金属工艺学(上册第三篇)

1、第三篇第三篇 金属塑性加工金属塑性加工 金属压力加工：金属压力加工：又称又称金属塑性加工，金属塑性加工，是利是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获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、车床和力学性能的原材毛坯得具有一定形状、车床和力学性能的原材毛坯或零件的生产方法。或零件的生产方法。 金属压力加工的基本生产方式：金属压力加工的基本生产方式：轧制、拉轧制、拉拔、挤压、锻造和钣金冲压等。拔、挤压、锻造和钣金冲压等。第三篇第三篇 金属塑性加工金属塑性加工 金属压力加工：金属压力加工：又称又称金属塑性加工，金属塑性加工，是利是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获用金属在外

2、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毛坯得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材毛坯或零件的生产方法。或零件的生产方法。 金属压力加工的基本生产方式：金属压力加工的基本生产方式：轧制、拉轧制、拉拔、挤压、锻造和钣金冲压等。拔、挤压、锻造和钣金冲压等。第一章第一章 金属的塑性变形金属的塑性变形第一节第一节 金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形位错位错位错运动位错运动晶内变形晶内变形晶间变形晶间变形所以，金属内部有应力所以，金属内部有应力 弹性变形弹性变形 ，当外力到一定程度，当外力到一定程度 塑性变形。塑性变形。外力去除后，弹性变形恢复，

3、称外力去除后，弹性变形恢复，称“弹复弹复”。对产品质量影响很大。必。对产品质量影响很大。必须采取工艺措施。须采取工艺措施。第二节第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 常温下金属经过塑性变形后，内部组织将发生变化：常温下金属经过塑性变形后，内部组织将发生变化：1、晶粒沿最大变形的方向伸长；、晶粒沿最大变形的方向伸长；2、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；3、晶粒间产生碎晶。、晶粒间产生碎晶。加工硬化：加工硬化：金属的力学性能金属的力学性能随其内部组织的改变而变化。随其内部组织的改变而变化。变形程度增大时，金属的强变形程度增大时，

4、金属的强度及硬度升高，而塑性和韧度及硬度升高，而塑性和韧性下降。性下降。 回复回复(3-5b)回复温度：回复温度：再结晶（再结晶（3-5c）再结晶温度：再结晶温度：再结晶退火再结晶退火熔回TT)3 . 025. 0(熔再TT4 . 0金属塑性变形分为：金属塑性变形分为：冷变形冷变形在再结晶温度以下的变形在再结晶温度以下的变形热变形热变形在再结晶温度以上的变形在再结晶温度以上的变形铸锭经压力加工后的铸锭经压力加工后的纤维组织纤维组织纤维组织方向性对变形后质纤维组织方向性对变形后质量的影响量的影响 纵向（在平行纤维方向上）纵向（在平行纤维方向上）塑性、韧性提高；塑性、韧性提高； 横向（在垂直纤维方

5、向上）横向（在垂直纤维方向上）塑性、韧性下降。塑性、韧性下降。变形程度变形程度用锻造比用锻造比(y)表示，表示，变形程度越大，纤维组织越变形程度越大，纤维组织越明显。明显。 拔长时的锻造比为拔长时的锻造比为 镦粗时的锻造比为镦粗时的锻造比为00/LLFFy拔HHFFy/00镦第三节第三节 金属的可锻性金属的可锻性金属的可锻性金属的可锻性金属的可锻性的综合衡量：金属的可锻性的综合衡量： 金属塑性金属塑性-用断面收缩率用断面收缩率 ，伸，伸長長率率 表示表示 金属的变形抗力金属的变形抗力 抗力小，变形中消耗能量越小抗力小，变形中消耗能量越小金属的可锻性取决于金属本质和加工条件金属的可锻性取决于金属

