机械工程材料成型及工艺19

1、第第1010章章 ( (金属金属) )压力加工压力加工 本次课的内容本次课的内容n前言前言n压力加工基础理论压力加工基础理论n常用锻造方法（自由锻造）常用锻造方法（自由锻造）n自由锻零件结构的工艺性自由锻零件结构的工艺性前言前言 利用外力使金属产生塑性变形，来获得利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工金属压力加工。 压力加工的种类有：压力加工的种类有： 轧制、拉拔、挤压、轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压锻造、板料冲压 压力加工的特点压力加工的特点 与铸造相比，压力

2、加工的特点是：与铸造相比，压力加工的特点是：1.1.金属铸锭经塑性变形后，金属的各种力学性能得到金属铸锭经塑性变形后，金属的各种力学性能得到提高；提高；2.2.冲压件又具有重量轻、精度高、刚性好等优点；冲压件又具有重量轻、精度高、刚性好等优点；3.3.对于形状复杂、尤其是内腔形状复杂的零件，从制对于形状复杂、尤其是内腔形状复杂的零件，从制造工艺上锻件远不及铸件容易实现；造工艺上锻件远不及铸件容易实现；4.4.锻件的成本比铸件高，材料利用率等方面也不如铸锻件的成本比铸件高，材料利用率等方面也不如铸件；件；5.5.然而，从锻件力学性能的提高，锻造流线更加与受然而，从锻件力学性能的提高，锻造流线更加

3、与受力条件相适应，在同样受力条件下，零件的几何尺力条件相适应，在同样受力条件下，零件的几何尺寸可以缩小的角度看，又可以大大降低原材料的使寸可以缩小的角度看，又可以大大降低原材料的使用量，延长零件的使用寿命，节约金属。用量，延长零件的使用寿命，节约金属。 金属塑性变形理论，对于单晶体是由于金属原子某晶面金属塑性变形理论，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某两侧受切应力作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变，即滑移理论和孪生理论。晶面沿一定方向发生切变，即滑移理论和孪生理论。 热加工后组织性能变化：热加工后组织性能变化：粗大

4、晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界分布，形成纤维组织（流线）。分布，形成纤维组织（流线）。 压力加工基础理论压力加工基础理论 变形程度越大，纤维组织越明显。变形程度越大，纤维组织越明显。 压力加工中常用锻造比压力加工中常用锻造比y y来表示变形程度。来表示变形程度。 拔长时锻造比拔长时锻造比y y拔拔=A=A0 0/A /A 纤维组织很稳定，不能（难以）用热处

5、理方纤维组织很稳定，不能（难以）用热处理方法来消除。只有经过锻压来改变其方向、形状。法来消除。只有经过锻压来改变其方向、形状。 1 1体积不变条件体积不变条件 由于塑性变形时金属密度的变化很小，所由于塑性变形时金属密度的变化很小，所以可认为变形前后的体积相等。此假设称为以可认为变形前后的体积相等。此假设称为体体积不变条件。积不变条件。2 2最小阻力定律最小阻力定律 最小阻力定律最小阻力定律是描述塑性变形流动规律的是描述塑性变形流动规律的一种理论，如果物体在变形过程中其质点有向一种理论，如果物体在变形过程中其质点有向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向

6、着阻力最小的方向移动。一般，金属内某一质着阻力最小的方向移动。一般，金属内某一质点流动阻力最小的方向是通过该质点向金属变点流动阻力最小的方向是通过该质点向金属变形部分的周边所作的法线方向。形部分的周边所作的法线方向。金属的可锻性金属的可锻性金属的可锻性：金属的可锻性：材料经受压力加工时获得优质材料经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。制品难易程度的工艺性能。可锻性的衡量：可锻性的衡量：塑性（断面收缩率塑性（断面收缩率，伸长率，伸长率），）， 变形抗力。塑性好，变形抗力小则可变形抗力。塑性好，变形抗力小则可锻性好。锻性好。可锻性取决于：可锻性取决于：金属本质和加工条件。金属本质和加工条件

