金属材料成形基础第三篇

第三章 金属的塑性成型（压力加工）概 述 5 模 型 锻 造一、金属塑性成形金 属 材 料 在 外 力 作 用 下 产 生 塑 性 变 形 ， 获 得 具 有 一 定 形状 、 尺 寸 和 力 学 性 能 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 1 轧 制 2 挤 压 3 拉 拔4 自 由 锻 造 6 板 料 冲 压 上 砥 铁下 砥 铁坯 料 1） 零 件 大 小 不 受 限 制 ； 2） 生 产 批 量 不 受 限 制 。三、塑性成形（压力加工）的特点1 力 学 性 能 高1） 组 织 致 密 ；2） 晶 粒 细 化 ；3） 压 合 铸 造 缺 陷 ；4） 使 纤 维 组 织 合 理 分 布 。2 节 约 材 料1） 力 学 性 能 高 ， 承 载 能 力 提 高 ；2） 减 少 零 件 制 造 中 的 金 属 消 耗 （ 与 切 削 加 工 相 比 ） 。 3 生 产 率 高4 适 用 范 围 广 1-1 金 属 的 塑 性 变 形 与 再 结 晶 第 一 节 金 属 塑 性 成 形 工 艺 原 理 一、金属塑性变形的实质1.单 晶 体 的 塑 性 变 形1） 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） 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. 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 。 二、塑性变形后金属的组织和性能1.冷 变 形 及 其 影 响1） 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） 性 能 变 化 的 特 征 ：加 工 硬 化 ： 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 。有 利 ： 强 化 金 属 材 料不 利 ： 进 一 步 的 塑 性 变 形 带 来 困 难 0 20 40 60 80 %变形程度3603202802402001601208040 7006005004003002001000220180160140120延伸率% 冲击韧度/J cm-2 HB 强度极限/MPa强度极限布氏硬度延 伸率 %冲击韧度 2. 回 复 T回 = 0.3T熔3. 再 结 晶T再 = 0.4T熔 (K )(K ) 4 . 热 变 形 及 其 影 响1） 不 产 生 加 工 硬 化2） 使 组 织 得 到 改 善 ， 提 高 了 力 学 性 能 细 化 晶 粒 ； 压 合 了 铸 造 缺 陷 ；3） 形 成 纤 维 组 织 组 织 致 密 。 T再 冷 变 形热 变 形 以 上 以 下 一、 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 。 沿塑 性 变 形 方 向 所 形 成 的 流 线 组 织 ， 称 为 纤 维 （ 流 线 ） 组 织 。（ 1） 在 平 行 于 纤 维 组 织 的 方 向 上 ： 材 料 的 抗 拉 强 度 提 高（ 2） 在 垂 直 于 纤 维 组 织 的 方 向 上 ： 材 料 的 抗 剪 强 度 提 高 1-2 金 属 的 纤 维 组 织 与 可 锻 性 锻 造 比 ： Y=F坯 /F锻Y=H坯 /H锻拔 长 ：镦 粗 ： 一 般 ， Y=25 时 ， 在 变 形 金属 中 开 始 形 成 纤 维 组 织 ， 纵 向 的强 度 、 塑 性 和 韧 性 提 高 ； 横 向（ 垂 直 纤 维 方 向 ） 同 类 性 能 下 降 ，力 学 性 能 出 现 各 向 异 性 。 Y5 时 ，力 学 性 能 不 再 提 高 ， 各 向 异 性 则进 一 步 增 加 。 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 。1 . 可 锻 性 的 衡 量 指 标1） 塑 性 ：2） 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 . 影 响 可 锻 性 的 因 素1） 金 属 的 本 质 化 学 成 分 ： Me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 。 2） 变 形 条 件 变 形 温 度 ： 应 力 状 态 ： 变 形 速 度 ： v塑性 、变形抗力 塑 性变 形 抗 力cvT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 。 四、金属的变形规律1. 体 积 不 变 定 律2. 