金属的塑性成形工艺

其次篇金属的塑性成形工艺外形、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。法称金属塑性成形〔也称压力加工〕外力 冲击力——锤类设备压力——轧机、压力机〔热态、冷态〕根本生产方法：〔6-1〕〔6-2〕〔6-3〕〔6-4〕拉拔——各种细线材，薄壁管、特别几何外形的型材〔图6-5〕〔图6-6〕自由锻——坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而变形〔6-7a〕〔6-7b〕板料冲压——金属板料在冲模之间受压产生分别或变形的加工方法〔图c〕金属的原材料，大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。第六章 金属塑性成形的工艺理论根底压力加工——对金属施加外力→塑性变形金属在外力作用下，使其内部产生应力——发生弹性变形外力>屈服应力塑性变形的保证产品质量。

§6-1 塑性变形理论及假设金属塑性成形问题实质，金属塑性流淌，影响金属流淌的因素格外简单〔定量很困难〕。应用最小阻力定律——定性分析〔质点流淌方向〕方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。合理。最小阻力定律示意图二、塑性变形前后体积不变的假设弹性变形——考虑体积变化〔由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可无视〕三、变形程度的计算变形程度——用“锻造比”表示拔长时锻造比为：T镦粗时锻造比：

=Fo/F拔=Ho/H镦0 式中：H、F0 H、F——坯料变形后的高度和横截面积T =2~2.5 〔要求横向力学性能〕纵向Y ↑锻 锻由Y 可得坯料的尺寸。锻

=Y F坯料 拔• V

〔F ——锻件的最大截面积〕锻件L =坯料钢坯 F钢坯

〔体积/横截面积〕§6-2 冷变形及热变形金属的塑性变形冷变形——在再结晶温度以下的变形热变形——在再结晶温度以上的变形一、冷变形变形过程中变形程度不宜过大，避开产生裂开。如：常温下进展的冷镦、冷挤、冷轧、冷冲压二、热变形下，才能以较小的功到达较大的变形，同时能获得具有高力学性能的再结晶组织。故，金属压力加工多承受热变形来进展。如：自由锻、热模锻、热轧、热挤压等。§6-3 压力加工最原始坯料—铸锭〔钢锭〕陷。组织，并使气孔、缩松、压合→致密、力学性能↑外形都发生变形→沿着变形方向被拉长，呈纤维外形→这种构造叫纤维组织。它使金属性能上具有方向性，对变形后的质量也有影响。明显，力学性能的方向性也越显著。[注]纤维组织的化学稳定性强，不能用热处理方法加以消退，只有经过锻压，使金属变形，才能转变其方向和外形。织方向性。①使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断。②使零件所受最大拉应力与纤维方向全都，最大切应力与纤维方向垂直。〔6-9〕切削加工与局部镦粗。§6-4影响塑性变形的因素工艺性能。可锻性常用金属的塑性变形抗力综合衡量金属的塑性，用截面收缩率ψ、延长率δ、冲击韧性αk表示，ψ、δ、αk↑→塑性↑，变形抗力——金属对变形的抵抗力。一、材料性质的影响化学成分的影响纯金属的可锻性比合金要好；如：纯铁、低碳钢、高合全钢——可锻性依次下降金属组织的影响内部的组织构造不同，可锻性差异很大〔如奥氏体〕的可锻性好；碳化物〔如渗碳体〕的可锻性差二、加工条件的影响变形温度的影响均影响大。