第六章金属塑性成形的工艺理论基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二篇 金属的塑性成形工艺,指固态金属在,外力,作用下,产生塑性变形,，获得所需,形状、尺寸及力学性能,的毛坯或零件的加工方法。,塑性成形工艺：,具有较好,塑性的材料,如钢和有色金属及其合金均可在,冷态,或,热态,下,进行塑性成形,加工。,外力：,冲击力,锤类设备,压力,轧机、压力机,第六章,金属塑性成形的工艺理论基础,第七章,锻压成形工艺,第八章,板料的冲压成型工艺,第九章,金属的其他成形工艺,第一节 金属塑性成形的基本工艺,第二节 金属的塑性变形,第三节 塑性变形理论及其假设,第四节 影响塑性变形的因素,第六章,金属塑性成形的工艺理论基础,模锻,板料冲压,轧制,挤压,拉拔,第一节 金属塑性成形的基本工艺,自由锻,锻压的基本方式,1.轧制成形,轧制也叫压延，,是金属坯料通过一对,旋转轧辊,之间的,间隙,而使坯料,受挤压,产生,横截面减少,、,长度增加,的塑性变形过程,。,它是生产型材、板材和管材的主要方法。生产效率高、产品质量好、成本低、节约金属。,图6-1 轧制,挤压成形,是使坯料在外力作用下，使模具内的金属,坯料产生定向塑性变形,，并通过,模具上的孔型,，而获得具有一定,形状和尺寸,的零件的加工方法。,2.,挤压,成形,图6-3 挤压,3.,拉拔,成形,拉拔,是使金属,坯料,通过一定,形状的模孔,，使其,横截面减小、长度增加的加工方法,，如图6-5所示。产品形状尺寸精确、表面质量好、机械强度高，常用于拔制金属丝、细管材和异型材等。,图6-5 拉拔,4.自由锻,自由锻,指将金属坯料放在锻造设备的上下砥铁之间，施加冲击力或压力，使之产生,自由变形,而获得所需形状的,成形方法,。,坯料在锻造过程中，除与上下砥铁或其它辅助工具接触的部分表面外，都是自由表面，,变形不受限制,，,锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保证,，所用设备与工具通用性强。,自由锻主要用于：,单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。,5.,模锻,模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力的作用下迫使坯料变形而获得,锻件的一种加工方法。,坯料变形时，金属的流动受到模膛的限制和引导，从而获得与模膛形状一致的锻件。,1）由,于,于有模,膛,膛引导,金,金属的,流,流动，,锻,锻件的,形,形状可,以,以比较,复,复杂；,2）锻,件,件内部,的,的锻造,流,流线比,较,较完整,，,，从而,提,提高了,零,零件的,力,力学性,能,能和使,用,用寿命,。,。,3）锻,件,件表面,光,光洁，,尺,尺寸精,度,度高，,节,节约材,料,料和切,削,削加工,工,工时；,4）生,产,产率较,高,高；,5）操,作,作简单,，,，易于,实,实现机,械,械化；,6）生,产,产批量,越,越大成,本,本越低,。,。,与自由,锻,锻相比,，,，模锻的,优,优点是,：,：,1）模,锻,锻是整,体,体成形,，,，摩擦,阻,阻力大,，,，故模,锻,锻所需,设,设备吨,位,位大，,设,设备费,用,用高；,2）锻,模,模加工,工,工艺复,杂,杂，制,造,造周期,长,长，费,用,用高。,故,故只适,用,用于中,小,小型锻,件,件的成,批,批或大,批,批生产,。,。,模锻广,泛,泛应用,于,于：,国防工,业,业和机,械,械制造,业,业，按,质,质量计,算,算模锻,件,件在飞,机,机上占85%,，,，坦克,占,占70%，汽,车,车占80%，,机,机车占60%,。,。,模锻的,缺,缺点：,6.板料冲,压,压,板料冲,压,压是利用,装,装在冲,床,床上的冲模对金属,板,板料加压，使之,产,产生变形或,分,分离，从而,获,获得零,件,件或毛,坯,坯的加,工,工方法,。,。,板料冲,压,压又称,薄,薄板冲,压,压或冷,冲,冲压,。