《金属塑性成形原理及工艺》课程讲义.pdf

第一章绪论

一、课程简介

金属塑性成形原理及工艺是一门专业理论课。它由两个部分组成：金属塑性成形原理部
分和冲压工艺部分。其中，金属塑性成形原理部分是冲压工艺部分的理论基础。随着冲压工
艺及模具技术的迅速发展，在现代工业生产中，冲压工艺在航空、兵工、汽车、拖拉机、电
器、电子、仪表及日用品生产中应用十分广泛，占有很重要的地位。模具已经成为生产各种
工业产品不可缺少的重要工艺装备，为了扩展学生在成形原理和工艺装备方面的知识面，以
适应社会的需求，在机械工程及自动化专业开设“塑性成形原理及工艺”课程。
金属塑性成形是金属加工的方法之一。它是在外力作用下，使金属产生塑性变形，从
而加工成所需要的形状和尺寸的加工方法。所以也将塑性成形称为塑性加工或者压力加工。

二、金属塑性成形的优点及分类

与金属切削、铸造、焊接等加工方法相比，金属塑性成形具有以下优点：

（1）经过塑性加工，金属的组织、性能得到改善和提高
金属在塑性加工过程中，往往要经过锻造、轧制、或者挤压等工序，这些工序使得金属
的结构更加致密、组织得到改善、性能得到提高。对于铸造组织，这种效果更加明显。例如
炼钢铸成的钢锭，其内部组织疏松多孔、晶粒粗大而且不均匀，偏析也比较严重，经过锻造、
轧制或者挤压等塑性加工可以改变它的结构、组织性能。

（2）金属塑性成形的材料利用率高
金属塑性成形主要是依靠金属在塑性状态下的体积转移来实现的，这个过程不会产生切
削，因而材料的利用率高。

（3）金属塑性成形具有很高的生产率
这一点对于金属材料的轧制、拉丝、挤压等工艺尤为明显。例如，在12000×10KN的
机械压力机上锻造汽车用的六拐曲轴仅需40s；在曲柄压力机上压制一个汽车覆盖件仅需几
秒钟；在弧形板行星搓丝机上加工M5mm的螺钉，其生产率可以高达12000件/min。随着
生产机械化和自动化的不断发展，金属塑性成形的生产率还在不断提高。

（4）通过金属塑性成形得到的工件可以达到较高的精度
近年来，由于应用先进的技术和设备进行塑性加工，不少零件已经实现少、无切削的要
求。例如，精密锻造的伞齿轮，其齿形部分精度可不经切削加工而直接使用，精锻叶片的复
杂曲面可以达到只需磨削的精度，等等。
由于金属塑性成形具有上述优点，因而在国民经济中得到广泛使用。

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三、金属塑性成形方法分类

金属塑性成形的种类很多，目前还没有统一的分类方法。按照其成形的特点，一般把塑
性加工分为五大类：轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压。其中每一类又包括了各种加工方法，
形成了各自的加工领域。

1．轧制
轧制的示意图如图1所示。
它是使坯料经过旋转的轧辊，使坯料经过压缩后，横截面减小、形状改变、长度增加的
工艺。

图1图2

2．拉拔
拉拔的示意图如图2所示。
拉拔是使用拉拔机大的夹钳将金属坯料从一定形状和尺寸的模孔中拉出，从而获得各种
断面的型材、线材和管材。

3．挤压
挤压的示意图如图3所示。

图3
挤压是把坯料放在挤压机的挤压筒中，在挤压杆的压力作用，使金属从一定的形状和尺
寸的模孔中流出。挤压可以分为正挤压和反挤压。正挤压时挤压杆的运动方向和金属从模孔
中挤出的金属的流动方向一致，而反挤压时挤压杆的运动方向与模孔中挤出的金属的流动方
向相反。

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4．锻造
锻造的示意图如图4所示。
锻造可以分为自由锻造和模锻。自由锻造一般是在锤锻或者水压机上，利用简单的工具
将金属锭或者块料锤成所需要形状和尺寸的加工方法。自由锻造不需要专用模具，因而锻件
的尺寸精度低、生产效率不高。模锻是在模锻锤或者热模锻压力机上利用模具来成形的。金
属的成形受到模具的控制，因而其锻件的外形和尺寸精度高，生产效率高，适用于大批量生
产，模锻又可以分为开式模锻和闭式模锻。

图4

5．冲压
冲压又可以分为拉深、弯曲、剪切等等。其示意图见图5。
拉深等成形工序是在曲柄压力机上或者油压机上用凸模把板料拉进凹模中成形，用以生
产各种薄壁空心零件。
弯曲是坯料在弯矩的作用下成形，如板料在模具中的弯曲成形、板带材的折弯成形、钢
材的矫直等等。
剪切是指坯料在剪切力作用下进行剪切变形，如板料在模具中的冲孔、落料、切边、板
材和钢材的剪切等等。

图5
在轧制、拉拔和挤压的成形过程中，由于其变形区保持不变，所以它们属于稳定的塑性
流动过程，适用于连续的大量生产，起着提供型材、板材、管材和线材等金属原材料的作用。，
它们属于冶金工业领域；而锻造和冲压成形的变形区是随着变形过程而变化的，属于非稳定
的塑性流动过程，适用于间歇生产，主要用于提供机器零件或者坯料，属于机械制造工业领
域。锻造属于体积成形，而冲压属于板料成形，故也称为板料冲压。

按照塑性成形时的工件温度，金属塑性成形还可以分为热成形、冷成形和温成形。