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1、金属塑性加工原理与技术,任课教师：罗丰华8830614(粉冶院科研楼304)E-mail：,金属塑性加工原理与技术,一级学科：材料科学与工程二级学科：材料物理与化学 材料学 材料加工工程自主设立特色二级学科：粉体材料科学与工程,材料物理与化学,在分子、原子、电子层次上研究材料的物理、化学行为规律。通过材料的结构和功能设计，实现材料的制备与合成，探索材料的主要性能及其与成份、结构的关系，研究和发展新型先进材料和相关器件。,材料学,研究材料组成、结构、工艺、性质和使用性能之间的相互关系的学科，为材料设计、制造、工艺优化和合理使用提供科学依据。材料学的研究范围包括金属材料、无机非金属材料、高分子材料
2、和复合材料。,材料加工工程,研究控制材料的外部形状与内部组织结构以及将材料加工成人类社会所需要的各种零件及成品的应用技术学科。目前，材料加工成成的内涵已超过原有范畴，与材料物理与化学、材料学、机械、自动控制等学科密切相关，是多学科交叉的新兴学科。,3个二级学科各有特点，又密切相关,“材料物理与化学”研究材料的微观本质“材料学”研究材料性能与服役条件的关系“材料加工工程”将材料开发成应用所需要的组织、形状。相对而言，材料物理与化学、材料学是材料加工工程的基础学科。,粉末冶金的学科培养特点,粉末冶金是研究金属、合金、非金属、金属间化合物和化合物粉体及粉体材料的制备、性质的技术学科。是冶金和材料的交
3、叉学科，几乎渗透到所有冶金与材料科学的各个分支领域。除了粉末冶金原理专业基础课程外，本科课程已开设了材料学基础、热处理等材料学科基础课程，但这些基础课程主要属于材料物理与化学、材料学范畴，还需要补充材料加工工程的内容。,学习的必要性,从事粉末材料研究、开发和应用的需要：材料的性能与材料的组织特点有关，而材料的加工过程必然引起组织的变化，因此材料研究需要了解材料加工过程的组织变化。粉末与粉体材料的制备、成形过程同样存在塑性变形、组织性能变化的问题。如耐热铝合金、钨、钼、仿金粉末等。,金属塑性加工原理与技术属于材料加工工程范畴。由金属塑性加工原理和金属塑性加工技术两门课程组成，形成材料加工工程二级
4、学科的基础专业课程。中南大学材料学院所有专业都开设上述两门课程，两门课合计110学时。粉体材料科学与工程专业有自己的专业特色课程，学习任务重。因此消减了学习内容，只有48学时。限定本专业学生都要学习。,绪 论,材料加工的内涵金属塑性加工金属塑性加工技术金属塑性加工学科体系本课程的任务,一、材料加工的内涵,材料加工：通过一定的工艺手段使新材料在物理上处于和原材料不同的状态(化学上完全相同)。材料合成：通过一定的途径，从气态、液态或固态的各种不同原材料中得到化学上不同于原材料的新材料,一、材料加工的内涵,材料加工所涉及的内容：(1)液态金属的凝固；(2)金属塑性加工；(3)粉末冶金加工；(4)无机
5、非金属材料加工；(5)复合材料和高分子材料加工；(6)材料连接加工；(7)材料切割加工。,一、材料加工的内涵,材料的可加工性：材料对各种加工工艺手段所表现出来的特性，包括铸造性能、锻造性能、焊接性能、热处理性能和切削加工性能等。材料加工的基本原则：材料加工必须统筹考虑材料构件的使用性能、工艺性能、环保性能及经济性，经过对比分析、系统考虑后，找出解决实际工程要求的方法和途径。,二、金属塑性加工（压力加工）,定义：金属在外力作用下，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸和组织、性能的制品的一种基本金属加工技术。,定义要义：1.金属塑性变形是有规律的。2.工艺目的不但包含形状和尺寸，同时包含力学性能。,塑
