第3章 金属塑性成形

工业工程

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教材结构

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第1章 工程材料 第2章 铸造成形 第3章 金属塑性成形 第5章 金属切削基础 第6章 金属切削加工 第7章 机械加工工艺设计 第8章 机械加工工艺控制 第9章 典型零件加工 第10章 机械装配2

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第03章

金属塑性成形

第一节 第二节 第三节 第四节

塑性成形工艺基础 锻压成形方法 锻压成形工艺设计 锻压件结构工艺性

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金属塑性成形 塑性成形：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。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。 优点：

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1)改善金属的组织，提高金属的力学性能； 2)节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利 用率和经济效益； 3)具有较高的劳动生产率。

4)适应性广。4

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塑性成形 缺点：

1)锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造；2)锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3)需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4)生产现场劳动条件较差。浙 江 理 工 大 学 先 进 制 造 研 究 所

常用塑性成形加工方法有：1)自由锻造；2)模型锻 造；3)挤压；4)拉拔；5)轧锻；6)板料冲压。 塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、 炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高 的重要零部件。5

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金属塑性变形原理 具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力达 到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都是晶 体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构来说明。 1. 单晶体的塑性变形

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单晶体的塑性变形有两种方式：滑移变形和双晶变形。 1)滑移变形：晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排 列紧密的晶面作相对滑动。晶体在晶面上的滑移，是通过 位错的不断运动来实现的 。当很多晶面同时滑移积累起 来就形成滑移带，形成可见的变形。

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单晶体滑移变形

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a) 未变形前

b) 弹性变形

c)

弹、塑性变形

d) 塑性变形后

单晶体的塑性变形

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金属塑性变形原理 2)双晶：亦叫孪晶。晶体在外力作用下，晶体内一部分原 子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。

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晶体的双晶变形

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金属塑性变形原理 2. 多晶体的塑性变形 多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相 同的晶粒所组成，故它的塑性变形很复杂，可分为晶内变 形和晶间变形。晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶粒 之间相互移动或转动称为晶间变形。

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多晶体的晶内变形方式和单晶体一样，也是滑移和双 晶，但各个晶粒所处的塑性变形条件不同，即晶粒内晶格 排列的方向性决定了其变形的难易，与外力成45度的滑移 面最易变形，因为其产生的切应力最大。

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多晶体的塑性变形

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a) 变形前

b) 变形后

多晶体塑性变形示意图

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多晶体晶粒位向与受力变形关系示意图 同时在多晶体的晶界处，由 于相邻晶粒间的位向差别， 产生晶格的畸变，并有杂质 的存在，以及晶粒间犬牙交 错状态，对多晶体的变形造 成很大障碍。低温时，晶界 强度高于晶粒内部强度，变 形抗力大不易变形；高温时， 晶界强度降低，晶粒易于相 互移动。所以多晶体由于存 在晶界和各晶粒的位向差别， 其变形抗力要远高于同种金 属的单晶体。11

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冷变形强化(加工硬化) 指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，塑性 和韧性下降的现象，变形程度越大，冷变形强化现象越严重。

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冷变形强化的原因

冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在滑移面上 产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶，滑移面附近的晶格也 产生了畸变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。对某些不能通过热处理来强化的金属，可用低温变形 来提高金属强度指标，如用冷轧、冷拔和冷挤来提高低碳 钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。

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但在塑性加工中，冷变形强化使塑性变形困难，故采 用加热的方法使金属再结晶，而获得好的塑性。

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回复 指当温度升高时，金属原子获得热能，使

冷变形时处 于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的 晶格扭曲的过程，可使内应力减少。 回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算：

T回 0.2 0.3 T熔浙 江 理 工 大 学 先 进 制 造 研 究 所

式中

T回 ----金属的绝对回复温度；

T熔----金属的绝对熔化温度；

回复作用不改变晶粒的形状及晶粒变形时所构成的方 向性，也不能使晶粒内部的破坏现象及晶界间物质的破坏 现象得到恢复，只是逐渐消除晶格的扭曲程度。故回复作 用可以降低内应力，但力学性能变化不大，强度稍降低， 塑性稍提高。14

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金属的回复和再结晶示意图

a)塑性变形后的组织 b)金属回复后的组织浙 江 理 工 大 学 先 进 制 造 研 究 所

c)再结晶组

再结晶的最低温度称为再结晶温度，一般纯金属的再 结晶温度为：

T再 0.4T熔

再结晶处理： 利用金属再结晶过程消除低温变形后的冷变 形强化，恢复金属的良好塑性，以利于后继的冷变形加工。15

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再结晶 指当温度升高到一定程度时，金属原子获得更高的 热能，通过金属原子的扩散，使冷变形强化的结晶构造 进行改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替 原变形晶粒的过程即为再结晶。 再结晶过程：先在变形金属中出 …… 此处隐藏：1626字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……