金属工艺学17

1、 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 五、纤维组织及其利用五、纤维组织及其利用 纤维组织（热加工流线）：纤维组织（热加工流线）： 塑性加工中，金属的晶粒形状和晶界分布的杂质沿变形方塑性加工中，金属的晶粒形状和晶界分布的杂质沿变形方 向被拉长，呈纤维状。纤维组织不能热处理消除，只能通过锻向被拉长，呈纤维状。纤维组织不能热处理消除，只能通过锻 压改变其形状和方向。压改变其形状和方向。 应用应用 纤维组织使金属在纵向上的强度，特别是塑性和韧性比横纤维组织使金属在纵向上的强度，特别是塑性和韧性比横 向高。因此，在设计零件时，应使向高。因

2、此，在设计零件时，应使最大正应力方向与纤维方向最大正应力方向与纤维方向 一致，最大切应力方向与纤维方向垂直一致，最大切应力方向与纤维方向垂直。 工业生产中广泛采用模锻方法制造齿轮及中小型曲轴， 用局部镦粗法制造螺栓。 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 纤维组织沿工件外形轮廓连续分布，有利于工件受力纤维组织沿工件外形轮廓连续分布，有利于工件受力 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 定义：定义：在锻造过程中，金属通过塑性加工而不开裂，在锻造过程中，金属通过塑性加工而

3、不开裂， 并获得合格零件的能力。并获得合格零件的能力。 衡量指标：衡量指标：金属的塑性和变形抗力金属的塑性和变形抗力 u塑性越高、变形抗力越低，可锻性越好塑性越高、变形抗力越低，可锻性越好。 第三节第三节 金属的可锻性金属的可锻性（塑性成形性能）（塑性成形性能） 一、金属的可锻性（塑性加工性能）一、金属的可锻性（塑性加工性能） 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 三个主要因素：三个主要因素：金属的本质、金属的本质、加工条件、应力状态加工条件、应力状态 1、金属的本质（内在因素）：、金属的本质（内在因素）： 化学成分化学成分 碳钢

4、：碳钢：钢的含碳量越低，可锻性越好钢的含碳量越低，可锻性越好; 合金钢：合金钢：合金元素含量越高，可锻性越差；合金元素含量越高，可锻性越差； 纯金属纯金属的可锻性优于合金。的可锻性优于合金。 金属组织金属组织 纯金属或单相固溶体（奥氏体）的可锻性优于多相组织；纯金属或单相固溶体（奥氏体）的可锻性优于多相组织； 均匀细晶的可锻性优于粗晶组织和铸态柱状晶；均匀细晶的可锻性优于粗晶组织和铸态柱状晶； 钢中存在网状二次渗碳体时可锻性下降。钢中存在网状二次渗碳体时可锻性下降。 二、影响金属可锻性的因素：二、影响金属可锻性的因素： 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanica

5、l Engineering 2 2、加工条件：、加工条件： 变形温度变形温度 温度越高，金属塑性提高，温度越高，金属塑性提高， 变形抗力降低，可锻性提高。变形抗力降低，可锻性提高。 影响金属可锻性的因素：影响金属可锻性的因素： 锻造温度：锻造温度：始锻温度（始锻温度（AEAE线低线低200200）终锻温度（终锻温度（800 800 ） 加热温度过高，产生缺陷：加热温度过高，产生缺陷： 过热：过热：晶粒长大，使综合机械性能下降晶粒长大，使综合机械性能下降； 过烧过烧：晶粒边界氧化或熔化晶粒边界氧化或熔化 ，一击即碎，一击即碎； 脱碳脱碳：碳碳与环境与环境气体反应，气体反应，使表层含碳量减少；使表

6、层含碳量减少； 严重氧化严重氧化：表层表层与与 氧反应，生成氧化物氧反应，生成氧化物。 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 变形速度变形速度 速度增加，速度增加，一方面，回一方面，回 复和再结晶来不及进行，塑复和再结晶来不及进行，塑 性下降，变形抗力增加；性下降，变形抗力增加；另另 一方面，热效应明显，塑性一方面，热效应明显，塑性 提高，变形抗力下降，且速提高，变形抗力下降，且速 度越快热效应越明显。度越快热效应越明显。 变形速度较小时，以变形速度较小时，以 强化为主；较大时以热效应强化为主；较大时以热效应 为主。（以为主。（以

7、 a为界）为界） 影响金属可锻性的因素：影响金属可锻性的因素： 变形速度变形速度 变形抗力变形抗力 塑性塑性 塑性、抗力塑性、抗力 0a 变形速度对塑性和变形抗力的影响变形速度对塑性和变形抗力的影响 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 影响金属可锻性的因素：影响金属可锻性的因素： 应力状态：应力状态： 三个方向中的三个方向中的压应力数目压应力数目越多，金属的塑性越好；越多，金属的塑性越好； 拉应力数拉应力数目多，则金属的塑性就差目多，则金属的塑性就差。（易产生裂纹）。（易产生裂纹） 机机 械械 工工 程程 学学 院院 Schoo

8、l of Mechanical Engineering 第二章第二章 锻锻 造造 将金属坯料置于上下抵铁（自由锻）或锻模（模锻）将金属坯料置于上下抵铁（自由锻）或锻模（模锻） 内，用冲击力或压力使金属成形为各种锻件和型材的工艺内，用冲击力或压力使金属成形为各种锻件和型材的工艺 方法。方法。 锻造可以改善金属的力学性能。锻造可以改善金属的力学性能。 a) a) 自由锻自由锻 b) b) 胎模锻胎模锻 c) c) 模锻模锻 d) d) 锻件实例锻件实例 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 1 1、定义：、定义：自由锻是利用自由锻是利

