《金屬塑性成形原理2016新版》課件：緒論

金屬塑性變形理論

Theoryofmetalplasticdeformation

第一講LessonOne緒論2023/1/112本課程的性質(zhì)和教學(xué)目的性質(zhì)：本課程為材料成型及控制工程和金屬材料工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課目的：金屬產(chǎn)生塑性變形時(shí)在金屬學(xué)和力學(xué)等方面有著共同的基礎(chǔ)和規(guī)律。因此，金屬塑性變形理論是研究和探討金屬在各種塑性加工過(guò)程中可遵循的基礎(chǔ)和規(guī)律的一門(mén)學(xué)科。其目的在于科學(xué)地、系統(tǒng)地闡明這些基礎(chǔ)和規(guī)律，為學(xué)習(xí)后續(xù)的工藝課程作理論準(zhǔn)備，也為合理制訂金屬塑性成型工藝規(guī)范及選擇、設(shè)計(jì)加工設(shè)備奠定理論基礎(chǔ)。2023/1/113本課程的任務(wù)掌握金屬塑性變形的物理基礎(chǔ)，即掌握影響金屬性能的主要因素及原理，掌握金屬性能主要指標(biāo)的測(cè)試方法；掌握金屬塑性力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，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－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)。掌握塑性成型問(wèn)題的幾種主要解法（包括解析和數(shù)值解法）；掌握金屬塑性成型時(shí)的金屬流動(dòng)規(guī)律和變形特點(diǎn)，分析金屬的基本成型工藝，以便確定合理的坯料尺寸和成型工序；掌握對(duì)成型質(zhì)量進(jìn)行定性分析及提高成型質(zhì)量的方法。2023/1/114課程實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)綜合實(shí)驗(yàn)課程（包括金相觀察、力學(xué)性能檢驗(yàn)、模擬軋制過(guò)程實(shí)驗(yàn)、斜軋穿孔實(shí)驗(yàn)等）2023/1/115教材及參考書(shū)

References教材：《金屬塑性變形與軋制理論》（第2版），趙志業(yè)，1996參考書(shū)：《金屬塑性加工力學(xué)》，趙志業(yè)，1987《塑性加工金屬學(xué)》，王占學(xué)，1991《塑性成型力學(xué)》，王仲仁，1989《金屬塑性加工理論與工藝》，羅子健，1994《金屬塑性加工原理》，彭大暑主編，2004《金屬塑性加工過(guò)程無(wú)網(wǎng)格數(shù)值模擬方法》，李長(zhǎng)生等著，2004《金屬軋制過(guò)程人工智能優(yōu)化》，王國(guó)棟，劉相華，2000《Metalworkingscienceandengineering》,EdwardM.Mielnik,1991《MetalsEngineering-ATechnicalGuide》,LeonardE.Samuels,1988校園網(wǎng)超星圖書(shū)館或校圖書(shū)館借閱2023/1/116學(xué)習(xí)要求作業(yè)必須按時(shí)交，如果有三次以上不交作業(yè)者，取消考試資格。作業(yè)形式包括：手寫(xiě)作業(yè)、電子稿作業(yè)、計(jì)算機(jī)程序、討論P(yáng)PT等幾種形式。做好課堂筆記，本課程中將有部分補(bǔ)充內(nèi)容，要求大家記筆記。要求上課前預(yù)習(xí)，本課程內(nèi)容較難，且內(nèi)容多，信息量較大，要求大家自覺(jué)預(yù)習(xí)。遵守課堂紀(jì)律，本課程不允許遲到早退。2023/1/117本課程主要內(nèi)容金屬微觀變形機(jī)理與宏觀性能金屬變形過(guò)程的力學(xué)分析變形體力學(xué)的求解方法2023/1/118第一章緒論

Chapter1Introduction主要內(nèi)容MainContent什么是塑性加工(What’splasticprocessing)塑性加工的分類(lèi)(Classification)塑性加工的歷史(History)塑性加工的發(fā)展(Development)2023/1/1191.1什么是塑性加工?

What’splasticprocessing?塑性：在外力作用下使金屬材料發(fā)生塑性變形而不破壞其完整性的能力稱(chēng)為塑性。是指材料的永久變形能力。彈性：材料的可恢復(fù)變形的能力彈塑性：彈性+塑性2023/1/1110

金屬鑄錠或連鑄坯在外力作用下使其產(chǎn)生塑性變形，變形后不僅能使其斷面的形狀和尺寸改變，而且也能改變其組織與性能。這一過(guò)程稱(chēng)為塑性加工（塑性成型或壓力加工）。

