山科大材料成型技术基础中文锻造课件.pptx

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1、常用材料成形方法1.热加工(Hot working processes）2.冷加工(Cold working processes）3.表面处理（Surface treatment processes）4.热处理（Heat treatment）第1页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形概概 述述 金属塑性成形是利用金属所具有的塑性变形规律，在外力金属塑性成形是利用金属所具有的塑性变形规律，在外力金属塑性成形是利用金属所具有的塑性变形规律，在外力金属塑性成形是利用金属所具有的塑性变形规律，在外力作用下产生作用下产生作用下产生作用下产生塑性变形塑性变形塑性变形塑性变形，来获得具有一定形状

2、、尺寸和机械性能，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的方法。工业生产中称为的原材料、毛坯或零件的方法。工业生产中称为的原材料、毛坯或零件的方法。工业生产中称为的原材料、毛坯或零件的方法。工业生产中称为压力加工压力加工压力加工压力加工。压力加工的基本生产方式：压力加工的基本生产方式：自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。自由锻、模锻、板料冲压、轧制、挤压、拉拔等。第2页/共43页压力加工特点压力加工特点:1.能改

3、善金属组织，提高金属的力学性能。能改善金属组织，提高金属的力学性能。2.可获得精度较高的零件，实现无屑加工。可获得精度较高的零件，实现无屑加工。3.自动化程度高，生产率高自动化程度高，生产率高;4.材料利用率高。材料利用率高。压力加工广泛应用于机械制造、汽车、容器、造船、压力加工广泛应用于机械制造、汽车、容器、造船、建筑、包装、航空航天工业部门建筑、包装、航空航天工业部门。第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第3页/共43页第一节第一节第一节第一节 金属塑性变形基础金属塑性变形基础金属塑性变形基础金属塑性变形基础第二节第二节第二节第二节 自由锻自由锻自由锻自由锻第三节第三节第三节第三节 模锻

4、模锻模锻模锻第四节第四节第四节第四节 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压第五节第五节第五节第五节 其他塑性成形方法其他塑性成形方法其他塑性成形方法其他塑性成形方法第六节第六节第六节第六节 常用塑性成形方法的选择常用塑性成形方法的选择常用塑性成形方法的选择常用塑性成形方法的选择第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第4页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形一、金属塑性变形的基本规律金属塑性成形的实质是在固态金属在外力作用下的塑性流动。用来衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能称为材料的塑性成形性能。常用材料的塑性和变形抗力综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，材料的塑性成形

5、性越好。金属塑性变形遵循的基本规律金属塑性变形遵循的基本规律金属塑性变形遵循的基本规律金属塑性变形遵循的基本规律最小阻力定律最小阻力定律最小阻力定律最小阻力定律任何形状的物体均可镦为圆形？任何形状的物体均可镦为圆形？任何形状的物体均可镦为圆形？任何形状的物体均可镦为圆形？加工硬化及卸载弹性恢复规律加工硬化及卸载弹性恢复规律加工硬化及卸载弹性恢复规律加工硬化及卸载弹性恢复规律奥氏体不锈钢塑性成形性比奥氏体不锈钢塑性成形性比奥氏体不锈钢塑性成形性比奥氏体不锈钢塑性成形性比20202020钢差？钢差？钢差？钢差？体积不变规律体积不变规律体积不变规律体积不变规律确定毛坯尺寸？确定毛坯尺寸？确定毛坯尺寸

6、？确定毛坯尺寸？第5页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形（1 1）最小阻力定律）最小阻力定律）最小阻力定律）最小阻力定律金属塑性变形中，各质点向阻力最小方向移动金属塑性变形中，各质点向阻力最小方向移动:任何形状的塑性坯料都可在平锤头下镦粗使断面逐任何形状的塑性坯料都可在平锤头下镦粗使断面逐渐接近于圆形渐接近于圆形（2 2）加工硬化及卸载弹性恢复规律）加工硬化及卸载弹性恢复规律）加工硬化及卸载弹性恢复规律）加工硬化及卸载弹性恢复规律加工硬化使材料变形抗力增加，塑性下降，塑性成形性能下降（3 3）体积不变规律）体积不变规律）体积不变规律）体积不变规律金属塑性变形时，变形前后体积不变第