6、本质和加工条件一、金属的本质一、金属的本质 1、化学成分的影响、化学成分的影响 2、金属组织的影响、金属组织的影响二、加工条件二、加工条件1、变形温度的影响、变形温度的影响 提高变形温度是改善金属可锻提高变形温度是改善金属可锻性的有效措施，并对生产率、产性的有效措施，并对生产率、产品质量及有效利用影响极大。品质量及有效利用影响极大。 锻造温度范围锻造温度范围： 是指始锻温度和终锻温度间的是指始锻温度和终锻温度间的温度区间温度区间 例：碳钢的锻造温度范围，以例：碳钢的锻造温度范围，以合金状态图确定温度范围合金状态图确定温度范围 始锻温度始锻温度 比比AE线低线低200左右，左右，终锻温度终锻温度

7、800800左右。左右。2 2、应变速率的影响、应变速率的影响 应变速率应变速率即应变对时间的变化率即应变对时间的变化率。3 3、应力状态的影响、应力状态的影响 金属在经受不同方法变形时，所产金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质（压应力和拉压力）和大生的应力性质（压应力和拉压力）和大小不同。（小不同。（3-103-10，3-113-11）第二章第二章 锻造锻造锻造锻造:利用冲击力或压力使金属在抵铁之间或锻模利用冲击力或压力使金属在抵铁之间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。法。第一节第一节 锻造方法锻造方法一、自由锻一、自由锻

8、1、自由锻工序、自由锻工序 （1）基本工序）基本工序 镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移和切割等转、错移和切割等 （2）辅助工序）辅助工序 指进行基本工序前的预变形工指进行基本工序前的预变形工序。如压钳口、到棱、压肩等序。如压钳口、到棱、压肩等 （3）精整工序）精整工序2 2、锻件分类及基本工序方案、锻件分类及基本工序方案二、模锻二、模锻模锻模锻：是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内：是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。变形，从而获得锻件的工艺方法。模锻按使用的设备不同分为：模锻按使用的设备不同分为：1、锤上模锻：、锤

9、上模锻： 设备：模锻锤设备：模锻锤-蒸汽蒸汽-空气模锻锤（空气模锻锤（3-12） 模膛根据其功用不同，模膛的种类：模膛根据其功用不同，模膛的种类： （1）模锻模膛：分终锻模膛和预锻模膛两种）模锻模膛：分终锻模膛和预锻模膛两种 （2）制坯模膛：分拔长模膛（图）制坯模膛：分拔长模膛（图3-15）、滚压模膛）、滚压模膛（图（图3-163-16）、弯曲模膛和切断模膛（图）、弯曲模膛和切断模膛（图3-173-17） 此外还有成形模膛、此外还有成形模膛、鐓鐓粗台及击扁面等粗台及击扁面等制坯模膛。制坯模膛。 根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，不等，

10、可将锻模设计成可将锻模设计成单膛锻模单膛锻模和和多膛锻模多膛锻模。2、曲柄压力机上模锻、曲柄压力机上模锻3、摩擦压力机上模锻、摩擦压力机上模锻4、胎模锻、胎模锻胎模锻有三种：扣模、筒模和合模胎模锻有三种：扣模、筒模和合模第二节第二节 锻造工艺规程的制订锻造工艺规程的制订主要内容有：主要内容有：一、绘制锻件图一、绘制锻件图 应考虑几个内容：应考虑几个内容： 1、敷料、余量及公差、敷料、余量及公差 2、分模面、分模面 选定分模面的原则选定分模面的原则3、模锻斜度、模锻斜度4、模锻圆角半径、模锻圆角半径5、冲孔连皮、冲孔连皮二、坯料重量和尺寸的确定二、坯料重量和尺寸的确定 坯料重量计算公式：坯料重量

