金属加工工艺学 第三篇

第三章 金属的塑性成形（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冷拔 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36032028024020016012080407006005004003002001000220180160140120延伸率%冲击韧度/J cm-2HB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 =(0.25 0.3)T熔 3. 再结晶 T再 =( 0.350.4)T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=S坯 /S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 是金属材料在塑性变形（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 65750Kg 630Kg5T 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/D02.5 3. 冲孔： 4. 弯曲： 5. 扭转： 6. 错移： 1. 礅粗： 2. 拔长： ， S L 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=S坯 /S锻 Y=H坯 /H锻 拔长： 镦粗： 1.25H0/D02.5 m a x锻坯 YSS 圆截面坯料 ： 坯坯坯 DHDV 45.24 38.0 坯坯 VD 所以： 长轴类锻件： m a x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锻件的成批、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 拔长模膛 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 dbb2)确定加工余量、公差和敷料 加工余量： 14mm 公差： 0.33mm 3）设计模锻斜度 外壁斜度： 57 0 内壁斜度： 712 0 4）设计模锻圆角 外圆角： r = 1.512mm 内圆角： R=（ 23） r 5）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