金属塑性成形精选文档.ppt
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1、金属塑性成形本讲稿第一页,共六十四页2概述概述 塑性成形又称压力加工。它是利用金属在外力作用下产生塑性成形又称压力加工。它是利用金属在外力作用下产生的塑性变形以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料的塑性变形以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料(如金属型材、板材、管材和线材等如金属型材、板材、管材和线材等)、毛坯或零件的生产方法。压、毛坯或零件的生产方法。压力加工可生产出各种不同截面的型材力加工可生产出各种不同截面的型材(加板材、线材、加板材、线材、管材等管材等)和各种机器零件的毛坯或成品和各种机器零件的毛坯或成品(如轴、齿轮、汽车大梁、如轴、齿轮、汽车大梁、连杆等连杆等)。本讲稿第二
2、页,共六十四页3 用于压力加工的金属必须具有良好的塑性。各种钢用于压力加工的金属必须具有良好的塑性。各种钢材与大多数有色金属及其合金都具有材与大多数有色金属及其合金都具有定程度的塑定程度的塑性可以在不同温度下进行压力加工。但铸铁等脆性性可以在不同温度下进行压力加工。但铸铁等脆性材料,以及形状复杂特别是具有形状复杂内腔的零件材料,以及形状复杂特别是具有形状复杂内腔的零件或毛坯或毛坯(如箱体如箱体),难以用压力加工方法制造。,难以用压力加工方法制造。本讲稿第三页,共六十四页4塑性成形加工的方法有:塑性成形加工的方法有:锻造加工锻造加工:自由锻造和模锻自由锻造和模锻自自由由由由锻锻锻锻造造造造模模模
3、模锻锻上砥铁下砥铁坯料本讲稿第四页,共六十四页5板料冲压(又称薄板冲压和冷冲压)板料冲压(又称薄板冲压和冷冲压)本讲稿第五页,共六十四页6 轧制、挤压轧制、挤压本讲稿第六页,共六十四页7拉拔和冷镦拉拔和冷镦本讲稿第七页,共六十四页81 1)零件大小不受限制;)零件大小不受限制;2 2)生产批量不受限制。)生产批量不受限制。塑性成形(压力加工)的特点塑性成形(压力加工)的特点1 1力学性能高力学性能高1 1)组织致密;)组织致密;2 2)晶粒细化;)晶粒细化;3 3)压合铸造缺陷;)压合铸造缺陷;4 4)使纤维组织合理分布。)使纤维组织合理分布。2 2节约材料节约材料1 1)力学性能高,承载能力
4、提高;)力学性能高,承载能力提高;2 2)减少零件制造中的金属消耗(与切削加工相比)。)减少零件制造中的金属消耗(与切削加工相比)。3 3生产率高生产率高4 4适用范围广适用范围广本讲稿第八页,共六十四页9各各种种压压力力加加工工方方法法,都都是是通通过过对对金金属属材材料料施施加加外外力力,使使之之产产生生塑塑性性变变形形来来实实现现的的。单单晶晶体体的的塑塑性性变变形形形形式式主主要要有有滑滑移移和和孪孪生生两种。两种。第一节第一节 金属塑性成形工艺基础金属塑性成形工艺基础 一、金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质1.1.单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形1 1)滑移:)滑移:晶体的一部
5、分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。本讲稿第九页,共六十四页102 2)孪生:)孪生:晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。2.2.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形晶内变形晶间变形滑移孪生滑动转动多晶体塑性变形的实质:晶粒内部发生滑移和孪生;同时晶粒之间发生滑移和转动。本讲稿第十页,共六十四页11金属塑性变形时,在改变其形状和尺寸的同时,其内部组织结构以及各种性能均发生变化。塑性变形时的温度不同,金属变形后的组织和性能也有所不同。因此,金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种。冷变形是指金属在再结晶温度以下进行的塑性变形;热变形是指金属在再结晶温
