| 词条 | 金属塑性加工 |
| 释义 | § 金属塑性加工 § 正文 通过塑性变形（范性形变）使固体金属成为所需形状的加工过程。又称金属压力加工,此名源于俄语обра-ботка металлов давлением。中国古代的金属塑性加工技术发展较早（见冶金史）。中国近代的金属轧制生产，始于1871年福州船政局所属的拉铁(轧钢)厂。以后,较大规模的有始建于1890年的汉阳铁厂的轧机,还有上海、天津的中小型轧机,山西太原的轧钢厂,以及1931年以后辽宁鞍山和本溪的轧钢厂。从1949～1980年，中国的金属塑性加工生产得到了较大的发展，能生产各种型材、线材，各种中厚钢板、薄板和箔材，各种钢管和有色金属管，钢丝绳、铜、铝电线以及各种有色金属制品。目前已形成品种较全、体系初具的金属塑性加工业。 金属塑性加工在现代冶金工业生产中占有重要地位，同金属切削加工相比，塑性加工有以下优点：①从成型原则上说,无切屑,金属损耗较少；②在取得所需形状的同时,改善材料的组织和性能,成品能够直接使用或者便于加工；③适于专业化的大规模生产。主要缺点是：①某些脆性材料和形状复杂的制品不适于用塑性加工；②专业化生产时需要专用的设备和工具。 金属塑性加工的类别 可以按照加工施力类型和制品性质（加工硬化程度）等特征进行分类。 加工施力类型 大致分为以下五类(图1)：①直接受压,压力施加于工件，如锻压、挤压和轧制；②间接受压,施加的力常为张力,但通过工具和工件的反作用而产生的间接压力可达相当高的数值。如拔丝、拔管和金属板深拉；③张力，在张力作用下，金属板被反卷成下面模子的形状，如拉延；④弯曲，施加的是弯矩，如金属冷弯成型；⑤剪切，施加剪切使金属成型，如冲裁、剪切。 金属塑性加工 加工硬化程度 按照塑性加工时是否完全消除加工硬化，分为热加工和冷加工(见塑性变形的力学原理)。对大多数金属和合金来说，热加工是塑性加工的第一步。热加工能量消耗低，允许变形程度高，有助于消除铸锭的铸态组织中的粗晶、空洞和疏松，并能减轻偏析；经过热加工的制品的延性和韧性优于铸件。在实际生产中，对特定的金属或合金品种和生产条件，往往有一个完全消除铸态组织或保证获得某种性能所必需的加工量。这个加工量对锻压称为开坯锻压比，对轧制称为开坯压缩比。 热加工也产生不少问题。金属在高温下氧化吸气,不仅损耗金属，而且会恶化制品性质。例如：钛因高温氧化而变脆，往往要求特殊的防护；某些钢材由于表面氧化脱碳，加工后要把表层完全去掉；由于氧化物的压入，热加工后难于得到良好的表面；此外，还由于温度控制有偏差，热加工制品的尺寸精度和组织均匀度都较低。 热加工的温度范围首先取决于材料化学成分，其次取决于生产条件和控制温度的水平。热加工温度的上限受到金属熔化、迅速氧化、易熔相的熔化以及金属热脆的限制；下限受到和金属加工应能同时完成再结晶的限制（见塑性加工与金属组织）。有时为了得到良好的晶粒组织,进行控制轧制。图2给出碳钢的加工温度和含碳量的关系，参见铁碳平衡图可更好地理解图2。 金属塑性加工 冷加工常同各种形式的退火结合,构成加工硬化-退火软化的交替循环操作。由于退火气氛可以控制，这就减少了氧化和由温度变化引起最终制品的尺寸变化，从而获得良好的金属表面和尺寸精度。因此这种工艺常用于成品加工（见回复和再结晶）。 塑性加工方式的选择 金属塑性加工的实际应用，要考虑三方面的因素的影响： 材料的塑性加工性 即材料在某种加工过程中所能容许的变形程度；它不仅取决于材料本身的性质和具体的变形条件(如温度、应变速率和应力状态条件等)，而且也同材料被破坏的方式有关，因为材料断裂并非是不能继续加工的唯一原因。