材料的塑性成形工艺

1、主讲人：于美杰 副教授 ：88396181 ： 工程资料与机械制造根底.第五章 资料的塑性成形工艺本章根本要求塑性变形的微观机制塑性变形对力学性能的影响影响金属可锻性的要素了解几种常用的锻造技术和板料冲压技术的工艺特点。 .第五章 目录 第一节 塑性成形实际根底 第二节 金属塑性成形方法 第三节 锻压件构造工艺性 第四节 先进塑性成形方法什么是塑性成形?在外力作用下利用金属资料的塑性，使其成形并获得一定力学性能的加工方法。也称塑性加工或压力加工.第一节 塑性成形实际根底第五章 资料的塑性成形工艺Theory ofPlastic Deformation分类静压力动压

2、力轧制挤压拉拔自在锻模锻冲压轧制挤压拉拔自在锻模锻冲压.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation 塑性成形压力加工的特点优点构造致密，组织细化，力学性能提高；少无切削加工，资料利用率高；消费效率高；缺陷普通工艺外表质量差氧化；不能构成外形复杂件相对铸造；设备庞大、价钱昂贵；劳动条件差强度高、噪音大；.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation 一、 塑性变形机理什么是塑性？在外力作用下发生永久变形而不破坏的才干。金属并非理想晶体：多晶体，晶粒内部有缺陷。塑性变形的本质晶内变形：滑移为主孪生晶间变形：滑动转动滑移：在外

3、力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生挪动或切变。位错运动引起滑移.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation 留意：多晶体变形以晶内滑移为主，晶间转动为辅缘由：晶界有妨碍变形的作用，晶界强度高于晶内，晶界变形更难晶粒越细、越多，晶界越多，对资料起到强化作用。晶粒间的滑动和转动.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation细晶强化缘由晶界面积越多，位错妨碍越多，金属塑性变形的抗力越大，强度、硬度越高。晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多，塑性变形可分散在更多的晶粒内进展，变形均匀，减少

4、了应力集中，使塑性目的提高；晶粒越细小，晶界面积越多，对裂纹扩展的妨碍作用越大，金属在断裂前耗费的功越大，使韧性目的提高；回想：固溶强化.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation 二、加工硬化、回复和再结晶1. 加工硬化金属在冷变形时低于再结晶温度，随塑性变形量的添加，强度和硬度添加，而塑性和韧性下降的景象，也称“形变强化。强化金属的重要手段之一缘由：随变形量添加, 晶格畸变和碎晶，位错密度添加，使变形抗力添加。形变强化的结果：强硬度提高；使进一步塑性变形困难。.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation 2. 回复

5、和再结晶金属经变形后, 组织处于不稳定形状, 有自发恢复到稳定形状的倾向。但在常温下，原子分散才干小, 不稳定形状可长时间维持。加热可使原子分散才干添加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。回复：将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内剩余应力大大减小的景象，称为回复。 T回0.250.3T熔再结晶：对形变强化的金属加热到熔点的0.4倍时，开场以某些碎晶或杂质为中心生成新的等轴晶粒，原来已变形的晶粒消逝，使金属的强度、硬度降低，塑性和韧性添加，形变强化景象完全消除的景象。T再=0.4T熔 留意:公式中的T单位为K! .第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlasti

6、c Deformation 几点阐明：回复只能部分消除加工硬化晶格畸变消除，但晶粒外形不变；再结晶能消除全部加工硬化晶格畸变消除，晶粒外形改动；再结晶不是恒温过程，而是在一定温度范围内延续进展的过程。T再再结晶温度是开场再结晶的最低温度。再结晶也是晶核构成和长大的过程，不是相变过程，再结晶前后晶粒的晶格类型和成分完全一样。晶格畸变晶格畸变消除晶粒外形改动第五章 资料的塑性成形工艺.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation3.冷变形、热变形、温变形冷变形：在T回复温度以下的塑性变形，存在加工硬化, 强度、硬度，塑性、韧性；冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔;尺寸精

