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1、精密塑性成形理论精密塑性成形理论主主 讲讲杨永顺杨永顺1精密塑性成形理论精密塑性成形理论 第一章第一章 概论概论第二章第二章 塑性加工工程材料塑性加工工程材料 第三章第三章 塑性加工工程模拟技术塑性加工工程模拟技术 第四章第四章 金属塑性成形方法金属塑性成形方法 第五章第五章 塑性加工新技术塑性加工新技术 第六章第六章 金属超塑性及超塑成形金属超塑性及超塑成形 第七章第七章 最新塑性加工工程装备最新塑性加工工程装备 2第一章第一章 概述概述1.1.塑性成形的概念塑性成形的概念:在在一一定定的的外外力力作作用用下下,利利用用金金属属材材料料的的塑塑性性而而使使其其成成形形并并获获得得一一定定力力
2、学学性性能能的的加加工工方方法法称称为为塑塑性性成成形形,也也称称为为塑塑性性加加工工或或压压力加工。力加工。一、金属塑性成形的概念一、金属塑性成形的概念32.2.塑性成形的分类塑性成形的分类1）按方法分）按方法分冲压冲压板材毛坯通过塑性变形成为产品板材毛坯通过塑性变形成为产品 如拉延、胀形等。如拉延、胀形等。锻造锻造块状毛坯通过塑性变形加工成产品块状毛坯通过塑性变形加工成产品 如模锻、自由锻等。如模锻、自由锻等。特特种种塑塑性性成成形形板板材材、块块状状和和非非常常规规状状态态毛毛坯坯通过特定方式产生塑性变形加工成产品。通过特定方式产生塑性变形加工成产品。一一般般指指常常规规冲冲压压、锻锻造
3、造之之外外的的其其他他塑塑性性加加工工均归类于特种塑性加工。均归类于特种塑性加工。如旋压、液态模锻等。如旋压、液态模锻等。42）按工艺性质分）按工艺性质分 分离分离通过塑性变形，使毛坯部分或全部分开通过塑性变形，使毛坯部分或全部分开 如冲裁，下料等。如冲裁，下料等。特点：加工后的零件体积减小。特点：加工后的零件体积减小。成形成形 在外力作用下，使毛坯产生塑性变形，在外力作用下，使毛坯产生塑性变形，形状发生变化形状发生变化,如模锻、拉深等，如模锻、拉深等，特点：变形前后毛坯和零件体积相等特点：变形前后毛坯和零件体积相等。结合结合通过塑性变形使两个以上的毛坯（或零通过塑性变形使两个以上的毛坯（或零
4、 件）连接成一个零件件）连接成一个零件,如锻接、铆接、液如锻接、铆接、液 压胀接等压胀接等 特点：加工后的零件体积增加。特点：加工后的零件体积增加。金属塑性加工的全部工作，都是围绕这三种基金属塑性加工的全部工作，都是围绕这三种基本工序进行的。本工序进行的。5 与与切切削削加加工工、铸铸造造、焊焊接接等等加加工工方方法法相相比比，具具有有以下特点：以下特点：组组织织、性性能能好好毛毛坯坯通通过过塑塑性性变变形形，其其内内部部组组织织发发生生显显著著变变化化，结结构构致致密密、组组织织改改善善、流流线线分分布布合理、性能提高。合理、性能提高。材材料料利利用用率率高高成成形形是是靠靠塑塑性性状状态态
5、下下的的组组织织转转移移来实现的，不产生切屑，只有少量工艺废料。来实现的，不产生切屑，只有少量工艺废料。尺尺寸寸精精度度高高不不少少成成形形方方法法已已达达到到少少、无无切切削削的的要求要求生生产产率率高高随随着着塑塑性性加加工工工工具具和和设设备备的的改改进进及及机机械械化化、自自动动化化程程度度的的提提高高，生生产产率率也也相相应应提提高高。如如高高速速冲冲床床的的行行程程次次数数已已达达15001800次次/min和和4000次次/min；在在1200010KN热热模模锻锻压压力力机机上上锻锻造一根发动机六拐曲轴只需造一根发动机六拐曲轴只需40s。3.3.塑性成形的特点塑性成形的特点6
