第3章金属塑性成形

1、3.1 金属塑性成形基础金属塑性成形基础3.1.1 金属塑性变形的机理金属塑性变形的机理1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 以理想单晶体为例（无缺陷、晶格规则）以理想单晶体为例（无缺陷、晶格规则） 滑移：金属原子沿某些特定面移动滑移：金属原子沿某些特定面移动( (即金属原子在外力的作用下产生了一定的位移）即金属原子在外力的作用下产生了一定的位移）滑移通常是通过位错的移动来实现的。滑移通常是通过位错的移动来实现的。 v结论：切应力引起塑性变形，正应力引起弹性变形；结论：切应力引起塑性变形，正应力引起弹性变形； 金属塑性变形的实质是原子的移动；金属塑性变形的实质是原子的移动； 塑性变形前后晶格类型

2、保持不变。塑性变形前后晶格类型保持不变。2多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 q 多晶体的塑性变形（晶内变形多晶体的塑性变形（晶内变形+ +晶间变形晶间变形) ) 晶内变形晶内变形：主要以滑移方式进行主要以滑移方式进行 。晶间变形晶间变形：晶粒间的相对滑动和转动。晶粒间的相对滑动和转动。 各晶粒的变形是分批、逐步进行的。各晶粒的变形是分批、逐步进行的。 （低温时多为晶内变形，变形量较小）（低温时多为晶内变形，变形量较小）q 2回复和再结晶回复和再结晶 (1) 回复回复：回复使晶格畸变减轻或消除，使制件保 持较高的强度且降低脆性。 回复温度约为（回复温度约为（0.250.250.300.30）T

3、T熔熔K K (2) 再结晶再结晶：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新 生核、结晶，变为等轴细晶。 完全消除加工硬化现象，完全消除加工硬化现象， 再结晶温度一般为再结晶温度一般为0.4T熔熔K以上以上 。 ( (再结晶是原子重新排列的过程）再结晶是原子重新排列的过程）n3.1.3 金属的冷成形、热成形及温成形金属的冷成形、热成形及温成形 冷成形冷成形: :在回复温度以下进行的塑性成形，变形过程中会在回复温度以下进行的塑性成形，变形过程中会 出现加工硬化。出现加工硬化。 有利于提高金属的强度和表面质量有利于提高金属的强度和表面质量, ,用于制造半成用于制造半成 品或成品。品或成品。( (变形材料应

4、有较好的塑性且变形量不变形材料应有较好的塑性且变形量不 宜过大）宜过大） 热成形热成形: :在再结晶温度以上进行的塑性成形，变形过程中既在再结晶温度以上进行的塑性成形，变形过程中既 有加工硬化又有再结晶，且硬化被再结晶完全消除。有加工硬化又有再结晶，且硬化被再结晶完全消除。 综合力学性能好综合力学性能好, ,变形力小，变形程度大变形力小，变形程度大, ,用于毛坯用于毛坯 或半成品的制造。或半成品的制造。 为使再结晶迅速、彻底，实际热成形温度应高于再为使再结晶迅速、彻底，实际热成形温度应高于再 结晶温度，但不能过高或保温时间过长。结晶温度，但不能过高或保温时间过长。温成形温成形: :在高于回复温

5、度和低于再结晶温度范围内进行的在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的 塑性成形塑性成形, ,有加工硬化及回复现象，但无再结晶。有加工硬化及回复现象，但无再结晶。 用于强度较高、塑性较差的金属，或尺寸较大、用于强度较高、塑性较差的金属，或尺寸较大、 材料强度较高的零件或半成品制造。材料强度较高的零件或半成品制造。 n3.1.4 锻造比与锻造流线锻造比与锻造流线 1锻造比：锻造比： 锻造时变形程度的一种表示方法锻造时变形程度的一种表示方法n拔长时：拔长时：n镦粗时：镦粗时：00/LLAAyHHAAy/00 随着锻造比的随着锻造比的增加，金属的力学增加，金属的力学性能显著变化性能显著变化 结构钢

6、钢锭的锻结构钢钢锭的锻造比一般为造比一般为2 24 4，各，各类钢坯和轧材的锻造类钢坯和轧材的锻造比一般为比一般为1.11.11.3 1.3 q 3.1.5 材料的塑性成形性材料的塑性成形性 用塑性和变形抗力综合衡量 2变形条件的影响变形条件的影响 变形温度变形温度：原子热运动能力原子热运动能力 应变速率应变速率：变形分布、热效变形分布、热效 应、变形惯性应、变形惯性 应力状态应力状态：压应力的影响压应力的影响 1材料本质的影响材料本质的影响 化学成分：化学成分： 越纯越好越纯越好 金属组织金属组织： 均匀、细晶最好均匀、细晶最好 q 3.1.6 金属塑性成形的基本规律金属塑性成形的基本规律