6、性成形特点：1.能改善金属的组织2.可提高材料利用率3.加工精度较高4.生产率较高,三不加工：1.脆性材料2.复杂形状3.特大工件,二、金属塑性加工（压力加工）,塑性变形规律：1.最小阻力定律金属质点在塑性变形中总是力图向最小阻力的方向移动2.加工硬化规律加工硬化定义：金属在常温下随变形量增加而变形抗力增大、塑性和韧性降低的现象 3.体积不变规律塑性变形前后的体积总保持不变,二、金属塑性加工（压力加工）,Rm-抗拉强度 Re-屈服强度 A-延伸率,=A n,P,P,P,P,L0,L1,=（L1-L0）/L0 100%当L12L0,(2L0-L0)/L0100%=100%100%称为超塑性,二、
7、金属塑性加工（压力加工）,塑性：产生塑性变形而整体性不破坏的能力,二、金属塑性加工（压力加工）,塑性是衡量塑性成形性尺度与材料性质、变形方式和变形条件有关伸长率与断面收缩率,三、金属塑性加工技术,根据加工时工件的受力和变形方式分为：压力作用：锻造、轧制、挤压拉力作用：拉拔、拉伸弯矩作用：弯曲剪切作用：剪切变形或剪断,1958年，我国机械工业的先驱沈鸿上书毛主席，建议我国自行设计制造万吨水压机，以改变大锻件依靠进口的局面。此后四年间，只上过四年小学的沈鸿，依靠技术工人以及自身长期的实践摸索，成功设计制造出了这台12,000吨的水压机。这台水压机总高23.65米，全机由4,4700多个零件组成，工
8、作液体的压力达到350个大气压，能够锻造250吨重的钢锭，是重型机器制造工业的关键设备。,三、金属塑性加工技术,(1)锻造锻锤锤击工件产生压缩变形,自由锻,模锻,三、金属塑性加工技术,(2)轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩变形，横断面面积减小，纵向长度增加,纵轧,横轧,斜轧,三、金属塑性加工技术,(3)挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出 而制取各种断面金属材料,正挤压,反挤压,三、金属塑性加工技术,(4)拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形,三、金属塑性加工技术,(5)拉深(冲压)：金属坯料在冲模之间受压产生分离或变形,三、金属塑性加工技术,(6)弯曲：弯矩作用下使工件发生弯曲 或使
9、板、管、棒得到矫直,三、金属塑性加工技术,(7)剪切：金属坯料在冲模之间受压产生分离或变形,三、金属塑性加工技术,(8)组合加工变形辊锻：锻造-纵轧,三、金属塑性加工技术,(9)组合加工变形楔横轧：锻造-横轧,三、金属塑性加工技术,(10)组合加工变形辗压：锻造(扩孔)-横轧,三、金属塑性加工技术,(11)组合加工变形辊弯：轧制-弯曲,三、金属塑性加工技术,(12)组合加工变形旋压：冲压(拉深)-轧制,三、金属塑性加工技术,塑性加工的优点加工废屑损失少，材料利用率高金属组织性能得到改善和提高易于实现生产连续化和自动化，劳动生产率高制品尺寸精度高、光洁度较高(钢总产量的90%，有色金属总产量的7
10、0%以上),四、金属塑性加工学科体系,金属塑性加工原理 1.金属塑性加工力学 2.塑性变形材料学 3.塑性加工磨擦学金属塑性加工工艺学（金属塑性加工技术）1.挤压、拉拔 2.管棒(线)材生产 3.型材生产 4.轧制理论 5.板带材生产,四、金属塑性加工学科体系,金属塑性加工力学 金属塑性加工过程中金属变形力学规律的一门课程。把金属材料看作均匀连续介质，运用塑性力学的基本理论分析、研究塑性加工时工件内的应力、应变的分布规律，建立工件变形与外力的定量关系、计算塑性加工所需的变形力、变形功率等。为正确选择加工设备、合理制定加工工艺规程、设计工模具、确定毛坯形状尺寸、改善提高制品质量提供科学依据。,四