,冲压工,艺,艺广泛,应,应用于,：,：,汽车、,飞,飞机、,农,农业机,械,械、仪,表,表电器,、,、轻工,和,和日用,品,品等工,业,业部门,。,。,板料冲,压,压的特,点,点：,1）在常温下加工，,金,金属板,料,料必须,具,具有足够的,塑,塑性和较低的,变,变形抗,力,力。,2）金,属,属板料,经,经冷变形,强,强化，获得,一,一定的,几,几何形,状,状后，,结,结构轻,巧,巧，强度和,刚,刚度较,高,高。,3）冲,压,压件尺寸精,度,度高，质量,稳,稳定，,互,互换性,好,好，一般不,需,需机械,加,加工即,可,可作零,件,件使用。,4）冲,压,压生产,操,操作简,单,单，生,产,产率高,，,，便于实,现,现机械,化,化和自,动,动化。,5）可,以,以冲压,形,形状复,杂,杂的零,件,件，废料少。,6）冲,压,压模具,结,结构复,杂,杂，精,度,度要求,高,高，制造费,用,用高，只适用,于,于大批,量,量生产。,第二节,金,金属的,塑,塑性变,形,形,一、金,属,属塑性,变,变形后,的,的组织,和,和性能,金属受,外,外力作,用,用后，,先,先产生,弹,弹性变,形,形，当,外,外力超,出,出其屈服强,度,度后，开,始,始产生,塑,塑性变,形,形；,塑性变,形,形过程,中,中随着弹性变,形,形的存在,；,当外力,去,去除后,，,，弹性变,形,形将恢,复,复，该现,象,象称为,“,“恢复”。,金属在,常,常温下经塑性,变,变形后,，,，其内,部,部组织,变,变化如,下,下：,图6-8,1）组,织,织变化,的,的特征,：,：,晶粒沿,变,变形最大,方,方向伸长,；,；,晶格与,晶,晶粒均发,生,生畸变，,产,产生内应,力,力；,晶粒间,产,产生碎晶,。,。,2）性能,变,变化的特,征,征：,随着变形,程,程度的增,加,加，其,强度和硬,度,度不断提,高,高，塑性,和,和韧性不,断,断下降。,有利：强化金属,材,材料,不利：进一步的,塑,塑性变形,带,带来困难,加工硬化,：,：,加工硬化是一种不,稳,稳定的现,象,象，具有,自,自发回复到稳,定,定状态的,倾,倾向，在室温,下,下不易实,现,现。,回复：,当温度升,高,高，原子,获,获得热能,其,其热运动,加,加剧，使,原,原子排列,回,回复到正,常,常状态，,从,从而消除,晶,晶格扭曲,，,，并部分消除,加,加工硬化。,=（0.250.3）T,熔,（K）,回复时的,温,温度称为回复温度T,回,再结晶：,当温度继,续,续升高到T,熔,的0.4,倍,倍，金属,原,原子获得,更,更多的热,能,能，开始,以,以碎晶或,杂,杂质为核,心,心结晶成,为,为细小而,均,均匀的再,结,结晶新晶,粒,粒，从而消除全部,加,加工硬化。,再结晶时,的,的温度称,为,为再结晶温,度,度T,再,=（0.350.4）T,熔,（K）,再结晶退,火,火：,为,了,了,消,消,除,除,加,加,工,工,生,生,产,产,中,中,加,加,工,工,硬,硬,化,化,给,给,金,金,属,属,继,继,续,续,进,进,行,行,塑,塑,性,性,变,变,形,形,带,带,来,来,的,的,困,困,难,难,，,，,生,生,产,产,中,中,以,以,再,再,结,结,晶,晶,以,以,上,上,的,的,温,温,度,度,加,加,热,热,已,已,加,加,工,工,硬,硬,化,化,的,的,金,金,属,属,，,，,使,使,其,其,发,发,生,生,再,再,结,结,晶,晶,而,而,再,再,次,次,获,获,得,得,良,良,好,好,的,的,塑,塑,性,性,的,的,操,操,作,作,工,工,艺,艺,。,。,金属在不同,温,温度下变形,对,对其组织和,性,性能的影响,不,不同，因此,金,金属的塑性,变,变形分为冷变形和热变形两种。,二、金属塑,性,性变形的类,型,型,生产中常用,它,它来提高产,品,品的性能。,1、冷变形,变形温度低于再结晶温度时，金,属,属在变形过,程,程中只有加工硬化而无回复与再结,晶,晶现象，变形,后,后的金属只,具,具有加工,硬,硬化,组,组织，这,种,种变,形,形称,为,为冷变,形,形。