7、6页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形二、影响金属塑性变形的因素1 1、内在因素：、内在因素：、内在因素：、内在因素：化学成分和金属组织化学成分和金属组织化学成分和金属组织化学成分和金属组织2 2、加工条件（外在因素）：、加工条件（外在因素）：、加工条件（外在因素）：、加工条件（外在因素）：（1 1 1 1）变形温度）变形温度）变形温度）变形温度 始锻温度：保证不过热、不过烧的前提下越高越好。始锻温度：保证不过热、不过烧的前提下越高越好。始锻温度：保证不过热、不过烧的前提下越高越好。始锻温度：保证不过热、不过烧的前提下越高越好。终锻温度：保证结束前有足够塑性及获得再结晶组织终锻温

8、度：保证结束前有足够塑性及获得再结晶组织终锻温度：保证结束前有足够塑性及获得再结晶组织终锻温度：保证结束前有足够塑性及获得再结晶组织 的前提下，的前提下，的前提下，的前提下，尽量低。尽量低。尽量低。尽量低。温度温度温度温度，塑性，塑性，塑性，塑性，变形抗力，变形抗力，变形抗力，变形抗力，塑性成形性能，塑性成形性能，塑性成形性能，塑性成形性能（2 2 2 2）变形速度）变形速度）变形速度）变形速度变形速度变形速度变形速度变形速度，硬化速度，硬化速度，硬化速度，硬化速度，塑性成形性，塑性成形性，塑性成形性，塑性成形性。变形速度。变形速度。变形速度。变形速度，热效应，热效应，热效应，热效应，塑性成形

9、，塑性成形，塑性成形，塑性成形性性性性 一般生产条件下采用较低变形速度一般生产条件下采用较低变形速度一般生产条件下采用较低变形速度一般生产条件下采用较低变形速度（3 3 3 3）应力状态）应力状态）应力状态）应力状态 压应力数目压应力数目压应力数目压应力数目，塑性，塑性，塑性，塑性，变形抗力，变形抗力，变形抗力，变形抗力 拉应力数拉应力数拉应力数拉应力数，塑性，塑性，塑性，塑性，变形抗力，变形抗力，变形抗力，变形抗力。在三向等拉应力状态下，铅不能塑性成形。在三向等拉应力状态下，铅不能塑性成形。在三向等拉应力状态下，铅不能塑性成形。在三向等拉应力状态下，铅不能塑性成形。变形速度变形速度变形抗力变

10、形抗力塑性塑性塑性、抗力塑性、抗力0a第7页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形三、金属塑性变形对组织和性能的影响三、金属塑性变形对组织和性能的影响三、金属塑性变形对组织和性能的影响三、金属塑性变形对组织和性能的影响1.1.1.1.变形程度的影响变形程度的影响变形程度的影响变形程度的影响2.2.2.2.纤维组织的利用：纤维组织的利用：纤维组织的利用：纤维组织的利用：（1 1 1 1）必须注意纤维组织的方向，要使）必须注意纤维组织的方向，要使）必须注意纤维组织的方向，要使）必须注意纤维组织的方向，要使零件工作时零件工作时零件工作时零件工作时的正应力方向与纤维方向一致的正应力方向与纤维

11、方向一致的正应力方向与纤维方向一致的正应力方向与纤维方向一致，切应力方向，切应力方向，切应力方向，切应力方向与纤维组织垂直。与纤维组织垂直。与纤维组织垂直。与纤维组织垂直。（2 2 2 2）要使纤维的分布方向与零件的外形轮廓符合，）要使纤维的分布方向与零件的外形轮廓符合，）要使纤维的分布方向与零件的外形轮廓符合，）要使纤维的分布方向与零件的外形轮廓符合，而不被切断而不被切断而不被切断而不被切断。3.3.3.3.冷变形与热变形冷变形与热变形冷变形与热变形冷变形与热变形第8页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形 自由锻是利用冲击力或压力使金属在砧铁间变自由锻是利用冲击力或压力使金属在砧

