金属材料成形基础 第三篇.ppt

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1、第三章第三章 金属的塑性成型（压力加工）金属的塑性成型（压力加工）概概 述述 5 5模型锻造模型锻造一、金属塑性成形一、金属塑性成形金属材料在金属材料在外力外力作用下产生作用下产生塑性变形塑性变形，获得具有一定，获得具有一定形形状、尺寸和力学性能状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。的毛坯或零件的生产方法。二、金属塑性成形的基本生产方式二、金属塑性成形的基本生产方式 1 1轧制轧制 2 2挤压挤压3 3拉拔拉拔4 4自由锻造自由锻造6 6板料冲压板料冲压上砥铁下砥铁坯料1 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。三、塑性成形（压力加工）的特点

2、三、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1-1 1-1 金属的塑性变形与再结晶金属的塑性变形与再结晶 第一节第一节 金属塑性成形工艺原理金属塑性成形工艺原理 一、金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质1.

3、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。2 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。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内变形晶间变形晶间变形滑移滑移孪生孪生滑动滑动转动转动多晶体塑性变形的实质：多晶体塑性变形的实质：晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶粒之间发生滑移和转动。粒之间发生滑移和转动。二、塑性变形后金属的组织和性能二、塑性变形后金属的组织和性能1.1.冷变形及其影响冷

4、变形及其影响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；晶粒沿变形最大方向伸长；晶格与晶粒均发生畸变；晶格与晶粒均发生畸变；晶粒间产生碎晶。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，其强度和硬度不强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。断提高，塑性和韧性不断下降。有利：强化金属材料有利：强化金属材料不利：进一步的塑性变形带来困难不利：进一步的塑性变形带来困难2.2.回复回复T T回回 =0.3T=0.3T熔熔3.3.再结晶再结晶T T再再 =0.4T=0.4T熔熔(K)(K)4.4.热变形及其影

5、响热变形及其影响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。T T再再冷变形冷变形热变形热变形以上以上以下以下一、一、金属的纤维组织与锻造比金属的纤维组织与锻造比 在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）组织。（1 1）在）在平行平行于纤维组织的方向上：材料的于纤

6、维组织的方向上：材料的抗拉强度提高抗拉强度提高（2 2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高抗剪强度提高 1-2 1-2 金属的纤维组织与可锻性金属的纤维组织与可锻性锻造比：锻造比：Y=F坯坯/F锻锻Y=H坯坯/H锻锻拔长：拔长：镦粗：镦粗：一般，一般，Y=25 Y=25 时，在变形金时，在变形金属中开始形成纤维组织，纵向的属中开始形成纤维组织，纵向的强度、塑性和韧性提高；横向强度、塑性和韧性提高；横向（垂直纤维方向）同类性能下降，（垂直纤维方向）同类性能下降，力学性能出现各向异性。力学性能出现各向异性。Y5 Y5 时，时，力学性能不再提高，各向异性则

7、力学性能不再提高，各向异性则进一步增加。进一步增加。二、金属的可锻性二、金属的可锻性是金属材料在压力加工时成形的难易程度。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：材料的材料的塑性越好塑性越好，其可锻性越好。，其可锻性越好。材料的材料的变形抗力越小变形抗力越小，其可锻性越好。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）金属的本质）金属的本质化学成分：化学成分：MeMe越低，材料的可锻性越好。越低，材料的可锻性越好。组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。组织状态：纯金属和固溶体具有良好的

8、可锻性。2 2）变形条件）变形条件变形温度：变形温度：应力状态：应力状态：变形速度：变形速度：塑塑性、性、变变形形抗抗力力塑性塑性变形抗力变形抗力T T温温越高，材料的可锻性越好。越高，材料的可锻性越好。V V变变越小，材料的可锻性越好。越小，材料的可锻性越好。三向压应力三向压应力塑性最好、变形抗力最大。塑性最好、变形抗力最大。三向拉应力三向拉应力塑性最差、变形抗力最大。塑性最差、变形抗力最大。四、金属的变形规律四、金属的变形规律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三、锻造温度范围三、锻造温度范围始锻温度：始锻温度：终锻温度：终锻温度：过热、过烧过热、过烧 缺陷缺陷

9、加工硬化加工硬化45:1200 800 第二节第二节 金属塑性成形工艺方法金属塑性成形工艺方法2-1 2-1 自由锻造自由锻造一、自由锻设备一、自由锻设备锻锤锻锤压力机压力机空气锤空气锤蒸汽蒸汽空气锤空气锤水压机水压机油压机油压机65750Kg630Kg5T落下部分总重量落下部分总重量 =活塞活塞+锤头锤头+锤杆锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位锻锤吨位 =压力机吨位压力机吨位 =二、自由锻基本工序二、自由锻基本工序基本工序基本工序 完成锻件基本变形和成形的工序。完成锻件基本变形和成形的工序。H完全礅粗局部礅粗，S S1.25H0/D02.53.3

