金属的塑性成型工艺理论基础.ppt

第二篇金属的塑性成形工艺第六章金属塑性成形的工艺理论基础 利用金属在外力作用下所产生的塑性变形 来获得具有一定形状 尺寸和力学性能的原材料 毛坯或零件的成形工艺方法 称为金属的塑性成形 也称为压力加工 工艺 金属塑性成型过程中 作用在金属坯料上的外力主要有两种 冲击力和压力 锤类设备产生冲击力使金属变形 轧机与压力机对金属坯料施加 静 压力使金属变形 第一节金属塑性成形的基本工艺 1 轧制金属坯料在两个回转轧辊之间受压变形而形成各种产品的成形工艺称为轧制 2 挤压金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的成形工艺称为挤压 3 拉拔金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的成形工艺称为拉拔 4 自由锻5 模锻6 板料冲压 凡是重载的机器零件 如机器中主轴 重要齿轮 连杆和枪管 炮管等 都是采用锻件作毛坯 再经过切削加工的而制成 第二节金属的塑性变形一 金属塑性变形后的组织和性能 1 晶粒沿变形方向拉长 2 晶格与晶粒发生扭曲 3 晶粒间产生碎晶 再结晶温度T再 0 4T熔 回复温度 T回 0 25 0 3 T熔消除晶格扭曲和部分加工硬化 二 金属塑性变形的类型由于金属在不同温度下变形后的组织和性能不同 通常以再结晶温度为界 金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种 一 冷变形变形温度低于再结晶 回复 T回 0 25 0 3T熔 温度时 金属在变形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象 变形后的金属只具有加工硬化组织 这种变形称为冷变形 冷变形的变形抗力大 所以变形程度不宜过大 以免缩短模具寿命和使工件开裂 冷变形的表面质量好 尺寸精度高 力学性能好 一般不需要再切削加工 二 热变形变形温度在再结晶温度 T再 0 4T熔 以上时 变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消 变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织 而无任何加工硬化痕迹 这种变形称为热变形 锻造和热挤热轧都属于热变形 三 纤维组织的利用原则金属压力加工最原始的坯料是钢锭 其内部组织有许多微小缺陷 通过压力加工能消除缺陷 经过塑性变形及再结晶 从而改变了粗大的铸态组织 获得细小的再结晶组织 力学性能有很大提高 此外 铸锭在压力加工中产生塑性变形时 基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形 它们将沿着变形方向被拉长 呈纤维形状 其中纤维状的杂质不能经再结晶而消失 在塑性变形后被保留下来 这种结构叫纤维组织 具有纤维组织的金属 各个方向上的力学性能不相同 顺纤维方向比横纤维方向好 金属的变形程度越大 纤维组织越明显力学性能的方向性也就越明显 三 纤维组织的利用原则 纤维组织的化学稳定性强 通过热处理是不能改变的 只能通过不同方向上的锻压才能改变纤维组织的分布状况 因此为了获得零件最好的机械性能 在设计制造零件时 应遵循两项原则 1 使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断 2 使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致 最大切应力与纤维方向垂直 第三节塑性变形理论及假设 一 最小阻力定律金属塑性成形的实质是金属的塑性流动 塑性成型时影响金属流动的因素十分复杂 要定量描述线性流动规律非常困难 但可以应用最小阻力定律定性地描述金属质点的流动方向 金属受外力作用发生塑性变形时 如果金属质点在几个方向上都可移动 那么金属质点就沿着阻力最小的方向移动 这就叫最小阻力定律 这实际上是力学的普遍原理 根据这一原理可以通过调整某个方向的流动阻力 来改变金属在某些方向的流动量 使得成型更为合理 运用最小阻力定律可以解释为什么用平头锤镦粗时 金属坯料的截面形状随着坯料的变形都逐渐接近于圆形 由于镦粗时 金属流动的距离越短 摩擦阻力越小 端面上任何一点到边缘的距离最近处是垂直距离 所以这个金属质点必然沿着垂直边缘的方向流动 因此方形截面中心部分金属大多流向垂直于方形的四边 而对角线方向很少有金属流向那里 随着变形程度的增加 断面的周边将趋向于椭圆 而椭圆将进一步变为圆 此后 各质点将沿着半径方向流动 因为相同面积的任何形状 圆形的周长最短 因而最小阻力定律在镦粗中也称为最小周边法则 二 塑性变形前后体积不变的假设 三 变形程度的计算 在压力加工过程中 常用锻造比 Y锻 来表示变形程度 锻造比的计算公式与变形方式有关 拔长时的锻造比为 Y拔 S0 S镦粗时的锻造比为 Y镦 H0 H 第四节影响塑性变形的因素衡量金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能常用金属的可锻性来表示 可锻性好 适合压力成型 否则不适合 可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的 塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形 而不破坏其完整性的能力 金属对变形的抵抗力 称为变形抗力 反映了金属塑性变形的难易程度 金属的塑性高 则金属在变形中不易开裂 变形抗力小 则可锻性好 可锻性取决于材质和加工条件 一 材料性质的影响1 化学成分2 金属组织 二 加工条件的影响1 变形温度的影响 加热温度在800 1200 之间 2 变形速度的影响3 应力状态的影响