6、塑塑性性加加工工在在技技术术上上和和经经济济上上的的独独到到之之处处和和优优势，使它成为金属加工中极其重要的手段之一。势，使它成为金属加工中极其重要的手段之一。制坯制坯 在金属材料生产中在金属材料生产中 只有少部分采用铸造方法制成零件毛坯，只有少部分采用铸造方法制成零件毛坯，钢钢总总产产量量的的90%以以上上和和有有色色金金属属总总产产量量的的70%以以上上，是是经经过过塑塑性性加加工工成成材材，来来满满足足机机械械制制造造、交交通通运运输输、电电力力电电讯讯、化化工工、建建材材、仪仪器器仪仪表表、航航空空航航天天、国国防防军军工工、民民用用五五金金和和家家用用电电器器等部门的需要。等部门的需
7、要。4.4.塑性成形的应用塑性成形的应用7制造产品制造产品 塑性加工是直接制造零件的重要加工方法。塑性加工是直接制造零件的重要加工方法。如如汽汽车车制制造造、船船舶舶制制造造、航航空空航航天天、民民用用五五金等部门的许多零件都须经塑性加工制造。金等部门的许多零件都须经塑性加工制造。4.4.塑性成形的应用塑性成形的应用8金属塑性加工技术的产生金属塑性加工技术的产生 金金属属塑塑性性加加工工的的出出现现可可以以追追溯溯到到铜铜器器时时代，当时它只是一种工匠技艺代，当时它只是一种工匠技艺 2020世世纪纪初初叶叶，伴伴随随着着力力学学及及现现代代机机械械的的发发展展和和人人类类对对金金属属行行为为不
8、不断断深深入入认认识识，才才形形成成了了作作为为一一门门技技术术科科学学的的金金属属塑塑性性加加工工学学科科。这这一一学学科科在在2020世世纪纪后后半半叶叶尤尤其其是是近近3030多多年年得得到了令人瞩目的迅速发展。到了令人瞩目的迅速发展。二、发展与现状二、发展与现状9对认识的变化对认识的变化 塑塑性性加加工工从从早早期期的的“锻锻打打”发发展展到到今今天天的的“塑塑性性加加工工成成形形”，是是一一个个从从“表表象象”到到“本本质质”，从从“经经验验”到到“规规律律”的的漫漫长长的的认认识识过过程程，标标志志着着人人类类对对这这种种制制造造方方式式认认识识的的深化。深化。其发展可概括为其发展
9、可概括为“精、省、净精、省、净”3 3 个字。个字。二、发展与现状二、发展与现状10手工锻打手工锻打 制作成品，仅仅是制作成品，仅仅是“成形成形”简单制品。简单制品。机机器器锻锻造造 通通过过模模具具控控制制制制品品的的形形状状和和尺尺寸寸，但但主主要是制造毛坯。要是制造毛坯。“肥头大耳肥头大耳”，少无切削加工少无切削加工 从从“少无切削少无切削”到到“净形净形”，虽然含义基本一致，但，虽然含义基本一致，但技术观点已有很大发展，着眼点从做好技术观点已有很大发展，着眼点从做好“毛坯毛坯”转到力图转到力图发展直接制取发展直接制取“成品成品”的技术。的技术。1950 1960精密成形精密成形 精确成
10、形精确成形 净形制造净形制造1980 199011近近二二三三十十年年来来，精精密密成成形形技技术术在在国国内内外外迅迅速速发发展展，大大量量优优质质、高高效效、节节能能、省省力力的的塑塑性性成成形形新新技技术术相继推出，并在工业中获得广泛的应用。相继推出，并在工业中获得广泛的应用。“精精密密”或或“精精确确”不不仅仅是是形形状状和和尺尺寸寸，而而且且还还包包括括材材料料变变形形后后的的组组织织和和性性能能。提提出出发发展展“精精确确成形和改性成形和改性”技术，应该是更为全面的。技术，应该是更为全面的。12 自自20 20 世世纪纪90 90 年年代代以以来来，高高新新技技术术的的发发展展，正
11、正全全面面促促进进传传统统成成形形技技术术的的改改造造及及先先进进塑性成形技术的形成和发展。塑性成形技术的形成和发展。21 21 世世纪纪的的塑塑性性加加工工业业将将以以新新材材料料、新新能能源源、新新介介质质，以以及及计计算算机机、信信息息、电电子子、控控制制技技术术等等为为依依托托，以以更更快快的的速速度度持持续续发发展展，发发展展的的方方向向将将更更加加突突出出“精精、省省、净净”的的需需求。求。三、塑性加工技术的几点发展趋势三、塑性加工技术的几点发展趋势131.1.先先进进塑塑性性成成形形技技术术的的主主要要标标志志是是科科学学化化、数数字字化化、可控化可控化。科科学学化化主主要要体体