12、铁间变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。自由锻分为手工锻造和自由锻分为手工锻造和机械锻造机械锻造。自由锻的工艺特点：*金属能在垂直于压力的方向自由伸展变形。*工艺灵活，适应性强，是大型锻件的唯一加工方法。*采用通用设备和工具，费用低，生产准备周期短。*锻件形状简单精度低，工人劳动强度大，生产率低。（1)适于多品种、单件、小批生产 (2)自由锻是大型锻件的唯一锻造方法，如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、大型重要齿轮等第9页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第10页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第11页/共43页

13、（1）基本工序 用来改变坯料的形状和尺寸，实现变形要求的必需工序，主要包括：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。镦粗：高度减小、横截面积增大。常用来锻造齿轮坯、凸缘、镦粗：高度减小、横截面积增大。常用来锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等。圆盘等。拔长：横截面积减小、长度增大。适用于轴类、杆类锻件的生拔长：横截面积减小、长度增大。适用于轴类、杆类锻件的生产。产。冲孔：常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件。冲孔：常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件。弯曲：使坯料轴线产生一定曲率。弯曲：使坯料轴线产生一定曲率。扭转：使坯料一部分相对另一部分绕其轴线旋转一定角度。扭转：使坯料一部分相对另一部分绕其轴线旋转

14、一定角度。错移：使坯料一部分相对另一部分平移错开。错移：使坯料一部分相对另一部分平移错开。切割：分割坯料或去除锻件余量。切割：分割坯料或去除锻件余量。(1)基本工序使金属坯料产生塑性变形，获得所需形状、尺寸或改善材质性能的工序。如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等 (2)辅助工序为方便基本工序操作进行的预变形工序。如压钳口、压肩、倒棱等 (3)修整工序为减少锻件表面缺陷（不平、歪扭等）进行的工序。如校正、滚圆、平整等第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形一、自由锻的工序一、自由锻的工序 第12页/共43页（2）辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序，主要包括：压钳口、倒棱、切

15、肩等。（3）修整工序 用来减少锻件表面缺陷，提高锻件尺寸及位置精度而进行的工序，主要包括：校正、滚圆、平整等。第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第13页/共43页1.1金属液态成型工艺基础金属液态成型工艺基础第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形二、自由锻工艺规程的制二、自由锻工艺规程的制定定 1）锻造比）锻造比 锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。锻造比以金属变形锻造比以金属变形前后的横断面积的比值来表示。不同的锻造工序，锻造比的计算方法各前后的横断面积的比值来表示。不同的锻造工序，锻造比的计算方法各不相同。不相同。1、拔长时，锻造比为、拔

16、长时，锻造比为 y=F0/F1或或y=L1/L0 式中式中F0,L0拔长前钢锭或钢坯的横断面积和长度；拔长前钢锭或钢坯的横断面积和长度；F1,L1拔长后钢锭或钢坯的横截面积和长度。拔长后钢锭或钢坯的横截面积和长度。2、镦粗时的锻造比，也称镦粗比或压缩比，其值为、镦粗时的锻造比，也称镦粗比或压缩比，其值为 y=F1/F0或或y=H0/H1 F0,H0镦粗前钢锭或钢坯的横截面积和高度；镦粗前钢锭或钢坯的横截面积和高度；F1,H1镦粗后钢锭或钢坯的横截面积和高度。镦粗后钢锭或钢坯的横截面积和高度。第14页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形2 2）自由锻造工艺制定自由锻造工艺制定(一一)

17、绘制自由锻件图绘制自由锻件图v 锻件图锻件图是在零件图的基础上，结合锻造工艺绘制的工艺图。绘制锻件图应考虑以下几方面的因素：v 敷料：敷料：为简化形状便于锻造而增加的那一部分金属。如较小孔、槽等。v 余量：余量：锻件表面为切削加工增加的尺寸。一般为5-20mm。v 公差：公差：锻件尺寸相对于公称尺寸所允许的变动量。v 烧损：金属在加热过程中由于氧化而造成的材料损失。第15页/共43页锻件图上：锻件图上：外形用粗外形用粗实线，零件轮廓用双实线，零件轮廓用双点画线，并在尺寸线点画线，并在尺寸线下面用圆括号标出零下面用圆括号标出零件的尺寸。件的尺寸。n 自由锻件的余量和自由锻件的余量和公差可查相关手

