第2章金属的塑性成形08081,82

1、 第2章 金属的塑性成形塑性变形塑性变形:材料断裂前发生的不可逆的永久材料断裂前发生的不可逆的永久变形。变形。金属在外力作用下，使其内部产生应力，金属在外力作用下，使其内部产生应力，当外力增大到使金属的内应力超过该金当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，外力停止作用，金属的屈服极限以后，外力停止作用，金属的变形也并不消失。属的变形也并不消失。2.1 金属塑性成形的工艺基础2.1.1金属塑性成形的工艺种类金属塑性成形的工艺种类金属的压力加工金属的压力加工利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能来获得具有一定形状、

2、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。的原材料、毛坯或零件的生产方法。轧制、拉拔、挤压、轧制、拉拔、挤压、锻造（自由锻锻造（自由锻 模锻）、板料冲压模锻）、板料冲压轧制：金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法拉抜拉抜 ：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法的加工方法挤压：金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加工方法锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工方法自由锻 模锻板料冲压：金属坯料在冲模间受外力作用而产生变形或分离的加工方法塑性成形优点：(1)组织细化致密、力学性能提高 。(2)体积不变的材料转移成形，

3、材料利用率高。(3)生产率高，易机械化、自动化。(4)制品精度较高。塑性成形缺点：(1)不能加工脆性材料 (2)难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品 (3)设备、模具投资费用高2.1.2金属变形过程中的组织与性能理想的单晶体晶体内部产生滑移弹性变形塑性变形等轴晶粒1.冷变形后金属的组织与性能 (1)晶格沿变形最大的方向伸长，性能趋向各向异性。(2)晶粒破碎，位错密度增加，产生冷变形强化加工硬化（冷变形硬化、冷作硬化）金属变形后，强度、硬度提高，而塑性、韧性下降的现象。(3)晶粒择优取向，形成变形织构。(4)残余内应力。2.冷变形后金属在加热时组织与性能的变化回复回复温度：T回=

4、(0.250.3)T熔 再结晶 再结晶温度: T再=0.4T熔T回、T熔、T再分别是绝对温度表示的金属 回复、熔化、再结晶温度塑性变形分为冷变形和热变形冷变形：在再结晶温度以下的变形。热变形: 在再结晶温度以上的变形。3.热变形后金属的组织与性能（1）金属的致密度提高（2）组织细化，力学性能提高（3）出现锻造流线，金属性能呈现异向性金属在压力加工产生塑性变形时，其晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫作纤维组织。应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大剪应力方向与纤维方向垂直。变形程度用锻造比：Y拔=F0/FY镦=H0/H 2.

5、1.3 合金的锻造性及影响成形的因素 可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质零 件难易程度的工艺性能。影响因素一. 金属的本质1. 化学成份的影响2. 金属组织的影响二、 加工条件1. 变形温度的影响2. 变形速度的影响3. 应力状态的影响4. 坯料表面质量 2.2 金属塑性成形的工艺方法2.2.1自由锻定义：利用冲击力或压力使金属在抵铁间中产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件的工艺方法。 金属在上下砧之间受压（冲击力或静压力）后，在非受力方向自由流动塑性变形，获得锻件 (1)适于多品种、单件、小批生产 (2)自由锻是大型锻件的唯一锻造方法，如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、大型重要齿轮等

6、一、 锻造方法分类：手工锻造和机器锻造所用设备分类：分为锻锤类、水压机、机械压力机三类二、自由锻的基本工序 使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。 生产中常采用的有 镦粗：使坯料高度减小、横截面增大的工序。 拔长：使坯料横截面减小、长度增大的工序。 冲孔 ：使坯料具有通孔和盲孔的工序。 弯曲：使坯料轴线产生一定曲率的工序。扭转 ：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的工序。 错移：使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。 切割 ：分割坯料或去除余量的工序。 锻接：两件坯料连接成一体的工序。2.2.2 模膛锻造定义:在高强度金属锻模上，预先制出与锻件形

7、状一致的模膛，使坯料在模膛内受压成形，从而获得锻件的工艺方法。按使用的设备分类：锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。 2.2.2.1 模锻分类1、开式模锻2、闭式模锻3、多向模锻2.2.2.2 锤上模锻锻模结构锻模结构模膛根据其功用不同可分为模锻模膛和制坯模膛1、制坯模膛（1）拔长模膛（2）滚压模膛（3）弯曲模膛2、模锻模膛 （1）预锻模膛：作用是使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸 圆角和斜度较大 没有飞边槽形状简单或批量不大时可不用预锻模膛（2） 终锻模膛：作用是使坯料变形到所要求的形状和尺寸形状应和锻件的形状相同沿模膛四周有飞边槽具有孔的锻件会留有冲孔连皮与自由锻比较有如下优点：1、生产率高。

