工程材料及成形工艺基础-坯料加热、锻件冷却及热处理

第十六讲:

1.坯料加热、锻件冷却及热处理

2.特种锻压与轧制

3.板料冲压一.坯料加热、锻件冷却及热处理

Heating、CoolingandTeatTreatmentofForgingwork-piece1.坯料加热(HeatingofForgings)1）加热时钢组织和性能变化:

获得单一奥氏体，材料塑性提高，

变形抗力降低。

2）加热缺陷和锻造温度范围（1）加热温度过高、时间过长，会产生：

氧化、脱碳、过热、过烧、开裂缺陷。碳钢加热时的A晶粒长大：碳钢的锻造范围——始锻温度：保证不出现过热与过烧。终锻温度：太高停锻晶粒会长大；太低变形抗力又太大。小结：随温度升高，原子动能升高，塑性提高，变形抗力减小，会改善可锻性。但加热中会出现：氧化、脱碳、过热和过烧等。过热——加热温度过高，晶粒急剧长大，力学性能降低。过烧——加热温度更高接近熔点，晶界发生氧化，破坏了晶粒的联系，金属失去塑性。始锻温度：金属锻造加热时允许的最高温度。终锻温度：不能再锻，否则引起的加工硬化使锻件开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。（2）锻造温度范围(TemperatureRangeofForging)

始锻温度：AE线以下150~250℃

终锻温度：在共析线附近，太低和太高均不好。2.锻件冷却(CoolingofForgings)1）空冷—适合于中、小型碳素钢和

普通低合金钢件的冷却；

2）坑冷和炉冷—适合于大型高碳和

高合金钢件的冷却。3.锻件的热处理

Heat-TreatmentofForgings1）结构钢采用退火、或正火+高温回火；

2）工具钢采用正火+球化退火；

3）不再进行热处理的中碳钢（或合金结构钢）要采用淬火+高温回火（调质）。

二.特种锻压与轧制体积成形冷、温和热挤压等温锻造、超塑性锻造粉末锻造液态模锻回转成形辊锻横轧与斜轧辗环径向锻造控制锻造工艺条件以液态、粉末为毛坯按成形方式分1.体积成形工艺特点：（1）优质、生产率高；（2）节能、节材。

1）冷挤压：三向受压应力

原理：室温下进行的体积塑性变形；分类：冷挤压和冷镦。

节约原材料；产品强度和精度高、Ra低；劳动条件好；生产率高。优点：缺点：变形抗力大，要求设备的能量大、刚度好。应用：小型件的成批生产。2）温挤压

原理：加热到比热锻温度低的温度挤压。特点：降低冷、热锻缺点：

---比冷挤压变形抗力小，可加大变形量；

---比热挤压减轻氧化、脱碳，提高加工精度

应用：用于不易冷锻材料如：不锈钢、高温合金。

3）等温锻造和超塑性锻造

原理：模具和坯料保持相同温度。特点及应用：用于锻造温度范围窄的金属，如钛合金和铝合金等，尤其航天工业用的薄壁件。4）液态锻造

原理：将液态金属注入模膛，施以静压力，使金属在压力下结晶，并产生少量塑性变形。特点：与铸造比：无须浇注系统，节约金属；组织比压铸件的组织细密。与锻造比：成形压力小及能耗少2/3~3/4；组织比模锻件的差。应用：用于各种材料的形状复杂件，如，铝合金的炮弹引信和高压阀体等。