7、。化学成分的影响化学成分的影响金属组织的影响金属组织的影响 锻造温度：锻造温度： 始锻温度：始锻温度：碳钢比碳钢比AEAE线低线低200C200C左右左右 终锻温度终锻温度：800C800C过低难于锻造过低难于锻造 ，若，若 强行锻造，将导致锻件破裂强行锻造，将导致锻件破裂 报废。报废。变形速度的影响变形速度的影响 变形速度变形速度-单位时间的变形程度单位时间的变形程度 变形速度变形速度u =u =d/dtd/dt 变形程度变形程度 变形速度变形速度u u 应力状态影响应力状态影响 三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。一、自由锻一、自由锻 自由锻

8、是利用冲击力或压力使金属在上、下两个自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个 砧铁之间变形。从而获得所需形状及尺寸的锻件。砧铁之间变形。从而获得所需形状及尺寸的锻件。 在重型机械中，自由锻是生产大型锻件和特大型在重型机械中，自由锻是生产大型锻件和特大型 锻件唯一成型的方法。锻件唯一成型的方法。 金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。 自由锻设备：自由锻设备： 锻锤锻锤 依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。 液压机：液压机： 依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。其依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。其 中水压

9、机可产生很大作用力，是重型机械厂锻中水压机可产生很大作用力，是重型机械厂锻 造生产的主要设备。造生产的主要设备。二、模锻（简单介绍）二、模锻（简单介绍） 在压力或冲击力作用下，金属坯料在锻模模膛内在压力或冲击力作用下，金属坯料在锻模模膛内 变形，从而获得锻件的工艺方法。此法生产的锻件变形，从而获得锻件的工艺方法。此法生产的锻件 尺寸精确、加工余量较小，结构也可较复杂，生产尺寸精确、加工余量较小，结构也可较复杂，生产 率高。率高。 按使用设备不同分为：锤上模锻、胎模锻等。按使用设备不同分为：锤上模锻、胎模锻等。 锤上模锻锤上模锻 锤上模锻所用设备为模锻锤。通常为蒸气锤上模锻所用设备为模锻锤。通常

10、为蒸气- -空气空气 锤。对形状复杂锻件，先在制坯模膛内初步成锤。对形状复杂锻件，先在制坯模膛内初步成 形，然后在模锻模膛内锻造。形，然后在模锻模膛内锻造。 锻件结构的工艺性（重点）锻件结构的工艺性（重点）第三节第三节 板料冲压板料冲压 板料冲压又叫冷冲，但板料冲压又叫冷冲，但 8 810mm10mm时用热冲时用热冲 特点特点 ： (1)(1)可冲形状复杂的零件，且废料少。可冲形状复杂的零件，且废料少。(2)(2)高精度，低粗糙度，零件互换性好。高精度，低粗糙度，零件互换性好。 (3)(3)重量轻，耗材少，强度刚度较好。重量轻，耗材少，强度刚度较好。 (4) (4)操作简单，生产率高。操作简单

11、，生产率高。 常用的材料常用的材料 ： 低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。 常用设备常用设备 ： 剪床和冲床。剪床和冲床。 基本工序基本工序 ： 1 1、分离工序、分离工序 2 2、变形工序。、变形工序。 3.13.1分离工序分离工序 三、切断三、切断 切断切断是指用剪刃是指用剪刃 或冲模将板料沿或冲模将板料沿 不封闭的轮廓进不封闭的轮廓进 行分离的工序。行分离的工序。小结小结n重点要求重点要求 压力加工的基础理论；自由锻零件压力加工的基础理论；自由锻零件结构工艺性。结构工艺性。n一般要求一般要求 自由锻工艺规程的制订。自由锻工艺规程的制订。实验一实验一 铁碳合金平衡组织观察铁碳合金平衡组织观察 观察纯铁（观察纯铁（1#1#）、亚共析钢（）、亚共析钢（2 2、3 3、4#4#）、共析）、共析钢（钢（5#5#）、过共析钢（）、过共析钢（6#6#）；亚共晶白口铸铁（）；亚共晶白口铸铁（7#7#）、）、共晶白口铸铁（共晶白口铸铁（8#8#）和过共晶白口铸铁（）和过共晶白口铸铁（9#9#），要求），要求画出纯铁、亚共析钢（只画出其中一个）、共析钢、画出纯铁、亚共析钢（只画出其中一个）、共析钢、过共析钢的组织示意