11、计算公式：三、锻造工序（工步）的确定三、锻造工序（工步）的确定 采用自由锻生产锻件时，其工序参阅表采用自由锻生产锻件时，其工序参阅表3-1. 采用模锻方法生产模锻件时，其工步根据模锻件采用模锻方法生产模锻件时，其工步根据模锻件的形状和尺寸确定。的形状和尺寸确定。 料头烧损锻料坯料GGGG（1）长轴类模锻件）长轴类模锻件 （2 2）短轴类模锻件）短轴类模锻件四、锻造工艺规程中的其它内容四、锻造工艺规程中的其它内容 采用热变形进行锻造时，必须按锻件材质及其合金状态图确定采用热变形进行锻造时，必须按锻件材质及其合金状态图确定始始锻温度和终锻温度锻温度和终锻温度。确定。确定加热规范和冷却规范加热规范和

12、冷却规范，防止热应力引起变形，防止热应力引起变形或开裂而报废。，无论用哪种锻造方法，都必须根据锻件重量、锻造或开裂而报废。，无论用哪种锻造方法，都必须根据锻件重量、锻造方法等因素，选定方法等因素，选定相应的设备和确定锻后的辅助工序相应的设备和确定锻后的辅助工序。第三第三节节 锻件结构的工艺性锻件结构的工艺性 一、自由锻的结构工艺性一、自由锻的结构工艺性二、模锻件的结构工艺性二、模锻件的结构工艺性 第三章第三章 冲压冲压冲压冲压：是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。：是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。通常在常温下进行又称通常在常温下进行又称冷冲压冷冲压，当板料厚度超过，当板料厚度超

13、过8-10mm,才才采用采用热冲压。热冲压。冲压的特点：冲压的特点：（1）可以冲出形状复杂的零件，且废料较少。）可以冲出形状复杂的零件，且废料较少。（2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，冲压件）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，冲压件的互换性较好。的互换性较好。（3）能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零）能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零件。件。（4）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率高，成本低。率高，成本低。冲压设备：冲压设备： 剪床剪床 : 把板料剪切成一定宽度的条料，供下一道工序用。把板料剪

14、切成一定宽度的条料，供下一道工序用。 冲床冲床 : 用来实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的成用来实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的成品零件。最大吨位品零件。最大吨位40000kN.冲压生产的基本工序：冲压生产的基本工序：分离工序分离工序和和变形工序变形工序两大类。两大类。第一节第一节 分离工序分离工序分离工序分离工序是使坯料的一部分与另是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工作。如落料、一部分相互分离的工作。如落料、冲孔、切断和修整等。冲孔、切断和修整等。一、落料及冲孔（冲裁）一、落料及冲孔（冲裁） 冲裁冲裁：利用冲模将板料已封：利用冲模将板料已封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压闭的轮廓与坯料分

15、离的一种冲压方法。方法。 落料：落料：利用冲裁取得一定外利用冲裁取得一定外形的或坯料的冲压方法。形的或坯料的冲压方法。 冲孔：冲孔：将材料以封闭的轮廓将材料以封闭的轮廓分离开来，获得带孔的制件的一分离开来，获得带孔的制件的一种冲压方法。种冲压方法。1、冲裁变形过程、冲裁变形过程可分为三个过程：可分为三个过程：（1）弹性变形阶段）弹性变形阶段（2）塑性变形阶段）塑性变形阶段（3）断裂分离阶段）断裂分离阶段 冲裁件分离面的质量主要与凸冲裁件分离面的质量主要与凸凹模间隙、刃口锋利程度有关，凹模间隙、刃口锋利程度有关，同时也受模具结构、材料性能及同时也受模具结构、材料性能及板料厚度等因素影响。板料厚度

16、等因素影响。2、凸凹模间隙、凸凹模间隙单边间隙单边间隙(c)的合理数值可按下列经验公式计算：的合理数值可按下列经验公式计算：式中：式中： -板料厚度，板料厚度，mm; m-与板料性能及厚度有关的系数与板料性能及厚度有关的系数 实用中，实用中，板料较薄时板料较薄时， 低碳钢、纯铁低碳钢、纯铁 m=0.060.090.09 铜、铝合金铜、铝合金 m=0.060.10.1 高碳钢高碳钢 m=0.080.120.12 3 3 mm时时，系数可放大，系数可放大1.5倍倍mc 3、凸凹模刃口尺寸的确定、凸凹模刃口尺寸的确定 4、冲裁件的排样、冲裁件的排样二、修整二、修整三、切断三、切断第二节第二节 变形工

