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文档简介
5/23/20208:19AM,.,1,第二章金属的塑性成形,第一节金属塑性成形的工艺基础,第二节金属热锻成形工艺,第三节板料冲压成形工艺,第四节特种塑性成形技术简介,5/23/20208:19AM,.,2,第一节金属塑性成形的工艺基础,一、金属塑性成形概述,二、金属的塑性成形性能及影响因素,5/23/20208:19AM,.,3,利用金属的塑性,用工具对金属材料所进行的加工工艺的总称。目的:在外力的作用下改变材料的形状和尺寸而不产生切屑,使成为半成品或成品。,一、金属塑性成形概述,1.塑性成形工艺方法及分类,5/23/20208:19AM,.,4,二次塑性加工,板料成形,体积成形,冷冲压或板料冲压,锻造,挤压,冲压基本工序有:分离工序和成形工序,热成形、温成形、冷成形,5/23/20208:19AM,.,5,用轧辊来轧压金属材料。轧辊上开有一定形状和尺寸的轧槽,材料通过两轧辊之间的轧槽,就形成各种形状和尺寸的横剖面,如各种型式的钢材(圆钢、工字钢、槽钢等),1)轧制(rolling),录像1,录像2,示例1,示例2,钢管轧制.swf,5/23/20208:19AM,.,6,2)挤压(extruding),使金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而成形的方法。,正挤压,反挤压,5/23/20208:19AM,.,7,3)拉拔(drawing),将较大剖面的金属材料强行拉过拉拔模(它中间有一尺寸较材料稍小的模孔,一端为喇叭口),以获得所要求的剖面形状和尺寸的方法。通常在室温下进行。经过拉拔可得到尺寸精确、表面光洁并具有较好机械性能的线材、型材、管材等。,5/23/20208:19AM,.,8,4)自由锻造(freeforging),使金属坯料在锻锤或压力机的上下抵铁(上砧、下砧)间受冲击力或压力而变形的方法。,自由锻造录像,5/23/20208:19AM,.,9,5)模锻(dieforging),利用装在锻造机器上的锻模,在锤的打击或压力机的压力下,使金属在一定形状和尺寸的模膛内变形的方法。,曲轴锻模,5/23/20208:19AM,.,10,6)冲压(pressing),使金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的方法。,5/23/20208:19AM,.,11,1)用压力加工方式制造的产品,具有较高的机械性能,例抗拉强度(Mpa)屈服强度(Mpa)延伸率(%)ZG4558032012轧制4561036016提高百分率5%12%30%,2.塑性成形工艺的特点:,5/23/20208:19AM,.,12,塑性成形工艺特点,(2)材料利用率高;仅依靠形状变化和体积转移来实现。(3)生产效率高;生产自动化、机械化(4)尺寸精度高。少、无切削加工,向近净成形发展,5/23/20208:19AM,.,13,产品的形状(特别是内腔)不能太复杂。,凡承受重载的机器零件,如机器的主轴、重要齿轮、连杆、炮管和枪管等,通常需采用锻件作毛坯,再经切削加工而制成。,一般用于受力较大的重要零件。,用途:,实例1,实例2,实例3,实例4,实例5,塑性成形工艺不足,5/23/20208:19AM,.,14,二、金属的塑性成形性能及影响因素,1.金属的塑性及变形规律塑性:金属材料在外力作用下,发生永久变形而不开裂的能力。不同材料塑性不同,而同一材料变形条件不同塑性也不相同。,5/23/20208:19AM,.,15,金属塑性成形的基本规律,(1)最小阻力定律:即如果物体在变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时,则物体各质点将向阻力最小的方向移动。故宏观上变形阻力最小的方向上变形量大。依据该定律:镦粗矩形截面坯料,最终会成为圆形截面。,图例,5/23/20208:19AM,.,16,(2)体积不变规律由于塑性变形时金属密度变化很小,所以可以认为变形前后的体积相等实际上在变形中有微小变化。气孔、缩松被压合;氧化及耗损等。运用此定律,便于估算坯料体积、质量及坯料在各工序中的尺寸;,5/23/20208:19AM,.,17,2.