7、度高、外表质量好; 变形不宜过大，防止破裂；热变形：在T再温度以上的塑性变形，形变强化随时被再结晶消除。热锻、热轧、热挤压;变形程度大, 缺陷少，组织致密，力学性能高； 温变形：在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进展的塑性成形过程，有加工硬化及回复景象，但无再结晶，硬化只得到部分消除。第五章 资料的塑性成形工艺.第一节 塑性成形实际根底Theory ofPlastic Deformation四、锻造流线纤维组织晶粒被拉长或压扁；晶粒破碎产生碎晶。当变形量很大时，晶界上的杂质随晶粒一同沿变形方向被拉长后呈流线状分布，这种流线分布形状的微观构造称为锻造流线或纤维组织；力学性能呈现各向异性平行纤维

8、方向：抗拉强度高、剪切强度低垂直纤维方向：剪切强度高、抗拉强度低纤维组织不能用热处置消除,只能合理运用拉应力纤维组织 剪切应力纤维组织第五章 资料的塑性成形工艺.第一节 塑性成形实际根底Forging Technology 五、塑性成形根本定律最小阻力定律体积不变定律临界切应力定律镦粗时的变形锥.第一节 塑性成形实际根底六、塑性成形性可锻性金属产生塑性变形而不破坏的难易程度塑性好、变形抗力小，可锻性好影响金属可锻性的要素化学成分：含合金元素少的可锻性好, 纯金属/低碳组织：单相组织纯金属或固溶体比多相好钢中碳化物少好，呈弥散分布比网状分布好塑性变形条件：加热温度、变形速度、应力形状Theory

9、 ofPlastic Deformation.第一节 塑性成形实际根底温度对可锻性的影响：加热温度高，可锻性好；温度过高，会过热、过烧始锻温度终锻温度，如碳素钢1150/1250800/850高于再结晶温度变形速度对可锻性的影响：a,速度，可锻性缘由：热效应使塑性提高Theory ofPlastic Deformation再结晶消除加工硬化趁热打铁普通设备不会超越a点，除高速锤上锻造.第一节 塑性成形实际根底 应力形状对可锻性的影响：压应力下变形，对塑性有利，阻止裂纹扩展，焊合孔、缝等缺陷；拉应力下变形，对塑性不利，气孔、裂纹等缺陷处易引起应力集中，缺陷扩展，导致破裂。挤压时金属的应力形状拉拔

10、时金属的应力形状Theory ofPlastic Deformation三向受压两向受压、一向受拉.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology 一、 自在锻利用冲击力或压力使金属在上、下两砧铁之间产生变形，从而获得得所需外形和尺寸的锻件的锻造方法。特点坯料变形时，只需部分外表变形遭到限制，其他外表可自在流动;所用设备及工具简单，顺应性强，锻件分量不受限制；由人工控制锻件的外形和尺寸，锻件的尺寸精度低，消费率低；适用于单件、小批消费。是大型锻件的独一锻造方法。.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology 自在锻分类手工锻造机械锻造锻锤自在锻中小锻件空气锤 冲击

11、力液压机自在锻 大型锻件水压机 静压力自在锻的工序镦粗：饼块类，盘套类拔长：适于轴类、杆类冲孔：空心件UpsettingDrawing-outPunching.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology 镦粗：平砧镦粗、部分镦粗、垫环镦粗 留意：原始直径和垫环直径的区别Do=DDoD.第二节 金属塑性成形方法第八章 资料成形的工艺设计Process design of forging parts自由锻件工艺设计锻造方法锻造余量和公差结构特点锻件图变形工序原始坯料尺寸锻造温度锻后热处置能否能直接锻出余块有孔拔长件留意：先镦粗、冲孔，再拔长批量、外形、精度、尺寸 自在锻工艺规程制

12、定.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology留机械加工余量，保证尺寸精度；锻件公差：锻件的实践尺寸与实际尺寸之间所允许的偏向值。敷料余块：针对有凹槽、台阶的部位，简化锻件.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology选择锻造工序根本工序：用来改动坯料的外形和尺寸的工序辅助工序：为方便根本工序的操作而设置的工序修整工序：用来减少锻件外表缺陷的工序.第二节 金属塑性成形方法第八章 资料成形的工艺设计Process design of forging parts 例：紧固盘尺寸资料：45数量：200要求：绘锻件图、订工艺零件分析和锻造方法加工余量和公差绘锻件图.第

