材料工程基础-第三章

第三章金属的压力加工压力加工：固态金属在高温或常温下，在外力作用下，产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及机械性能的毛坯或零件的工艺方法压力加工方法：锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压锻造：将固态金属加热到再结晶温度以上的压力加工方法冲压（冷冲压、薄板冲压）：利用模具对板料进行冲压，并使之分离或变形的加工方法,一、锻压加工基础1.金属塑性变形中组织与性能变化（1）金属在冷加工变形中的组织与性能变化冷加工变形：再结晶温度以下（通常在回复温度以下）组织：晶粒被拉长、碎化、纤维组织、变形织构性能：加工硬化、产生内应力注：由于加工硬化，变形程度不易过大b.表面质量好，尺寸精度高，机械性能好c.冷变形后金属，随加热温度不同，会产生相应变化：,回复：消除部分内应力再结晶：完全消除加工硬化晶粒长大：使性能降低（2）金属在热加工变形中的组织与性能变化热加工变形：再结晶以上组织：细小等轴晶、夹杂物与第二相破碎及拉长、纤维组织（流线）性能：加工硬化同时再结晶又能充分进行注：a.可加工尺寸大的零件或较复杂的零件b.表面质量差，精度较低c.纤维组织与冷变形中不同，设计时应使纤维方向与承受最大拉应力方向一致,（3）金属在温加工变形中的组织与性能温加工变形：介于冷、热加工之间温度范围内进行的加工兼有冷、热加工某些特点：表面光洁度、尺寸精度比热加工好；工模具寿命比热加工长；塑性比冷加工好；变形抗力比冷加工好自身特点应用：奥氏体不锈钢、高速钢、铬钢等加工硬化显著材料及塑性低的硅钢更适于温加工,2.金属的可锻性（1）可锻性：衡量材料经受压力加工变形的难易程度，用塑性和变形抗力两个因素来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，可锻性越好。（2）影响因素1）金属本质的影响化学成分纯金属比合金好钢中碳含量、合金元素含量越高，成分越复杂，可锻性越差,组织结构的影响纯金属和单相固溶体较好化合物差细晶优于粗晶2）变形条件的影响变形温度一般温度越高，可锻性越好；但温度太高，易产生过热、过烧、氧化脱碳变形速度变形方式压应力数目增加，塑性增加，但变形抗力增加；拉应力数目增加，塑性降低，但变形抗力降低,3.锻件的加热和冷却（1）锻造温度范围锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔碳钢锻造温度范围合金钢锻造温度范围比碳钢小，且含合金元素越多，范围越小（2）锻件冷却空冷、坑冷、炉冷,4.金属的塑性变形规律（1）体积不变条件（不可压缩条件）（2）最小阻力定律二、自由锻造加热后放在铁砧上冲击力或压力自由变形1.设备（1）空气锤电动机驱动几十公斤小锻件（2）蒸汽空气锤（蒸空锤）69大气压的蒸汽或压缩空气为动力两吨以下中小型件（3）水压机高压水为动力钢锭为坯料的大件,2.工艺规程规定产品或零件制造过程和操作方法等的工艺文件（1）绘制锻件图考虑加工余量、锻造公差、工艺余块等后将零件图绘成锻件图余块：为简化形状便于锻造而添加的金属（2）计算坯料的重量和尺寸坯料重量=锻件重量+坯料损耗量坯料尺寸：根据坯料重量且考虑锻造比等要求来确定,锻造比：表示变形程度镦粗时：Y=H0/H盘类H/D2.5拔长时：Y=F0/F轴类F坯Yfmax锻造比要适当(3)确定变形工序基本工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、切断、错移、扭转等镦粗：H/D2.5纵向裂纹应用：得到比坯料横截面大的锻件冲孔前序提高长轴类零件锻造比,拔长L合适应用：长轴类零件冲孔镦粗后坯料上冲通孔、不通孔冲通孔时，翻面大孔用空心冲子扭转弯曲切割错移,（4）确定所需设备与工具（5）确定火次、加热和锻后冷却以及热处理规范（6）填写工艺卡3.自由锻件的结构工艺性形状简单规则、锻造方便、节约金属、提高生产率4.