5）粉末锻造

原理：将粉末冶金和精密模锻结合一起。分类：粉末锻造----直接加热后进行锻造；

烧结锻造----烧结后再加热锻造。

粉末冷锻----用粉末成坯，烧结后进行冷锻。特点：尺寸精度高，表面光洁；其力学性能、生产效率优于粉末冶金产品。应用：汽车上火花塞壳、汽车齿轮和连杆。

2.回转成形：（特种轧制）

运动特征：工件在回转中成形。成形特征：连续的局部成形。

与传统锻造相比，有如下优点：

1）工作载荷小，是模锻几分之一

2）设备重量轻、生产率高。

3）产品精度高

4）工作环境好、易实现机械化。缺点：

1）通用性差，需专用设备和模具。

2）设计制造复杂，适于大批量生产。1）辊锻原理：纵轧

轧辊上有扇形模具。应用：制坯和成形。2）横轧与斜轧:横轧斜轧分类齿轮横轧螺纹横轧楔横轧：平面和回转螺旋横轧（孔型斜轧）三辊横轧（仿形斜轧）

楔横轧原理图：楔横轧模具的区段图：螺旋孔型斜轧：辗环：对环形零件进行辗扩，加工环形零件。

摆辗：摆动辗压简称原理：局部接触，顺次加压，连续成形。特点：省力、无冲击振动、无噪声；工件精度高、设备费用低。3）辗环与摆辗：辗环的原理图：摆辗的原理图：三、板料冲压定义：利用装在冲床的冲模，对板料冲压使分离或变形而获得零件。特点：

（1）可冲形状较复杂的零件，废料较少；（2）零件有足够精度和光洁度，不需切削就可装配；（3）零件的重量轻，强、刚度高；（4）生产率高、且操作简单，便于机械化和自动化；（5）冲模复杂，制造成本高，适合大批量生产。板料要求：有足够塑性。常用：低碳钢、高塑性合金钢、铜铝镁及其合金。冲压设备：冲压基本工序有两种：1）分离工序：落料与冲孔、剪切、修整和精密冲裁。2）变形工序：弯曲、拉深、翻边、胀形和旋压等。剪床冲床油压机（1）分离工序

1）冲裁：落料+冲孔

2）冲裁变形过程

3）凸、凹模的间隙对断面质量和模具寿命的影响规律

4）冲裁件的排样设计与材料利用率。

1.板料冲压的基本工序（2）变形工序1）弯曲：如何防止弯裂？弯曲注意点：a.弯曲时注意板料纤维方向的分布；b.回弹现象：回弹角一般为0～10°；c.模具角度=成品角度－回弹角;2）拉深：3）翻边：控制变形程度的系数——翻边系数K04）胀形：了解成形过程种类：按冲床的每次冲程所完成工序的多少分——简单冲模：一个行程只完成一道工序。特点：结构简单，易制造，适用于小批量生产。连续冲模：一次冲程，模具的不同部位完成数道工序。特点：效率高，易自动化，但定位要求高，成本高。复合冲模：一次冲程，模具的同一部位完成数道工序。特点：产量高、精度要求高件，但模具复杂，成本高。2、冲压模具

小结：薄板的冲压成型有——分离工序：使坯料的一部分与另一部分分离，如落料、冲孔、切断和精冲等。变形工序：使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂，如拉深、弯曲、翻边和胀型等。落料及冲孔（统称冲裁）——落料：被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。凸、凹模刃口尺寸的确定：设计落料模，应先按落料件确定凹模的刃口尺寸，以凹模为设计基准件，再根据间隙Z确定凸模的尺寸。设计冲孔模，应先按冲孔件确定凸模尺寸，以凸模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凹模的尺寸。注意：冲裁件的尺寸测量和使用，都是以光面尺寸为基准。

落料件的光面：因凹模刃口的挤切而产生；冲孔件的光面：由凸模刃口的挤切所形成。落料凹模和冲孔凸模尺寸落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小的尺寸。冲孔凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。设计落料模应以工件最小尺寸公差为基准，间隙取在凸模上。设计冲孔模应以工件最大尺寸公差为基准，间隙取在凹模上。弯曲：弯曲是将板料弯成一定的角度或曲率而获得一定形状的零件。为防止破裂，弯曲的最小半径为rmin=(0.25～1)s。S——为金属板料的厚度。若板料塑性好，则弯曲半径可小些。注意：弯曲时应尽可能使弯曲线与板料的纤维方向垂直。回弹——由于弹性变形的恢复，使板料略微弹回一点，弯曲角度会增大。一般回弹角为0～10°。与坯料纤维方向垂直拉深：使筒性件的深度增大。注意：拉深件中最危险部位是直壁与底部的过渡圆角处；当拉应力超过强度极限时，此处将被“拉裂”。防止“拉裂”的措施：正确选择拉深系数。拉深系数——拉深件直径d与坯料直径D的比值，即m=d/D。拉深系数应不小于0.5～0.8。塑性差时取上限，塑性好时取下限值。拉裂注意：若拉深系数过小，不能一次拉深成形时，可采用多次拉深工艺。第一次拉深系数m1=d1/D