,特点,：,：,产品,表,表面,品,品质,好,好、,尺,尺寸,精,精度,高,高、,力,力学,性,性能,好,好，,一,一般,不,不需,再,再切,削,削加,工,工。,特点,：,：,可以,用,用较,小,小的,功,功产,生,生较,大,大变,形,形，,可,可加,工,工出,形,形状,复,复杂,、,、尺,寸,寸较,大,大的,塑,塑件,；,；,再结,晶,晶组,织,织力,学,学性,能,能较,高,高。,金属,表,表面,易,易形,成,成氧,化,化皮,，,，产,品,品尺,寸,寸精,度,度和,表,表面,品,品质,较,较差,，,，劳,动,动条,件,件较,差,差，,生,生产,率,率较,低,低。,2、,热,热变,形,形,变形,温,温度,高,高于再结,晶,晶温,度,度时，,变,变形,产,产生,的,的加工,硬,硬化被随,即,即发,生,生的,再,再结,晶,晶所抵消，变,形,形后,金,金属,具,具有,细,细而,均,均匀,的,的再,结,结晶,等,等轴,晶,晶粒,组,组织,，,，而,无,无任,何,何加,工,工硬,化,化痕,迹,迹，,这,这种,变,变形,称,称为热变,形,形。,金属,压,压力,加,加工,生,生产,多,多采,用,用热,变,变形,来,来进,行,行。,金属,压,压力,加,加工,生,生产,采,采用,的,的最,初,初坯料是铸锭，其内部,组,组织,很,很不,均,均匀,，,，晶,粒,粒较,粗,粗大，并,存,存在气孔,、,、缩,松,松、,非,非金,属,属夹,杂,杂物等缺,陷,陷。,三、,纤,纤维,组,组织,的,的利,用,用原,则,则,铸锭,加,加热,后,后经,过,过压,力,力加,工,工，,由,由于,金,金属,经,经过,塑,塑性,变,变形,及,及再,结,结晶,：,：,改,变,变,了,了,粗,粗,大,大,的,的,铸,铸,造,造,组,组,织,织,，,，,获,获,得,得,细,细,化,化,的,的再,结,结,晶,晶,组,组,织,织。,将,铸,铸,锭,锭,中,中,的,的,气,气,孔,孔,、,、,缩,缩,松,松,等,等,结,结,合,合,在,在,一,一,起,起,，,，,使,使,金,金,属,属,更,更,加,加,致,致,密,密,，,，,其,其机械性,能,能会有,很,很大提,高,高。,基体金,属,属的晶粒形,状,状和沿晶,界,界分布,的,的杂质形,状,状都发生,了,了变形,，,，它们,将,将沿着变形方,向,向被拉,长,长，呈纤维,形,形状。这种,结,结构叫纤维组,织,织。,平行于纤维方,向,向的机械性,能,能比垂直于纤维方,向,向的好,。,。,金属的变形程,度,度越大，纤维,组,组织就,越,越明显,，,，机械,性,性能的,方,方向性,也,也就越,显,显著。,具有纤,维,维组织,的,的金属,，,，各个方,向,向上的,机,机械性,能,能不相,同,同。,使纤维分布与零件,的,的轮廓相,符,符合而不被,切,切断；,使零件,所,所受的最大拉,应,应力与,纤维方,向,向,一致，最大切,应,应力与,纤维方,向,向,垂直。,纤维组,织,织的化,学,学稳定,性,性强，,其,其分布状,况,况一般不,能,能通过,热,热处理,消,消除，只能通过不,同,同方向,上,上的锻,压,压成形,才,才能改,变,变；,为充分,利,利用纤,维,维组织,的,的方向,性,性，遵,循,循的原,则,则：,当采用,棒,棒料直,接,接经切削加,工,工制造螺钉时,，,，螺钉,头,头部与,杆,杆部的,纤,纤维被,切,切断，,不,不能连,贯,贯起来,，,，受力,时,时产生,的,的,切应力,顺,顺着纤,维,维方向,，故螺,钉,钉的承,载,载能力,较,较弱(,如,如图示a)。,实例：,当采用,同,同样棒,料,料经局部镦,粗,粗方法,制,制造螺钉时(如图,示,示b),，,，纤维,不,不被切,断,断且连,贯,贯性好,，,，纤维,方,方向也,较,较为有,利,利，故,螺,螺钉质,量,量较好,。,。,圆形、,方,方形、,矩,矩形截,面,面,上各质,点,点在镦,粗,粗时的,流,流动方,向,向图6-10,第三节,塑,塑性变,形,形理论,及,及其假,设,设,一、最