《塑性成形工艺基础》PPT课件.ppt

第二章 金属的塑性成形 第一节 金属塑性成形的工艺基础 第二节 金属热锻成形工艺 第三节 板料冲压成形工艺 第四节 特种塑性成形技术简介 1 第 页 第一节 金属塑性成形的工艺基础 一、金属塑性成形概述 二、金属的塑性成形性能及影响因素 2 第 页 利用金属的塑性，用工具对金属材料所进行的加 工工艺的总称。目的: 在外力的作用下改变材料的形 状和尺寸而不产生切屑，使成为半成品或成品。 一、金属塑性成形概述 1.塑性成形工艺方法及分类 3 第 页 二次塑性加工 板料成形体积成形 冷冲压或板料冲压 锻造挤压 冲压基本工序有：分离工序和成形工序 热成形、温成形、冷成形 4 第 页 用轧辊来轧压金属材料。轧辊上开有一定形状和 尺寸的轧槽，材料通过两轧辊之间的轧槽，就形成各 种形状和尺寸的横剖面，如各种型式的钢材（圆钢、 工字钢、槽钢等） 1）轧制（rolling） 坯料 轧辊 录像1录像2示例1示例2 钢管轧制.swf 5 第 页 2）挤压（extruding） 使金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而成形的方法。 挤压筒挤压模 凸模 坯料 挤压筒挤压模 凸模坯料 正挤压 反挤压 6 第 页 3)拉拔（drawing) 将较大剖面的金属材料强行拉过拉拔模（它中间有 一尺寸较材料稍小的模孔，一端为喇叭口），以获得所 要求的剖面形状和尺寸的方法。通常在室温下进行。经 过拉拔可得到尺寸精确、表面光洁并具有较好机械性能 的线材、型材、管材等。 拉拔模 坯料 7 第 页 4)自由锻造（free forging) 使金属坯料在锻锤或压力机的上下抵铁（上砧、 下砧）间受冲击力或压力而变形的方法。 坯料 下砧 上砧 自由锻造录像 8 第 页 5)模锻（die forging) 利用装在锻造机器上的锻模，在锤的打击或压力 机的压力下，使金属在一定形状和尺寸的模膛内变形 的方法。 坯料 下模 上模 曲轴锻模 9 第 页 6)冲压（pressing) 凹模 凸模 坯料 使金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的方 法。 10 第 页 1)用压力加工方式制造的产品，具有较高的机械性能 例 抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）延伸率（%） ZG45 580 320 12 轧制45 610 360 16 提高百分率 5% 12% 30% 2. 塑性成形工艺的特点： 11 第 页 塑性成形工艺特点 （2）材料利用率高； 仅依靠形状变化和体积转移来实现。 （3）生产效率高； 生产自动化、机械化 （4）尺寸精度高。 少、无切削加工，向近净成形发展 12 第 页 产品的形状（特别是内腔）不能太复杂。 凡承受重载的机器零件，如机器的主轴、重要 齿轮、连杆、炮管和枪管等，通常需采用锻件作毛 坯，再经切削加工而制成。 一般用于受力较大的重要零件。用途： 实例1实例2实例3实例4实例5 塑性成形工艺不足 13 第 页 二、金属的塑性成形性能及影响因素 1.金属的塑性及变形规律 塑性：金属材料在外力作用下，发生永久变形而不 开裂的能力。 不同材料塑性不同，而同一材料变形条件不同塑性 也不相同。 14 第 页 金属塑性成形的基本规律 （1）最小阻力定律： 即如果物体在变形过程中某质点有向各种方向移动 的可能性时，则物体各质点将向阻力最小的方向移 动。 故宏观上变形阻力最小的方向上变形量大。 依据该定律： 镦粗矩形截面坯料，最终会成为圆形截面。图例 15 第 页 （2）体积不变规律 由于塑性变形时金属密度变化很小，所以可 以认为变形前后的体积相等 实际上在变形中有微小变化。气孔、缩松被压 合；氧化及耗损等。 运用此定律，便于估算坯料体积、质量及坯料 在各工序中的尺寸； 16 第 页 2. 