但温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严峻氧化等缺陷→锻件报废〔以合金状态图为依据〕变形速度的影响其影响是冲突的〔6-12〕金属塑性↓抗力↑→可锻性变坏；另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一局部转化为热能，使温度上升〔热效应现象〕，使塑性↑变形抗力↓〔a点以后〕→可锻性好，但热效应现象除高速锤锻造外，一般压力加工的变形过程不明显→故承受较小的变形速度为宜。应力状态的影响三向应力状态图中压应力数量↑→塑性好拉应力数量↑→塑性差〔6-13〕〔6-14〕第七章锻压成形工艺锻压成形自由锻〔无模自由成形〕模锻〔模膛塑性成形〕及内部质量的锻件。手工自由锻——小型锻件，生产率低机器自由锻——锤上自由锻——空气锤、蒸汽—空气锤〔1500kg锻件〕液压机上自由锻——水压机〔300吨锻件〕自由锻可分为根本工序、关心工序、精整工序关心工序——为根本工序操作便利而进展的预先变形工序〕精整工序——用以削减锻件外表缺陷[注]由于自由锻的生产效率低，对操作工人技艺要求高，劳动强度大，锻件精度差→自由锻日趋衰落，而模锻渐渐取代自由锻〔中、小型〕20%~40%。§7-1模膛锻造成形能得到和模膛外形相符的锻件。模锻与自由锻比较有如下优点。①生产率较高②模锻尺寸准确，加工余量小③可锻出外形比较简单的锻件④节约金属材料，削减切削加工量模锻按使用的设备不同分为：〔固定模腔成形〕胎模锻压力机上模锻一、胎模锻造成形工艺及应用两种方法：自由锻预锻→胎模终锻成形造设备，模具简洁，易制造，应用——小批量生产〔也渐渐淘汰〕。二、固定模膛成形工艺的分类及设备成型设备不同：锤上模镗成形工艺——大批量〔蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤〕压力机上模镗成形工艺设备：曲柄压力机、摩擦压力机、平锻机、模锻水压机等§7-2 锻模模膛及其功用模膛依据功用的不同，可分为：模锻模膛〔终锻模镗、预锻模镗〕制坯模膛： 〕滚压模膛〔7-5〕〔7-6〕a)〔7-6〕b〕〔7-3〕预锻模镗——外形、尺寸与锻件接近，无飞边槽，圆角和斜度较大[注]按变形的模膛数：单膛锻模〔如齿轮坯〕〔7-7〕§7-3 锤上模锻成形工艺设计〔选模膛〕、选择设备及安排修整工序等。一、模锻锻件图的制定制定时应考虑如下几个问题：1．选择模锻件的分模面7-8〕d-d是最合理的余量、公差及敷料余量一般为1~4mm；模锻斜度 〔图7-9〕一般5°~15° 1=2°~5°模锻圆面半径〔7-10〕R＞rd<25mm孔一般不锻出d>25mm孔带冲孔连皮〔7-3〕连皮厚度sd有关，d=30~80→s=4~8mm〔7-11〕齿轮坯模锻件图粗实线——锻件的外形双点划线——零件的轮廓外形二、模锻工步确实定及模膛种类的选择外形分 长轴类锻件〔图7-12〕盘类锻件 〔图7-13〕模锻工步确定后，再选择制坯模膛和模锻模膛。[注]：修整工序——①切边和冲孔 ②热处理———正火、退火③校正——防变形 去氧化皮等三、模锻成形件的构造工艺性原则：①②③④⑤§7-4 压力机上模膛成形缺点。近年来，大吨位模锻锤有逐步被压力机所取代趋势。一、摩擦压力机上模锻350t~1000t特点：①②③④广泛。