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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,.,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,.,*,单击此处编辑母版文本样式,.,*,第二章 金属的塑性成形,第一节 金属塑性成形的工艺基础,第二节 金属热锻成形工艺,第三节 板料冲压成形工艺,第四节 特种塑性成形技术简介,1,.,第一节 金属塑性成形的工艺基础,一、金属塑性成形概述,二、金属的塑性成形性能及影响因素,2,.,利用金属的塑性,用工具对金属材料所进行的加工工艺的总称。目的:在外力的作用下改变材料的形状和尺寸而不产生切屑,使成为半成品或成品。,一、金属塑性成形概述,1.塑性成形工艺方法及分类,3,.,二次塑性加工,板料成形,体积成形,冷冲压或板料冲压,锻造,挤压,冲压基本工序有:分离工序和成形工序,热成形、温成形、冷成形,4,.,用轧辊来轧压金属材料。轧辊上开有一定形状和尺寸的轧槽,材料通过两轧辊之间的轧槽,就形成各种形状和尺寸的横剖面,如各种型式的钢材(圆钢、工字钢、槽钢等),1)轧制(rolling),坯料,轧辊,录像1,录像2,示例1,示例2,钢管轧制.swf,5,.,2)挤压(extruding),使金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而成形的方法。,挤压筒,挤压模,凸模,坯料,挤压筒,挤压模,凸模,坯料,正挤压,反挤压,6,.,3)拉拔(drawing),将较大剖面的金属材料强行拉过拉拔模(它中间有一尺寸较材料稍小的模孔,一端为喇叭口),以获得所要求的剖面形状和尺寸的方法。通常在室温下进行。经过拉拔可得到尺寸精确、表面光洁并具有较好机械性能的线材、型材、管材等。,拉拔模,坯料,7,.,4)自由锻造(free forging),使金属坯料在锻锤或压力机的上下抵铁(上砧、下砧)间受冲击力或压力而变形的方法。,坯料,下砧,上砧,自由锻造录像,8,.,5)模锻(die forging),利用装在锻造机器上的锻模,在锤的打击或压力机的压力下,使金属在一定形状和尺寸的模膛内变形的方法。,坯料,下模,上模,曲轴锻模,9,.,6)冲压(pressing),凹模,凸模,坯料,使金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的方法。,10,.,1)用压力加工方式制造的产品,具有较高的机械性能,例,抗拉强度(Mpa)屈服强度(Mpa)延伸率(%),ZG45 580 320 12,轧制45 610 360 16,提高百分率 5%12%30%,2.塑性成形工艺的特点:,11,.,塑性成形工艺特点,(2),材料利用率高;,仅依靠形状变化和体积转移来实现。,(3),生产效率高,;,生产自动化、机械化,(4),尺寸精度高,。,少、无切削加工,向近净成形发展,12,.,产品的形状(特别是内腔)不能太复杂。,凡承受重载的机器零件,如机器的主轴、重要齿轮、连杆、炮管和枪管等,通常需采用锻件作毛坯,再经切削加工而制成。,一般用于受力较大的重要零件。,用途:,实例1,实例2,实例3,实例4,实例5,塑性成形工艺不足,13,.,二、金属的塑性成形性能及影响因素,1.金属的塑性及变形规律,塑性:,金属材料在外力作用下,发生,永久变形而不开裂,的能力。,不同材料塑性不同,而同一材料变形条件不同塑性也不相同。,14,.,金属塑性成形的基本规律,(,1)最小阻力定律,:,即如果物体在变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时,则物体各质点将,向阻力最小的方向移动。,故宏观上变形阻力最小的方向上变形量大。,依据该定律:,镦粗矩形截面,坯料,最终会成为,圆形截面,。,图例,15,.,(2)体积不变规律,由于塑性变形时金属密度变化很小,所以可以认为变形前后的体积相等,实际上在变形中有微小变化。气孔、缩松被压合;氧化及耗损等。,运用此定律,便于,估算坯料体积,、质量及坯料在各工序中的尺寸;,16,.,2.塑性变形对金属组织和性能的影响,(1)变形程度的影响,随着变形程度的增加,可以消除铸态粗大树枝晶组织,获得均匀细小的等轴晶组织;,破碎并分散碳化物和非金属夹杂物的分布;,锻合内部孔隙和缩松,强度和抗疲劳性能得以提高,,特别是塑性、韧性提高较大。