塑性变形对金属组织和性能的影响 （1）变形程度的影响 随着变形程度的增加，可以消除铸态粗大树枝晶组 织，获得均匀细小的等轴晶组织； 破碎并分散碳化物和非金属夹杂物的分布； 锻合内部孔隙和缩松 强度和抗疲劳性能得以提高，特别是塑性、韧性提 高较大。 17 第 页 变形程度的表示方法 锻造比：拔长时，S前/S后； 镦粗时：H前/H后 相对弯曲半径 拉深系数 翻边系数 18 第 页 （2)纤维组织的影响 在塑性变形过程中，晶粒和晶间杂质都沿着变 形最大方向伸长；再结晶后，晶粒恢复成等轴晶，而 杂质仍然保持线状分布。此即纤维组织。 特点：性能出现方向性 顺纤维方向，强度、塑性、韧性较高； 垂直纤维方向，强度、塑性、韧性较低，但抗剪 切能力强。 图例 图例 图例 动画 19 第 页 锻造流线的化学稳定性很高，用热处理或其 它方法都不能消除，只能通过重新锻压才能改变 其流线方向和分布状况。 20 第 页 如何纤维组织的利用 轴类：最大拉应力方向与纤维方向一致，最大剪 应力方向与纤维组织垂直。 容易疲劳剥损的零件：工作表面避免纤维露头， 使纤维的分布与零件的外形轮廓相符合。 受力复杂件：不希望明显的纤维组织，减少各向 异性。 21 第 页 1）在冷变形（在再结晶温度以下的变形）条件下： 组织：加工硬化组织（晶粒沿变形最大的方向伸长； 晶格歪扭；产生碎晶） （3）冷变形与热变形的影响 22 第 页 性能： 随变形程度增加，强度、硬度提高，塑性、韧 性下降。（此现象称为加工硬化） 23 第 页 2）在热变形（在再结晶温度以上的变形）条件下 ： 组织：再结晶组织（均匀、细小的晶粒） 性能：具有较高的综合机械性能。 24 第 页 (1)金属的本质 1） 化学成分 如纯铜和纯铁 2） 组织 如钢中 A与Fe3C AA+L A+Fe3CII A+F A E P+Fe3CIIP+F 问题： 在室温下受力时，含碳量 0.1的钢与含碳量1.0的钢相 比，哪个容易产生塑性变形？为 什么？ 3.影响金属塑性变形的因素 25 第 页 (2)加工条件 1） 变形温度 变形温度提高，可锻性提高 原因：温度提高，原子动能提 高，有利于滑移变形； 温度提高，有可能改变金 属组织，如钢，1000 单一 A 组织； 温度 C b 400 AA+L A+Fe3CII A+F A E P+Fe3CIIP+F 26 第 页 锻造温度范围 始锻温度和终锻温度间的温度范围 始锻温度过高，容易产生氧化、脱碳、过热、 过烧等缺陷 过热：晶粒过分粗大 过烧：晶界氧化或熔化 (自由锻造录像) 27 第 页 碳钢的锻造温度范围： 始： AE线下200； 终： 800 28 第 页 2） 变形速度 在一定的变形速度以下，可锻性下降； 当超过某一变形速度时，可锻性提高； 变形速度 变形抗力 塑 性 原因：变形 加工硬化 热能 再结晶 变形速度提高，热能增加 ，再结晶作用增强 问题： 金属在热变形过程中，是否存在加工硬化现象？ 29 第 页 3）应力状态 压应力数目多，塑性好，有利于成形，但变形抗 力提高。 示例 30 第 页 b) 拉拔时，压应力数目少，材料容易拉裂，但 需要的动力小与挤压 a) 挤压时，压应力数目多，因此材料不容易破 裂，但需要很大的挤压力。 返 回 31 第 页 （3）其他因素 摩擦条件 摩擦力越大，变形不均匀程度越严重，所引起的 附加应力也越大，从而导致变形抗力增加，塑性 降低。 采取润滑剂。 模具结构 合理设计模具，如圆角 减小金属成形时的流动阻力，避免割断纤维和出 现折叠。 32 第 页 综上所述，金属的塑性成形性能取决于 内在因素：化学成分，金属组织 外在因素：加工条件（变形温度、变形速度、 应力状态） 其他因素（摩擦条件、模具结构） 33 第 页 34 第 页 返 回 35 第 页 返 回 锻造曲轴的纤维组织 36 第 页 a) 用圆钢棒料直接切制； b) 用板料（钢板）直接切制； c) 用棒料锻造镦粗后切制； d) 轧制成形后再切削； 返 回 37 第 页 纤维组织的形成.swf 38 第 页 39 第 页 返 回 轧制AVI 40 第 页 返 回 轧制AVI 41 第 页 带钢 返 回 42 第 页 图3