一 基本问题
塑性成形是利用金属的塑性,在外力作用下使金属发生塑性变形。从而获得所需形状和性能的工件的一种加工方法;因此,又称为塑性加工或压力加工。
金属成形过程通过改变固态金属原有的形状和尺寸而得到所需的形状和尺寸,因而金属成形过程的成形原理属质量不变的“固态成形”。任何固态材料态身都具有一定的形状和大小。固态成形就是要改变固体原有的形状和大小,从而获得预期的形状和尺寸。
根据加工时金属受力和变形特点的不同塑性成形可分为体积成形和板料成形 。前者的典形加工方法有锻造,轧制,挤压和拉拔等;后者则有冲裁,弯曲,拉延和成形。在生产实际中,这些加工方法可单独使用,亦可组合使用;并通过各种加工方法相互渗透和合理组合,开发出许多新的塑性成形方法,使塑性成形的应用范围进一步扩大。
塑性成形属质量不变过程,材料状态一般为固态 ,主要的基本过程为机械过程--塑性变形,能源类形主要是电能,能量传递介质一般为钢性介质--工模具,形状信息由工模具(含有一定的形状信息量)和工模具与加工材料的相对运动共同产生,性能信息来自材料自身性质和成形过程中的转变特性。这样,尽管塑性成形方法多种多样,所要产生的零件或零件毛坯五花八门,都可以从上述共同性特征中引伸出一些基本问题。
1 材料的塑性是塑性成形的前提条件,塑性好意味着材料对塑性成形的适应能力强,如果材料没有塑性,则塑性成形就无从谈起。研究材料塑性变形的物理本质和机理,不同变形条件下,材料的塑性行为和抗力行为,以及塑性变形所引起的组织性能的变化等就很有必要。
2 塑性成形需要输入能量,即对加工材料施加外力和做功,只有对所需成形的力和功的大小做出准确评价,才能正确选用加工设备和设计成形模具,并通过对成形力的影响因素的分析,可为减小成形力和节约能耗提供科学依据求解所需的成形力,从根本上说就是确定工件内部的应力场,因为应力场的确定,自然包括与工模具接触表面处应力分布的确定,进而就可求的成形力及模壁的压力分布。此外,应力场的确定,对于分析工件内部裂纹的产生和空洞的愈合等也是必不可少的。
3 材料受到外力的作用而发生塑性流动时,其内部即存在位移场,应变场,这些物理场变量的确定,一方面可以用来分析材料的瞬时流动状态和形状尺寸的变化规律,为合理选择原毛坯,设计中间毛坯及模具形腔形状提供科学依据;另一方面可以分析工件的内部性能,如硬度分布,纤维组织的形成,碳化物和非金属夹杂物的破碎和再结晶晶粒度的变化等。将应力场与应变场相配合,再利用必要的判椐则可进一步预测工件内部产生的缺陷,从而为控制产品质量提供理论依据 。为确定应力场,位移场就需要研究塑性成形力学的基本方程和求解方法等。
4 塑性成形需要输入形状信息,这些信息由含有形状信息量的工模具和工模具与加工材料的相对运动共同产生。对于给定的塑性成形件,采用什么工艺方法,形状信息分几个阶段输入,与其相应的模具结构和形状参数如何确定,设备系统如何选择和控制等。都将是十分重要的,也是塑性成形需要研究的基本问题。
二 发展概况