塑性变形对金属组织和性能的影响(1)变形程度的影响随着变形程度的增加,可以消除铸态粗大树枝晶组织,获得均匀细小的等轴晶组织;破碎并分散碳化物和非金属夹杂物的分布;锻合内部孔隙和缩松强度和抗疲劳性能得以提高,特别是塑性、韧性提高较大。,5/23/20208:19AM,.,18,变形程度的表示方法,锻造比:拔长时,S前/S后;镦粗时:H前/H后相对弯曲半径拉深系数翻边系数,5/23/20208:19AM,.,19,(2)纤维组织的影响在塑性变形过程中,晶粒和晶间杂质都沿着变形最大方向伸长;再结晶后,晶粒恢复成等轴晶,而杂质仍然保持线状分布。此即纤维组织。,特点:性能出现方向性顺纤维方向,强度、塑性、韧性较高;垂直纤维方向,强度、塑性、韧性较低,但抗剪切能力强。,图例,图例,图例,动画,5/23/20208:19AM,.,20,锻造流线的化学稳定性很高,用热处理或其它方法都不能消除,只能通过重新锻压才能改变其流线方向和分布状况。,5/23/20208:19AM,.,21,如何纤维组织的利用,轴类:最大拉应力方向与纤维方向一致,最大剪应力方向与纤维组织垂直。容易疲劳剥损的零件:工作表面避免纤维露头,使纤维的分布与零件的外形轮廓相符合。受力复杂件:不希望明显的纤维组织,减少各向异性。,5/23/20208:19AM,.,22,1)在冷变形(在再结晶温度以下的变形)条件下:,组织:加工硬化组织(晶粒沿变形最大的方向伸长;晶格歪扭;产生碎晶),(3)冷变形与热变形的影响,5/23/20208:19AM,.,23,性能:随变形程度增加,强度、硬度提高,塑性、韧性下降。(此现象称为加工硬化),5/23/20208:19AM,.,24,2)在热变形(在再结晶温度以上的变形)条件下:,组织:再结晶组织(均匀、细小的晶粒)性能:具有较高的综合机械性能。,5/23/20208:19AM,.,25,(1)金属的本质1)化学成分如纯铜和纯铁2)组织如钢中A与Fe3C,问题:在室温下受力时,含碳量0.1的钢与含碳量1.0的钢相比,哪个容易产生塑性变形?为什么?,3.影响金属塑性变形的因素,5/23/20208:19AM,.,26,(2)加工条件1)变形温度变形温度提高,可锻性提高,原因:温度提高,原子动能提高,有利于滑移变形;温度提高,有可能改变金属组织,如钢,1000单一A组织;,5/23/20208:19AM,.,27,锻造温度范围,始锻温度和终锻温度间的温度范围,始锻温度过高,容易产生氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷,过热:晶粒过分粗大,过烧:晶界氧化或熔化,(自由锻造录像),5/23/20208:19AM,.,28,碳钢的锻造温度范围:始:AE线下200;终:800,5/23/20208:19AM,.,29,2)变形速度在一定的变形速度以下,可锻性下降;当超过某一变形速度时,可锻性提高;,原因:,变形,加工硬化,热能,再结晶,变形速度提高,热能增加,再结晶作用增强,问题:金属在热变形过程中,是否存在加工硬化现象?,5/23/20208:19AM,.,30,3)应力状态压应力数目多,塑性好,有利于成形,但变形抗力提高。,示例,5/23/20208:19AM,.,31,b)拉拔时,压应力数目少,材料容易拉裂,但需要的动力小与挤压,a)挤压时,压应力数目多,因此材料不容易破裂,但需要很大的挤压力。,返回,5/23/20208:19AM,.,32,(3)其他因素,摩擦条件摩擦力越大,变形不均匀程度越严重,所引起的附加应力也越大,从而导致变形抗力增加,塑性降低。采取润滑剂。模具结构合理设计模具,如圆角减小金属成形时的流动阻力,避免割断纤维和出现折叠。,5/23/20208:19AM,.,33,综上所述,金属的塑性成形性能取决于内在因素:化学成分,金属组织外在因素:加工条件(变形温度、变形速度、应力状态)其他因素(摩擦条件、模具结构),5/23/20208:19AM,.,34,TheEndofThisPart,5/23/20208:19AM,.,35,返回,5/23/20208:19AM,.,36,返回,锻造曲轴的纤维组织,5/23/20208:19AM,.,37,a)用圆钢棒料直接切制;,b)用板料(钢板)直接切制;,c)用棒料锻造镦粗后切制;,d)轧制成形后再切削;,返回,5/23/20208:19AM,.,38,纤维组织的
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