9、用 冲击力或压力使金属材料冲击力或压力使金属材料 在在上下两个砧铁之间或锤上下两个砧铁之间或锤 头与砧铁之间头与砧铁之间产生变形，产生变形， 从而获得所需形状、尺寸从而获得所需形状、尺寸 和力学性能的锻件的成形和力学性能的锻件的成形 过程。过程。 一、自由锻一、自由锻 第一节第一节 锻造方法锻造方法 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 自自 由由 锻锻 优优 点点 自由锻自由锻 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 自自 由由 锻锻 缺缺 点点 自由锻自由锻 机机

10、械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 自由锻的方法自由锻的方法手工锻造、机器锻造手工锻造、机器锻造 2 2、自由锻的方法、自由锻的方法 （1 1）手工锻造）手工锻造 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 普京打铁普京打铁 民间打铁艺人民间打铁艺人 夫妻店夫妻店 手工锻造手工锻造 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering （2 2）机器锻造）机器锻造 a a）锻锤自由锻）锻锤自由锻 利用利用冲击力冲击力使坯料产生塑性

11、变形，常用使坯料产生塑性变形，常用 设备有：设备有： 空气锤空气锤-锻件重量范围是锻件重量范围是1-10001-1000公斤；公斤； 蒸汽蒸汽- -空气锤空气锤-锻件重量范围是锻件重量范围是20-150020-1500 公斤。公斤。 机器锻造机器锻造 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering b b）液压机自由锻）液压机自由锻 利用静压力使坯料变利用静压力使坯料变 形，常用设备是：形，常用设备是： 水压机水压机-锻件重量可锻件重量可 达达300t300t，是重型机械厂锻，是重型机械厂锻 造生产的主要设备。造生产的主要设备。 机器锻造机

12、器锻造 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 自由锻的工序自由锻的工序 （1 1）基本工序）基本工序 用来改变坯料的形状和尺寸的主要工序，主要包括：镦粗、拔长、 冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。 （2 2）辅助工序）辅助工序 为了完成基本工序而进行的预先变形工序，主要包括：压钳口、倒 棱、压肩等。 （3 3）精整工序）精整工序 用来提高锻件尺寸及位置精度的工序，主要包括：校正、滚圆、平 整等。 3 3、自由锻的工序、自由锻的工序 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering （

13、1）基本工序）基本工序 自由锻的工序自由锻的工序 a) 平砧间镦粗 b) 局部锻 粗 礅粗礅粗使坯料高度减小而横截面 积增大的锻造工序 。适合于齿轮适合于齿轮 坯、凸轮和圆盘类锻件。坯、凸轮和圆盘类锻件。 礅粗时，礅粗时，H HO O /D /DO O2.5-32.5-3 拔长拔长指使坯料的横截面积减小 而长度增加的锻造工序。适合于适合于 轴类、杆类和长筒类零件。轴类、杆类和长筒类零件。 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 冲孔冲孔采用冲子将坯料冲出通 孔或盲孔的锻造工序。常用于常用于 锻件带有孔径大于锻件带有孔径大于30mm的

14、通的通 孔或者盲孔孔或者盲孔 。 弯曲弯曲使坯料按规定角度变形 的锻造工序。 自由锻的工序自由锻的工序 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 自由锻的工序自由锻的工序 扭转扭转将坯料的一部分相对 另一部分绕其轴线旋转一定 角度的锻造工艺。 错移错移将坯料的一部分相对 另一部分相互平行或接边平 行错移开的锻造工序 切割切割将坯料割开分成几部 分的锻造工序。 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 自由锻的工序自由锻的工序 芯轴扩孔芯轴扩孔 芯轴拔芯轴拔 长长 机机 械械

15、工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 自由锻场景自由锻场景 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering （2）辅助工序）辅助工序：压肩、倒棱、压钳口压肩、倒棱、压钳口等。等。 自由锻的工序自由锻的工序 圆料的压肩圆料的压肩 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 方形、矩形锻件的修整方形、矩形锻件的修整 b) 圆形锻件的修圆形锻件的修 整整 拔长后的修整拔长后的修整 （3）精整工序）精整工序：整形、清出表面氧化皮整形、清出表

16、面氧化皮等。 自由锻的工序自由锻的工序 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 盘类锻件盘类锻件 可采用镦粗、冲孔、压肩、整修可采用镦粗、冲孔、压肩、整修 轴及杆类锻件轴及杆类锻件 可采用拔长、压肩、整修可采用拔长、压肩、整修 4 4、锻锻件分类及基本工序方案件分类及基本工序方案 锻锻件分类及基本工序方案件分类及基本工序方案 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 筒及环类锻件筒及环类锻件 可采用镦粗、冲孔、拔长、整修可采用镦粗、冲孔、拔长、整修 弯曲类锻件弯曲类锻件 可

17、采用拔长、弯曲可采用拔长、弯曲 锻锻件分类及基本工序方案件分类及基本工序方案 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 曲拐轴类锻件曲拐轴类锻件 可采用拔长、分段、错移、整修可采用拔长、分段、错移、整修 其他复杂锻件其他复杂锻件 可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修 锻锻件分类及基本工序方案件分类及基本工序方案 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 二、二、 模型锻造模型锻造 1 1、定义：、定义：将坯料置于锻模模腔内将坯料置于锻模模腔内，

18、然后施加冲击力或压力然后施加冲击力或压力 使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。 模型锻造时坯料是模型锻造时坯料是 整体塑性成形整体塑性成形 坯料坯料三向受压三向受压。 机机 械械 工工 程程 学学 院院 School of Mechanical Engineering 与自由锻相比，模锻具有如下优点与自由锻相比，模锻具有如下优点: : 生产效率高。生产效率高。 能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理。能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理。 模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。 节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下，能降节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下，能降 低零件成本。低