金属塑性变形及锻造工艺方法

1、 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础机械制造基机械制造基础础金工教研室制造科学与工程学院2007年春季学期第三第三讲讲 金金属属塑性塑性变变形形与锻与锻造工造工艺艺方法方法 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础第三第三讲讲 金金属属塑性塑性变变形形与锻与锻造工造工艺艺方法方法 压力加工塑性变形冷/热 基本生产方式 轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压 制作 原材料 金属型材、板材、管材、线材 零件 主轴、齿轮、枪炮管、汽车覆盖件、日用五金压压力加工力加工演示演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础本本讲内讲内容容 一、金属塑性变形 二、锻造方法：自由锻 三、锻造方法：模

2、锻 四、锻造工艺问题 五、锻造结构工艺性 六、板料冲压 七、特种压力加工方法简介 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础一、金一、金属属塑性塑性变变形形 单晶体滑移变形纯理论设想未变形未变形弹性变形弹性变形弹塑性变形弹塑性变形塑性变形塑性变形 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础位位错运动错运动 晶体内部存在大量 “ 缺陷 ” “位错”为主：使变形抗力增大千倍未变形未变形位错运动位错运动塑性变形塑性变形 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础多晶体塑性多晶体塑性变变形形 低温下变形过大会引起金属破坏 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础常常温温下塑性下塑性变变形形=

3、组织与组织与性能性能 内部组织 晶粒沿最大变形方向伸长 晶格与晶粒扭曲，产生内应力 晶粒间产生碎晶 性能 冷变形强化：阻碍进一步变形 变形增大=强度硬度提高，塑性韧性降低 碎晶、晶格扭曲阻碍变形 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础塑性塑性变变形形与与性能的性能的关关系系 强度硬度提高塑性韧性降低常常温温下下塑性塑性变变形形对对低低碳钢碳钢力力学学性能性能的影的影响响 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础冷冷变变形强化的回形强化的回复复 不稳定=自发回复稳定状态（温度） 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础回回复与复与再再结结晶晶温温度度 回复温度 T回（0.250.3

4、）T熔 0.4T熔时，碎晶位核再结晶 T再0.4T熔 冷变形：再结晶温度以下的塑性变形 热变形：以上 强化与再结晶过程同时存在，强化消失 再结晶退火：冷变形后进行 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础两种两种金金属属的的变变形形 铅（熔点327 ）：0 时的变形 T再0.4T熔0.4（327273）K240K 0 273K：热变形 钨（熔点3380 ） ：1100 时的变形 T再0.4T熔 0.4（3380273）K1461K 1100 1373K：冷变形 注意：冷变形不是“室温”下的变形 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础金金属纤维组织属纤维组织 铸锭缺陷=纤维组织=性能方

5、向性=竹竿 纵向塑性韧性提高，横向降低 不能用热处理消除 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础金金属属可可锻锻性性 压力加工获得优良制品的工艺性能 塑性好、变形抗力小=工艺性好 取决于 金属的本质：碳化物都不好 化学成分：纯金属、含碳量小好 内部组织：纯金属、故溶体、晶粒细好 加工条件 变形温度、变形速度、应力状态 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础变变形形温温度度 高温=塑性好、易变形=太高=过热、过烧 始锻：AE线以下200 终锻：800 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础变变形速度形速度 单位时间内的变形程度 对可锻性的影响？ 速度快=强化难以及时消除=可锻性

6、差？ 速度快=热能=提高塑性=可锻性好？ 高速锤才明显变好 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础应应力力状态状态 三向应力=塑性好 两向应力=塑性差 拉应力不好 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础讨论讨论：“ “趁趁热热打打铁铁” ” 铁：能打吗？ （锻造） 工业上 “铁” 即是 “铸铁” 可锻性极差，绝对不能 “ 打 ” 趁热： 锻造温度是有严格限制的 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础二、二、锻锻造方法：自由造方法：自由锻锻 自由：坯料沿各个方向自由变形流动 适应性极强 大型、特大型锻件唯一成形方法 设备 上下各一个抵铁 锤锻（中小型锻件）：锻锤冲击力 液（水）

