變形。例如，拉拔、輥壓。金屬塑性成型的基本原理1晶體滑移晶體滑移是金屬塑性變形的主要機(jī)制，是指金屬晶體在應(yīng)力作用下，沿晶體滑移面發(fā)生滑移，從而產(chǎn)生塑性變形。2孿生孿生是金屬塑性變形的一種輔助機(jī)制，是指金屬晶體在應(yīng)力作用下，沿孿生面發(fā)生孿生，從而產(chǎn)生塑性變形。3晶界移動(dòng)晶界移動(dòng)是指金屬晶體在應(yīng)力作用下，晶界發(fā)生移動(dòng)，從而產(chǎn)生塑性變形。金屬塑性變形的基本規(guī)律金屬塑性變形是指在載荷作用下，金屬材料發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的過(guò)程。金屬塑性變形遵循一些基本規(guī)律，包括應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、變形硬化規(guī)律、變形溫度的影響以及應(yīng)力狀態(tài)的影響。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系是金屬塑性變形中最基本的關(guān)系，它描述了材料在載荷作用下的變形情況。變形硬化規(guī)律表明，隨著金屬塑性變形程度的增加，其抗變形能力會(huì)隨之增強(qiáng)。變形溫度的影響是指，金屬塑性變形程度會(huì)隨著溫度的升高而增加。應(yīng)力狀態(tài)的影響是指，金屬塑性變形程度會(huì)隨著應(yīng)力狀態(tài)的不同而發(fā)生變化。金屬塑性變形的特點(diǎn)可逆性在一定范圍內(nèi)，金屬塑性變形是可逆的，這意味著當(dāng)外力去除后，變形體可以恢復(fù)到原來(lái)的形狀。殘余變形當(dāng)外力超過(guò)金屬的彈性極限時(shí)，金屬會(huì)產(chǎn)生塑性變形，變形體在去除外力后會(huì)留下永久性的變形。應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力應(yīng)變材料內(nèi)部抵抗變形的能力材料在外力作用下發(fā)生的形變單位面積上的力形變的大小應(yīng)力單位為帕斯卡（Pa）應(yīng)變單位為無(wú)量綱應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系反映了材料在外力作用下的力學(xué)特性，是金屬塑性成型的重要參數(shù)之一。通過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分析材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等性能。應(yīng)力狀態(tài)分類11.單軸應(yīng)力狀態(tài)僅存在一個(gè)方向的應(yīng)力，例如拉伸或壓縮。22.雙軸應(yīng)力狀態(tài)存在兩個(gè)方向的應(yīng)力，例如薄板的拉伸或彎曲。33.三軸應(yīng)力狀態(tài)存在三個(gè)方向的應(yīng)力，例如金屬材料在壓力機(jī)中受到的壓力。金屬塑性成型的變形模式拉伸拉伸是金屬塑性成型中的一種常見(jiàn)變形模式，通過(guò)施加拉力使材料延伸變薄。壓縮壓縮則是通過(guò)施加壓力使材料縮短變厚，例如鍛造和擠壓工藝。彎曲彎曲是通過(guò)施加彎曲力使材料改變形狀，例如鈑金加工和卷板成型。扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)是通過(guò)施加扭矩使材料發(fā)生旋轉(zhuǎn)變形，例如制造螺紋和螺旋彈簧。金屬塑性成型的變形阻力金屬塑性成型中的變形阻力是指材料在變形過(guò)程中所受到的抵抗力，它決定了加工過(guò)程所需的能量和設(shè)備的功率。變形阻力與材料的性質(zhì)、變形溫度、變形速度、變形程度和潤(rùn)滑條件等因素有關(guān)。1材料材料的強(qiáng)度、硬度、塑性等影響變形阻力的大小。2溫度溫度越高，材料的強(qiáng)度和硬度越低，變形阻力越小。3速度變形速度越高，變形阻力越大。4程度變形程度越大，變形阻力越大。金屬塑性成型的變形能金屬塑性成型過(guò)程中，外力做功克服材料的變形阻力，轉(zhuǎn)化為變形能。變形能一部分轉(zhuǎn)化為熱能，一部分轉(zhuǎn)化為材料內(nèi)部的能量，如位能、彈性能等。單軸拉伸試驗(yàn)1試樣制備按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸和形狀制備試樣，確保測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。