17、序变形工序 变形工序变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、成形等。而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、成形等。1、拉深过程、拉深过程2、拉深中的废品、拉深中的废品 拉深件主要受拉应力作用。当拉应力值超过材料强度极限拉深件主要受拉应力作用。当拉应力值超过材料强度极限时，拉深件将被拉穿成废品。最危险的部位是直壁与底部的时，拉深件将被拉穿成废品。最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处。（过渡圆角处。（3-44） 拉穿现象与下列因素有关：拉穿现象与下列因素有关：（1）凸凹模的）凸凹模的圆角半径圆角半径 对于钢的拉深件，取对

18、于钢的拉深件，取 ，圆角半径过小，容易拉穿。，圆角半径过小，容易拉穿。（2）凸凹模的）凸凹模的间隙间隙 （3）拉深系数拉深系数是是 拉深件直径拉深件直径d与坯料直径与坯料直径D的比值的比值 ，拉深系，拉深系数数 不小于不小于0.5-0.8.（3-45）多次拉深时，总拉深系数等于各）多次拉深时，总拉深系数等于各次拉深系数的乘积。次拉深系数的乘积。（4）润滑）润滑 （3-46，3-47）凹凸凹而rrr) 16 . 0(,10)2 . 11 . 1 (c3、旋压、旋压二、弯曲二、弯曲三、翻边三、翻边四、成形四、成形第三节第三节 冲模简介冲模简介一、简单冲模一、简单冲模二、连续冲模二、连续冲模三、复合

19、冲模三、复合冲模第三节第三节 冲压件的结构工艺性冲压件的结构工艺性一、冲压件的形状和尺寸一、冲压件的形状和尺寸1、对落料件和冲压件的要求、对落料件和冲压件的要求2、对弯曲件的要求、对弯曲件的要求3 3、对拉深件的要求、对拉深件的要求二、简化工艺及节省材料的设计二、简化工艺及节省材料的设计三、冲压件的厚度（三、冲压件的厚度（3-65）四、冲压件的精度和表面质量四、冲压件的精度和表面质量 冲压工艺一般精度：冲压工艺一般精度： 落料件落料件不超过不超过IT10; 冲孔件冲孔件不超过不超过IT9; 弯曲件弯曲件不超过不超过IT10-IT9; 拉深件拉深件高度尺寸精度为高度尺寸精度为IT10-IT8,直

20、径尺寸精度直径尺寸精度IT10-IT9,经整经整形后的尺寸精度可达形后的尺寸精度可达IT67-IT6. 冲压件的表面质量尽可能不高冲压件的表面质量尽可能不高于原材料的表面质量。于原材料的表面质量。第四章第四章 特种塑性加工方法简介特种塑性加工方法简介第一节第一节 精密模锻精密模锻 精密模锻精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的锻造工艺。件的锻造工艺。精密锻造锥齿轮精密锻造锥齿轮尺寸精度：尺寸精度： IT15-IT12表面粗糙度：表面粗糙度：6 . 12 . 3aR 保证精密模锻的措施：保证精密模锻的措施： (1)(1)精确计算原始坯料的尺寸，否

21、则会增大锻件尺寸公精确计算原始坯料的尺寸，否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。差，降低精度。 (2)(2)精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。层及其它缺陷等。 (3)(3)采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。成的氧化皮。 (4)(4)精锻模膛的精度必须比锻件精度高两级。精锻模应精锻模膛的精度必须比锻件精度高两级。精锻模应有导柱导套结构，以保证合模准确。精锻模上应开有排气有导柱导套结构，以保证合模准确。精锻模上应开有排气小孔，以减小金属的变形阻力，更好地充满模膛。小孔

