金属压力加工--内有精选动图.ppt

金属压力加工,铸造件展示,铸造件展示,在可以铸造的前提下，为什么要压力加工？,优点：组织细化致密、力学性能提高；体积不变的材料转移成形，材料利用率高;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。,在可以铸造的前提下，为什么要压力加工？,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。,目录,3.0塑性变形基础3.1锻造3.2冲压3.3轧制和挤压,3.0塑性变形基础,一、弹性变形,3.0塑性变形基础,二、塑性变形,3.0塑性变形基础,二、塑性变形滑移和孪生,3.0塑性变形基础,二、塑性变形加工硬化,3.0塑性变形基础,二、塑性变形加工硬化原因,1、随变形量增加,位错密度增加，由于位错之间的交互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加.2.随变形量增加，亚结构细化，空位密度增加3.几何硬化：由晶粒转动引起,5%冷变形纯铝中的位错网,3.0塑性变形基础,二、塑性变形回复、再结晶软化,温度升高,3.0塑性变形基础,回复、再结晶软化,回复再结晶晶粒长大,3.0塑性变形基础,回复、再结晶软化,动态再结晶,3.0塑性变形基础,回复、再结晶软化,正常长大,异常长大,3.0塑性变形基础,二、塑性变形变形温度、速度升高变形温度：I、位错、孪晶运动能力加快，变形抗力减小II、再结晶晶粒长大速度加快，成品晶粒粗大加快变形速度：I、位错、孪晶的速度跟不上变形速度，所以变形抗力增加II、回复和再结晶的速度跟不上变形速度，容易开裂。,3.1锻造,3.1锻造,3.1锻造,一、自由锻,自由：金属的四周没有约束，可以自由变形。,3.1锻造,一、自由锻,自由锻优点,3.1锻造,一、自由锻,自由锻缺点,3.1锻造,一、自由锻自由锻遭的基本工艺过程,设计图纸下料加热锻造冷却及热处理锻件清理,3.1锻造,自由锻遭的基本工艺过程,设计图纸下料加热锻造冷却及热处理锻件清理,锻前加热目的加热金属，可以提高塑性，降低变形抗力，减小设备吨位，以利于金属的变形和获得良好的锻后组织。,3.1锻造,自由锻遭的基本工艺过程,设计图纸下料加热锻造冷却及热处理锻件清理,外部缺陷：氧化、脱碳、裂纹。内部缺陷：过热（晶粒粗大）、过烧（晶界烧毁）、裂纹。,定义：加热时，其表面和中心之间存在的温度差引起不均匀膨胀，这种由于温度不均而产生的内应力叫温度应力。（加热不能过快）,温度应力,定义：具有相变的钢在加热过程中，表层首先发生相变，心部后发生相变并且相变前后组织的比容发生变化，这样引起的内应力叫组织应力。（加热温度不能过高）,组织应力,产生裂纹的原因：,3.1锻造,自由锻遭的基本工艺过程,设计图纸下料加热锻造冷却及热处理锻件清理,始锻温度锻前允许加热的最高温度希望尽可能高一些，但以不产生过烧为限。为保险起见取得低于固相线温度150250。,3.1锻造,自由锻遭的基本工艺过程,设计图纸下料加热锻造冷却及热处理锻件清理,终锻温度终锻温度即是停止锻造的温度。确定原则：希望低一些好，但以不锻裂和能得到所要求的金相组织为前提。,3.1锻造,一、自由锻自由锻造的工序,基本工序指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，是主要变形工序。如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割、芯轴扩孔等。,减小坯料高度、增加横截面积。破碎合金工具钢中的块状第二相，并使其分布。,3.1锻造,旋转镦粗,3.1锻造,一、自由锻自由锻造的工序,基本工序指能够大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，是主要变形工序。如镦粗、拔长、冲孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转、切割、芯轴扩孔等。,长的镦粗，粗的拔长！就是这么任性！,3.1锻造,基本工序拔长,3.1锻造,基本工序冲孔,3.1锻造,基本工序弯曲,3.1锻造,错移是将毛坯的一部分与另一部分错开一定距离而保持轴心平行的锻造工序。