2加載將試樣固定在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，施加單軸拉伸力，記錄拉伸力隨時(shí)間的變化。3測(cè)量測(cè)量試樣在不同拉伸力下的伸長(zhǎng)量，記錄拉伸力-伸長(zhǎng)量關(guān)系曲線。4分析根據(jù)拉伸力-伸長(zhǎng)量曲線，分析材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等性能指標(biāo)。單軸拉伸試驗(yàn)是金屬塑性成型中常用的力學(xué)性能測(cè)試方法，通過(guò)該試驗(yàn)可以評(píng)估材料的強(qiáng)度、韌性和塑性等重要性能指標(biāo)。單軸壓縮試驗(yàn)1試樣準(zhǔn)備選取尺寸合適的試樣2壓縮加載在壓縮機(jī)上施加均勻的壓力3變形測(cè)量記錄試樣在不同載荷下的變形4數(shù)據(jù)分析分析壓縮強(qiáng)度、塑性變形等單軸壓縮試驗(yàn)是金屬材料塑性成型中的重要測(cè)試方法。通過(guò)該試驗(yàn)可以獲得材料的壓縮強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、塑性變形等重要參數(shù)，為材料的塑性加工工藝選擇提供依據(jù)。扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)1試驗(yàn)?zāi)康臏y(cè)試材料抗扭性能，確定材料的抗扭強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)斷裂伸長(zhǎng)率等指標(biāo)。2試驗(yàn)方法將試樣固定在試驗(yàn)機(jī)上，施加扭矩，觀察試樣的變形情況，記錄扭矩和扭轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。3試驗(yàn)結(jié)果根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制扭矩-扭轉(zhuǎn)角曲線，分析材料的抗扭性能。壓縮試驗(yàn)中的摩擦問(wèn)題摩擦力影響摩擦力影響壓縮試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。摩擦力會(huì)降低材料的有效應(yīng)力，導(dǎo)致測(cè)量的變形量偏低。摩擦力還會(huì)影響壓縮試驗(yàn)的應(yīng)力分布，導(dǎo)致應(yīng)力集中，加速材料的失效。摩擦力因素壓縮試驗(yàn)中的摩擦力受多種因素影響，包括材料表面性質(zhì)、潤(rùn)滑劑類型、接觸面積大小和壓縮速度。為了減少摩擦力的影響，可以采用一些措施，例如選擇合適的潤(rùn)滑劑、控制接觸面積大小和壓縮速度。金屬塑性成型工藝鍛造工藝鍛造是指在高溫下，利用鍛錘或壓力機(jī)對(duì)金屬坯料進(jìn)行錘擊或擠壓，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的加工方法。擠壓工藝擠壓是指在高溫下，將金屬坯料放置在模具中，通過(guò)壓力機(jī)的壓力，使金屬坯料從模具中擠出，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的加工方法。拉拔工藝?yán)问侵笇⒔饘倥髁贤ㄟ^(guò)模具孔，在拉力的作用下，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的加工方法。輥壓工藝輥壓是指利用一對(duì)或多對(duì)旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)?，?duì)金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件的加工方法。鍛造工藝鍛造利用錘頭或壓力機(jī)對(duì)金屬坯料進(jìn)行反復(fù)錘擊或壓制，使其產(chǎn)生塑性變形，從而改變金屬材料的形狀和尺寸。鍛造方法鍛造方法可分為自由鍛造和模鍛。鍛造應(yīng)用鍛造廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機(jī)械制造等行業(yè)，制造各種形狀和尺寸的金屬零件。擠壓工藝定義擠壓工藝通過(guò)模具將金屬材料擠壓成所需的形狀。擠壓工藝通常用于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的金屬零件，例如齒輪、軸承和管道。優(yōu)勢(shì)擠壓工藝可以生產(chǎn)出具有高強(qiáng)度和良好的表面光潔度的零件，并且可以有效地利用材料，減少?gòu)U料。應(yīng)用擠壓工藝廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、機(jī)械制造等行業(yè)，用于生產(chǎn)各種類型的金屬零件。