7、压机（大型锻件）：液压力 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻基本基本设备设备：空：空气锤气锤自由自由锻锻基本工基本工序演示序演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工

8、序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻工序基本工序工序基本工序 镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转 2004

9、 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工造工艺艺：盘类锻盘类锻件件 拔长镦粗冲孔盘类盘类零件零件锻锻造造过过程演示程演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工造工艺艺：轴类锻轴类锻件件 镦粗拔长切肩锻台阶大、中、小型大、中、小型轴类轴类零件零件锻锻造造过过程演示程演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工造工艺艺：筒：筒类锻类锻件件 镦粗拔长冲孔在芯轴上拔长 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工造工艺艺：环类锻环类锻件件 镦粗拔长冲孔在芯轴上扩孔 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工造工艺艺：曲：曲轴类锻轴类锻件件 镦粗拔长错

10、移锻台阶扭转 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工造工艺艺：弯弯曲曲类锻类锻件件 拔长弯曲叉杆叉杆类类零件零件锻锻造造过过程演示程演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础三、三、锻锻造方法：模造方法：模锻锻 在锻模模膛内变形 变形流动受限 锻件尺寸精确、结构可较复杂、生产率高 按设备分类 锤上模锻 曲柄压力机上模锻 摩擦压力机上模锻 胎模锻 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锤锤上模上模锻锻锤锤上模上模锻锻演示演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻模模 1锤头 2上模 3飞边槽 4下模 5模垫 6/7/10楔铁 8分模面 9模膛 2004 金

11、工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻模件模件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础制坯模制坯模膛膛拔拔长长 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础制坯模制坯模膛膛滚压滚压 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础制坯模制坯模膛膛弯弯曲和切曲和切断断 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础弯弯曲曲连连杆的杆的锻锻造造过过程程 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础曲柄曲柄压压力机力机 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础曲柄曲柄压压力机用的力机用的锻锻模模 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础摩擦摩擦压压力机力机摩擦摩擦压压力机模力机模锻锻演示演示

12、2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础胎模胎模锻锻 在自由锻设备上增加胎模 三种胎模：扣模、筒模、合模 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础筒模筒模 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合模合模 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础三三种种胎模胎模锻锻模具彩模具彩图图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础四、四、锻锻造工造工艺问题艺问题 锻件图设计 敷料、余量、公差、分模面 模锻斜度、模锻圆角半径、冲孔连皮 坯料重量和尺寸计算 G坯料G锻件G烧损G料头 锻造工序设计 其他问题 温度及加热冷却规程、辅助工序 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础敷料、

13、余量、公差敷料、余量、公差 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础分模面分模面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础模模锻锻斜度斜度 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础模模锻圆锻圆角半角半径径 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础冲孔冲孔连连皮皮 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工序（工步）造工序（工步）设计设计 长轴类零件:拔长-滚压-弯曲-预锻-终锻最后最后锻压锻压方方向向与轴线与轴线垂垂直直小型长轴零件一次可锻出多个周期性轧制可省去拔长、滚压 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工序（工步）造工序（工步）设计设计 短轴类零件

14、: 镦粗-预锻-终锻最后锻压方向与轴线平行 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础半半轴轴的自由的自由锻锻工工艺艺 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础锻锻造工造工艺过艺过程程锻锻出出头头部部拔拔长长拔拔长长及修正台及修正台阶阶拔拔长并长并留出台留出台阶阶锻锻出凹出凹挡挡及拔及拔长长端部端部并并修整修整 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础五、五、锻锻造造结构结构工工艺艺性性 锻件结构工艺性好 锻造成型方便 节约金属 保证质量 提高生产率 工艺性原则：相对的 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻件件 力求简单 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础