Theoutsideforcemakesthemetalingotcastingorcontinuousingotcastingproduceplasticdeformation.Theprocessingcannotonlymakethesizeandtheshapeofitssectionchange,butalsoitsstructureandperformancechange.2023/1/1111金屬塑性加工的特點(diǎn)加工后組織性能得到改善和提高，經(jīng)塑性成型，使其結(jié)構(gòu)致密，組織改善材料利用率高，主要依靠金屬在塑性狀態(tài)下的體積轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)精度高，精密塑性成型2023/1/1112鑄造零件機(jī)械制造方法切削加工壓力加工塑性成型特種加工鍛造沖壓車(chē)、銑、刨、磨、鉆、鉸、插等自由鍛、模鍛拉深、彎曲、沖裁、翻邊、拉型等軋制2023/1/1113切削加工種類(lèi)（a）車(chē)外圓面（b）磨外圓面（c）鉆孔（d）車(chē)床上鏜孔（e）刨平面（f）銑平面（g）車(chē)成形面h）銑成形面2023/1/11141.2塑性加工的分類(lèi)

Classification按加工時(shí)工件的受力和變形方式

(Forceanddeformation)按加工時(shí)工件的溫度特征

(Temperature)2023/1/1115圖例延伸鐓粗斜軋橫軋縱軋模鍛自由鍛造軋制鍛造分類(lèi)與名稱(chēng)壓力基本受力方式基本壓力加工變形方式按加工時(shí)工件的受力和變形方式(Forceanddeformation)2023/1/11162023/1/11172023/1/1118圖例反擠壓正擠壓剪切彎曲拉伸成型沖壓（拉延）拉拔擠壓分類(lèi)與名稱(chēng)剪力彎矩拉力壓力基本受力方式按加工時(shí)工件的受力和變形方式(Forceanddeformation)2023/1/11192023/1/1120組合加工變形方式組合方式鍛造－軋制軋制－擠壓拉拔－軋制軋制－彎曲軋制－剪切名稱(chēng)鍛軋軋擠拔軋輥彎搓軋圖例按加工時(shí)工件的受力和變形方式(Forceanddeformation)2023/1/1121擠壓型材擠壓型材模具2023/1/1122驅(qū)動(dòng)輥導(dǎo)向輥蕊輥端面輥環(huán)軋示意圖2023/1/1123熱連軋板生產(chǎn)線視頻2023/1/1124冷連軋板生產(chǎn)線視頻2023/1/1125典型沖壓件2023/1/1126熱加工(Hotforming)冷加工(Coldforming)溫加工(Warmforming)按加工時(shí)工件的溫度特征(Temperature)2023/1/11271.3塑性加工的歷史(History)對(duì)材料的塑性加工源于人類(lèi)對(duì)材料使用方式的發(fā)展下面簡(jiǎn)要回顧一下材料科學(xué)發(fā)展的里程碑2023/1/1128材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

300,000BC——3,500BC300,000BC燧石，這種容易制成工具的石頭，開(kāi)始了制陶業(yè)的發(fā)展。2023/1/1129材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

300,000BC——3,500BC5,500BC

天然金與銅被用作工具與武器，開(kāi)始了人類(lèi)金屬的使用。2023/1/1130材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

300,000BC——3,500BC5000BC熔煉和錘擊改變了銅的性能-材料開(kāi)始發(fā)展.2023/1/1131材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

300,000BC——3,500BC最早的模鑄件-一個(gè)銅制杖頭4000BC金屬鑄造工藝-人們得到了他們需要的形狀。2023/1/1132材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

300,000BC——3,500BC3500BC從礦石中提煉銅-冶金業(yè)的黎明這張埃及古墓壁畫(huà)是

人類(lèi)冶金業(yè)的最早紀(jì)錄之一2023/1/1133材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

3,000BC——1,886AD

青銅：第一種合金3000BC青銅的使用-制造合金.2023/1/1134材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

3,000BC——1,886AD1450BC鐵的發(fā)現(xiàn)鐵制車(chē)輪2023/1/1135材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

3,000BC——1,886AD廉價(jià)的冶鐵業(yè)1500AD煉鐵的需要促使了鼓風(fēng)機(jī)與熔爐的發(fā)明.2023/1/1136材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

3,000BC——1,886ADHenryBessemer(1813-1898)1855ADHenryBessemer擁有鋼鐵冶煉的專(zhuān)利-當(dāng)代鋼鐵冶煉的出現(xiàn)。他的方法是鋼鐵制品性能大大改觀而成本也降低不少。2023/1/1137材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

3,000BC——1,886AD2Al2O3=4Al+3O21886AD電化學(xué)方法冶煉鋁-使鋁成為一種常用金屬2023/1/1138材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

1,939AD——NOW

尼龍的發(fā)明-華萊士1939AD尼龍的商業(yè)發(fā)展，高分子材料發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期2023/1/1139材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

1,939AD——NOW1950‘s高溫合金的發(fā)展，摻鎳合金促進(jìn)了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展2023/1/1140材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

