第7章-金属压力加工课件

第7章金属压力加工第7章金属压力加工7.2金属压力加工基础知识一、概念v金属压力加工：金属柸料在外力作用下，发生塑性变形，获得所要求的形状、尺寸、内部组织和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法，也称金属塑性成形。机械制造基础2约85%6080%7.2 金属压力加工基础知识一、概念机械制造基础2约85%6二、压力加工的主要生产方式：v1.轧制；2.挤压；3.拉拔；4.锻造；5.板料冲压。机械制造基础37.2金属压力加工基础知识二、压力加工的主要生产方式：机械制造基础37.2 金属压力加机械制造基础4二、压力加工的主要生产方式：1.1.1.1.轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减轧制：金属通过旋转的轧辊受到压缩，横断面积减小，长度增加的过程。小，长度增加的过程。小，长度增加的过程。小，长度增加的过程。举例：汽车车身板举例：汽车车身板举例：汽车车身板举例：汽车车身板其它：多辊轧制其它：多辊轧制其它：多辊轧制其它：多辊轧制(24(24(24(24辊辊辊辊)、孔型轧制等。、孔型轧制等。、孔型轧制等。、孔型轧制等。7.2金属压力加工基础知识机械制造基础4二、压力加工的主要生产方式：1.轧制：金属通过机械制造基础5二、压力加工的主要生产方式：2.2.2.2.挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而挤压：金属在挤压筒中受推力作用从模孔中流出而制取各种断面金属材料的加工方法。制取各种断面金属材料的加工方法。制取各种断面金属材料的加工方法。制取各种断面金属材料的加工方法。举例：管、棒、型；举例：管、棒、型；举例：管、棒、型；举例：管、棒、型；其它：异型截面。其它：异型截面。其它：异型截面。其它：异型截面。7.2金属压力加工基础知识机械制造基础5二、压力加工的主要生产方式：2.挤压：金属在挤机械制造基础6二、压力加工的主要生产方式：v3.拉拔将金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法7.2金属压力加工基础知识机械制造基础6二、压力加工的主要生产方式：7.2 金属压力加机械制造基础7二、压力加工的主要生产方式：4.4.4.4.锻造：金属坯料高温塑性状态下，锻锤锤击工件产锻造：金属坯料高温塑性状态下，锻锤锤击工件产锻造：金属坯料高温塑性状态下，锻锤锤击工件产锻造：金属坯料高温塑性状态下，锻锤锤击工件产生压缩变形生压缩变形生压缩变形生压缩变形 A.A.A.A.自由锻自由锻：金属坯料在上、下砧铁间受冲击力或压力而变形。我国自行研制的万吨级水压机我国自行研制的万吨级水压机7.2金属压力加工基础知识机械制造基础7二、压力加工的主要生产方式：4.锻造：金属坯机械制造基础8二、压力加工的主要生产方式：B.B.B.B.模锻模锻：金属坯料在具有一定形状的模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法 举例：飞机大梁，火箭捆挷环等举例：飞机大梁，火箭捆挷环等举例：飞机大梁，火箭捆挷环等举例：飞机大梁，火箭捆挷环等万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环万吨级水压机模锻的飞机大梁、火箭捆挷环7.2金属压力加工基础知识机械制造基础8二、压力加工的主要生产方式：B.模锻：机械制造基础9二、压力加工的主要生产方式：5.5.5.5.冲压：通常在常温下，金属薄板在冲模之间受压产冲压：通常在常温下，金属薄板在冲模之间受压产冲压：通常在常温下，金属薄板在冲模之间受压产冲压：通常在常温下，金属薄板在冲模之间受压产生分离或变形，也叫冷冲压。生分离或变形，也叫冷冲压。生分离或变形，也叫冷冲压。生分离或变形，也叫冷冲压。7.2金属压力加工基础知识机械制造基础9二、压力加工的主要生产方式：5.冲压：通常在常机械制造基础10三、特点7.2金属压力加工基础知识1 优点：（1）锻造过程能够改善金属的组织，提高金属材料的机械性能；（2）少、无切削加工，材料利用率高。（3）可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程）（4）生产效率高。2 缺点：（1）一般工艺表面质量差（氧化），尺寸精度、形状精度不高。（2）不能成型形状复杂件（相对）（3）设备庞大、价格昂贵，制件成本比铸件高。（4）劳动条件差（强度、噪音）机械制造基础10三、特点7.2 金属压力加工基础知识1 优点一、金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质 机械制造基础11弹性变形弹性变形 变形可逆，应力消除，变形即消失。