《固态成形技术》PPT课件.ppt

材料科学与工程系 Department of Materials Science 要有外力作用于固态金属材料上。 金属固态成形受到内外两方面因素的制约。 1. 内在因素即金属本身能否进行固态变形和可形变的 能力大小。 2. 外在因素即需要多大的外力。另外，外界条件（如 温度等）对内外因素有相当大的影响，且成形过程 中两因素相互影响。 材料科学与工程系 Department of Materials Science 生产率高，易机械化、自动化等。 可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。 缺点： 不能加工脆性材料； 难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品； 设备、模具投资费用大。 金属固态塑性成形优缺点 材料科学与工程系 Department of Materials Science 钢的合金元素含量越高，塑性成形性能越差. 金属组织单相固溶体的塑性成形性优于多相组 织，常温下，均匀细晶的塑性成形性优于粗晶组织，钢 中存在网状二次渗碳体时塑性成形性下降。 3.2 金属塑性成形过程的理论基础 材料科学与工程系 Department of Materials Science R=3t; rd3t; r0.15H 3.4.4 板料冲压结构技术特征 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 142142 结构件应尽量简化成形过程和节约材料 在使用功能不变的情况下，应尽量简化结构，以减 少工序，节省材料，降低成本。 如消声器后盖零件，原结构设计须由8道工序完成；改 进后只需3道工序且材料节省50%。 3.4.4 板料冲压结构技术特征 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 143143 采用冲口，以减少一些组合件 如图原设计用三个件铆接或焊接组合而成，现采用 冲口（切口弯曲）制成整体零件，节省了材料，也简 化了成形过程，提高了生产率。 3.4.4 板料冲压结构技术特征 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 144144 采用冲焊结构。 对于某些形状复杂或特别的冲压件，可设计成若干 个简单的冲压件，然后再焊接或用其他连接方法形成整 体件。 3.4.4 板料冲压结构技术特征 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 145145 冲压件的厚度 在强度、刚度允许的情况下，应尽量采用 厚度较薄的材料来制作，以减少金属的消耗、 减轻结构质量。 对局部刚度不够的地方，可采用加强筋。 3.4.4 板料冲压结构技术特征 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 146146 3.5 其他塑性成形简介 3.5.1挤压成形 金属坯料受三向压应力作用，产生塑性变形，从模 具空口挤出或充满型腔成形，获得制品。 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 147147 1）零件的挤压方式 3.5.1 挤压成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 148148 2）挤压特点 挤压分为冷挤压、温挤压和热挤压 1）冷挤压 室温下的挤压，其特点： 三向压应力使材料的晶粒组织更加致密、充分提高金属塑 性，使挤压件强度、硬度及耐疲劳性能显著提高、可加工难 锻金属。 可生产管、棒等型材，也可生产断面复杂或具有深孔、薄 壁及变断面零件。 3.5.1 挤压成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 149149 制品精度较高，尺寸精度可达IT7IT6、表面粗糙 度Ra=1.6 - 0.2，实现少无切屑加工。 材料利用率、生产率高；生产方便灵活，易实现生 产自动化。 冷挤压变形力大，限制了冷挤压件的尺寸和质量； 冷挤压模具材质要求高，坯料常进行软化、去氧化皮 和特殊润滑处理。 3.5.1 挤压成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 150150 2）温挤压 坯料温度高于室温，低于再结晶温度的挤压。 其特点： 坯料可不进行预先软化处理、润滑处理和中间退火等。 与冷挤压相比，降低了变形抗力，增加每个工序的变形 程度，提高了模具的使用寿命。 温挤压零件的精度和力学性能低于冷挤压零件。 对于一些冷挤压难以塑性成形的材料，均可采用温挤压 。 3.5.1 挤压成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 151151 微型电机外壳的材料为不锈钢，坯料尺寸为25.8X14mm，若采 用冷挤压则需要多次挤压才能成形，生产率低，但若将坯料加 热到260，采用温挤压，则只需要两次挤压即可成形。 微型电机外壳温挤压过程 （a）坯料 （b）复合挤压 （c）正挤压 3.5.1 挤压成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 152152 3）热挤压 再结晶温度以上，与锻造温度相同。其特点： 变形抗力小、塑性好。 由于加热温度高，氧化脱碳及热胀冷缩等问题会大 大降低产品的尺寸精度和表面品质。 一般用于高强（硬）度金属材料的毛坯成形，如： 高碳钢、高强度结构钢、高速钢、耐热钢等。 3.5.1 挤压成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 153153 3.5.2 辊轧成形 常见辊轧有：辊锻、横轧、斜轧等。 