8、2、模锻尺寸精确，加工余量小。3、可以锻造出形状比较复杂的锻件。4、 可以节省金属材料减少切削加工工作量。、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻2.2.2.3 胎模锻在自由锻设备上使用胎膜生产锻件的方法胎膜的种类：扣模、筒模、合膜胎模锻与自由锻比较有以下特点：(1)胎模锻件的形状和尺寸基本与锻工技术无关，靠模具保证，对工人技术要求不高，操作简便，生产率较高(2)胎模锻造的形状准确，尺寸精度较高，因而敷料少，加工余量小(3)胎模锻件在胎模内成形，锻件内部组织致密纤维分布更符合性能要求 胎模与模锻比较有以下特点：(1)胎模锻造不需采用昂贵设备，并扩大 了自由锻设备的生产范围 (2)胎模锻造工艺操作灵

9、活，可以局部成 形 (3)胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易，且周期短 2.2.4 锻造工艺及结构设计一. 绘制锻件图 1、余块（敷料）为了简化锻件形状、便于进行锻造而增加的一部分金属。 2、锻件余量 在零件的加工表面上增加 供切削加工用的金属。 3、锻件公差 锻件名义尺寸的允许变动 量。 、分模面：上下锻模在模锻上的分界面、模锻斜度：模锻件上平行于锤击方向的斜度、模锻圆角半径：模锻件上所有两平面的交角。、冲孔连皮：模锻时无法冲通那部分金属。、台阶：其直径大于相邻部分的直径的那段轴。、凹档：其直径小于相邻部分的直径的那段轴。、法兰：长度小于直径的0.5倍，且其直径大于相邻

10、部分直径的1.5倍时的台阶。二. 坯料质量及尺寸计算尺寸计算公式G坯料=G锻件+G烧损+G料头 三、锻造工序的确定长轴类模锻件短轴类模锻件四、锻造工艺规程中的其他内容锻造温度范围、加热规范、冷却规范、锻造设备 2.2.4.3 锻件的结构设计1. 锻件上具有锥体或斜面的结构，从工艺角度衡量是不合理的，应改斜为平。 2. 锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，应改曲为直。 3. 锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面，应加厚去筋，改凸为平。4. 锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，应化整为零设计成由几个简单件构成的组合体部件，每个简单件锻制成形后再用焊接

11、或机械连接方式构成整体零件。 2.3 薄板冲压成型工艺定义：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。 冷冲压用途：板料冲压广泛应用于制造金属成品的工业部门。在汽车、航空、电器、仪表及国防等工业中占有极重要的地位特点：可冲复杂零件，且废品少表面质量、互换性好操作简单、工艺过程便于机械化、自动化，生产率高。 2.3.1 冲压成形基本工序2.3.1.1分离工序使坯料的一部分与另一部分相分离的工序。一、 落料及冲孔(统称冲裁)冲落部分为成品，周边为废料。冲落部分为废料，周边为成品。1、冲裁变形过程2、凸凹模间隙 Z=m断面质量 模具寿命 卸料力 冲裁力 尺寸精度3、凸凹模刃口尺寸的确定落料时：最小零件

12、尺寸凹模刃口尺寸凸模刃口尺寸凹模刃口尺寸Z冲孔时：最大零件尺寸凸模刃口尺寸凹模刃口尺寸凸模刃口尺寸Z4、冲裁力计算 F=KLF: 冲裁力 NK: 系数L: 冲裁件周边长度 mm : 坯料厚度 mm ：材料抗剪强度MPa5、冲裁件的排样2修整：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉存留的剪裂带和毛刺。三. 切断：用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。 2.3.1.2 变形工序 使坯料的一部分相对于另一部分产生位移 而不破裂的工序。如拉深、弯曲、翻边等一、拉深:利用模具使坯料变形成开口空心零件的工序1、拉深过程拉深系数2 2、拉深、拉深中的废品废品凸凹模的圆角半径凸凹模间隙拉深系数润滑二、 弯曲：坯料的一部分相对于另一部分弯曲 成一定