金属材料成形基础第三篇

金属材料成形基础,主讲徐晓峰,第三章金属的塑性成型（压力加工）,概述,5模型锻造,一、金属塑性成形,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。,二、金属塑性成形的基本生产方式,1轧制,2挤压,3拉拔,4自由锻造,6板料冲压,1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。,三、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,1-1金属的塑性变形与再结晶,第一节金属塑性成形工艺原理,一、金属塑性变形的实质,1.单晶体的塑性变形,1）滑移：,晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。,但实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。,2）孪生：,晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。,2.多晶体的塑性变形,晶内变形,晶间变形,滑移,孪生,滑动,转动,多晶体塑性变形的实质：,晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶粒之间发生滑移和转动。,二、塑性变形后金属的组织和性能,1.冷变形及其影响,1）组织变化的特征：,晶粒沿变形最大方向伸长；,晶格与晶粒均发生畸变；,晶粒间产生碎晶。,2）性能变化的特征：,加工硬化：,随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。,有利：强化金属材料,不利：进一步的塑性变形带来困难,2.回复,T回=0.3T熔,3.再结晶,T再=0.4T熔,(K),(K),4.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,组织致密。,T再,冷变形,热变形,一、金属的纤维组织与锻造比,在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其它非基体物质。沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维（流线）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,1-2金属的纤维组织与可锻性,锻造比：,Y=F坯/F锻,Y=H坯/H锻,拔长：,镦粗：,一般，Y=25时，在变形金属中开始形成纤维组织，纵向的强度、塑性和韧性提高；横向（垂直纤维方向）同类性能下降，力学性能出现各向异性。Y5时，力学性能不再提高，各向异性则进一步增加。,二、金属的可锻性,是金属材料在压力加工时成形的难易程度。,1.可锻性的衡量指标,1）塑性：,2）变形抗力：,材料的塑性越好，其可锻性越好。,材料的变形抗力越小，其可锻性越好。,2.影响可锻性的因素,1）金属的本质,化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。,组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。,2）变形条件,变形温度：,应力状态：,变形速度：,T温越高，材料的可锻性越好。,V变越小，材料的可锻性越好。,三向压应力塑性最好、变形抗力最大。,三向拉应力塑性最差、变形抗力最大。,四、金属的变形规律,1.体积不变定律,2.最小阻力定律,三、锻造温度范围,始锻温度：,终锻温度：,过热、过烧缺陷,加工硬化,45:1200800,第二节金属塑性成形工艺方法,2-1自由锻造,一、自由锻设备,锻锤,压力机,空气锤,蒸汽空气锤,水压机,油压机,65750Kg,630Kg5T,落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆,滑块运动到下始点时所产生的最大压力,锻锤吨位=,压力机吨位=,二、自由锻基本工序,基本工序完成锻件基本变形和成形的工序。,H,完全礅粗,局部礅粗,，S,1.25H0/D02.5,3.冲孔：,4.弯曲：,5.扭转：,6.错移：,1.礅粗：,2.拔长：,，S,L,芯轴拔长,芯轴扩孔,三、自由锻工艺规程的制定,1.锻件图的绘制,1）机械加工余量,2）公差,3）敷料,2.坯料重量和尺寸的计算,G坯=（1+k）G锻,G坯=G锻+G料头+G芯料+G烧,K消耗系数,（1/31/4）余量,Y=F坯/F锻,Y=H坯/H锻,拔长：,镦粗：,1.25H0/D02.5,圆截面坯料：,所以：,长轴类锻件：,3.锻造工序的选择,轴、杆类零件：镦粗、拔长,盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、冲孔（芯轴上扩孔）,筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长,4.锻造温度范围及加热火次的确定,5.锻造设备的选择,6.确定工时,7.填写工艺卡,2-2模型锻造,模型锻造将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛内受压、变形，获得锻件的方法。,特点：,1）生产率高；,2）锻件的尺寸精度和表面质量高；,3）材料利用率高；,4）可锻造形状较复杂的零件；,5）模具成本高、设备昂贵；,6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。,一、锤上模锻,（一）锤上模锻设备,蒸汽空气模锻捶,应用：形状较复杂的中小型零件的成批、大量生产。,（二）锻模结构,锻模,模膛,飞边槽,桥部,仓部,形成锻件基本形状和尺寸的空腔。,容纳多余的金属。,增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。,（三）模膛的分类,模膛,模锻模膛,制坯模膛,终锻模膛,预锻模膛,延伸模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,（四）锻模工艺规程的制定,1.绘制锻件图,1）分模面的选择,分模面应选在锻件的最大截面处；,分模面的选择应使模膛浅而对称；,分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；,分模面应最好是平直面。,2)确定加工余量、公差和敷料,加工余量：14mm,公差：0.33mm,3）设计模锻斜度,外壁斜度：570,内壁斜度：7120,4）设计模锻圆角,外圆角：r=1.512mm,内圆角：R=（23）r,5）确定冲孔连皮,2.确定模锻工序,1）基本工序,2）修正工序,切边；,冲孔；,校正；,热处理；,清理。,汽车凸轮轴,工序：拔长、滚挤、预锻、终锻、切边。,二、胎模锻造,利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。,1.扣模,2.筒模,3.合模,应用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。,2-3板料冲压,利用冲模对金属板料施加压力，使其产生分离或变形获得