金属材料第8章-压力加工

第8章压力加工,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。锻造是利用固态金属的塑性变形能力来实现成形加工的。,第8章压力加工,第8章压力加工,1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。,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,第8章压力加工,5、缺点,1）不能获得外形和内腔形状复杂的工件；2）只能加工塑性材料。,8.1压力加工理论基础,8.1.1金属的塑性变形与再结晶,第8章压力加工,1.金属塑性变形的实质金属在外力作用下产生变形。其变形过程包括弹性变形阶段和弹塑性变形阶段。只有在弹塑性变形阶段的塑性变形部分才能用于成形加工。,1.金属塑性变形的实质,单晶体：由一个晶核生长而成的晶体。一块单晶体材料受外力作用产生变形，包括：弹性变形、滑移变形、孪生变形（在切应力作用下，晶体的一部分沿孪生面相对于另一部分发生转动。以孪生面为界面形成像对称）。,8.1压力加工理论基础,滑移带和滑移线,滑移带,滑移线,另一种塑性变形方式孪生,1.金属塑性变形的实质,实际使用的金属材料几乎都是多晶体。晶粒内部晶界附近原子排列比较紊乱，且有杂质集中，当滑移发展到晶粒边界时，受到阻碍，其塑性变形抗力要比同种金属的单晶体高得多。晶粒越细，晶界相对越多，变形抗力也越大。,8.1压力加工理论基础,2.塑性变形对金属组织和性能的影响,8.1压力加工理论基础,热变形及其影响,1）不产生加工硬化,2）使组织得到改善，提高了力学性能,细化晶粒；,压合了铸造缺陷；,3）形成纤维组织,（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高,（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高,2.塑性变形对金属组织和性能的影响,)性能变化(）加工硬化：随金属冷变形程度的增加，金属材料的所有强度、硬度指标都有所提高，塑性、韧性的指标有所下降的现象。加工硬化使金属锻造性能恶化。,加工硬化（变形温度2.53轧材作坯料：Y拔长=F0/F1.31.5,8.2常用锻压方法,3、自由锻造工艺规程的制订,（）锻造工序的选择锻件由几种基本工序及其他工序的不同组合完成。选择原则：根据锻件的形状和尺寸、生产批量、各工序变形特点及其相互关系、车间设备和技术条件等因素选择。,8.2常用锻压方法,3、自由锻造工艺规程的制订,8.2常用锻压方法,（）选择锻造设备根据锻件的种类、质量和锻造基本工序、设备的锻造能力，并结合工厂现有设备条件选择。,3、自由锻造工艺规程的制订,8.2常用锻压方法,4、自由锻锻件的结构工艺性,在满足使用性能要求的前提下，锻造成形的可能性和经济性，即锻造成形的难易程度。设计原则：锻件的结构需在满足使用性能的前提下形状简单。,8.2常用锻压方法,8.2常用锻压方法,模型锻造:在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形的锻造方法。,特点生产率较高锻件尺寸精确，加工余量小可锻出形状复杂锻件材料利用率高,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,图12-1锤上锻模,模锻设备：模锻锤、模锻压力机,模锻分类:1.锤上模锻2.压力机上模锻,用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、曲柄压力机、平锻压力机、模锻水压机等。,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,典型模锻件,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,模锻,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,一、锤上模锻,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锤上模锻,锻模结构,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锤上模锻,锻模结构,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锤上模锻,锻模结构,模膛,模锻模膛,制坯模膛,拔长模膛,终锻模膛,预锻模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锤上模锻,锻模结构,终锻模膛,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锤上模锻,锻模结构,预锻模膛,预锻模膛与终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锤上模锻,锻模结构,拔长模膛,开式闭式,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锤上模锻,锻模结构,滚压模膛,开式闭式,8.2常用锻压方法,8.2.2模锻,锻模结构,弯曲模膛,锤上模锻,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,锤上模锻,锻模结构,切断模膛,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,1.分模面,要保证模锻件能从模膛中取出,上下两模沿分模面的模膛轮廓一致,分模面能使模膛深度最浅,分模面应使零件上所加的敷料最少,x,x,x,分模面为平面，使上下锻模的模膛深度一致,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,2.余量、公差、敷料、冲孔连皮余量：14mm公差：冲孔连皮：d25mm,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,3.模锻斜度,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,4.