二、曲柄压力机模锻传动系统如〔图7-18〕吨位2023~12023吨特点：①②③④⑤适合于大批大量生产〔造价高〕三、平锻机上模锻〔图7-19〕传动图 滑块水平运动吨位500kN~31500kN〔50～3150吨〕φ25mm~φ230mm 特点：①②③④⑤§7-5 模锻件的缺陷错模欠压局部充不满—无法修正折纹——无法修正凹坑残留毛利第八章 板料的冲压成形工艺常温下进展的，又叫冷冲压或薄板冲压。只有当板料厚度>8~10mm时，承受热冲压，板料冲压的特点：可冲出外形简单的零件，废料较少；产品精度高，外表粗糙度较低，互换性好；能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度较高的零件；操作简洁，工艺过程便于机械化，自动化，生产率很高——本钱低极其重要的地位。常用设备——剪床、冲床冲压生产可进展多种工序，其根本工序：分别工序、变形工序§8-1分别工序如：落料、冲孔、切断、精冲、修整等。一、落料及冲孔〔统称冲载〕取舍不同。如：平面垫圈：制取外形——落料制取内孔——冲孔冲裁变形过程其过程分三个阶段弹性变形阶段〔8-1〕料则向上翘，间隙↑→弯曲、上翘↑塑性变形阶段凸、凹模刃口处的材料硬化加剧——消灭微裂纹；塑性变形阶段完毕。断裂分别阶段重合时，材料被剪断分别。〔8-2〕冲裁变形区的应力与变样子况和冲裁件的切断面的状况圆角带凸、凹模间隙裁力和冲裁件的尺寸精度。〔8-3a〕间隙过小——上、下裂纹向外错开，且材料与凸、凹模之间的摩擦力增加→冲裁力、卸料力、推件力↑，磨损加剧→模具寿命↓〔图8-3〕c 大→上、下裂纹向内错开，光亮带减小，圆角带与锥度增大→厚大的拉长毛刺，冲裁的翘曲现象严峻。模具寿命。〔图8-3〕b间隙适宜，上、下裂纹重合一线，冲裁力、卸料力、推件力适中，模具寿命足够，零件尺寸几乎与模具一样。3．凸、凹模刃口尺寸确实定落料、冲孔分别计算设计落料模——落料件确定凹模刃口尺寸z确定凸模尺寸〕设计冲孔模——冲孔件确定凸模尺寸，取凸模作设计基准件——z确定凹模尺寸〔用扩大凹模刃口尺寸保证间隙值〕冲裁力的计算平刃冲模的冲裁力按下式计算pKLSp——冲裁力〔N〕〔mm〕S——坯料厚度〔mm〕1.30.8b冲裁件的排样最少，材料利用率↑8-4〕不同排样方式材料消耗比照落料件的排样有两种类型：无搭边排样——用落料件外形的一个边作为另一个落料件的边缘〔图d〕，有搭边排样——各落料件之间均留有肯定尺寸的搭边，二、修整件断面上存留的剪裂带和毛刺→尺寸精度↑外表粗糙度↓〔图8-5〕a 外缘修整〔图8-5〕b 内孔修整修整后，冲裁件公差等级IT6~IT7外表粗糙度 Ra0.8~1.6μm三、周密冲裁IT6~IT8Ra0.8~0.4μm，且生产率高。现材料的分别——得到断面光滑而垂直的周密零件。〔图8-6〕精冲法与一般冲裁法所用模具的比较§8-2 变形工序如：拉深、弯曲、翻边、胀型、旋压等一、拉深拉深过程及变形特点利用模具使平面坯料变成开口空心件的冲压工序；可制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其它简单外形的薄壁零件。〔8-7〕拉伸变形过程示意图拉深中常见的废品及防止措施拉应力>材料强度极限时——拉裂防裂措施正确选择拉深系数md d——拉深件直径；DDm≥0.5~0.8[注]假设m过小——可承受屡次拉深〔8-9〕合理设计拉深模工作零件凸、凹模圆角半径——过小，易拉裂凸、凹模间隙——z=〔1.1~1.2〕s〔比冲裁模大〕留意润滑摩擦↓→磨损↓→加润滑剂起皱拉深件毛坯尺寸及拉深力确实定最大拉伸力〔圆筒件〕Fmax