15、础自由自由锻锻件件 少用圆锥、斜面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻件件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻件件杆杆类类零件零件 避免复杂相贯线 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻件件杆杆类类零件零件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻件件盘类盘类零件零件 避免筋板、小孔、凸台面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻件件盘类盘类零件零件 避免筋板、小孔、凸台面 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础自由自由锻锻件件复杂复杂零件：拆零件：拆开开 复杂形状改为组合零件 2004 金工

16、教研室机械制造基机械制造基础础模模锻锻件件避免型腔避免型腔过过深深 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础模模锻锻件件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础合理的模合理的模锻锻件件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础模模锻锻件件 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础六、板料冲六、板料冲压压 利用冲模使板料：分离、变形 常温下进行：冷冲压 810mm：热冲压 应用广泛：汽车、航空、电器 工艺特点 废料少、精度好、重量轻、成本低 设备操作简单板料冲板料冲压压演示演示板料冲板料冲压压工序工序 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础分离工序分离工序 冲裁：落料及冲

17、孔弹弹性性变变形形塑性塑性变变形形断断裂裂开开始始断断裂裂 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础凸凹模凸凹模间间歇歇 过大：边缘粗糙 过小：上下裂纹也不能很好重合 间歇大小还影响模具寿命 摩擦大小、机件受力大小 cm 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础冲裁件排冲裁件排样样 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础材料消耗材料消耗对对比比 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础修整：修整：类类似切削加工似切削加工 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础变变形工序形工序 拉深 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础彩彩图图 2004 金工教研室机械制造基机械

18、制造基础础拉深系拉深系数数 md / D m 0.5 0.8 d: 拉深件直径； D: 坯料直径 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础多次拉深多次拉深 m太小则必须多次拉深 由于加工硬化一次比一次严重 m 应该逐步变大多次拉深演示多次拉深演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础起起皱皱拉深件拉深件 损坏零件 侧面起皱痕迹 拉断 损坏拉深模 板材越薄、m越小，越容易起皱 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础彩彩图图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础压边压边圈防止起圈防止起皱皱 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础彩彩图图 2004 金工教研室机械制造

19、基机械制造基础础旋旋压压拉深拉深 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础弯弯曲曲 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础彩彩图图 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础弯弯曲曲时时的的纤维纤维方向方向 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础翻翻边边 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础成形成形胀胀形形 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础简单简单冲模冲模 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础连续连续冲模冲模连续连续模演示模演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础复复合冲模合冲模复复合模演示合模演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造

20、基础础冲冲压压件的件的结构结构工工艺艺性性 避免长槽、长悬臂 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础节节省材料省材料 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础结构结构尺寸尺寸与与板材厚度的板材厚度的关关系系 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础交接交接处处：圆圆弧弧过过渡渡 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础对弯对弯曲件的要求曲件的要求 R大于最小弯曲半径 H 2 L (1.52) 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础对对拉深件的要求拉深件的要求 单次拉深深度不宜过大 最小许可半径 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础简简化工化工艺艺、节节省材料省材

21、料 复杂零件：冲压焊接 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础简简化工化工艺艺、节节省材料省材料 采用冲口工艺：减少零件数量 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础简简化工化工艺艺、节节省材料省材料 保证性能不变的前提下，简化形状 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础冲冲压压件的厚度件的厚度 合理使用加强筋，减小壁厚 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础冲冲压压件的精度和表面件的精度和表面质质量量 精度上限 落料件：IT10 冲孔件：IT9 弯曲件：IT10 IT9 拉深件： 高度IT10 IT8、直径IT10 IT9 整形后IT7 IT6 表面质量：不超过原材料 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础七、特七、特种压种压力加工方法力加工方法简简介介 精密模锻 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础零件零件挤压挤压 正挤压 反挤压 复合挤压 径向挤压四四种挤压种挤压方向演示方向演示 2004 金工教研室机械制造基机械制造基础础零件零件挤压挤压