1,939AD——NOW1960’s制作越來(lái)越小的硅芯片.2023/1/1141材料科學(xué)發(fā)展的里程碑

1,939AD——NOW1980‘s高溫超導(dǎo)體，高溫超導(dǎo)的革命時(shí)代2023/1/1142金屬塑性變形理論是一門(mén)基于金屬塑性加工的物理學(xué)、物理-化學(xué)、金屬學(xué)與力學(xué)基礎(chǔ)上的應(yīng)用技術(shù)理論。作為塑性變形理論的重要基礎(chǔ)的塑性理論的形成與發(fā)展也經(jīng)歷了一百多年的歷史。在此其間提出的一些經(jīng)典理論與方法歸列于下2023/1/1143法國(guó)工程師屈雷斯加（H.Tresca）1864提出最大剪應(yīng)力屈服準(zhǔn)則德國(guó)米塞斯（VonMises），1913，Mises屈服準(zhǔn)則M.Levy1871年，提出了應(yīng)力應(yīng)變?cè)隽筷P(guān)系Levy-MisesB.Saint-Venant1870，應(yīng)力應(yīng)變速率方程，（塑性流動(dòng)方程）M.levy、H.Hencky、L.Prandtl1923，平面塑性變形的滑移線幾何性質(zhì)A.Reuss1930，彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系1940，H.Hencky、H.Geringer、Cauchy、Rieman等，滑移線法1950，A.A.Mapkob、R.Hill、W.Pragar等，極值分析方法1970，小林史郎，C.H.Lee等，剛—塑性有限元解析法P.Perzana、O.C.Zienkiewicz等，剛—粘塑性有限元……2023/1/11441.4塑性加工的發(fā)展(Development)節(jié)約資源用盡量少的原材料生產(chǎn)出要求的形狀、尺寸、強(qiáng)度、塑性以及其它物理性能的產(chǎn)品。為此，合理利用資源選擇最佳材質(zhì)或通過(guò)變形與熱處理相配合以改善材質(zhì)、研究輕型薄壁斷面和周期斷面以及復(fù)合材料等高效制品的成型成為今后節(jié)約資源的重要課題。2023/1/1145節(jié)約能源金屬材料熱加工所需的熱能比加工所需的機(jī)械能大許多倍，所以必須節(jié)約熱能。縮短工藝流程、降低加工溫度、熱加工變?yōu)槔浼庸ぁp少或省去中間退火、降低材料的變形抗力、提高塑性等方面的技術(shù)開(kāi)發(fā)成為今后節(jié)約能源的重要課題。2023/1/1146實(shí)現(xiàn)最佳的加工條件研究創(chuàng)造最佳的工藝條件和使工藝內(nèi)容定量化以及把能實(shí)現(xiàn)這種條件的新技術(shù)用于新加工機(jī)械設(shè)計(jì)和老設(shè)備的挖潛改造上，并進(jìn)行最優(yōu)控制。2023/1/1147課下練習(xí)1、什么是金屬的塑性？什么是塑性加工？塑性加工有何特點(diǎn)？2、試述塑性加工的一般分類(lèi)。2023/1/1148材料加工技術(shù)的主要發(fā)展方向（1）高效化、高精度化（2）發(fā)展先進(jìn)成形加工技術(shù)（3）材料設(shè)計(jì)、制備與成形加工一體化（4）開(kāi)發(fā)新型成形加工技術(shù)，發(fā)展新材料（5）計(jì)算機(jī)模擬與過(guò)程仿真技術(shù)（6）智能制備與加工技術(shù)補(bǔ)充材料2023/1/1149傳統(tǒng)技術(shù)的高效化與高精度化高新技術(shù)改造傳統(tǒng)技術(shù)

將計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、先進(jìn)控制技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)加工技術(shù)提高生產(chǎn)效率

高速、全自動(dòng)、無(wú)人化擴(kuò)大產(chǎn)品范圍形狀、尺寸的精確控制2023/1/1150

超小型精密擠壓型材

多孔納米超導(dǎo)體2023/1/1151發(fā)展先進(jìn)成形加工技術(shù)目的高附加值材料、難加工材料的加工實(shí)現(xiàn)組織性能的精確控制有發(fā)展前景的先進(jìn)成形加工技術(shù)連續(xù)定向凝固技術(shù)先進(jìn)超塑性成形技術(shù)等溫成形技術(shù)低溫強(qiáng)加工技術(shù)分散成形技術(shù)2023/1/1152

超細(xì)無(wú)氧銅絲（19.7m）

超細(xì)Al-Si絲（25m）2023/1/1153非晶態(tài)合金超塑性成形技術(shù)的應(yīng)用微型齒輪微型拉伸機(jī)2023/1/1154材料設(shè)計(jì)、制備與成形加工一體化目的提高成分、性能、工藝的可設(shè)計(jì)性實(shí)現(xiàn)材料與零部件的高效、近終形、短流程成形（過(guò)程的一體化，是材料設(shè)計(jì)時(shí)代的特征之一）典型技術(shù)激光快速成形噴射沉積技術(shù)半固態(tài)加工連續(xù)鑄擠連續(xù)鑄軋（鑄軋一體化）2023/1/1155激光快速成形噴嘴激光凝固材料前一層材料粉末激光/粉末作用區(qū)熔池零件運(yùn)動(dòng)方向CAD模型激光成形成形件精加工件2023/1/1156激光快速成形零件之例2023/1/11573