制造曲轴时常采用这种方法。,3.1锻造,一、自由锻自由锻造的工序,辅助工序指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。如钢锭倒棱和缩颈倒棱、预压钳把、阶梯轴分段压痕等。,修整工序即后续工序。指用来精整锻件尺寸和形状使完全达到锻件图要求的工序。一般是在某一基本工序完成后进行。,3.1锻造,二、模锻,把加热好的坯料放在固定于模锻设备上的模具内进行锻造的方法称为模锻。,3.1锻造,二、模锻,优点：1生产率高；2锻件形状较复杂，尺寸精度较高；粗糙度也比自由锻低；3锻件的机械加工余量较小，材料利用率较高；4可使流线分布更为完整合理，从而进一步提高零件的使用寿命；5生产过程操作简便，劳动强度比自由锻小；6锻件达到一定批量后，其成本降低。,3.1锻造,二、模锻,缺点：1设备投资大；2生产准备周期，尤其是锻模制造周期都比较长。3模具成本高，且寿命较低；4工艺灵活性不如自由锻。,3.1锻造,二、模锻,3.1锻造,二、模锻模锻造生产的基本过程,3.1锻造,二、模锻模锻造生产的基本过程,3.1锻造,二、模锻设计锻模及模膛,制坯模膛：初步改变坯料的形状，合理分批坯料，使金属能较好的充满模膛。锻模：提高锻件品质、提高生产率、锻模和锻锤寿命,3.1锻造,三、胎模锻,在自由锻造设备上使用胎膜生产模锻件的工艺方法，用自由锻制坯，胎膜中成形。胎膜复杂度和制造难度都比模锻低很多。,3.1锻造,四、精密模锻,3.1锻造,四、精密模锻,超塑性的条件,稳定的等轴微细晶粒组织（通常0.55m）一定的温度区间（Ts=0.50.65Tm，Ts和Tm分别为超塑变形和材料熔点温度的绝对温度）一定的变形速度（应变速率在10-410-1/S之间）,3.1锻造,四、精密模锻,300,110-3/s，约20分钟完成,3.2冲压,3.2冲压,3.2冲压,3.2冲压,经济方面原材料省，且利用率高(一般可达70-90%)操作工艺方便生产效率高，便于机械化与自动化,3.2冲压,技术方面可以获得用其他加工工艺难以加工的各种形状复杂的零件与制品；尺寸精度较高，质量稳定，互换性良好（一模一样）；在材料消耗不大的情况下，可获得强度高、刚度大、重量轻的零件；,3.2冲压,分离工序：,冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限b，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有冲孔和落料等。,一、冲压的基本工序,3.2冲压,一、冲压的基本工序,成形工序：,冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限s，但未达到强度极限b，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。,3.2冲压,一、冲压的基本工序,成形工序,弯曲(bending)用弯曲模使材料产生塑性变形,从而弯成一定曲率一定角度的零件.它可以加工各种复杂的弯曲件。,3.2冲压,一、冲压的基本工序,成形工序,拉深(drawing)将平板形的坯料或工序件变为开口空心件,或把开口空心工序件进一步改变形状和尺寸成为开口空心件。,3.2冲压,一、冲压的基本工序,成形工序,成形利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。该工序用于形成加强筋，或进一步胀形。,3.2冲压,一、冲压的基本工序,成形工序,翻边(curling)将工序件边缘卷成接近封闭圆形。,3.2冲压,一、冲压的基本工序,成形工序,翻孔(burring)沿内孔周围将材料翻成竖边,其直径比原内孔大。,3.2冲压,冲压缺陷吕德斯带,低碳钢制品，能在试样表面观察到与纵轴呈约45的应变痕迹，称为吕德斯带。,吕德斯带对冲压制品的危害：制品表面粗糙，增加机加工工序，浪费原材料。,3.2冲压,冲压缺陷吕德斯带,产生吕德斯带的原因：变形不均匀究其本质：开启各位错需要的应力有巨大差异。,3.2冲压,冲压缺陷吕德斯带,应变时效理论（Cotrell气团解释）应变时效：将经过少量变形的试样放置一段时间，或经过200左右短时加热后再进行拉伸，则屈服点又出现，且屈服应力提高的现象。