18、册。公差可查相关手册。第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第16页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第17页/共43页第18页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第19页/共43页(二二)选择锻造工序选择锻造工序自由锻造工序的选取应结合锻件形状和工序特点确定。自由锻工序的选择还与整个锻造过程中的火次和变形程度有关。一般自由锻件的分类及采用工序见表：要求：零件外形尽量平直、对称，避免截面积差别过大，或具有薄壁、高肋、高台等不良结构第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第20页/共43页第21页/共43页第22页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第23页/

19、共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第24页/共43页(1)在切边压力机上切除飞边和冲孔连皮 (2)精压与校正变形，提高锻件精度，降低表面粗糙度 (3)表面清理，去除氧化皮及表面缺陷自由锻后工序选择自由锻后工序选择第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形锻件余量、公差和敷料 单边余量为15mm 公差为1.55mm锻件公差锻件公差第25页/共43页(三三)确定坯料质量和尺寸确定坯料质量和尺寸1、确定坯料质量：G坯=G锻件+G烧损+G料头2、确定坯料尺寸：第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形 由坯料质量与材料密度算坯料体积由坯料质量与材料密度算坯料体积 由锻件最大截面积与锻造比算坯料截面

20、积由锻件最大截面积与锻造比算坯料截面积 按体积不变原则，算坯料直径（或边长）和下料长度按体积不变原则，算坯料直径（或边长）和下料长度 如：拔长锻出如：拔长锻出100mm1000mm100mm1000mm圆轴，锻造比取圆轴，锻造比取2.52.5 坯料体积为为坯料体积为为0.008m0.008m 坯料直径为坯料直径为160mm160mm 坯料长度为坯料长度为400mm400mm模锻件余量、公差和敷料比自由锻件小：单边余量为15mm 公差为0.43.5mm第26页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第27页/共43页(四四)选择自由锻造设备选择自由锻造设备空气锤、蒸汽-空气锤、液压机选择

21、时应根据锻件大小、质量、形状及锻造基本工序等因素并结合生产实际条件来确定。如大型锻件多选水压机生产。第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第28页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第29页/共43页(五五)确定锻造温度范围确定锻造温度范围自由锻加热的目的：锻造温度：始锻温度：固相线-（100-200）终锻温度：T再+（50-100）锻造温度范围应尽量宽一些。碳素钢和低合金钢的锻造温度据铁碳相图确定。高合金钢的始锻温度下降，终锻温度提高。材料的锻造温度范围也有表可查。第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第30页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第31页/共43页(六

22、六)填写工艺卡片填写工艺卡片第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第32页/共43页三、自由锻件的结构工艺性三、自由锻件的结构工艺性 尽量避免锥体或斜面结构 避免交接处形成空间曲线 避免加强筋、凸台、工字形、椭圆形或其他非规则截面及外形 合理采用组合结构总体原则：满足使用性能为前提，尽量简单。总体原则：满足使用性能为前提，尽量简单。第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第33页/共43页避免锥面或斜面避免锥面或斜面避免空间曲线避免空间曲线避避免免凸凸台台、加加强强筋筋组合件组合件第34页/共43页第二章第二章 金属塑性成形金属塑性成形第35页/共43页避免锥面或斜面避免锥面或斜面避免空间曲线避免空间曲线避避免免凸凸台台、加加强强筋筋组合件组合件第36页/共43页第37页/共43页第38页/共43页拔长；局部镦粗；冲孔。镦粗；冲孔；切肩；芯轴拔长。压盖压盖第39页/共43页套筒。坯料尺寸：150170；材料：45钢；生产批量：20件。（1）定性画出锻件图。（2）确定锻造工序。第40页/共43页第41页/共43页第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页