自由锻特点和应用设备简单通用，生产率低，劳动强度的大，技术水平要求高，金属损耗大。适于小批量生产精度和复杂程度不高的锻件大小不限大锻件生产的唯一方法,三、模锻在锻模模腔内成形1.锤上模锻（1）设备蒸汽-空气模锻锤（2）工艺规程1）制定模锻件图a.分模面位置b.加工余量、公差c.冲孔连皮锤上模锻不能直接锻出通孔，孔内留有一定厚度金属层一般直径3080mm冲孔连皮48mm;直径小于30mm的孔，不锻出,d.模锻斜度、圆角半径2）计算坯料尺寸G坯料=G锻件+G连皮+G飞边+G烧损再确定坯料尺寸3）确定模锻工序短轴类：镦粗制坯、终锻成形或一次终锻成形长轴类：拔长、滚挤、弯曲、预锻和终锻等,模锻模膛：制坯模膛：镦粗、拔长、弯曲、切断模锻模膛：预锻模膛终锻模膛有飞边槽金属在模膛中的充填过程终锻后，一般还要切边、冲孔、校正、热处理等4).选择模锻设备此外，确定锻造温度范围、加热及冷却规范等,（3）模锻件的结构工艺性锻件应具有合理的分模面锻件上与分模面垂直的非加工边面应设计有适当的结构斜度，非加工表面所形成的角应按模锻圆角设计在满足使用前提下，形状力求简单，尽量避免高筋、高台、薄壁、深孔或多孔结构形状复杂件可考虑锻焊结合,2.曲柄压力机上模锻金属变形速度低，适于低塑性金属的模锻金属在模膛中可一次锻压成形振动小、噪音低锻件精度比锤上模锻高易于机械化和自动化3.精密模锻4.胎模锻,四、冲压冲压利用冲模对板料进行冲压并之分离或变形的加工方法特点：材料常温下足够塑性，较低变形抗力冲压件尺寸精度高，互换性好，质量稳定冲压件重量轻，强度高，刚度好冲压件一般不再切削加工生产率高，操作简单，易于自动化但冲模贵，生产周期长,1.设备曲柄压力机、液压压力机2.基本工序（1）分离工序1）剪切按不封闭轮廓线分离2）冲裁冲孔剩下的部分是工件落料冲下的部分是工件冲裁过程,冲裁间隙落料：凹模尺寸=落料件尺寸凸模尺寸=凹模尺寸-间隙值冲孔：凸模尺寸=孔的尺寸凹模尺寸=凸模尺寸+间隙值整修（3）精密冲裁（2）成形工序1）弯曲最小弯曲半径,与材料的力学性能、板料纤维方向、板料表面质量等有关回弹角模具弯曲角比工件要求弯曲角小一个回弹角2）拉深通过模具将坯料加工成空心体或对已初拉成形的空心体继续拉深成形的工序a.拉深变形过程b.拉深工艺参数拉深系数m=d/Dm减小，变形程度增加m不能太小，否则拉入凹模困难，易拉穿,若m太小不能一次拉制成深度和直径合乎要求，则可多次拉深，中间进行再结晶退火M=dn/D圆角c.拉深废品拉穿、折皱3）翻边用扩孔的方法使带孔件在孔口周围制出竖立边缘的冲压成形工艺4）旋压5）橡皮成形和液压成形6）爆炸成形,3.结构工艺性1）对各类冲压件的共同要求a.选材b.冲压件形状简单、对称c.表面质量要求应尽量避免高于原材料所具有的表面质量2）对冲裁件的要求a.合理排样b.冲孔的孔形与落料的外形力求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等规则形状,C.避免长槽与细长悬臂结构d.孔与有关尺寸应满足规定要求3）对弯曲件的要求a.弯曲线应与流线垂直,RRminb.弯曲边不宜过短，孔不宜距弯曲边太近4）对拉深件的要求a.外形简单、对称，且不宜太高b.最小许可半径c.复杂件可采用冲-焊结构,五、其他压力加工方法1.轧制热轧：由钢锭直接生产各种型材和中间坯料冷轧：生产薄板温轧：生产低塑性材料，如高速钢带纵轧:辊锻、碾环轧制横轧斜轧楔横轧,2.挤压强大压力定向塑性变形并从模孔中挤出（1）挤压特点三向受压可挤压出形状复杂件、深孔、薄壁、异型断面精度高，表面粗糙度低纤维连续基本沿零件结构外形分布节约材料，生产率高,（2）方法按金属流动方向与凸模运动方向不同正挤压反挤压复合挤压径向挤压静液挤压3.拉拔牵引力作用下，使金属坯料通过一定形状的模孔，使其横截面减小、长度增加的加工方法,（1）特点精度高，表面质量好、机械强度高每道拔制过程中变形量有限，多道拔制中要安排再结晶退火（2）应用各种细线