拉拔工藝?yán)喂に嚴(yán)喂に囀侵竿ㄟ^(guò)拉拔模具將金屬材料拉伸成型的一種金屬塑性成型工藝。拉拔工藝流程拉拔工藝一般包括：準(zhǔn)備、拉拔、檢驗(yàn)等步驟。拉拔工藝產(chǎn)品拉拔工藝可以生產(chǎn)出各種形狀的金屬制品，例如線材、管材、棒材等。輥壓工藝輥壓原理通過(guò)一對(duì)或多對(duì)旋轉(zhuǎn)的輥?zhàn)訉?duì)金屬材料施加壓力，使材料在輥?zhàn)又g發(fā)生塑性變形，從而改變材料的形狀或尺寸。應(yīng)用廣泛應(yīng)用于金屬板材、帶材的生產(chǎn)加工，如薄板、鋼帶、鋁箔等的制造。特點(diǎn)生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可加工多種材料。沖壓工藝定義沖壓工藝?yán)脹_壓機(jī)和模具，通過(guò)對(duì)金屬板料施加壓力，使板料發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件。應(yīng)用沖壓工藝廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電等領(lǐng)域，可用于生產(chǎn)各種金屬零部件，例如汽車車身、手機(jī)外殼、電腦機(jī)箱等。特點(diǎn)沖壓工藝生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品精度高，材料利用率高，并且可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。類型沖壓工藝根據(jù)成型方式可分為拉伸、彎曲、剪切、沖孔等多種類型。卷繞工藝定義卷繞工藝是將金屬板材繞在芯軸上，形成管狀或圓柱狀零件的加工方法。卷繞工藝可以生產(chǎn)出尺寸精度高、表面光潔度好的零件，廣泛應(yīng)用于汽車、航空、電子等行業(yè)。特點(diǎn)卷繞工藝具有以下特點(diǎn)：加工效率高，材料利用率高，能加工出復(fù)雜形狀的零件，適合批量生產(chǎn)。卷繞工藝的缺點(diǎn)是：對(duì)板材的厚度和強(qiáng)度要求較高，加工過(guò)程中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，需要進(jìn)行相應(yīng)的熱處理。切割工藝11.機(jī)械切割金屬材料被切削工具切斷。22.激光切割利用高能激光束切割金屬材料。33.水切割高壓水射流切割金屬材料。44.等離子切割利用等離子弧切割金屬材料。焊接工藝焊接方法焊接是將兩個(gè)或多個(gè)金屬部件通過(guò)加熱和熔化或加壓的方式連接在一起的工藝。常見(jiàn)的焊接方法包括電弧焊、氣焊、激光焊等。焊接參數(shù)焊接過(guò)程需要控制多個(gè)參數(shù)，例如電流、電壓、焊接速度、焊絲直徑等。焊接參數(shù)的正確選擇對(duì)于焊接質(zhì)量至關(guān)重要。焊接材料焊接材料的選擇取決于金屬的類型和應(yīng)用需求。常用的焊接材料包括焊條、焊絲、焊劑等。焊接設(shè)備焊接設(shè)備包括焊接電源、焊接槍、焊接機(jī)器人等?，F(xiàn)代焊接技術(shù)發(fā)展迅速，自動(dòng)化焊接設(shè)備的使用越來(lái)越廣泛。熱處理工藝熱處理改變金屬材料的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和性能，提高其使用性能。熱處理種類退火正火淬火回火熱處理目的改善金屬材料的強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性和切削性能。金屬塑性成型存在的問(wèn)題表面質(zhì)量表面缺陷，如裂紋、毛刺和劃痕，會(huì)影響零件的性能和外觀。尺寸精度尺寸偏差，形狀誤差，以及尺寸不穩(wěn)定性，會(huì)影響零件的精度和裝配。內(nèi)部缺陷內(nèi)部缺陷，如氣孔、夾雜物和裂紋，會(huì)降低零件的強(qiáng)度和韌性。工藝參數(shù)成型工藝參數(shù)，例如溫度、壓力和速度，對(duì)零件的質(zhì)量影響很大。金屬塑性成型的發(fā)展趨勢(shì)精密成型技術(shù)近年來(lái)，3D打印技術(shù)在金屬塑性成型中得到廣泛應(yīng)用，提高了模具精度和生產(chǎn)效率，為復(fù)雜零件的制造提供了新途徑。自動(dòng)化和智能化隨著人工智能和自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，金屬塑性成型工藝逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量