13、八章 资料成形的工艺设计Process design of forging parts工序：锻粗冲孔：d冲D/3扩孔：1530mm修正计算原始坯料尺寸坯料体积：V坯(1+%)V锻高径比：1.25H0/D0 2.5锻造温度 表52热处置：正火烧损率25第二节 金属塑性成形方法.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology二、 模锻迫使坯料在一定外形的锻模模膛内产生塑性流动成形的方法。特点：消费效率高；模具制造费用高；尺寸精度和外表质量比自在锻高；加工余量少，节省资料；力学性能高；锻件分量小，普通小于150公斤分类锤上模锻压力机上模锻: 变形缓慢,适于塑性较差的锻件.锻模构造：下模

14、固定不动，上模固定在锻锤上模膛构造：制坯模膛、预锻模膛、终锻模膛.第八章 资料成形的工艺设计Process design of forging parts模锻工艺规程制定模锻件工艺设计结构特点分型面余量和公差斜度和圆角冲孔连皮锻件 图较为复杂壁不宜过薄第二节 金属塑性成形方法.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology1选取分模面最大截面，且尽量为平面；应使锻件上敷料最少；使模膛浅而宽，便于加工、利于金属流动；2确定加工余量、公差锻件尺寸大，余量14mm大、公差0.33mm大3锻模斜度、圆角、冲孔连皮内侧斜度外侧斜度23度圆角：利于流动充型； 防止应力集中；Rr.第八章 资料

15、成形的工艺设计Process design of forging parts 工艺参数模锻件不能锻出通孔冲孔连皮：不能太薄或厚800，否那么会影响模具寿命和锻件精度) 冷切：锻件冷却到室温后完成切除。需求较大吨位的冲切设备热处置：退火或正火外表处置：酸洗法、抛丸法第二节 金属塑性成形方法.第二节 金属塑性成形方法Forging Technology三、 胎模锻在自在锻设备上运用胎模消费模锻件的工艺方法。胎模普通不固定在锻锤上。特点操作简便，模具简单，不需昂贵的模锻设备消费率高、锻件精度、允许的复杂程度介于自在锻和模锻之间；胎模构造扣模：用于非回转体锻件的成形或制坯筒模：圆筒形锻模，主要用于齿轮

16、、法兰盘等回 转体和盘类锻件合模：由上下模组成，主要用于消费外形较复杂 的非回转体锻件.第二节 金属塑性成形方法Sheet Stamping Technology四、 板料冲压利用冲模使板料产生变形或分别，从而获得具有一定外形和尺寸的锻件的工艺方法。室温 冷冲压设备：冲床、剪床常见冲压资料：低碳钢、有色金属、低碳低合金钢等塑性高的资料。特点：外表质量高、尺寸精度高；产生形变强化，可获得强度高的冲压件操作简单、消费效率高适于大批量消费。.第二节 金属塑性成形方法Sheet Stamping Technology板料冲压工序分别变形切断落料冲孔弯曲拉深起伏滚压翻边旋压橡胶成形CuttingBlan

17、kingPunchingbendingdeep formingroll formingfoldingspinningrubber bulging.第二节 金属塑性成形方法Sheet Stamping Technology分别工序 模具有锋利刃口、凹凸模间隙小冲孔：被分别的部分为废料，周边是废品落料：被分别的部分为工件，周边为废料 冲裁变形过程：弹性变形塑性变形断裂留意二者尺寸与凹模凸模的关系:冲孔：由凸模尺寸决议，随凸模的磨损而减小落料：由凹模尺寸决议，随凹模的磨损而增大.第二节 金属塑性成形方法Sheet Stamping Technology变形工序 模具有圆角，而非锋利刃口1弯曲：坯料的

18、一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。 外侧受拉，内侧受压弯曲半径：越小，越易弯裂。最小弯曲半径rmin=(0.251), 为板料厚度弯曲方向：弯曲时尽能够使弯曲线与毛坯的纤维方向垂直即弯曲轴线回弹：由于资料的弹性所致，使被弯曲的角度变大，措施：模具角度废品件。回弹角：010.第二节 金属塑性成形方法Sheet Stamping Technology2拉深：利用拉深模将板料冲压成一端开口的空心件的工序。拉深件最危险部位是直壁与底部的过渡圆角处凸凹模圆角半径：不可太锋利，否那么易拉裂凸凹模间隙：稍大于板料厚度，过小会使摩擦力增大；过大会起皱，尺寸精度降低。单边间隙z=(1.11.2) , 为