7、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由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为变形前后的体积相等，此假设称为体积不小，可认为变形前后的体积相等，此假设称为体积不变条件。即变条件。即E x + E y+ E z=0 或或 E x = （E y+ E z）2、最小阻力定律：物体变形过程中某质点有向各种最小阻力定律：物体变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时，则其将向着阻力最小的方向方向移动的可能性时，则其将向着阻力最小的方向移动。移动。v 宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大 根据体积不变条件和最小阻力定理可以分析塑根据体积不变条件和最

8、小阻力定理可以分析塑性成形过程中金属坯料的变形趋势，可能出现的现性成形过程中金属坯料的变形趋势，可能出现的现象，产生缺陷的原因并采取相应的工艺措施，以保象，产生缺陷的原因并采取相应的工艺措施，以保证生产过程和产品质量的控制。证生产过程和产品质量的控制。 3.2 金属塑性成形方法金属塑性成形方法q3.2.1 锻造锻造 锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法 。q 只用简单的通用性工具使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。 设备设备：基本工序基本工序：变形特点变形特点：生产特点生产特点： 应用

9、应用: v画法画法: : 锻件轮廓用锻件轮廓用粗实线绘出，零件粗实线绘出，零件基本形状用双点划基本形状用双点划线表示；锻件尺寸线表示；锻件尺寸和公差标注于尺寸和公差标注于尺寸线上方，零件公称线上方，零件公称尺寸标注在相应锻尺寸标注在相应锻件尺寸下方件尺寸下方( (或后方或后方) )的括弧内的括弧内 q 3.3.1 自由锻工艺设计自由锻工艺设计 1绘制锻件图绘制锻件图 余块余块: 简化锻件形状简化锻件形状,便于锻造便于锻造 余量余量: 所有面都应添加加工余量所有面都应添加加工余量 公差公差: 数值较大数值较大 2 依据依据锻件的结构形状进行确定锻件的结构形状进行确定 盘块类盘块类轴杆类轴杆类圆筒

10、类圆筒类圆环类圆环类弯曲类弯曲类30VmaxDyv 将上述内容，按变形顺序，以简图形式绘于将上述内容，按变形顺序，以简图形式绘于 一张表格上，就是锻造工艺卡，用以指导自一张表格上，就是锻造工艺卡，用以指导自 由锻生产过程的进行和自由锻件的检验。由锻生产过程的进行和自由锻件的检验。q 便于顺利取出便于顺利取出易于金属充填易于金属充填尽量采用平面尽量采用平面尽量减少余块尽量减少余块 利于发现错模利于发现错模2模锻工步选择模锻工步选择 主要根据模锻方法和 模锻件的结构形状确定 盘类盘类： 镦粗、（预锻）、镦粗、（预锻）、 终锻终锻直轴类直轴类：拔长、滚压、：拔长、滚压、 （预锻）、终锻（预锻）、终锻

11、 弯轴类弯轴类：拔长、滚压、：拔长、滚压、 弯曲、（预锻）、弯曲、（预锻）、 终锻终锻简图 1 简图2 2）锻压机模锻： 锻压机即热模锻机械压力机，是通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的 锻件精度高；变形较均匀且生产效率高；锻件的模锻斜度小；利于提高金属塑性，可采用组合式模,锻模成本较低且易于修复。行程和速度固定，需另行制坯 (2) 冲裁间隙：冲裁间隙： 小间隙小间隙 中等间隙中等间隙 大间隙大间隙 直排直排斜排斜排对排对排混合排混合排整修整修挤光挤光精密冲裁精密冲裁 将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。 )(1801800 xrl凸、凹模做成一体凹00凸0凸凹0q 3.2.3 轧制轧制 材料在旋转轧辊的作用下，产生连材料在旋转轧辊的作用下，产生连 续塑性变形获得产品续塑性变形获得产品 1纵轧纵轧 2斜轧斜轧 楔横轧楔横轧 齿轮轧制齿轮轧制 辗环辗环 q 正挤压正挤压 反挤压反挤压 复合挤压复合挤压 径向挤压径向挤压 7高能成形 利用高能率的冲击波，通过介质使金属板料产生塑性变形而获得所需形状的加工方法 爆炸成形 (2) 电液成形 (3) 电磁成形 特点：高能成形易于成 形形状复杂的制 件和难加工材料， 制件