变形可逆，应力消除，变形即消失。塑性变形塑性变形 变形不可逆，应力消除，变形保留。变形不可逆，应力消除，变形保留。实际金属的弹塑性行为实际金属的弹塑性行为两种变形交织在一块两种变形交织在一块低碳低碳钢钢拉伸拉伸曲曲线线7.2.1金属塑性变形的实质一、金属塑性变形的实质 机械制造基础11弹性变形 变形可逆，7.2.1金属塑性变形的实质v金属的变形实际上是组成金属的晶粒变形。机械制造基础12晶粒变形晶粒变形晶内变形晶内变形晶间变形晶间变形单晶体：具有一个晶粒的晶体（由一个晶核生长而成晶体）。多晶体：大量晶粒组成的晶体。7.2.1 金属塑性变形的实质金属的变形实际上是组成金属的晶1.单晶体的塑性变形v单晶体的变形可以近似认为是单个晶粒内部的变形(晶内变形)。v正应力引发弹性变形和断裂，不能引起塑性变形v切应力引发塑性变形v单晶体塑性变形的主要方式：滑移变形、双晶变形（亦叫孪晶）；最主要变形方式是滑移机械制造基础13图图2-1 单晶体拉伸单晶体拉伸1.单晶体的塑性变形 单晶体的变形可以近似认为是单个晶粒内1.单晶体的塑性变形v单晶体的塑性变形主要通过滑移进行。机械制造基础14 （a）未变形（b）弹性变形 （c）弹塑性变形 （d）塑性变形单晶体滑移变形单晶体滑移变形滑移面滑移面整体刚性整体刚性滑移滑移晶体中通过位错运动而造成滑移晶体中通过位错运动而造成滑移未变形 位错运动 塑性变形实际晶体内部存实际晶体内部存在大量缺陷。滑在大量缺陷。滑移通过位错在滑移通过位错在滑移面上的运动来移面上的运动来实现。实现。1.单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形主要通过滑移进行。1.单晶体的塑性变形机械制造基础15v单晶体的塑性变形另一种形式：双晶变形。1.单晶体的塑性变形 机械制造基础15单晶体的塑性变形另一2.多晶体的塑性变形机械制造基础16变形特点变形特点各晶粒择优滑移，通过晶间的错动与转动，彼此协调各晶粒择优滑移，通过晶间的错动与转动，彼此协调并传递变形；并传递变形；晶界的存在使塑性变形抗力增加；晶界的存在使塑性变形抗力增加；晶粒越细小，金属的强度越高，塑性越好。晶粒越细小，金属的强度越高，塑性越好。晶间变形晶间变形晶界错动晶界错动晶界转动晶界转动2.多晶体的塑性变形 机械制造基础16变形特点各晶粒择优滑7.2.2塑性变形对金属组织与性能的影响1、加工硬化与再结晶加工硬化与再结晶v金属材料在冷塑性金属材料在冷塑性变形时，其强度、变形时，其强度、硬度升高，而塑性、硬度升高，而塑性、韧性下降的现象。韧性下降的现象。又称又称冷变形强化冷变形强化或或冷作硬化冷作硬化。v产生原因：v应用机械制造基础17 图：常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响图：常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响图：常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响图：常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响滑移面附近的晶格畸变，晶粒破碎，位错移动阻力增大。滑移面附近的晶格畸变，晶粒破碎，位错移动阻力增大。提高金属材料的强度、硬度，使金属材料变形更均匀提高金属材料的强度、硬度，使金属材料变形更均匀。7.2.2 塑性变形对金属组织与性能的影响1、加工硬化与再结v金属材料在冷变形以后，组织处于不稳定的状态，但室温下难以进行。v加热使原子扩散能力增加，随温度的升高，冷变形后的金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。机械制造基础18冷变形金属在加热时组织冷变形金属在加热时组织和性能的变化示意图和性能的变化示意图 去应力去应力消除加工硬化消除加工硬化7.2.2塑性变形对金属组织与性能的影响金属材料在冷变形以后，组织处于不稳定的状态，但室温下难以进行机械制造基础19热轧过程中的组织再结晶热轧过程中的组织再结晶 再再结晶可消除塑性晶可消除塑性变形引起的硬形引起的硬化，并使晶粒化，并使晶粒细化，提高力学性能。化，提高力学性能。热变形与冷形与冷变形的温度界限：形的温度界限：再再结晶温度晶温度 应用：再结晶退火应用：再结晶退火(b)(b)金属回复后的组织金属回复后的组织 (c)(c)再结晶组织再结晶组织(a)塑性变形后的组织图：金属的回复和再结晶组织示意图图：金属的回复和再结晶组织示意图7.2.2塑性变形对金属组织与性能的影响机械制造基础19热轧过程中的组织再结晶 再结晶可消除塑2.塑性变形对金属组织的影响v纤维组织 晶粒沿变形方向被拉长或压扁所具有的形貌。