19、板材厚度拉深系数：m=d/D，0.50.8，越小，变形程度越大光滑剂：减少模具磨损褶皱：压边圈拉穿：添加凸凹圆角、 添加拉深次数常见缺陷.第二节 金属塑性成形方法Sheet Stamping Technology3起伏滚压成形：加强筋和花纹4橡胶成形胀形：适于较薄板材.第二节 金属塑性成形方法Sheet Stamping Technology5翻边：在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。6旋压：旋压机，用于空心回转体。翻边系数：k=do/d.第三节 锻压件构造工艺性Forging Technology一、自在锻件的构造工艺性尽量防止锥体或斜面、曲面衔接；外形不易复杂；不应带筋；防止凸台；

20、.Sheet Stamping Technology三、冲压件的构造工艺性冲裁件：零件外形力求简单对称凹凸部位不能过深、过窄转角处应设圆角充分利用资料不合理的构造第三节 锻压件构造工艺性.Sheet Stamping Technology变形件弯曲：最小弯曲半径 (防止开裂) rmin=(0.251)弯曲带孔零件时，应留意孔的位置弯曲轴线垂直于纤维组织方向弯曲边高H2S为防止孔的变形，孔的边缘距弯曲中心应有一定的间隔, L1.52s第三节 锻压件构造工艺性.Sheet Stamping Technology变形件拉深外形应简单、对称，高度不易过大转弯处应有过渡圆角第三节 锻压件构造工艺性.一、

21、精细模锻 精细模锻是在模锻设备上锻造出外形复杂、高精度锻件的模锻工艺。图5-63是TS12差速齿轮锻件图。 工艺过程 精细模锻的工艺过程是： (1)先将原始坯料经普通模锻成中间坯料； (2)再对中间坯料进展严厉的清理，除去氧化皮或缺陷； (3)最后采用无氧化或少氧化加热后精锻。第四节 先进塑性成形方法.精细模锻工艺特点 准确计算原始坯料的尺寸，严厉按坯料质量下料，否那么会增大锻件尺寸公差，降低精度。 需求精细清理坯料外表，除净坯料外表的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。 为提高锻件的尺寸精度和降低外表粗糙度，应采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料外表构成的氧化皮。 精细模锻的锻件精度在很大程度上取

22、决于锻模的加工精度。 模锻时要很好地进展光滑和冷却锻模。 精细模锻普通都在刚度大、运动精度高的模锻设备上进展，如曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤等。第四节 先进塑性成形方法.二、摆动碾压 摆动辗压即上模的轴线与被辗压工件的轴线倾斜一个角度，模具一面绕轴心旋转，一面对坯料进展紧缩(每一瞬时仅紧缩坯料横截面的一部分)的加工方法，如图5-64所示。摆动辗压可用于坯料的镦粗、铆接、缩口、挤压等，如图5-65所示。三、轧制新工艺 碾环、辊锻、螺旋斜轧(图5-64)第四节 先进塑性成形方法.四、液态模锻 液态模锻实践上是铸造和锻造工艺的组合，是把液态金属直接浇入金属模内，然后在一定时间内以一定的压力作用于液

23、态或半液态金属上，使之成形，并在此压力下结晶和塑性流动。1液态模锻的工艺过程 图5-66 液态模锻的工艺过程是把一定量的金属液浇入下模凹模型腔中，然后当熔液还处在熔融或半熔融形状处于液固两相区时便施加压力，迫使金属充溢形腔的各个部位构成工件。 液态模锻工艺流程：原资料配制熔炼浇注加压成形脱模灰坑冷却热处置检验入库。 第四节 先进塑性成形方法.液态模锻工艺的主要特点 ()在成形过程中，液态金属在压力下完成结晶凝固。 ()己凝固的金属在压力作用下，产生塑性变形，使制件外侧璧紧贴模膛璧，液态金属自始至终获得等静压。 ()液态模锻对资料的选择范围很宽，铝、铜等有色金属以及黑色金属的液态模锻已大量用于实践消费中。第四节 先进塑性成形方法.五、径向锻造 径向锻造又称旋转锻造，是对轴向旋转送进的棒料或管料施加径向脉冲打击力，锻成沿轴向具有不同横截面制件的工艺方法，其任务原理如图5-67所示。径向锻造的工件运动方式有三种，如图5-68所示。第