机械制造基础3-1(本科)

第三篇金属的塑性加工,概述,压力机加工-俗称“打铁”历史：商代铁韧铜钺，合金钢锻制的宝剑压力加工的生产能力、产品的重量和质量指标，能反映一个国家的工业制造水平。,2,金属塑性加工：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为金属塑性成型或压力加工。对象：各类钢和大多数有色金属及其合金,压力加工的实质及材料,3,基本生产方式,4,5,金属塑性变形的实质,塑性变形对金属组织和性能的影响,金属的可锻性,第一章金属的塑性变形,6,1-1金属塑性变形的实质,金属变形,弹性变形,塑性变形,单晶体的塑性变形,多晶体的塑性变形,7,一、单晶体的塑性变形,1）滑移,单晶体在切应力作用下，晶体会发生弹性变形，当切应力超过某一临界值时，晶体的一部分相对另一部分沿一定的晶面发生相对滑动,塑性变形的实质：晶体内部产生滑移的结果。,8,金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移变形，其中位错是引起滑移变形的主要原因。,晶体内部存在三种缺陷：点、线、面。位错：晶体内部的线缺陷,位错移动：高位能的位错处原子，在比理论值小的切应力下滑移。从一个位置滑移到另一个位置。,实测滑移力合金,组织状态,C：C%，HB,变形抗力锻造性能,晶粒大小影响锻造性能（粗晶16-20m/s）,水压机0.1-0.3m/s，锻锤7-8m/s,25,应力状态,三向压应力塑性最好、变形抗力最小。,三向拉应力塑性最差、变形抗力最大。,压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，拉应力促使晶间变形，加速晶界破坏，裂纹扩展,26,应力性质、大小和方向影响锻造性能,压应力，数值，锻造性能，反之锻造性能,2.1自由锻,自由锻是利用冲击力或静压力使金属在上、下砧之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。金属沿变形方向自由流动，不受限制。,27,分类,手工锻造（小型锻件）,机械锻造（中、大型锻件）,设备,小型：空气锤（冲击力）,大、中型,空气-蒸汽自由锻锤（冲击力）,水压机（静压力）,分类,锤上模锻,蒸汽-空气锤。合模准确。吨位：110t，可锻150kg以下锻件。,由上、下两个模块组成，有模膛。,单模膛锻模、多模膛锻模,28,2.1自由锻,29,自由锻特点,设备及工具简单，实用性强，灵活；设备所需功率；锻件的精度低（最大偏差70-80mm）；生产率低，劳动强度大；,应用,单件、小批量生产，生产大型锻件和特大型锻件唯一成型的方法。,自由锻工序,辅助工序：压钳口、倒棱、压肩,基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移,精整工序：校直、精压,2.2自由锻工艺制定,30,锻件分类及基本工序方案,31,1.余块（敷料）,32,为了简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属。,绘制锻件图（加工余量、余块、公差）选择锻造工序确定坯料质量和尺寸,2.锻件余量,33,成形时为了保证机械加工最终获得所需尺寸而允许保留的多余金属。,3.锻件公差,34,锻件名义尺寸的允许变动量。,确定坯料质量和尺寸,确定坯料质量G坯,烧损：（第一次）G=（G锻+孔芯+切头）2%3%。（其余)1.5%2%。,35,确定坯料尺寸,锻件坯料尺寸计算在确定坯料尺寸时主要考虑锻造比的取值，一般锻造比不小于2.5-3。Y锻（锻造比）F坯/F锻（拔前、后横截面积）钢锭：取Y锻2.53.0型钢：取Y锻1.31.5确定坯料长度L坯坯料体积V坯=G坯/坯料密度确定坯料横截面积F坯F坯=Y锻*F锻坯料长度L坯=V坯/F坯,36,使加热后的金属在模膛内受压变形以获得所需锻件的方法。