22、，以减小金属的变形阻力，更好地充满模膛。 (5)(5)模锻进行中要很好地冷却锻模和进行润滑。精密模模锻进行中要很好地冷却锻模和进行润滑。精密模锻一般都在刚度大、运动精度高的设备锻一般都在刚度大、运动精度高的设备( (如曲柄压力机、摩如曲柄压力机、摩擦压力机、高速锤等擦压力机、高速锤等) )上进行，它具精度高、生产率高、成上进行，它具精度高、生产率高、成本低等优点。本低等优点。第二节第二节 零件挤压零件挤压 挤压挤压是使坯料在挤压是使坯料在挤压模内受压被挤出模孔而模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。变形的加工方法。 挤压分类：挤压分类： 1、按金属流动方向、按金属流动方向与凸模运动方向的不同与凸

23、模运动方向的不同可分为：可分为： 正挤压、反挤压、正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压四复合挤压和径向挤压四种。种。 2、按坯料的挤压温度不同可分为：、按坯料的挤压温度不同可分为： 热挤压、冷挤压和温挤压三种热挤压、冷挤压和温挤压三种 零件挤压工艺具有的特点：零件挤压工艺具有的特点： (1)(1)挤压时金属坯料处于三向受压状态，可提高金属坯料挤压时金属坯料处于三向受压状态，可提高金属坯料的塑性，因而适合于挤压的材料品种多，如非铁金属、碳钢、的塑性，因而适合于挤压的材料品种多，如非铁金属、碳钢、合金钢、不锈钢及工业纯铁等。在一定的变形量下，某些高合金钢、不锈钢及工业纯铁等。在一定的变形量下，某些高

24、碳钢、轴承钢，甚至高速钢等也可进行挤压。碳钢、轴承钢，甚至高速钢等也可进行挤压。 (2)(2)可制出形状复杂、深孔、薄壁和异型断面的零件。可制出形状复杂、深孔、薄壁和异型断面的零件。 (3)(3)挤压零件的精度可达挤压零件的精度可达IT7IT7IT6IT6，表面粗糙度值可达，表面粗糙度值可达R R。3 32 20 04 4 ，从而可达到少、无屑加工的目的。，从而可达到少、无屑加工的目的。 ， (4)(4)挤压变形后，零件内部的纤维组织基本上是沿零件外挤压变形后，零件内部的纤维组织基本上是沿零件外形分布而不被切断，从而提高了零件的力学性能。形分布而不被切断，从而提高了零件的力学性能。 (5)(5

25、)节省原材料。其材料利用率可达节省原材料。其材料利用率可达7070，生产率也较高，生产率也较高，比其它锻造方法提高几倍。挤压是在专用挤压机比其它锻造方法提高几倍。挤压是在专用挤压机( (有液压式、有液压式、曲轴式、肘杆式等曲轴式、肘杆式等) )上进行的，也可在适当改造后的通用曲上进行的，也可在适当改造后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。柄压力机或摩擦压力机上进行。第三节第三节 零件轧制零件轧制 根据轧辊轴线与坯料轴线方向不同，根据轧辊轴线与坯料轴线方向不同，轧制分：纵轧、横轧、斜轧、楔横轧等轧制分：纵轧、横轧、斜轧、楔横轧等几种。几种。一、纵轧一、纵轧 纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法。直的轧制方法。 可分可分型材轧制和辊锻轧制型材轧制和辊锻轧制 辊锻轧制辊锻轧制适用于三种类型的锻件：适用于三种类型的锻件： 1、扁断面的长杆件；、扁断面的长杆件； 2、带有不变形头部、而沿长度方向横截面、带有不变形头部、而沿长度方向横截面面积递减的锻件；面积递减的锻件； 3、连杆件、连杆件二、横轧二、横轧 横轧横轧是轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法。是轧辊轴线与坯料