b

)(Ddrs

s 〔P132〕〔8-12〕坯料内侧—受压外侧——受拉〔8-13〕以免裂开三、其它冲压成形胀形〔或叫起伏成形〕，如：压制凹坑、加强筋、花纹、标记等。质量好模具：刚模2．翻边形工序。翻边——〔图8-15〕 不变薄翻边——外缘翻边—— 变薄翻边——3．旋压〔8-16〕旋压过程示意图旋压的根本要点合理的转速合理加力§8-3冲模的分类和构造一、简洁冲模〔8-17〕二、连续冲模〔8-18〕三、复合冲模〔8-19〕第九章金属的其它塑性成形工艺直接生产出各种外形简单的零件；近年来，消灭了很多工艺、技术锻、高能高速成形等。工艺特点切削加工工作量，提高力学性能和使用性能；②具有更高的生产率；③减小变形力，可在较小锻压设备上制造出大锻件；件。§9-1 零件的挤压一、挤压特点①坯料在三向受压状态下变形，故可提高金属坯料的塑性。钢及工业纯铁等也可用挤压工艺成形。在肯定的变形量下某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢等也可进展挤压。②可挤压动各种外形简单、深孔、薄壁、异型断面的零件。③零件精度高，外表粗糙度低一般尺寸精度为IT6~IT7，外表粗糙度Ra3.2~0.4④提高了零件的力学性能〔纤维组织连续〕⑤节约原材料，材料利用率可达70%，生产率也高。二、分类1．按金属流淌方向和凸模运动方向分类①正挤压金属流淌方向与凸模运动方向一样〔图9-1〕②反挤压金属流淌方向与凸模运动方向相反〔9-2〕③复合挤压反〔9-3〕④径向挤压90°角〔9-4〕2．按金属坯料所具有的温度分类①热挤压热挤压变形抗力小，允许每次变形程度较大，但产品外表粗糙。广泛用于冶金部门中生产铝、铜、镁及其合金的型材和管材。②冷挤压坯料变形温度低于材料再结晶温度〔常常在室温下〕的挤压工艺。了产品强度。广泛用于制造机器零件和毛坯。③温挤压适宜温度〔100~800℃〕进展挤压。不仅可挤压中碳钢，也可挤压合金钢零件。此外，还有静液挤压方法〔图9-5〕，凸模与坯料不直接接触，给液体加压〔30000个大气压以上〕，液体传给坯料，使金属通过凹模而成形。变形较均匀，挤压力较小，用于低塑性材料[注]挤压设备——专用挤压机〔液压式、曲轴式、肘杆式〕，也可在改进的曲柄压力机或摩擦压力机上进展。§9-2 零件的轧制轧制——除生产型材、板材和管材外，还可生产各种零件。耗。一、零件轧制的特点①设备构造简洁，吨位小②劳动条件好，易机械化，自动化，生产率高③模具价廉——球墨铸铁、冷硬铸铁④质量好，力学性能好⑤材料利用率高〔90%以上〕二、零件轧制的类型依据轧辊轴线与坯料轴线不同，分为：纵轧、横轧、斜轧、楔横轧纵轧包括各种型材轧制、辊锻轧制、辗环轧制①辊锻轧制〔9-6〕把轧制工艺应用到锻造生产中，目前，成型辊锻适用于生产的三种类型锻件：扁断面的长杆件，如板手，活动板手，链环等连杆成型辊锻②辗环轧制〔9-7〕横轧轧辊轴线与坯料轴线相互平行〔如齿轮轧制〕〔图9-8〕3．斜轧斜轧、轧辊轴线与坯料轴线相交肯定角度的轧制方法，如图9-9b 钢球轧制如图9-9a 周期轧制 〔此外，丝杠冷轧〕4．楔横轧坯料进展轧制的方法〔9-10〕主要用于加工阶梯轴，锥形轴等各种对称的零件或毛坯。§9-3 周密模锻在模锻设备上锻造外形简单，锻件精度高的模锻工艺模锻伞齿轮，其齿形局部可直接锻出而不必再切削加工尺寸精度可达IT12～IT15 Ra3.2~1.6一、工艺过程〔9-20〕二、工艺特点①②③④⑤⑥§9-4 多向模锻外形简单的周密锻件〔9-21〕一、优点提高材料利用率、节约金属材料〔40％～90％〕提高力学性能——强度↑30%以上降低劳动强度节约设备，提高劳动生产率二、局限性①需专用压力机，大吨位设备②电力消耗量大〔感应电加热，或气体保护无氧化加热〕③要求严格〔毛坯尺寸〕——周密计算或试料§9-5 径向〔旋转〕锻造〔图9-22〕两个以上锻模高频率、短冲程施加径向脉冲打击力——坯料径向尺寸减小、轴向尺寸增大。〔图9-23〕径向锻造形式，特点及应用——§9-6 液态模锻铸造+锻造组合工艺，一、工艺过程〔9-26〕理→检验→入库设备：液压机①成形时，液态金属在压力下完成结晶凝固②已凝金属在压力作用下——塑性变形〔静压〕③对材料选择范围宽一、原理

§9-7粉末锻造粉末冶金成形法+锻造〔工序如图9-27〕二、优点①材料利用率高〔90%以上〕②力学性能高③锻件精度高，外表光滑④生产率高⑤压力小⑥可加工热塑性的材料§9-8 超塑性成形超塑性——金属或合金在特定条件下，其相对延长率 δ超过100%以上特性。500%300%，一、超塑性成形工艺的应用1．板料冲压〔9-28〕板料气压