v锻造流线 晶粒边界(晶间)上的杂质沿变形方向排列与分布。机械制造基础207.2.2塑性变形对金属组织与性能的影响2.塑性变形对金属组织的影响纤维组织 晶粒沿变形方向被拉长v流线方向应与最大正应力方向一致，与最大剪力方向垂直。v纤维组织与锻造流线沿工件外轮廓连续分布。机械制造基础217.2.2塑性变形对金属组织与性能的影响流线方向应与最大正应力方向一致，与最大剪力方向垂直。机械制造机械制造基础22a)棒料经切削成形棒料经切削成形 b)扁钢经切削成形扁钢经切削成形c)棒料镦粗后切削成形棒料镦粗后切削成形 d)热轧成形热轧成形 不同成形工艺齿轮的流线分布不同成形工艺齿轮的流线分布7.2.2塑性变形对金属组织与性能的影响机械制造基础22a)棒料经切削成形 b)扁7.2.3金属的可锻性机械制造基础23影响塑性成形性能的因素影响塑性成形性能的因素化学成分化学成分组织结构组织结构晶体结构晶体结构变形温度变形温度变形速度变形速度应力状态应力状态金属的可锻性（锻造性能）衡量材料受塑性成形加工时获得优质锻件难易程度的一种工艺性能以金属的塑性和变形抗力衡量锻造性能的优劣变形抗力：塑性变形时金属反作用于工具上的力，塑性越大，变形抗力越小，可锻性越好，易于进行锻压加工变形。金属及合金的锻造性能主要取决于材料的本质及变形条件7.2.3 金属的可锻性机械制造基础23影响塑性成形性能的因机械制造基础241.材料的本质1）化学成分纯金属可锻性良好（合金晶格畸变）。含有形成碳化物的元素，则可锻性。如：W、Ti、Mo、V。WC使硬质合金硬、脆。2）金属组织影响固溶体（如A）比碳化物（Fe3C）好。晶粒细、均匀、可锻性，变形抗力。3）晶体结构面心立方体心立方密排六方。7.2.3金属的可锻性机械制造基础241.材料的本质7.2.3 金属的可锻性7.2.3金属的可锻性机械制造基础252.变形条件1）变形温度t，变形抗力，塑性T再以上，塑性，加工硬化、回复、再结晶同时发生碳钢在A3线上，组织为A,面心、塑性t过高，易产生“过热”、“过烧”、“脱碳”、“严重氧化”。2）变形速度：单位时间内变形程度。V增大，回复和再结晶不能及时克服冷变形强化现象，塑性降低;V增大，热效应明显,使塑性升高（塑性变形转变为热能）7.2.3 金属的可锻性机械制造基础252.变形条件2）3）应力状态挤压呈现三向压应力状态，表现较高塑性，较大变形抗力拉拔呈现两向压应力，一向拉应力，表现较低塑性，较小变形抗力7.2.3金属的可锻性3）应力状态挤压 呈现三向压应力状态，表现较高塑性，较大变形7.2.4锻造工艺简介一、自由锻概述自由锻：利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧铁之间塑性变形、自由流动，得到所需的形状、尺寸锻件的工艺方法特点：(1)工具简单、应用广泛，几克-几百吨，机械性能高。(2)锻件尺寸精度差，材料利用率低、生产率较低。(3)只能用于形状简单的锻件；(4)劳动强度大（尤其手工）。自由锻设备：(1)手工锻：砧子，大、小锤，炉子等。小型件。(2)锻锤：空气锤(150公斤)；蒸汽-空气锤（1500公斤)(3)压力机：主要是水压机，可锻造质量达500t锻件，常用于大型和巨型锻件。7.2.4 锻造工艺简介一、自由锻概述特点：7.2.4锻造工艺简介一、自由锻概述7.2.4 锻造工艺简介一、自由锻概述7.2.4锻造工艺简介1.自由锻造主要工序(1)基本工序：使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。v镦粗 是使坏料高度减小、横截面积增大的工序。v拔长 是使坯料核截面积减小、长度增大的工序。v为达到规定锻造比,改变组织，拨长经常与镦粗交替反复使用。v冲孔 是使坯料具有通孔或盲孔的工序。v弯曲 是使坯料轴线产生一定曲率的工序。v扭转 是使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。v错移 是使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，是生产曲拐或曲轴类锻件所必须的工序。v切割 是分割坯料或去除锻件余量的工序。(2)辅助：为基本工序操作方便而进行的预先变形工序，如压钳口、倒棱、压肩等。(3)精整：完成基本工序后，提高锻件尺寸及位置精度的工序。7.2.4 锻造工艺简介1.自由锻造主要工序7.2.4锻造工艺简介二、模锻模锻是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。模锻特点：（与自由锻相比）生产率较高锻件尺寸精确，加工余量小可锻出形状较复杂锻件材料利用率高模锻方法及设备：锤上模锻曲柄压力机上模锻摩擦压力机上模锻胎模锻7.2.4 锻造工艺简介二、模锻