模锻圆角半径,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,例,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,例,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,分模面,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,例,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,余量,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,例,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,模锻斜度,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,例,锤上模锻,模锻工艺规程,制定模锻件图,圆角,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,模锻工艺规程,确定模锻工步,长轴类模锻件,拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等,锤上模锻,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,盘类锻件,镦粗、预锻、终锻,模锻工艺规程,确定模锻工步,锤上模锻,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,锤上模锻,模锻工艺规程,修整工序,切边和冲孔,热处理,校正,清理,精压,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,锤上模锻,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,压力上模锻,（一）摩擦压力机上模锻,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,压力上模锻,摩擦压力机上模锻,特点：行程不固定滑块速度较慢，适用于塑性稍差的合金材料设备有顶料装置，可采用组合模具偏心承载能力差，适用于单膛模锻,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,压力上模锻,（二）曲柄压力机上模锻,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,压力上模锻,（二）曲柄压力机上模锻,特点：滑块行程固定采用组合模有导向、顶杆装置可以一次成形适用于大批量生产,8.2.2模锻,8.2常用锻压方法,5、平锻机上模锻,特点：1）坯料多为棒料和管材，可锻长杆类锻件，并能锻出孔；2）锻模有两个分模面，可锻出侧面带有凸台和凹槽的锻件。锻件无飞边，精度高；3）高效率、高质量、便于实现机械化和自动化；但平锻机造价高，投资大，用于大批量生产。,8.2常用锻压方法,3、模锻件结构工艺性,1.易于从锻模中取出锻件；,2.零件的外形应力求简单、对称、平直；,3.避免薄壁、高筋、凸起等结构；,4.避免设计深孔、多孔结构；,5.采用锻焊组合工艺。,8.2常用锻压方法,、胎膜锻造,在自由锻设备上使用胎膜进行锻造的方法。,8.2常用锻压方法,8.2.3胎膜锻造,8.2常用锻压方法,8.2.3胎膜锻造,优点：（）对工人技术要求不高，操作简便，生产率高。（）锻件形状准确，尺寸精度高，用料少，加工余量小。（）锻件内部组织致密，纤维分布利于力学性能的要求。,8.2常用锻压方法,8.2.3胎膜锻造,特点（）不需用昂贵的设备，可扩大自由锻的范围。（）操作灵活，可局部成形。（）胎模结构简单，制造容易。（）胎模锻尺寸精度不高，工人劳动强度大，胎模容易损坏，生产率不高。用于中、小批量的小型锻件生产。,8.2常用锻压方法,8.2.4锻造方法的选择,选择原则：在满足使用性能和质量的前提下，选用生产成本低，生产效率高的方案。,8.2常用锻压方法,8.2常用锻压方法,8.3板料冲压,利用装在冲压机床上的冲模，对金属板料施加压力，使其分离或变形而获得零件的加工方法。,冷冲压：t2t。,带孔件的弯曲：,8.3板料冲压,3）对拉深件的要求,弯曲件的形状应力求简单、对称，并不宜太高；,拉深件的圆角半径应满足：rdt、R2t；,2.改进结构可简化工艺及节省材料,1）采用冲焊结构,8.3板料冲压,t,t,2）采用冲口工艺,3）尽量简化冲压件的结构,8.3板料冲压,8.4金属的加热与锻件的冷却,一、金属的加热（一）锻造温度范围锻件由始锻温度（金属材料锻造时所允许的最高温度）到终锻温度（金属材料必须停止锻造的温度）的间隔。,8.4金属的加热与锻件的冷却,（二）加热设备,反射炉采用固体燃料燃烧产生火焰来加热坯料的炉。,8.4金属的加热与锻件的冷却,特点：炉膛面积大，温度均匀，加热量好，生产率高，适应于中、小批量生产。,（二）加热设备,电阻炉利用电流通过电热元件产生的电阻热间接加热毛坯的炉子。分类：中温电炉（Tmax=950)；高温电炉(Tmax=1350)。用于加热高温合金金属及高合金的小型锻件。特点：结构简单，炉温及炉内气氛容易控制，氧化较小，电能消耗大，成本较高。,8.4金属的加热与锻件的冷却,二锻件的冷却方法,选择原则：为使锻件各部分冷却收缩均匀，防止表面硬化、变形和裂纹，锻件不宜冷却太快。,8.4金属的加热与锻件的冷却,（一）空冷置于无风的空气中，放在干燥的地面上冷却。适应于中、小型的低、中碳钢锻件。,二锻件的冷却方法,（二）坑冷置于充填有石棉灰、沙子或炉灰等绝热材料的坑中冷却。适应于合金工具钢锻件。碳素工具钢锻件冷止650700后再空冷。,8.4金属的加热与锻件的冷却,（三）炉冷锻件放入500700的加热炉中随炉缓慢冷却。适应于高合金钢及厚截面的大型锻件。,8.5其他压力加工方法,对压力加工的要求：直接生产各种形状复杂的零件；对难变形的材料进行生产。,8.5其他压力加工方法,一、精密模锻在锻模上锻造出结构复杂、精度高、表面质量好及少、无切削加工的锻件。分为：高温、中温、室温。,8.5其他压力加工方法,二、高能成形以高能量为动力的快速成形方法。,8.5其他压力加工方法,特点：变形速度快、精度高、成本低，可改善金属材料的锻造性。,成形方法：以压力波、电磁场、高速锤为能源。有爆炸成形、电磁成形、电液成形及高速成形等。,8.5其他压力加工方法,三、超塑成形利用材料的超塑性进行成形的加工方法。,8.5其他压力加工方法,主要方法：超塑性模锻、超塑性挤压、超塑性拉深等。,锻压材料：锌铝合金、铜合金、钛合金、高温合金。,三、超塑成形,1、超塑模锻特点：模具和变形材料在成形过程中保持恒温。损耗比机械加工降低一半。,8.5其他压力加工方法,三、超塑成形,2、超塑性无模拉拔利用感应线圈局部加热，使材料处于超塑性变形温度时进行拉拔。,8.5其他压力加工方法,可生产等断面制品；不等断面制品；用于管材、棒材的二次成形及断面形状简单的制品。,三、超塑成形,3、超塑性气压胀形利用凹模和凸模的形状，先将板料和模具加热到预定温度，然后向模具内通入压缩空气，使板料紧贴在凹模或凸模上，从而获得所需制件。,8.5其他压力加工方法,锻压材料：铝合金、钛合金、双向不锈钢薄板。,三、超塑成形,4、超塑性胀形与扩散连接复合工艺先将板坯胀形至所需形状，而后通过局部扩散连接使其结合在一起。,8.5其他压力加工方法,主要用于铝合金与钛合金的夹层结构。,8.5.2粉末热锻,粉末冶金成形与精锻相结合的一种金属加工方法。,8.5其他压力加工方法,8.5其他压力加工方法,粉末喷雾锻造工艺流程,8.5.3回转成形,8.5其他压力加工方法,8.5.4