【正文】 材料塑性成形原理 Principle of Plastic Deformation in Material Processing 王 桂 蘭 TEL:87557394 Email: 緒 論 ?塑性加工的定義與用途 ?塑性加工的特點(diǎn)與分類 ?研究?jī)?nèi)容及與其它課程的關(guān)系 ?教學(xué)計(jì)劃與參考書(shū) 塑性加工的用途 產(chǎn)品輕量高強(qiáng)化，高附加值 用于結(jié)構(gòu)件與外飾件，系國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè) 塑性加工的用途 金屬塑性成形的特點(diǎn) ? (1) 可改善金屬的組織與性能 。 ? (2) 幾乎無(wú)切屑 , 材料利用率高 。 ? (3) 尺寸精度高 , 不少成形方法 ? 已達(dá)到少或無(wú)切削的要求 。 ? (4) 生產(chǎn)效率高 ， 適于大批量生產(chǎn) 。 金屬塑性成形的分類 ? 塑性成形的種類有很多 ,分類方法可按以下四方面進(jìn)行分類： ? （ 1） 按工件的受力與變形方式 ? （ 2） 按工件的加工溫度 ? 熱成形 —— 在充分進(jìn)行再結(jié)晶的溫度以上所完成的加工 ． 如熱軋 、 熱鍛 、 熱擠壓等； ? 冷成形 —— 在不產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶的溫度以下進(jìn)行的加工 ， 如冷軋 、 冷沖壓 、 冷擠壓 、 冷鍛等： ? 溫成形 —— 在介于冷 、 熱成形之間的溫度下進(jìn)行的加工 ， 如溫鍛 、 溫?cái)D壓等 。 ? （ 3） 能量場(chǎng)種類 ：激光無(wú)模成型 、 爆炸成型 、 液壓 /吹塑脹形 ? （ 4）材料熱力學(xué)狀態(tài) ：連鑄連軋、半固態(tài)成型、噴射成型 。 塑性加工的定義 ? 材料在外力作用下 ， 利用其塑性而產(chǎn)生塑性變形 ， 成為滿足一定形狀和組織性能要求的產(chǎn)品的加工方法稱為塑性成形 ， 也稱 壓力加工 。 ? 彈性 (elasticity)：卸載后變形可以恢復(fù)特性，可逆性 ? 塑性 (plasticity)： 在外力作用下使材料發(fā)生穩(wěn)定、持久變形而不破壞其完整性的能力 ，不可逆性 基本概念 ? 可逆性：彈性變形 — 可逆；塑性變形 — 不可逆 ? ??關(guān)系：彈性變形 — 線性；塑性變形 — 非線性 ? 與加載路徑的關(guān)系：彈性 — 無(wú)關(guān)；塑性 — 有關(guān) ? 對(duì)組織和性能的影響：彈性變形 — 無(wú)影響； 塑性變形 — 影響大（加工硬化、晶粒細(xì)化、位錯(cuò)密度增加、形成織構(gòu)等） ? 變形機(jī)理：彈性變形 — 原子間距的變化； 塑性變形 — 位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)為主 ? 彈塑性共存：整體變形中包含彈性變形和塑性變形；塑性變 形的發(fā)生必先經(jīng)歷彈性變形；在材料加工過(guò)程中，工件的塑性變形與工模具的彈性變形共存 。 彈性、塑性變形的力學(xué)特征 塑性成形技術(shù)需解決的基本問(wèn)題 ? 設(shè)備參數(shù)選擇 —— 力能 ? 形狀尺寸精度控制 —— 運(yùn)動(dòng)與變形學(xué) ? 成形性、組織性能控制 —— 物理化學(xué) 為學(xué)習(xí)后續(xù)的工藝課程作理論準(zhǔn)備，也為合理制訂塑性成形工藝規(guī)范及選擇設(shè)備、設(shè)計(jì)模具奠定理論基礎(chǔ)。 本課程的基本任務(wù) 1) 闡明 金屬塑性變形的物理基礎(chǔ) ， 即從微觀上研究塑性變形的機(jī)理以及變形條件對(duì)塑性和變形抗力的影響 ，以便使工件在成形時(shí)獲得最佳的塑性狀態(tài) 、 最高的變形效率和優(yōu)質(zhì)的性能 。 ? 2) 闡明 金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ) ， 即 掌握金屬塑性變形體內(nèi)的應(yīng)力場(chǎng) 、 應(yīng)變場(chǎng) 、 應(yīng)力一應(yīng)變之間關(guān)系 、 塑性變形時(shí)的力學(xué)條件等塑性理論基礎(chǔ)知識(shí) 。 在此基礎(chǔ)上 ， 分析研究塑性成形力學(xué)問(wèn)題的各種解法及其在具體工藝中的應(yīng)用 ． 從而科學(xué)地確定變形體內(nèi)的應(yīng)力 、應(yīng)變分布規(guī)律及所需的變形力和變形功 ， 為選擇成形設(shè)備噸位和設(shè)計(jì)模具提供依據(jù) ， 并為降低變形力指明方向 。 ? 3) 闡述金屬塑性成形時(shí)的 流動(dòng)規(guī)律和變形特點(diǎn) ， 以便確定合理的坯料尺寸和成形工藝 ， 使工件順利成形 。 本領(lǐng)域的主要研究課題 ? 1) 如何提高產(chǎn)品外形尺寸精度； ? 