例如在拔制和深冲时，如果材料的加工硬化性不足，可能引起塑性失稳产生颈缩而失效（图3）。正因如此,通常认为室温下塑性极好的铅和锡，由于没有加工硬化，所以拔制或冲压加工性很差。同样，也可能由于其他方式的塑性失稳，使加工过程失败,这种情况可发生于墩粗、深冲和拉伸，见图4。 金属塑性加工 金属塑性加工 塑性加工大多是因为工件产生裂纹或断裂而无法继续进行。裂纹按形成部位分为：①在自由表面上的裂纹，如墩粗时形成桶形裂纹,轧制时产生侧边裂纹（图5）；②在磨擦力特强部位的裂纹，如挤压时靠近模子处的龟裂（图6）；③内裂,如拔棒时生成的中间裂口（图3）。 金属塑性加工 金属塑性加工 材料的塑性加工性可用多种方法测定。这些方法既是研究的手段，又是加工后检验产品的手段。测定的试验方法可分为两类：①同普通材料试验相似，测定材料在拉、压、弯、扭等情况下的表现，主要用于探讨变形条件（温度、应变速率等）对塑性的影响；②模拟实际加工条件的试验，如对板的冲压成型性用液压胀形试验、杯突试验、顶锻、楔形轧制以及旋锻试验等。 设备和工具 塑性加工需要有足够的强度和刚性的工具向工件施力。一般说来，设备和工具的弹性变形应有一定的限度，超出限度就得不到合格的产品（见轧机弹性变形）。 技术经济比较 同一制品有多种加工方法，各种方法在经济技术上互相竞争，如初轧和连铸、无缝管和焊管、热轧型材和冷弯型材等。选择加工工艺和设备时要根据产品的品种、质量、批量和总产量，以及原料、劳动力等条件,并充分考虑到现有条件,进行多方面的比较。 塑性加工方法 锻压 把工件放在成对工具之间,由冲击或静压使工件高度缩短而得到预期的形状。锻压加工的优点是适应性强，能生产形状复杂的各种材质的多种制品,又能锻压特大工件。对于改善合金钢组织,特别是消除网状碳化物来说，锻压的效果通常优于轧制。锻压的缺点是能耗大，生产效率低，成本高。 挤压 把坯料放在挤压筒内，使之从一定形状和尺寸的孔中挤出，获得制品。挤压加工的优点是能够加工低塑性材料，还可挤压出形状复杂、尺寸比较精确的工件。挤压的主要缺点是成材率低，劳动生产率低，单产投资和成本均高。 轧制 被加工金属通过转动的轧辊而变形的过程。轧制的优点是劳动生产率、成材率、机械化和自动化程度都高，能耗低，适于大规模生产，是冶金工业使用最广的塑性加工方法。缺点是生产品种和批量受到限制。 拔制 被加工金属由拉力通过倾角约为5°～20°的锥形拉模而变形的过程。拔制的产品可以为棒、丝或管，其断面通常为圆形，但也有种种异形制品。拔制大多数为冷拔,都属于二次加工,只能用于特定的产品，而且往往这种方法是唯一可行的方法。拔制工艺的优点是平均单位压力低，制品尺寸精度高；但不适用于低塑性材料。 板金加工 金属板材经过加工,厚度无多大变化,而断面形成各种所需形状的过程。板金加工属于二次加工，常为冷加工（见冷弯型材，板材冲压）。 组合加工 对于特定的制品，常把各种塑性加工过程以及焊接、切削等组合在一起，进行加工。冶金产品中比较典型的例子是螺旋焊接钢管(见焊接管生产)和金属连续铸轧等。（见彩图） 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 金属塑性加工 参考书目 G. E. Dieter, Mechanical Metallurgy, 2nd ed.,McGraw-Hill,New York,1976. § 配图 § 相关连接 |
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