11、、金属塑性加工学科体系,金属塑性加工力学 主要内容：1.塑性力学理论基础：应力理论，应变理论和金属塑性变形的物性方程-屈服准则和应力应变关系方程。2.计算变形力的解释方法：工程法、滑移线理论法、上限法及上限单元技术、塑性有限元法3.理论解释与实验相结合的方法：视塑性法、云纹法、光塑性法,四、金属塑性加工学科体系,塑性变形材料学(材料学基础已包含相关内容)从金属的微观结构-晶体结构出发，运用金属学和金属物理的基础理论和现代测试技术，研究金属塑性变形的物理本质，塑性变形过程中金属组织性能的变化规律，为有效地控制制品的组织性能提供科学依据。主要内容：1.金属塑性：塑性变形的主要机制、影响塑性的因素2
12、.塑性加工过程的组织性能变化：滑移、孪晶、加工硬化、回复、再结晶、断裂、温度-速度条件、形变热处理,四、金属塑性加工学科体系,塑性加工磨擦学 塑性加工过程的磨擦、润滑和磨损现象、特点及其规律。为合理选择润滑剂和确定润滑工艺奠定物理化学基础 主要内容：1.磨擦理论：常摩擦系数定律、最大摩擦力条件和常磨擦力定律2.塑性加工过程的摩擦特点，影响磨擦系数的因素，摩擦系数测定方法3.润滑理论、工艺润滑方法（粉末的成形过程也存在相同问题）,五.本课程的任务,本课程包括塑性加工原理和塑性加工技术两部分。塑性加工原理部分主要由应力、应变、塑性条件方程、应力应变关系方程组成，塑性变形材料学基础，塑性变形摩擦理论
13、。塑性加工技术重点介绍挤压、拉拔、孔型轧制和平板轧制四种典型成形工艺，分别介绍上述成形工艺的成形方法、产品、金属变形和组织变化规律、以及工艺过程和主要参数。学时 48 学分 3,五.本课程的任务,塑性加工技术部分：一、有色金属管、棒(线)、型材生产(1)挤压、(2)拉拔、(3)孔型轧制二、有色金属板带材生产 平辊轧制 围绕有色金属管、棒(线)、型材和板材的制备，学习挤压、拉拔、孔型轧制、平辊轧制四种主要加工工艺，掌握各种工艺的制品、工艺方法、工艺过程金属流动特点、组织性能变化、应力分布和加工力的工程计算等基础知识。要求在理论知识上，结合实际，理解工艺制度的确定和相关参数的选择的道理，基本思路等
14、,五.本课程的任务,课程学习的基本要求通过本课程学习，初步了解应力应变分析、塑性条件方程、应力应变关系方程；认识挤压、拉拔、孔型轧制和平辊轧制等加工过程中材料组织、性能变化规律；在以后的新材料研究和加工产品开发时，应能进行原料的准备，加工设备的选择和相关参数制定，加工工艺制度的制定。,五.本课程的任务,课程的基本内容、重点、难点本课程包括塑性加工原理和塑性加工技术两部分。塑性加工原理部分主要由应力、应变、塑性条件方程、应力应变关系方程组成，塑性加工技术重点介绍挤压、拉拔、孔型轧制和平板轧制四种典型成形工艺，分别介绍上述成形工艺的成形方法、产品、金属变形和组织变化规律、以及工艺过程和主要参数。并
15、在此基础上，介绍压力加工过程缺陷形成原因和过程，以及成品质量控制方法。课程的难点在于对塑性条件方程、应力应变关系方程的理解，课程的重点是各种成形技术的应力、应变状态和组织变化规律。,五.本课程的任务,教材：金属塑性加工原理 彭大暑中南大学出版社 77.3/PDS 28.00元金属塑性加工学-挤压、拉拔与管材冷轧 马怀宪 冶金工业出版社 77.3/MHX 35.00元有色金属线材生产 娄燕雄 中南大学出版社 15.00元有色金属板带材生产 傅祖铸 中南工业大学出版社 77.67/FZZ 25.00元,五.本课程的任务,参考书：金属挤压理论与技术 谢建新 冶金工业出版社 77.45/XJX金属挤压与拉拔工艺学 温景林 东北大学出版社 77.55/WJL板带轧制工艺学 金兹伯格 冶金工业出版社，77.647/JCB金属塑性变形与轧制理论 赵志业 冶金工业出版社77.3/ZZY2.1金属塑性加工学：轧制理论与工艺 王廷溥 冶金工业出版社 77.6/WTP2.1,