2) 降低力 、 能消耗以及掌握力能參數(shù)計(jì)算方法； ? 3) 如何改善產(chǎn)品的組織性能和表面質(zhì)量； ? 4） 如何建立工藝參數(shù)數(shù)學(xué)模型 ， 以適應(yīng)汁算機(jī)控制 ， 使工藝過(guò)程最佳化： ? 5) 如何改變難變形鋼與合金的塑性； ? 6) 如何采用新工藝和新技術(shù) ， 以擴(kuò)大鋼材品種和加工成型效率 。 本課程的基本要求 ? 1．熟悉和掌握塑性加工過(guò)程中金屬變形的微觀與宏觀的基本規(guī)律，以及各種基本變形力學(xué)方程，能推導(dǎo)典型塑性加工問(wèn)題的應(yīng)力與應(yīng)變計(jì)算公式。 ? 2．掌握金屬在塑性加工過(guò)程中組織性能的變化及金屬的塑性、變形抗力、斷裂等與加工條件的關(guān)系。能按照要求或給定公式進(jìn)行變形程度、應(yīng)變速度、工件尺寸與變形力能參數(shù)等計(jì)算。 ? 3．根據(jù)所學(xué)知識(shí)，從金屬的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、材料流動(dòng)、產(chǎn)品質(zhì)量、能耗等方面，分析工藝與模具設(shè)計(jì)的合理性。 與其它學(xué)科的區(qū)別 與其它材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的區(qū)別 ： 彈塑性力學(xué)的研究對(duì)象是整體（而不是分離體）變形體內(nèi)部的應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律（而不是危險(xiǎn)端面）。 與金屬學(xué)的區(qū)別 ： 將宏觀變形力學(xué)條件 /行為與微觀組織性能聯(lián)系起來(lái) ?第一章 緒論 ?第二章 金屬塑性變形的物理本質(zhì) ?第三章 金屬塑性變形的力學(xué)基礎(chǔ) ?第四章 金屬塑性成形中的摩擦 ?第五章 塑性加工中的流動(dòng)與變形規(guī)律 ?第六章 主應(yīng)力法及其應(yīng)用 主要參考資料 ? 【 1】 俞漢清 ， 陳金德：金屬塑性成形原理 ? 【 2】 彭大署：金屬塑性成形原理 ? 【 3】 李堯：金屬塑性成形原理 ? 【 4】 陳森燦：金屬塑性加工原理 ? 【 5】 趙志業(yè)等：金屬塑性加工原理及軋制理論 第二章 金屬塑性變形的物理本質(zhì) 金屬塑性加工原理 Principle of Plastic Deformation in Metals Processing 167。 2. 1 金屬塑性變形的主要機(jī)制 167。 2. 2 塑性加工中金屬的組織與性能 167。 2. 3 金屬的塑性 167。 2. 4 金屬的超塑性 167。 2. 5 塑性變形的溫度 —— 速度效應(yīng) 167。 2 .6 金屬的變形抗力 第二章 金屬塑性變形的物理本質(zhì) 167。 2. 1 金屬塑性變形的主要機(jī)制 2. 1. 1 晶內(nèi)塑性變形機(jī)構(gòu) 2. 1. 2 晶間塑性變形機(jī)構(gòu) 2. 1. 3 多晶體變形的特點(diǎn) 2. 1. 4 合金的塑性變形 2. 1. 5 變形機(jī)構(gòu)圖 2. 1. 1 晶內(nèi)的塑性變形機(jī)構(gòu) 滑移面與滑移方向 孿生 滑移與宏觀塑性變形的關(guān)系 c os c os? ? ? ?? c os c osu ???取向因子 、硬取向、軟取向 2. 1. 2 晶間的塑性變形機(jī)構(gòu) 1． 晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng) 2． 溶解 — 沉積機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的實(shí)質(zhì)是一相晶體的原子迅速而飛躍式的轉(zhuǎn)移到另一相的晶體中去。 保證兩相有較大的相互溶解度外，還必須具備下列條件 : （ 1）隨著溫度的變化或原有相晶體表面及曲率的變化，伴隨有最大的溶解度改變。 ( 2）變形時(shí)，應(yīng)具備足夠高的溫度條件。 3． 非晶機(jī)構(gòu) 非晶機(jī)構(gòu)是指在一定的變形溫度和速度條件下，在應(yīng)力場(chǎng)和熱激活的作用下，多晶體中的原子非同步、連續(xù)地發(fā)生定向遷移的過(guò)程。 2. 1. 3 多晶體變形的特點(diǎn) 1．晶粒內(nèi) 變形的不同時(shí)性 與晶粒間變形的相互協(xié)調(diào)性 （ a）變形前 （ b）變形后 圖 25 多晶體塑性變形的不均勻性 2．晶界的作用及晶粒大小的影響 多晶體塑性變形的竹節(jié)現(xiàn)象 晶界的作用 在2mm內(nèi)的延伸率 ，% 晶粒 5 晶粒 4 晶粒 3 晶粒 2 晶粒 1 位置 ， mm 圖 56 多晶鋁的幾個(gè)晶粒各處的應(yīng)變量。 垂直虛線是晶界，線上的數(shù)字為總變形量 晶粒大小的影響 ? 常溫下，晶粒越細(xì)小，