12、现现在在成成形形过过程程、产产品品质质量量及及成成本本效效益益的的预预测测和和可可控控程程度度，需需要要以以材材料料变变形形规规律律的的研研究为基础，以计算机模拟分析技术为工具究为基础，以计算机模拟分析技术为工具数数值值模模拟拟技技术术是是塑塑性性加加工工技技术术从从经经验验走走向向科科学学化化的的重重大大转转折折，已已经经开开始始进进入入实实用用阶阶段段。预预计计未未来来5 51010年年，将将在在实实用用化化方方面面取取得得很很大大发发展展，并并与与数字化塑性加工制造系统很好地集成。数字化塑性加工制造系统很好地集成。人人工工智智能能和和智智能能化化控控制制技技术术也也将将协协同同发发展展，
13、并并从从简简单单形形状状零零件件发发展展到到覆覆盖盖件件等等复复杂杂形形状状零零件件成成形形，从而真正进入实用阶段。从而真正进入实用阶段。14 2.2.信息化信息化/自动化自动化 计计算算机机和和数数控控技技术术的的发发展展，使使一一些些先先进进数数控控成成形设备和工艺不断涌现：形设备和工艺不断涌现：其一，方便操作者使用；其一，方便操作者使用；其二，降低了对操作者的技术要求。其二，降低了对操作者的技术要求。15 3.3.注重塑性加工产品制造全过程注重塑性加工产品制造全过程 既既重重“形形”又又重重“质质”,最最大大程程度度地地实实现现多多目目标综合优化，标综合优化，优优化化将将从从传传统统的的
14、单单一一成成形形环环节节向向产产品品制制造造的的“全过程全过程”及及“全生命全生命”期的系统整体发展。期的系统整体发展。16 4.4.对对产产品品设设计计的的可可制制造造性性和和成成形形工工艺艺的的快快速速分分析析与与评估评估能力将有大的发展，能力将有大的发展，以以便便能能从从产产品品初初步步设设计计时时起起，就就能能针针对对零零件件的的可可成成形形性性、可可生生产产性性及及所所需需性性能能的的保保证证度度作作出出快快速速分分析析，实实现现合合理理设设计计和和选选材材，确确定定最最佳佳工工艺方案。艺方案。17 5.5.塑性成形技术将具有更大的塑性成形技术将具有更大的柔性柔性或或灵活性灵活性 以
15、以适适应应未未来来产产品品多多样样化化及及个个性性化化的的市市场场需需求求发发展展趋趋势势，加加强强企企业业对对市市场场变变化化的的快快速速响响应应能能力。力。柔柔性性成成形形技技术术有有许许多多优优点点，不不仅仅表表现现于于制制造造系系统统，而而且且表表现现在在成成形形工工艺艺方方法法、工工艺艺装装备备和和成成形设备本身。形设备本身。186.6.重视复合化成形技术的发展重视复合化成形技术的发展 以以复复合合工工艺艺为为基基础础的的先先进进成成形形技技术术正正在在从从制制造造毛毛坯坯向向直直接接制制成成工工件件即即净净形形成成形形方方向向发发展展，也也正正在在从从制制造造单单个个零零件件向向制制造造整整体体结结构构的的方方向向发发展展，多多种种工工艺艺技技术术的的复复合合常常可可导导致致新新的的制制造造原原理理或或制制造技术的突破。造技术的突破。19 6.6.在在经经济济技技术术全全球球化化和和“绿绿色色制制造造”（环环保保、降降噪噪、除除尘尘、减减振振)的的发发展展大大趋趋势势下下，塑塑性性加加工工也也需需要要更更大大程程度度和和更更大大范范围围地地推推进进“绿绿色色化化”，并并在在技技术术进进步步、产产品品质质量量、市市场场竞竞争争、社社会会环环境境和和持持续续发发展能力等各方面取得直接或间接的回报展能力等各方面取得直接或间接的回报 20