6、度以上进行的塑性变形。二、塑性变形后金属的组织和性能本讲稿第十一页,共六十四页121.1.冷变形后金属的组织和性能冷变形后金属的组织和性能 1 1)组织变化的特征:)组织变化的特征:晶粒沿变形最大方向伸长;晶格与晶粒均发生畸变;晶粒间产生碎晶。2 2)性能变化的特征:)性能变化的特征:加工硬化加工硬化:随着变形程度的增加,其随着变形程度的增加,其强度和硬度不断提高,塑性和韧性不断下降。强度和硬度不断提高,塑性和韧性不断下降。单晶体发生晶内滑单晶体发生晶内滑移,使晶格扭曲,内应力移,使晶格扭曲,内应力增大,即滑移阻力增大;增大,即滑移阻力增大;晶粒间有碎晶使品粒滑晶粒间有碎晶使品粒滑动阻力增大结
7、果使得进动阻力增大结果使得进一步变形困难一步变形困难,原因原因 加工硬化在工业生产中很有实用意义。某些不能通过热处理方法来加工硬化在工业生产中很有实用意义。某些不能通过热处理方法来强化的金属材料如低碳钢、纯铜、防锈铝、镍铬不锈钢等,可以通过强化的金属材料如低碳钢、纯铜、防锈铝、镍铬不锈钢等,可以通过冷轧、冷拔、冷挤压等工艺,使其产生加工硬化以此来提高其强度和冷轧、冷拔、冷挤压等工艺,使其产生加工硬化以此来提高其强度和硬度或提高其特殊性能。加工硬化可用于金属强化,但对压力加工不利,硬度或提高其特殊性能。加工硬化可用于金属强化,但对压力加工不利,使金属变形抗力增加继续变形困难。使金属变形抗力增加继
8、续变形困难。本讲稿第十二页,共六十四页133 3)回复处理与再结晶退火回复处理与再结晶退火T T回回 =(0.250.30.250.3)T T熔熔T T再再 =(0.350.40.350.4)T T熔熔 根据需要对冷变形金属进行回复处理与再根据需要对冷变形金属进行回复处理与再结晶退火,前者使冷变形金属保持力学性能结晶退火,前者使冷变形金属保持力学性能(如如硬度、强度、塑性等硬度、强度、塑性等)基本不变,部分地消除残基本不变,部分地消除残余应力;后者使冷变形金属的强度、硬度显著下余应力;后者使冷变形金属的强度、硬度显著下降,塑性和韧性显著提高,内应力和加工硬化完降,塑性和韧性显著提高,内应力和加
9、工硬化完全消除,金属又恢复到冷变形之前的状态,再次全消除,金属又恢复到冷变形之前的状态,再次获得良好塑性。获得良好塑性。加工硬化是一种不稳定现象,具有自发地回复到稳定状态的倾向。加工硬化是一种不稳定现象,具有自发地回复到稳定状态的倾向。加工硬化的消除方法主要有回复和再结晶。加工硬化的消除方法主要有回复和再结晶。部分原子回复到正常排列位置、减轻了晶格扭曲,消除部分原子回复到正常排列位置、减轻了晶格扭曲,消除了部分加工硬化。即强度、硕度略有下降,塑性、韧性了部分加工硬化。即强度、硕度略有下降,塑性、韧性略有提高略有提高塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结品,变为等轴品粒,这一过程称为再结品。塑
10、性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结品,变为等轴品粒,这一过程称为再结品。即温度再增加金属原子获得更多能量,则以碎晶和杂质为结鼎核重新结品成新的晶粒,即温度再增加金属原子获得更多能量,则以碎晶和杂质为结鼎核重新结品成新的晶粒,从而完全消除加工硬化。从而完全消除加工硬化。本讲稿第十三页,共六十四页142.2.热变形后金属的组织和性能热变形后金属的组织和性能 1 1)不产生加工硬化)不产生加工硬化2 2)使组织得到改善,提高了力学性能)使组织得到改善,提高了力学性能 细化晶粒细化晶粒;压合了铸造缺陷;压合了铸造缺陷;3 3)形成纤维组织)形成纤维组织 组织致密。组织致密。纤维组织的稳定性很高,靠