（受阻变形）,锤上模锻其他设备上模锻：曲柄压力机上模锻、摩擦螺旋压力机上模锻胎膜锻,实质,金属在模膛内成形，变形阻力大，变形不均匀,变形抗力，T终晶粒粗大外力锻制中、小件,组织不均匀残余应力,2.2模锻,37,模锻特点,典型模锻件,生产率高；,材料利用率高；,可锻造形状较复杂的零件；,锻件重量小。,锻件的尺寸精度和表面质量高；,模具成本高、设备昂贵；,应用,成批，大批量，中小型锻件,38,曲柄压力机上模锻,压力机上模锻,39,压力机上模锻,摩擦压力机上模锻,40,锤上模锻,锻模结构,模膛,模锻模膛,终锻模膛,预锻模膛,模膛,41,制坯模膛,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,（1）制坯模膛,功用：对于形状复杂的模锻件，使金属能很好地分布和充满模锻模膛，预先在制坯模膛中制形状基本接近模锻件形状坯件。,1）拔长模膛：坯料某部分的截面积,而其长度。兼有去除氧化皮的作用。（长轴类锻件）,2)滚压模膛,坯料长度不变，使坯料一部分截面，局部截面。（变截面长轴类锻件的制坯）要不断翻转坯料。,42,3）弯曲模膛,垂直力使坯料弯曲。,4）切断模膛,上模、下模的角部组成的一对刀口，切割金属。,43,2）终锻模膛：,使坯料最后变形到所需的形状、尺寸,终锻模膛有飞边槽，斜度、圆角小。,容纳多余金属，增加金属流出阻力填满模膛，垫片上下模不被撞击。,（2）模锻模膛,44,1）预锻：,功用：使坯料接近锻件的形状、尺寸，终锻变形量，保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹的优质锻件。,特点：没有飞边槽，模锻斜度和圆角半径较大。,预段模膛设计注意：1、应使预锻后的锻坯在终锻时以镦粗方式成形。宽度比终锻减小0.5-1mm，高度增加2-5mm。2.圆角半径比终锻大2-5mm。,2.3锻造工艺规程的制订,1.分模面分模面：上、下模或凸、凹分界面选分模面原则：1)便于取出锻件锻件最大尺寸截面处。2)便于发现错模上、下两模腔轮廓一致。3)便于金属充型分模面在模腔浅而宽位置。4)尽量减少余块沿径向分布。5)尽量分型面为平面,45,2.模锻斜度模锻件上平行锤击方向的表面必须有斜度（5-15），以便取出锻件。(标准度数5，7，10，12)模锻斜度与模镗深度和宽度有关（h/b,斜度）。内侧斜度比外侧稍大些。3.模锻圆角半径所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。锻件内圆角R，锻件外圆角r（1.5-12mm）。R比r大2-3倍，hR4.冲孔连皮厚度（盲孔）孔径大于25mm,该孔应锻出；孔径为2580mm时,冲孔连皮厚度取48mm。,46,一、自由锻件结构设计注意的问题,1、避免锥体或斜面结构,不合理,合理,2-5锻件结构工艺性,原则：锻造方便、节约金属、提高生产率。,总要求：形状尽量简单。,47,自由锻件结构设计注意的问题,2、避免曲面相交形成空间曲线,不合理,合理,第二章锻造,48,自由锻件结构设计注意的问题,3、避免加强筋、凸台、工字形截面。,不合理,合理,第二章锻造,49,自由锻件结构设计注意的问题,4、采用组合工艺：避免锻打横截面有急剧变化或形状复杂的锻件。,不合理,合理,不合理,合理,第二章锻造,50,二、模锻件结构设计注意的问题,1、确定合理分模面（保证锻件容易取出，且使余块最少，锻模易制造。）,第二章锻造,2、设计模锻斜度、模锻圆角,3、零件外形力求简单、平直和对称（避免截面相差过大，及薄壁、高筋、直径过大的凸缘。）,51,模锻件结构设计注意的问题,第二章锻造,模锻件的小截面直径与大截面直径之比不小于0.5.,薄壁,高而薄的凸缘,52,模锻件结构设计注意的问题,4、避免有深孔或多孔结构,第二章锻造,53,模锻件结构设计注意的问题,5、模锻件整体结构应力求简单，复杂的采用锻-焊组合工艺。,第二章锻造,54,冲压基本工序