金属塑性成形：特点与分类

1.金属塑性成形的特点

在现代制造业中，广泛地利用金属材料生产各种零件和产品。金属加工的方法多种多样，包括成形、切削，等等。金属塑性成形是其中一种重要的加工方法。它是利用固态下金属的塑性，使金属在外力作用下成形的一种加工方法，因而也称为金属塑性加工或金属压力加工。

与其他金属加工方法相比，金属塑性成形方法有如下特点。

（1）金属材料经过相应的塑性加工后，不仅形状发生改变，而且其组织、性能都能得到改善和提高。

（2）金属塑性成形主要是靠金属在塑性状态下的体积转移，而不需靠部分地切除金属的体积，因而制件的材料利用率高，流线分布合理，从而也提高了制件的强度。

（3）用塑性成形方法得到的工件可以达到较高的精度。应用先进的技术和设备，不少零件已达到少切削、无切削的要求，即净成形或近净成形。

（4）塑性成形方法具有很高的生产率。例如，在曲柄压力机上压制一个汽车覆盖件仅需几秒钟，多工位冷锻机的生产节拍可达200件/min。

由于金属塑性加工具有以上的优点，因而钢总产量的90%以上，有色金属总产量的约70%需经过塑性加工成材，其产品品种规格繁多，广泛应用于交通运输、机械制造、电力电讯、化工、建材、仪器仪表、国防工业、航天技术，以及民用五金和家用电器等各个部门。它是制造业的一个重要组成部分，也是先进制造技术的一个重要领域。21世纪的塑性加工技术呈现高技术化、技术融合、精密化等发展趋势。

2.金属塑性成形方法的分类

金属成形工艺的种类很多，可以从不同的角度进行分类，但并无统一的分类方法。常用的塑性加工方法有轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压等基本的工艺类型。其中，每一类型又可以进一步细分。表8-1按照加工时工件的受力和变形方式对常用的塑性加工方法进行了分类。其中，轧制、挤压和锻造依靠压力的作用使金属产生塑性变形；拉拔和冲压依靠拉力的作用使金属产生塑性变形；弯曲依靠弯矩的作用使金属产生弯曲变形；剪切依靠剪力作用产生剪切变形。轧制、挤压和锻造大部分在热态下进行；拉拔、冲压、弯曲和剪切一般在室温下进行。

轧制是指将金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定空间使其产生塑性变形，以获得一定截面形状材料的塑性成形方法。这是由大截面坯料变为小截面材料常用的加工方法。利用轧制方法可生产出型材、板材和管材。

拉拔是指将中等截面的坯料拉过有一定形状的模孔，以获得小截面坯料的塑性成形方法。利用拉拔方法可以获得棒材、管材和线材。(www.xing528.com)

挤压是指将在筒体中的大截面坯料或锭料一端加压，使金属从模孔中挤出，以获得符合模孔截面形状的小截面坯料的塑性成形方法。因为挤压是在三向受较大的压应力状态下的成形过程，所以更适于生产低塑性材料的型材和管材。

锻造通常分为自由锻和模锻两大类。自由锻一般是在锤或水压机上，利用简单的工具将金属锭料或块料锻成特定形状和尺寸的加工方法。表8-1中的镦粗即为一例。进行自由锻时不使用专用模具，因而锻件的尺寸精度低，生产率也不高，所以自由锻主要用于单件、小批量生产或大锻件的生产。

模锻是适于大批量生产的锻造方法，锻件的成形要用适合于每个锻件的模具来进行。由于模锻时金属的成形由模具控制，因此模锻件就有相当精确的外形和尺寸，也有相当高的生产率。

冲压是指利用凸模将板料冲入凹模，生产薄壁空心零件的方法。板料冲压时厚度基本不发生变化。表8-1所示为最典型的一种冲压工序——拉深。

弯曲成形依靠弯矩的作用，使坯料发生弯曲变形或者通过反复的弯曲对坯料进行矫直。

剪切是靠剪力作用将板料或棒料剪断。

为了扩大产品的品种规格，提高生产率，随着科学技术的进步，相继研究出或正在研究由基本加工方法相组合的各种新的塑性加工方法，如轧制和弯曲组合而成的辊弯成形。它使带材通过一系列轧辊孔型达到弯曲成形，可生产各种断面的辊弯型材。又如锻造和轧制组合而成的辊锻方法，可生产变断面的零件。由此可见，各种基本塑性加工方式的组合，可以产生新的塑性加工方法。不仅如此，还可以将塑性加工工艺与液态金属成形工艺等加工工艺结合起来，开发新的金属加工方法，如液态模锻、半固态成形、摩擦焊接等。

在实际应用中，通常根据工件所受应力状态和变形的特点将塑性成形工艺分为体积成形和板料成形两个主要类别。体积成形的典型工艺包括锻造、轧制、挤压等。在体积成形中工件受三向应力的作用，发生明显的体积转移。板料成形工艺主要是冲压，在板料成形中，工件所受沿厚度方向的应力与其面内所受应力相比很小，可以忽略，其变形特点是由平板变为空间薄壳结构，薄壁管材的成形也归于此类。

成形过程中变形区域不变的属稳定塑性流动，具有这种变形特点的成形工艺通常用于生产等截面的板材、型材、管材等还需后续加工的原材料，属于连续型的成形方式。变形区域随变形过程而变化的属非稳定塑性流动，具有这种变形特点的成形工艺通常用于零件或毛坯的逐件生产，属于离散型的成形方式。当然非稳定塑性流动过程比稳定塑性流动要复杂得多。

塑性加工按成形时工件的温度划分还可以分为热成形、冷成形和温成形3类。热成形是在充分进行再结晶的温度以上所完成的加工，如热轧、热锻、热挤压等；冷成形是在不产生回复和再结晶的温度以下进行的加工，如冷轧、冷冲压、冷挤压、冷锻等；温成形是在介于冷、热成形之间的温度下进行的加工，如温锻、温挤压等。

表8-1　金属塑性加工按工件的受力和变形方式分类