10、.冲孔：冲孔：4.4.弯曲：弯曲：5.5.扭转：扭转：6.6.错移：错移：1.1.礅粗：礅粗：2.2.拔长：拔长：，S SL L芯轴拔长芯轴扩孔三、自由锻工艺规程的制定三、自由锻工艺规程的制定1.1.锻件图的绘制锻件图的绘制1 1）机械加工余量）机械加工余量2 2）公差）公差3 3）敷料）敷料2.2.坯料重量和尺寸的计算坯料重量和尺寸的计算G坯坯=（1+k）G锻锻G坯坯=G锻锻+G料头料头+G芯料芯料+G烧烧K K 消耗系数消耗系数（1/31/41/31/4）余量）余量Y=F坯坯/F锻锻Y=H坯坯/H锻锻拔长：拔长：镦粗：镦粗：1.25H0/D02.5圆截面坯料圆截面坯料：所以：所以：长轴类锻

11、件：长轴类锻件：3.3.锻造工序的选择锻造工序的选择轴、杆类零件：镦粗、拔长轴、杆类零件：镦粗、拔长盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、冲孔（芯轴上扩孔）冲孔（芯轴上扩孔）筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长4.4.锻造温度范围及加热火次的确定锻造温度范围及加热火次的确定5.5.锻造设备的选择锻造设备的选择6.6.确定工时确定工时 7.7.填写工艺卡填写工艺卡2-2 2-2 模型锻造模型锻造模型锻造模型锻造 将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛 内受压、变形，获得锻件的方法。内受压、变形，获

12、得锻件的方法。特点：特点：1 1）生产率高；）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3 3）材料利用率高；）材料利用率高；4 4）可锻造形状较复杂的零件；）可锻造形状较复杂的零件；5 5）模具成本高、设备昂贵；）模具成本高、设备昂贵；6 6）锻件不能任意大。）锻件不能任意大。一般不得超过一般不得超过150kg150kg。一、锤上模锻一、锤上模锻（一）锤上模锻设备（一）锤上模锻设备蒸汽蒸汽空气模锻捶空气模锻捶应用：形状较复杂的中小型零件的成批、大量生产。应用：形状较复杂的中小型零件的成批、大量生产。（二）锻模结构（二）锻模结构锻模锻模模膛模膛飞边槽飞边槽桥部桥部仓部仓部 形成锻件基本形状和尺

13、寸的空腔。形成锻件基本形状和尺寸的空腔。容纳多余的金属。容纳多余的金属。增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。（三）模膛的分类（三）模膛的分类模膛模膛模锻模膛模锻模膛制坯模膛制坯模膛终锻模膛终锻模膛预锻模膛预锻模膛延伸模膛延伸模膛滚压模膛滚压模膛弯曲模膛弯曲模膛切断模膛切断模膛（四）锻模工艺规程的制定（四）锻模工艺规程的制定1.1.绘制锻件图绘制锻件图1 1）分模面的选择）分模面的选择分模面应选在锻件的分模面应选在锻件的最大截面处最大截面处；分模面的选择应使模膛分模面的选择应使模膛浅而对称浅而对称；分模面的选择应使锻件上所分模面的选择应使锻件上所加敷料最少

14、加敷料最少；分模面应最好是分模面应最好是平直面平直面。2)2)确定加工余量、公差和敷料确定加工余量、公差和敷料加工余量：14mm公差：0.33mm3 3）设计模锻斜度）设计模锻斜度外壁斜度：57 0内壁斜度：712 04 4）设计模锻圆角）设计模锻圆角外圆角：r=1.512mm内圆角：R=（23）r5 5）确定冲孔连皮）确定冲孔连皮2.2.确定模锻工序确定模锻工序1 1）基本工序）基本工序圆盘类零件：镦粗圆盘类零件：镦粗 预锻预锻 终锻终锻长杆类零件：制坯长杆类零件：制坯 预锻预锻 终锻终锻2 2）修正工序）修正工序切边；冲孔；校正；热处理；清理。汽车凸轮轴汽车凸轮轴工序：拔长、滚挤、预锻、工

15、序：拔长、滚挤、预锻、终锻、切边。终锻、切边。二、胎模锻造二、胎模锻造利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。1.1.扣模扣模2.2.筒模筒模3.3.合模合模应用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。2-3 2-3 板料冲压板料冲压利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺方法。得所需零件的工艺方法。冷冲压冷冲压：t 2t。带孔件的弯曲：带孔件的弯曲：3 3）对拉深件的要求）对拉深件的要求 拉深件拉深件的形状应力求简单、对称，并不宜太高；的形状应力求简单、对称，并不宜太高；拉深件的圆角半径应满足：拉深件的圆角半径应满足：rd t、R 2t；2.2.改进结构可简化工艺及节省材料改进结构可简化工艺及节省材料1 1）采用冲焊结构）采用冲焊结构2 2）采用冲口工艺）采用冲口工艺3 3）尽量简化冲压件的结构）尽量简化冲压件的结构