A第4章 压力加工

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压力加工

4.1概

述

5．模型锻造一、金属塑性成形（压力加工）金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。二、塑性成形的基本生产方式

1．轧制2．挤压3．拉拔4．自由锻造6．板料冲压金属塑性加工方法1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。三、塑性成形（压力加工）的特点1．力学性能高1）组织致密；2）晶粒细化；3）压合铸造缺陷；4）使纤维组织合理分布。2．节约材料1）力学性能高，承载能力提高；2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。

3．生产率高4．适用范围广4.2金属塑性成型原理

一、金属塑性变形的实质

具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力超过金属的屈服点后，就会发生塑性变形，外力停止作用后，金属的变形并不完全消失。

金属的变形实际上就是组成金属的晶粒的变形，晶粒的变形包括晶内变形和晶间变形两种

二、金属单晶体的塑性变形

单晶体金属塑性变形的基本方式是滑移变形和孪晶变形。其中滑移是最主要的变形方式。

1.滑移变形晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列紧密的晶面作相对滑动。单晶体滑移变形滑移是由于滑移面上的位错运动而产生的。

当很多晶面同时滑移积累起来就形成滑移带纯铝试件的拉伸试验及位错模型地毯的邹折移动与位错的运动电子显微镜下的位错运动2.孪晶变形晶体在外力作用下，晶体内一部分原子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动孪晶变形三、金属多晶体的塑性变形多晶体中每个晶粒的塑性变形与单晶体相同。但是由于晶粒间有晶界存在，各单晶粒的位向又不相同，故多晶体的塑性变形要比单晶体更加困难和复杂。

(1)晶内变形

(2)晶粒间的的滑移和转动

1.冷变形强化

指金属在低温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，又称加工硬化或冷作硬化。四、塑性变形对金属组织和性能的影响

冷变形强化的原因滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大滑移阻力，使滑移难以进行。

对某些不能通过热处理来强化的金属，可用低温变形来提高金属强度指标，如用冷轧、冷拔和冷挤来提高低碳钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。但在塑性加工中，冷变形强化使塑性变形困难，故采用加热的方法使金属再结晶，而获得好的塑性。2.回复与再结晶

金属经冷塑性变形后，晶格畸变严重。位错密度增加，晶粒破碎，产生内应力等导致系统自由能升高，因而处于组织不稳定的状态，它具有自发地恢复到原来自由能较低状态的趋势。但在室温时，由于原子活动能力不足，这种不稳定状态尚能维持相当长时间而不发生变化。若将冷变形金属加热，因原子活动能力增强，将会产生一系列组织与性能的变化。随着温度的升高，将依次产生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段，

回复回复加工硬化得到部分消除～加工硬化使金属晶体处于不稳定的应力状态，被扭曲的晶格中处于高位能的金属原子，力图恢复到平衡位置。当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的晶格扭曲的过程，可使内应力减少。再结晶再结晶加工硬化完全消失当继续提高加热温度时，金属内部原子活动能力进一步提高，以某些碎晶或杂质为核心，重新生核、长大，形成新的等轴晶粒，从而使金属的组织和性能恢复到变形前的状况。加工硬化现象完全消失，这个过程称为再结晶。

应用加工硬化：强化金属性能；使进一步变形困难，给生产带来麻烦。回复：冷拉钢丝卷制的弹簧进行低温退火，保持冷拉钢丝强度，消除冷卷弹簧时产生的内应力。再结晶：冷轧、拉拔、冲压过程中再结晶退火，消除加工硬化。加工硬化与再结晶的应用3.冷变形和热变形

冷变形：指金属在其再结晶温度以下进行塑性变形。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷镦、冷轧和冷拔，能获得较高的硬度及表面质量。热变形：指金属在其再结晶温度以上进行塑性变形。如锻造、热挤和轧制等，能消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变形抗力和良好的塑性。热变形的应用4.纤维组织和锻造流线纤维组织---晶粒锻造流线---杂质冷变形对金属组织的影响纤维组织在制订加工工艺时，应使流线分布合理，尽量使流线与工件工作时所受到的最大拉应力方向一致，与剪切或冲击应力方向相垂直。

在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高五、金属的塑性成型性能是金属材料在压力加工时成形的难易程度。可锻性1.塑性成型性能的衡量指标1）塑性：2）变形抗力：材料的塑性越好，其可锻性越好。是指压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力，材料的变形抗力越小，其可锻性越好。2.影响塑性成型性能的因素1）金属的本质①化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。②组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。2）变形条件①变形温度：③应力状态：②变形速度：塑性、变形抗力塑性变形抗力T温越高，材料的可锻性越好。V变越小，材料的可锻性越好。三向压应力—塑性最好、变形抗力最大。三向拉应力—塑性最差、变形抗力最大。4.3自由锻一、自由锻设备锻锤压力机空气锤蒸汽—空气锤水压机油压机65~750Kg630Kg~5T落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位=压力机吨位=1—踏杆2—砧座3—下砧4—上砧5—锤杆6—下旋伐7—上旋阀8—工作缸9—压缩缸10—减速装置11—电动机12—工作活塞13—压缩活塞14—连杆二、自由锻基本工序基本工序—完成锻件基本变形和成形的工序。镦粗拔长冲孔正挤压弯曲反挤压复合挤压自由锻的基本工序风动机曲轴自由锻实例第12章锻压第12章锻压三、自由锻件结构工艺性1.避免斜面和锥度三、自由锻件结构工艺性2.避免曲面相交三、自由锻件结构工艺性3.避免加强筋和凸台三、自由锻件结构工艺性4.采用组合工艺4.4模型锻造模型锻造—将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。特点：1）生产率高；

2）锻件的尺寸精度和表面质量高；3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。锤上模锻热模锻压力机上模锻平锻机上模锻摩擦压力机上模锻一、锤上模锻（一）锤上模锻设备蒸汽—空气模锻捶（二）锻模结构锻模模膛飞边槽—形成锻件基本形状和尺寸的空腔。—容纳多余的金属。（三）模膛的分类模膛模锻模膛制坯模膛终锻模膛预锻模膛延伸模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛锤上模锻二、胎模锻造利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。1.扣模2.筒模3.合模胎膜锻用模具齿轮坯的胎膜锻造应用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。先进的锻造工艺和加热方法4.5板料冲压利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得所需零件的工艺方法。冷冲压：t<8mm拖拉机：400多个。收割机：1000多个。一、冲压设备1.剪床：2.冲床：下料设备冲压设备二、冲压基本工序及变形特点（一）分离工序使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。（冲孔、落料、修正、剪切、切边等）1.冲裁（落料、冲孔）冲裁的变形过程①弹性变形阶段②塑性变形阶段③断裂、分离阶段塑性变形阶段弹性变形阶段断裂分离阶段使坯料沿封闭轮廓分离的工序。落料和冲孔2.修正利用修正模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉剪裂带和毛刺。提高其尺寸精度降低表面粗糙度。

IT9-IT7Ra=1.6-0.8цm（二）变形工序使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。（拉深、弯曲、翻边、成形等）1.拉深使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心体零件的冲压工序。拉深变形过程拉深拉深缺陷及防止措施2.弯曲将平直板料弯成一定的角度或圆弧的工序。1）弯曲的变形特点①变形区域主要在圆角部位；②外层金属受拉应力，内层金属受压应力。2）弯曲缺陷弯裂弯曲3.翻边、成形1）翻边在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。2）成形