金属塑性成形工艺

1、第四篇 固态金属塑性塑性成形工艺第一章 模锻工艺及模锻设计§1-1毛坯加热与锻件冷却加热的目的提高金属的塑性，降低变形抗力，使其易于流动成形并获得良好的锻后组织。一、毛坯的加热方法加热方法分为两类：一是火焰加热；二是电加热。1、火焰加热利用燃料燃烧时所产生的热量，通过对流、辐射把热能传给坯料表面。2、电加热主要用电能转换为热能来加热坯料的方法。主要分为电阻加热和感应加热。电加热的优点：加热速度快，炉温控制准确，加热质量好，工件氧化少，易于实现自动化。感应加热：主要是通过金属电阻引起的涡流发热和磁滞损失发热，使毛坯得到加热，由于感应加热的集肤效应，加热时热量主要产生于毛坯表层，电流的透

2、入的深度为：式中：为电阻率；为相对磁导率；f为电流频率。二、金属加热时产生的缺陷1、氧化钢料加热到高温时，其表层的铁离子与炉气中的氧化性气体发生化学反应，使金属表层形成氧化皮的现象称为氧化或烧损。2、脱碳钢料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧化性气体机某些还原性气体发生化学反应，造成了钢料表面含碳量的降低，这种现象称为脱碳。3、过热当坯料加热温度超过始锻温度，或坯料在高温下停留时间过长而引起晶粒粗大的现象称为过热。4、过烧当金属加热到接近其熔化温度，并在此温度下停留时间过长时，不仅晶粒粗大，而且由于晶界发生局部熔化，氧化性气体进一步侵入晶界，使晶间物质氧化，形成易熔共晶氧化物使晶粒间结合完全破坏

3、。5、裂纹：由温度应力和组织应力造成。三、锻造温度范围的确定1、始锻温度的确定对于碳钢来说，始锻温度应在平衡相图固相线以下150250。2、终锻温度的确定对于碳钢，终锻温度应在平衡相图A1以上2575。四、锻件的锻后冷却冷却方法：空气中冷却、在砂中冷却、在炉中冷却。1、空气中冷却空气中冷却速度快，适用于合金化程度低的锻件。2、在砂中冷却砂坑中冷却速度较慢，适用于导热性及塑性较差的合金和合金化程度较高的合金钢。3、炉中冷却炉中冷却速度最慢，因此适用于特殊性能的合金钢或大型锻件的锻后冷却，或高合金钢及导热性、塑性差的钢。§1-2锻件分类及锻件图的设计一、锻件的分类1、按照锻件的外形和模锻

4、时毛坯的轴线方向，把锻件分为短轴类和长轴类两种。1) 短轴类锻件锻件平面呈圆形、方形或近似圆形和方形。终锻前，通常需要进行镦粗和压扁制坯。2) 长轴类锻件锻件分成直长轴线、弯曲轴线和枝叉类轴线，毛坯的轴线与打击方向垂直。在成形过程中首先需要拔长。二、锻件复杂程度参数影响因素 ： 1）锻件重量和轮廓尺寸 ； 2）锻件形状复杂系数 S，即：锻件复杂性：通常用锻件的体积与其外廓包容体的体积之比来表示。即S= 式中：S是形状复杂系数；V是锻件体积；Vb是锻件外廓包容体的体积。圆形锻件的外廓包容体体积圆形锻件的外廓包容体重量：非圆形锻件的外廓包容体重量和体积 当S=10.63之间时，锻件形状简单。当S=

5、0.630.32之间时，为普通形状锻件。当S=0.320.16之间时，锻件形状较复杂。当S0.16时，锻件形状复杂。对于轴对称锻件的形状复杂系数为：S=式中：、分别为纵、横截面形状系数。纵截面形状系数为：=式中：L是锻件纵截面的周界长度；A是纵截面的面积；Lc是锻件外接圆柱体的纵截面周界长度；Ac是锻件外接圆柱体的纵截面面积。横截面形状系数：=式中：是冲对称轴至半个纵截面重心的径向距离；是锻件外接圆柱体的半径。三、锻件图的设计1、确定分型面基本原则：保证锻件形状尽可能与零件形状相同，容易从模膛中取出；此外分型面位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上。对于开始模锻件的分型位置要考虑以下要求：1）

6、 易于发现上下模膛的相对错移。2） 尽可能选用直线分型，是锻模加工简单。3） 对于圆饼类锻件，当HD时，易取径向分型，不取轴向分型。4） 保证锻件有合理的金属流线分布。对圆饼类锻件，当H23D时，宜取径向分模，而不取轴向分模 使金属流线方向与工作中切应力方向相垂直2、确定机械加工余量和公差。3、锻模斜度锻件上与分模面垂直的平面或曲面所附加的或固有的斜度称为模锻斜度。 斜度分外模斜度和内模斜度。模具制造时，采用标准刀具，因此斜度应选择标准数值。 模锻斜度值依模膛深宽比选用3º、5º、7º 等标准值。上、下模模膛的模锻斜度应相互衔接和匹配，如图所示。4、圆角半径分为凸

7、圆角半径（外圆角半径r）和凹圆角半径（内圆角半径R）。锻模圆角半径与 B/H 有关。H大，圆角半径也应增大。锻件凸角处的最小半径 r = 余量+零件的倒角值；按铣刀标准值选取：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、 5.0 等。分为凸圆角半径（外圆角半径r）和凹圆角半径（内圆角半径R）。若外圆角半径r过小，金属充填模膛困难，且易于引起应力集中是模具过早开裂；若外圆角半径过大，会使锻件凸圆处余量减少。若内圆角半径过小，金属流动时形成的纤维容易割断，导致力学性能下降。若内圆角半径过大，增加机加工余量和金属损耗，对于某些复杂锻件，造成局部金属充不满。一般内圆角半径R比外圆角半径r大，一般取R=（23）r。5、冲孔连皮模锻不能直接锻出的通孔，因此需在孔内保留一层连皮。对于d<25mm的加工孔，不予锻制。对于d>25mm的加工孔，先锻制盲孔，用冲孔连皮隔离上下凸头。冲孔连皮形状分为平底连皮 、斜