第六章 金属塑性成形的工艺理论基础
第一节 金属塑性成形的基本工艺 第二节 金属的塑性变形 第三节 塑性变形理论及其假设 第四节 影响塑性变形的因素
第一节 金属塑性成形的基本工艺
自由锻
锻压的基本方 式
模锻 板料冲压 轧制
拉拔
挤压
1.轧制成形
轧制也叫压延，是金属坯料通过一对旋转轧辊之间的间隙而 使坯料受挤压产生横截面减少、长度增加的塑性变形过程。
1、冷变形
➢ 变形温度低于再结晶温度时，金属在变形过程中只有加工硬 化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组 织，这种变形称为冷变形。
特点：产品表面品质好、尺寸精度高、力学性能好，一般不
需再切削加工。
生产中常用它来提高产品的性能。
2、热变形
➢ 变形温度高于再结晶温度时，变形产生的加工硬化被随即发 生的再结晶所抵消，变形后金属具有细而均匀的再结晶等轴 晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。
再结晶时的温度称为再结晶温度T再 = （0.35~0.4）T熔（K）
再结晶退火：为了消除加工生产中加工硬化给金属继续进行塑性 变形带来的困难，生产中以再结晶以上的温度加热已加工硬化的 金属，使其发生再结晶而再次获得良好的塑性的操作工艺。
二、金属塑性变形的类型
金属在不同温度下变形对其组织和性能的影响不同，因 此金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种。
6）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高，只适用于 大批量生产。
第二节 金属的塑性变形
一、金属塑性变形后的组织和性能
金属受外力作用后，先产生弹性变形，当外力超出其屈服 强度后，开始产生塑性变形； 塑性变形过程中随着弹性变形的存在； 当外力去除后，弹性变形将恢复，该现象称为“恢复”。
金属在常温下经塑性变形后，其内部组织变化如下：
模锻广泛应用于： 国防工业和机械制造业，按质量计算模锻件在飞 机上占85%，坦克占70%，汽车占80%，机车占 60%。
6. 板料冲压
板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加 压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的 加工方法。
板料冲压又称薄板冲压或冷冲压。
冲压工艺广泛应用于： 汽车、飞机、农业机械、 仪表电器、轻工和日用 品等工业部门。
图6-8
1）组织变化的特征：
①晶粒沿变形最大方向伸长； ②晶格与晶粒均发生畸变，产 生内应力； ③晶粒间产生碎晶。
2）性能变化的特征：
加工硬化： 随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高， 塑性和韧性不断下降。
有利：强化金属材料 不利：进一步的塑性变形带来困难
加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发回复到稳定 状态的倾向，在室温下不易实现。
回复：当温度升高，原子获得热能其热运动加剧，使原子排列 回复到正常状态，从而消除晶格扭曲，并部分消除加工硬化。
回复时的温度称为回复温度T回 = （0.25~0.3）T熔（K）
再结晶：当温度继续升高到T熔的0.4倍，金属原子获得更多的 热能，开始以碎晶或杂质为核心结晶成为细小而均匀的再结晶 新晶粒，从而消除全部加工硬化。
它是生产型材、板材和管材的主要方法。生产效率高、 产品质量好、成本低、节约金属。
图6-1 轧制
2. 挤压成形
挤压成形是使坯料在外力作用下，使模具内的金属坯料产 生定向塑性变形，并通过模具上的孔型，而获得具有一定 形状和尺寸的零件的加工方法。
图6-3 挤压
3. 拉拔成形
拉拔是使金属坯料通过一定形状的模孔，使其横截面 减小、长度增加的加工方法，如图6-5所示。产品形状尺寸 精确、表面质量好、机械强度高，常用于拔制金属丝、细管 材和异型材等。
➢ 特点： ①可以用较小的功产生较大变形，可加工出形状复杂、尺寸
较大的塑件；
②再结晶组织力学性能较高。 ③金属表面易形成氧化皮，产品尺寸精度和表面品质较差，
劳动条件较差，生产率较低。
➢ 金属压力加工生产多采用热变形来进行。
三、纤维组织的利用原则
金属压力加工生产采用的最初坯料是铸锭，其内部组织 很不均匀，晶粒较粗大，并存在气孔、缩松、非金属夹杂物 等缺陷。
板料冲压的特点：
1）在常温下加工，金属板料必须具有足够的塑性和较低的变 形抗力。
2）金属板料经冷变形强化，获得一定的几何形状后，结构轻 巧，强度和刚度较高。
3）冲压件尺寸精度高，质量稳定，互换性好，一般不需机械 加工即可作零件使用。
4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机械化和自动化。
5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。
➢ 铸锭加热后经过压力加工，由于金 属经过塑性变形及再结晶：
第二篇 金属的塑性成形工艺
塑性成形工艺：
指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需 形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。
外力： 冲击力——锤类设备 压力——轧机、压力机
具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可 在冷态或热态下进行塑性成形加工。
第六章 金属塑性成形的工艺理论基础 第七章 锻压成形工艺 第八章 板料的冲压成型工艺 第九章 金属的其他成形工艺
2）锻件内部的锻造流线比较完整，从而提高了零件 的力学性能和使用寿命。
3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加 工工时；
4）生产率较高； 5）操作简单，易于实现机械化； 6）生产批量越大成本越低。
模锻的缺点：
1）模锻是整体成形，摩擦阻力大，故模锻所需设 备吨位大，设备费用高；
2）锻模加工பைடு நூலகம்艺复杂，制造周期长，费用高。故 只适用于中小型锻件的成批或大批生产。
图6-5 拉拔
4. 自由锻
自由锻指将金属坯料放在锻造设备的上下砥铁之间，施 加冲击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方 法。
坯料在锻造过程中，除与上下砥铁 或其它辅助工具接触的部分表面外， 都是自由表面，变形不受限制，锻件 的形状和尺寸靠锻工的技术来保证， 所用设备与工具通用性强。
自由锻主要用于：
单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。
5. 模锻
模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力 的作用下迫使坯料变形而获得 锻件的一种加工方法。
坯料变形时，金属的流动 受到模膛的限制和引导，从而 获得与模膛形状一致的锻件。
与自由锻相比，模锻的优点是：
1）由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比 较复杂；