辊锻：使坯料通过装有圆弧形模块的一对相对 旋转的轧辊时，受压而变形的生产方法。 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 154154 它与轧制不同的是这对模块可装拆更换，以便生产不 同形状的毛坯或零件。 辊锻不仅可作为模锻前的制坯工序，还可直接辊锻出制品， 如各种扳手、钢丝钳、镰刀、锄头、犁铧、麻花钻、连杆、 叶片、刺刀、铁道道岔等。 3.5.2 辊轧成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 155155 辊环轧制（扩孔） 辊环轧制是用来扩大坯料的外径和内径，以得到各种 环状毛坯或零件的轧制过程，用它代替锻造方法生产环形 锻件，可节省金属15%左右。 生产出来的环类件，其横截面可以是多种形状的，如火 车轮箍、大型轴承圈、齿圈、法兰等。 辊环轧制示意图 1驱动辊 2毛坯 3从 动轮 4导向辊 5信号辊 3.5.2 辊轧成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 156156 横轧 轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法。 1）齿轮齿形轧制 将带齿形的轧轮做径向进给，迫使轧轮 与坯料对辗，在对辗过程中，坯料上一部分金属受压形成 齿谷，相邻部分的金属被轧轮齿部“反挤”而形成齿顶。直 齿和斜齿均可用热轧成型。 3.5.2 辊轧成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 157157 2）螺旋斜轧：带螺旋槽的轧辊轴线相互交叉，同向旋转， 轧坯作螺旋运动（绕自身轴反转，并轴向向前），同时受压 塑性变形，获得制品。 3.5.2 辊轧成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 158158 3）横楔轧：横楔轧是用两个外表面镶有楔形凸块，并 作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧 制成形的方法。 3.5.2 辊轧成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 159159 楔横轧的变形过程 主要是靠轧辊上的楔形凸 块压延坯料，使坯料径向 尺寸减小，长度尺寸增加 。它具有产品精度和品质 较好，生产效率高，节省 材料，模具寿命高，易于 实现机械化和自动化等特 点。 但楔横轧限于制造阶梯类 等回转体毛坯或零件。 3.5.2 辊轧成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 160160 3.5.3 超塑性成形 指金属或合金在低变形速率、一定变形温度和均 匀细晶粒度条件下，伸长率超过100%的塑性变形。 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 161161 特点 超塑性状态下的金属在拉伸变形过程中不产生缩颈 现象，变形应力可比常态下金属的变形应力降低几倍 至几十倍。 可获得形状复杂、薄壁的工件，且工件尺寸精确。 超塑性成形后的工件，具有较均匀而细小的晶粒组 织，力学性能均匀一致；具有较高的抗应力腐蚀性能 ；工件内不存在残余应力。 3.5.3 超塑性成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 162162 在超塑性状态下，金属材料的变形抗力小，可 充分发挥中、小型设备的作用。 超塑性成形前或过程中需对材料进行超塑性处 理，还要在超塑性成形过程中保持较高的温度。 3.5.3 超塑性成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 163163 超塑性成形的应用 板料深冲： 如图（a）所示，零件直径小但很长， 若用普通拉深，则需多次拉深及中间退火，若用锌 铝合金等超塑性材料则可一次拉深成形，且产品品 质好，性能无方向性。 3.5.3 超塑性成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 164164 超塑性挤压 超塑性挤压主要用于锌铝合金 、铝基合金及铜基合金。 超塑性模锻 超塑性模锻主要用于镍基高温 合金及钛合金。 3.5.3 超塑性成形 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 165165 摆动辗压，是用一具有一定图形母线 的上模，上模中线与摆辗机主轴中心 线相交成角（摆角）。 当主轴旋转时，上模又绕主轴作轨迹 运动，滑块在油缸作用下上升对坯料 施压，上模母线在坯料表面连续不断 地滚压，使坯料表面由连续的局部塑 性变形而达到整体变形，从而得到所 需形状和尺寸的零件或制品。 3.5.4 摆辗 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 166166 拉拔拉拔定义：定义： 在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产生 塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的 加工方法，称之为拉拔（或称为拉伸）。是生产管 材、棒材、型材及线材的主要方法之一。 3.5.5 拉拔 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 167167 拉拔成形原理示意图拉拔成形原理示意图 材料科学与工程系 Department of Materials Science & Engineering Page Page 168168 2. 2. 拉拔方法