,a：预塑性变形b：去载后立即加载c：去载后放置一段时间或在200左右短时加热后再加载,3.2冲压,冲压缺陷吕德斯带,吕德斯带现象的消除利用应变时效理论解决这一问题。将薄板在冲压之前进行一道微量冷轧工序（12的压下量），或向钢中加入少量的Ti或Al，C，N等间隙原子形成化合物，以消除屈服点，随后再进行冷压成形，便可保证工件表面平滑光洁。,3.2冲压,冲压缺陷制耳,当用有织构的轧制板材来拉深成型零件时，将会因织构的各向异性造成板材各方向变形量不同，使拉深出来的工件边缘不齐，壁厚不均，这种现象称为“制耳”。,3.2冲压,冲压缺陷制耳,制耳现象的处理：1）严格控制轧制板材的压下量。在出现明显制耳现象之前停止变形。2）拉深前对轧制板材适当退火。降低织构带来的各向异性。3）对有制耳的产品进行机加工。,3.3轧制和挤压,一、轧制纵轧坯料轴线与轧辊轴线相互垂直。,辊锻轧制,3.3轧制和挤压,一、轧制纵轧坯料轴线与轧辊轴线相互垂直。,碾环轧制,3.3轧制和挤压,一、轧制纵轧,碾环轧制的特点,I、局部连续变形，变形区小，省力。,II、设备工装简单，费用低,III、适用形状复杂、冲压难以成形的零件。（薄壁收口容器、大型封头等）,3.3轧制和挤压,一、轧制横轧与楔横轧坯料轴线与轧辊轴线相互平行。,用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。,3.3轧制和挤压,一、轧制斜轧坯料轴线与轧辊轴线成一定角度。,3.3轧制和挤压,二、挤压,特点：I、三向压应力作用，可锻性好。,II、可以挤出形状复杂零件。,III、质量好,IV、纤维组织连续，力学性能好。,V、生产率高，材料利用率高。,3.3轧制和挤压,二、挤压,对放在容器中（挤压筒）的材料一端施加压力，使其通过模孔成型的加工方法。,3.3轧制和挤压,二、挤压,管材,3.3轧制和挤压,二、挤压,3.3轧制和挤压,二、挤压,特点：挤压过程中挤压筒与金属坯料间的摩擦力大，消耗能量多；金属变形不均匀；压余多，一般可达10%15%；挤压时更换模具简单、迅速，所需的辅助时间少；制品的表面质量好。,3.3轧制和挤压,二、挤压正挤压：金属的流动方向与挤压杆（挤压轴）的运动方向相同。,3.3轧制和挤压,二、挤压反挤压：金属的流动方向与挤压杆（或模子轴）的相对运动方向相反,反向挤压的特点：变形比较均匀；挤压力比正向挤压可降低30%40%，成品率及生产率高。主要缺点是制品表面质量不如正向挤压。,3.3轧制和挤压,二、挤压,正挤压,反挤压,3.3轧制和挤压,二、挤压反挤压,与正向挤压不同，反向挤压时，除位于死区处的金属与挤压筒有相对滑动外，其他部分的金属与挤压筒壁并不发生相对滑动。因此摩擦力对反向挤压的影响小，所以反向挤压所需的挤压力低。,受力情况,3.3轧制和挤压,二、挤压反挤压,反向挤压时塑性变形区仅集中在模口附近处，由于变形区小，金属沿长度方向上的变形是均匀，因此挤压缩孔和压余少，反挤压制品的力学性能较均匀。,3.3轧制和挤压,二、挤压反挤压,前死区体积较小且比较容易参与流动，使得坯料表面层容易流入制品的表皮之下，容易形成起皮、起泡等缺陷，严重影响制品的表面质量。,正挤压,反挤压,3.3轧制和挤压,二、挤压复合挤压：,概念：挤压筒中的金属在挤压杆作用下沿挤压杆运动方向及其反方向被同时挤出，这种挤压方法称为正反联合挤压法。技术特点：挤压时单位压力峰值明显下降，因而在冷挤压工艺尤其是在薄壁和形状复杂的零件生产中运用较多。,3.3轧制和挤压,二、挤压径向挤压：,侧向挤压的特点是：挤压模与锭坯轴线成90角，金属流动的形式将使制品纵向力学性能差异最小；变形程度较大，挤压比可达100，制品强度高；要求模具和工具具有高的强度及刚度。用于生产复合导线,3.3轧制和挤压,二、挤压,挤压制品的表面裂纹,3.3轧制和挤压,二、挤压,产生原因：裂纹的产生是由于制品表面层的附加拉应力超过了表面金属的强度所造成。其产生与以下因素有关：（1）锭坯加热温度过高；（2）锭坯沿长度方向温度不均，由低突然变高；（3）挤压速度过快；（4）更换合金时，未及时调整挤压速度；,3.3轧制和挤压,三、拉拔,挤压时金属应力状态,拉拔时金属应力状态,主应力中压应力的数目越多，金属的可锻性越