塑性成形原理

明辉科技

一、塑性成形的定义与本质
塑性成形是指对具有塑性的材料（如金属、塑料等）施加外力，使其产生永久变形，从而获得所需形状、尺寸和性能零件的加工方法。其本质是材料在外部载荷作用下，内部晶体结构发生滑移、孪生等微观变形，最终实现宏观形状的改变，且不破坏材料的连续性。
二、塑性成形的力学基础
屈服准则：材料开始产生塑性变形的临界条件，常用准则包括：
Tresca 屈服准则（最大切应力准则）：当材料内最大切应力达到临界值时，产生塑性变形，适用于金属材料。
von Mises 屈服准则（畸变能准则）：当材料畸变能密度达到临界值时屈服，更符合多数金属的实际变形情况。
应力 - 应变关系：
弹性阶段：应力与应变成正比，卸载后变形恢复。
塑性阶段：应力超过屈服强度后，变形不可逆，应力 - 应变关系呈非线性（如加工硬化现象）。
三、塑性成形的主要变形方式
拉伸变形：材料在拉应力作用下伸长，如冲压中的拉深工艺（易拉罐成型）。
压缩变形：材料在压应力作用下缩短，如锻造中的镦粗工艺（齿轮毛坯成型）。
剪切变形：材料在切应力作用下发生层间滑移，如剪切下料、挤压成型。
四、影响塑性成形的关键因素
因素        具体影响
材料性质        材料的塑性指标（延伸率、断面收缩率）、屈服强度、加工硬化能力等决定成形难度。
变形温度        温度升高会降低材料屈服强度，提高塑性（如热锻），但过高温度可能导致晶粒粗大。
应变速率        应变速率（变形速度）过快会增加材料脆性，可能导致开裂（如高速锻造需控制速度）。
模具设计        模具的形状、表面粗糙度、润滑条件直接影响成形件的精度和表面质量。
五、常见塑性成形方法与应用
锻造：通过锤击或压力使金属变形，用于制造高强度零件（如曲轴、齿轮）。
挤压：金属在模具中受挤压流出，形成空心或复杂截面零件（如铝型材、管材）。
轧制：金属通过旋转轧辊产生塑性变形，用于生产板材、型材（如钢板、钢轨）。
冲压：利用冲模在压力机上对板料加工，用于汽车覆盖件、电子元件外壳。
六、塑性成形的技术趋势
精密成形：提高零件尺寸精度，减少后续加工（如净成形技术）。
数字化成形：通过有限元分析（FEA）模拟变形过程，优化工艺参数。
复合成形：结合多种成形方法（如锻 - 焊复合），实现复杂结构件一次成型。