11、纤维组织的稳定性很高,靠通常的热处理无法消除。只通常的热处理无法消除。只有经过锻压使金属变形,才有经过锻压使金属变形,才能变其方向和形状。因此,能变其方向和形状。因此,在设计和制造零件时,为使在设计和制造零件时,为使零件具有良好的力学性能,零件具有良好的力学性能,应根据零件的工作条件,正应根据零件的工作条件,正确控制金属的变形流动和流确控制金属的变形流动和流线在锻件中的分布。线在锻件中的分布。钢锭是压力加工中的原始毛坯,其内部钢锭是压力加工中的原始毛坯,其内部存在着不溶于基体金属的非金属夹杂物。这存在着不溶于基体金属的非金属夹杂物。这些夹杂物在热变形中,将随金属品粒的变形些夹杂物在热变形中,将
12、随金属品粒的变形方向被拉长或压扁呈纤维状。当金属再结方向被拉长或压扁呈纤维状。当金属再结品时被压碎的晶粒恢复为等轴细晶粒而品时被压碎的晶粒恢复为等轴细晶粒而纤维状夹杂物无再结晶能力仍然沿被拉长纤维状夹杂物无再结晶能力仍然沿被拉长方向保留下来,形成纤维组织。方向保留下来,形成纤维组织。本讲稿第十四页,共六十四页15(1)在平行于纤维组织的方向上:材料的塑性、韧性提高,抗拉强度增加。(2)在垂直于纤维组织的方向上:材料的塑性、韧性下降,抗剪能力提高。纤维组织具有各向异性的特点:为了充分利用纤维组织的性能设计制造零件应尽量使零件受最大拉应力方向与纤维方向一致受最大剪切应力方向与纤维方向垂直,并使纤维
13、方向与零件的轮廓相符合而不被切断。本讲稿第十五页,共六十四页16三、金属的可锻性三、金属的可锻性是金属材料在压力加工时成形的难易程度。1.1.可锻性的衡量指标可锻性的衡量指标1 1)塑性:)塑性:2 2)变形抗力:)变形抗力:材料的塑性越好,其可锻性越好。材料的变形抗力越小,其可锻性越好。2.2.影响可锻性的因素影响可锻性的因素1 1)金属的化学成分及组织)金属的化学成分及组织化学成分:含碳量低,则塑性较好,可锻性就好,一般纯金属的可锻性好于合金;含有形成碳化物的元素(如W、Cr等),则可锻性就差。组织状态:单相固溶体具有良好的可锻性。本讲稿第十六页,共六十四页172 2)工艺条件)工艺条件变
14、形温度:应力状态:变形速度:塑性、变形抗力塑性变形抗力T温越高,材料的可锻性越好。V变越小,材料的可锻性越好。三向压应力塑性最好、变形抗力最大。三向拉应力塑性最差、变形抗力最大。本讲稿第十七页,共六十四页18四、塑性成形的基本规律四、塑性成形的基本规律1.1.体积不变定律体积不变定律2.2.最小阻力定律最小阻力定律锻造温度范围锻造温度范围始锻温度:终锻温度:过热、过烧 缺陷加工硬化45:1200 800指金属在塑性变形过程中,其体积保持不变。变形过程中,金属各质点将沿着阻力最小的方向流动。本讲稿第十八页,共六十四页19第二节 锻造加工一、锻造加工的特点具有较好的力学性能。节约材料。锻造毛坯是通
15、过体积的再分配(非切削加工)获得的,且力学性能又得以提高,故可减少切削废料和零件的用料。生产率高。与切削加工相比,生产率高,成本低,适用于大批量生产。适应范围广。锻造的零件或毛坯的重量、体积范围大。锻件的结构工艺性要求高,难以锻造复杂的毛坯和零件。锻件的尺寸精度低,对于高精度要求的零件,还需经过切削加工来满足要求。锻造加工概述锻造加工概述本讲稿第十九页,共六十四页20二、锻造加工方法二、锻造加工方法、自由锻造、自由锻造 自由锻是利用冲击力或自由锻是利用冲击力或压力使在上、下面砧铁之压力使在上、下面砧铁之间的金属材料产生塑性变间的金属材料产生塑性变形得到所需锻件的一种锻形得到所需锻件的一种锻造加
16、工方法。自由锻造造加工方法。自由锻造时,金属变形的特点是:时,金属变形的特点是:金属沿上、下砧块表面流金属沿上、下砧块表面流动不受其他限制,虽然动不受其他限制,虽然有时采用锻造工具控制局有时采用锻造工具控制局部金属的流动,但其他部部金属的流动,但其他部分仍是自由流动。分仍是自由流动。P本讲稿第二十页,共六十四页21自由锻造的特点是:自由锻造的特点是:a.工具简单,应用广泛,对设备精度要求低,生产周工具简单,应用广泛,对设备精度要求低,生产周期短;但生产率低,期短;但生产率低,b.尺寸精度不高,表面粗糙度差,尺寸精度不高,表面粗糙度差,加工余量大。对工人的操作水平要求高,自动化程度加工余量大。对
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