最 小 阻 力 定 律三、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 第 二 节 金 属 塑 性 成 形 工 艺 方 法 2-1 自 由 锻 造一、自由锻设备锻 锤压 力 机 空 气 锤蒸 汽 空 气 锤水 压 机油 压 机 65750K g630K g5T落 下 部 分 总 重 量 = 活 塞 +锤 头 +锤 杆滑 块 运 动 到 下 始 点 时 所 产 生 的 最 大 压 力锻 锤 吨 位 =压 力 机 吨 位 = 二、自由锻基本工序基 本 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 1.25H0/D02.53. 冲 孔 ：4. 弯 曲 ：5. 扭 转 ：6. 错 移 ：1. 礅 粗 ：2. 拔 长 ： ， SL 芯 轴 拔 长芯 轴 扩 孔 三、自由锻工艺规程的制定1. 锻 件 图 的 绘 制1） 机 械 加 工 余 量2） 公 差3） 敷 料2. 坯 料 重 量 和 尺 寸 的 计 算G坯 = （ 1+k） G锻G 坯 = G锻 +G料 头 +G芯 料 +G烧K 消 耗 系 数（ 1/31/4） 余 量 Y=F坯 /F锻 Y=H坯 /H锻拔 长 ： 镦 粗 ：1.25H0/D02.5 m ax锻坯 YFF 圆 截 面 坯 料 ： 坯坯坯 DHDV 45.24 38.0 坯坯 VD 所 以 ：长 轴 类 锻 件 ： m ax锻坯 DYD 3 . 锻 造 工 序 的 选 择轴 、 杆 类 零 件 ： 镦 粗 、 拔 长盘 类 、 环 类 零 件 ： 镦 粗 （ 拔 长 及 镦 粗 ） 、 冲 孔 （ 芯 轴 上 扩 孔 ）筒 类 零 件 ： 镦 粗 、 冲 孔 、 在 芯 轴 上 拔 长 4 . 锻 造 温 度 范 围 及 加 热 火 次 的 确 定5 . 锻 造 设 备 的 选 择6 . 确 定 工 时 7 . 填 写 工 艺 卡 2-2 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 内 受 压 、 变 形 ， 获 得 锻 件 的 方 法 。特 点 ： 1） 生 产 率 高 ； 2） 锻 件 的 尺 寸 精 度 和 表 面 质 量 高 ；3） 材 料 利 用 率 高 ； 4） 可 锻 造 形 状 较 复 杂 的 零 件 ；5） 模 具 成 本 高 、 设 备 昂 贵 ；6） 锻 件 不 能 任 意 大 。 一 般 不 得 超 过 150kg。一、锤上模锻（ 一 ） 锤 上 模 锻 设 备蒸 汽 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 。 （ 二 ） 锻 模 结 构锻 模 模 膛飞 边 槽 桥 部仓 部 形 成 锻 件 基 本 形 状 和 尺 寸 的 空 腔 。 容 纳 多 余 的 金 属 。 增 加 金 属 流 动 的 阻 力 ， 促 使 金 属 充 满 模 膛 。 （ 三 ） 模 膛 的 分 类模 膛 模 锻 模 膛制 坯 模 膛 终 锻 模 膛预 锻 模 膛延 伸 模 膛滚 压 模 膛弯 曲 模 膛切 断 模 膛 （ 四 ） 锻 模 工 艺 规 程 的 制 定1. 绘 制 锻 件 图1） 分 模 面 的 选 择 分 模 面 应 选 在 锻 件 的 最 大 截 面 处 ； 分 模 面 的 选 择 应 使 模 膛 浅 而 对 称 ； 分 模 面 的 选 择 应 使 锻 件 上 所 加 敷 料 最 少 ； 分 模 面 应 最 好 是 平 直 面 。 a accd dbb 2)确 定 加 工 余 量 、 公 差 和 敷 料加 工 余 量 ： 14mm公 差 ： 0.33mm3） 设 计 模 锻 斜 度外 壁 斜 度 ： 57 0内 壁 斜 度 ： 712 04） 设 计 模 锻 圆 角外 圆 角 ： r = 1.512mm内 圆 角 ： R=（ 23） r5） 确 定 冲 孔 连 皮 2. 确 定 模 锻 工 序1） 基 本 工 序圆 盘 类 零 件 ： 镦 粗 预 锻 终 锻长 杆 类 零 件 ： 制 坯 预 锻 终 锻2） 修 正 工 序切 边 ； 冲 孔 ； 校 正 ； 热 处 理 ； 清 理 。汽 车 凸 轮 轴工 序 ： 拔 长 、 滚 挤 、 预 锻 、终 锻 、 切 边 。 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. 扣 模 2. 筒 模 3. 合 模应 用 ： 没 有 模 锻 设 备 的 中 、 小 型 锻 件 的 批 量 生 产 。 2-3 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 获得 所 需 零 件 的 工 艺 方 法 。冷 冲 压 ： t 2t。 带 孔 件 的 弯 曲 ： 3） 对 拉 深 件 的 要 求 拉 深 件 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 ： rdt、 R 2t； 2. 改 进 结 构 可 简 化 工 艺 及 节 省 材 料1） 采 用 冲 焊 结 构 2） 采 用 冲 口 工 艺3） 尽 量 简 化 冲 压 件 的 结 构