,17,.,变形程度的表示方法,锻造比:拔长时,S,前,/S,后,;,镦粗时:H,前,/H,后,相对弯曲半径,拉深系数,翻边系数,18,.,(2)纤维组织的影响,在塑性变形过程中,晶粒和晶间杂质都沿着变形最大方向伸长;再结晶后,晶粒恢复成等轴晶,而杂质仍然保持线状分布。此即纤维组织。,特点:性能出现方向性,顺纤维方向,强度、塑性、韧性较高;,垂直纤维方向,强度、塑性、韧性较低,但抗剪切能力强。,图例,图例,图例,动画,19,.,锻造流线的化学稳定性很高,用热处理或其,它方法都不能消除,只能通过重新锻压才能改变,其流线方向和分布状况。,20,.,如何纤维组织的利用,轴类,:最大拉应力方向与纤维方向一致,最大剪应力方向与纤维组织垂直。,容易疲劳剥损的零件,:工作表面避免纤维露头,使纤维的分布与零件的外形轮廓相符合。,受力复杂件,:不希望明显的纤维组织,减少各向异性。,21,.,1)在冷变形(在再结晶温度以下的变形)条件下:,组织:加工硬化组织(晶粒沿变形最大的方向伸长;晶格歪扭;产生碎晶),(3)冷变形与热变形的影响,22,.,性能:,随变形程度增加,强度、硬度提高,塑性、韧性下降。(此现象称为加工硬化),23,.,2)在热变形(在再结晶温度以上的变形)条件下:,组织:再结晶组织(均匀、细小的晶粒),性能:具有较高的综合机械性能。,24,.,(1)金属的本质,1)化学成分 如纯铜和纯铁,2)组织 如钢中,A与Fe,3,C,A,A+L,A,+,Fe,3,C,II,A+F,A,E,P,+,Fe,3,C,II,P+F,问题:,在室温下受力时,含碳量0.1的钢与含碳量1.0的钢相比,哪个容易产生塑性变形?为什么?,3.影响金属塑性变形的因素,25,.,(2)加工条件,1)变形温度,变形温度提高,可锻性提高,原因:温度提高,原子动能提高,有利于滑移变形;,温度提高,有可能改变金属组织,如钢,1000 单一 A 组织;,温度 C,b,400,A,A+L,A,+,Fe,3,C,II,A+F,A,E,P,+,Fe,3,C,II,P+F,26,.,锻造温度范围,始锻温度和终锻温度间的温度范围,始锻温度过高,容易产生氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷,过热:晶粒过分粗大,过烧:晶界氧化或熔化,(自由锻造录像),27,.,碳钢的锻造温度范围:,始:,AE线下200;,终:,800,28,.,2)变形速度,在一定的变形速度以下,可锻性下降;,当超过某一变形速度时,可锻性提高;,变形速度,变形抗力,塑 性,原因:,变形,加工硬化,热能,再结晶,变形速度提高,热能增加,再结晶作用增强,问题:,金属在热变形过程中,是否存在加工硬化现象?,29,.,3)应力状态,压应力数目多,塑性好,有利于成形,但变形抗力提高。,示例,30,.,b)拉拔时,压应力数目少,材料容易拉裂,但需要的动力小与挤压,a)挤压时,压应力数目多,因此材料不容易破裂,但需要很大的挤压力。,返 回,31,.,(3)其他因素,摩擦条件,摩擦力越大,,变形不均匀,程度越严重,所引起的附加应力也越大,从而导致,变形抗力增加,,,塑性降低,。采取润滑剂。,模具结构,合理设计模具,如,圆角,减小,金属成形时的,流动阻力,,避免割断纤维和出现折叠。,32,.,综上所述,金属的塑性成形性能取决于,内在因素,:,化学成分,金属组织,外在因素,:,加工条件(变形温度、变形速度、,应力状态),其他因素(摩擦条件、模具结构),33,.,The End of This Part,34,.,返 回,35,.,返 回,锻造曲轴的纤维组织,36,.,a),用圆钢棒料直接切制;,b)用板料(钢板)直接切制;,c)用棒料锻造镦粗后切制;,d)轧制成形后再切削;,返 回,37,.,纤维组织的形成.swf,38,.,The End of This Part,39,.,返 回,轧制AVI,40,.,返 回,轧制AVI,41,.,带钢,返 回,42,.,图3-15 不同截面的金属流动情况,a),圆形,b),正方形,c),长方形,返回,图3-16 金属镦粗变形,返 回,各种型钢,45,.,齿轮与花键轴,46,.,曲轴与连杆,47,.,传动轴万向节毛坯,拖钩,吊环,48,.,斧头,双头呆扳手,双头梅花扳手,镐头,带柄羊角锤,八角锤,瓦刀,活扳手,49,.,铜索钳,航空电缆剪,钢丝钳,锉刀,50,.,
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