机械制造工艺教案13节名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

机械制造工艺基础主讲教师：周世权第1页1第2章锻压工艺

ForgingandStampingProcess第2页22.1热加工基础Hot-workFundamentals金属塑性变形实质-晶体内部产生滑移滑移——晶体一部分相对另一部分，沿原子排列紧密晶面（该面称滑移面）作相对滑动

。滑移带-很多晶面同时滑移积累起来而形成。

第3页3加工硬化随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性下降现象(dd27),又称冷变形强化

。2.加工硬化实质金属内部组织发生了改变：(1)晶粒沿变形最大方向伸长；(2)晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；(3)晶粒间产生碎晶

。一、加工硬化、回复与再结晶第4页43.回复

当加热温度为T回

=（0.25～0.3）T熔时，塑性变形后金属性能大部分回复到变形前性能。称为回复

，此时温度称为回复温度T回。一、加工硬化、回复与再结晶第5页54.再结晶

当温度继续升高到该金属熔点绝对温度0.4倍时，消除了全部加工硬化现象。这时温度称为再结晶温度T再

=0.4T熔。一、加工硬化、回复与再结晶第6页61.冷变形

在再结晶温度以下变形。变形过程中无再结晶现象，变形后金属含有加工硬化现象(dd13)。二、冷变形与热变形第7页7二、冷变形与热变形2.热变形

在再结晶温度以上变形。变形后，金属含有再结晶组织、而无加工硬化痕迹。也称热加工。第8页81.纤维组织

金属在冷变形时，晶粒沿变形方向拉长而产生。可经过再结晶退火消除。三、纤维组织、流线与铸造比第9页92.流线

金属在热变形时，非金属夹杂物等杂质沿变形方向排布而产生

。流线越显著，金属在纵向（平行流线方向）上塑性和韧性提升，而在横向（垂直流线方向）上塑性和韧性降低。三、纤维组织、流线与铸造比第10页10

热加工生产采取原始坯料是铸锭。其内部组织很不均匀，晶粒较粗大，并存在气孔、缩松、非金属夹杂物等缺点。铸锭加热后经过热加工，因为塑性变形及再结晶，从而改变了粗大、不均匀铸态结构(dd26)，取得细化了再结晶组织。同时还能够将铸锭中气孔、缩松等压合在一起，使金属愈加致密，力学性能得到很大提升。2.1钢锭开坯第11页11在压力加工中，金属截面积改变程度。

拔长时铸造比为:

Y拔＝F0/F=(D0/d)2

镦粗时铸造比为:

Y镦＝H0/H=(d/D0)2

式中，H0、F0——坯料变形前高度和横截面积；

H

、F——坯料变形后高度和横截面积。

在普通情况下增加铸造比，可使金属组织细密化，提升锻件力学性能。2.2铸造比D0dD0dH0H第12页12

流线化学稳定性强，经过热处理是不能消除，只能经过不一样方向上锻压才能改变流线分布情况。①使流线分布与零件轮廓相符合而不被切断；②使零件所受最大拉应力与流线方向一致，最大切应力与流线方向垂直。2.3流线利用第13页131、锡在20℃、钨在1100℃变形，各属哪种变形？为何（锡熔点为232℃，钨熔点为3380℃）？

2、流线组织是怎样形成?它存在有何利弊？试举例说明。

3、原始坯料长150mm，若拔长到450mm时，铸造比是多少(体积不变)？复习思索题第14页142.2金属可锻性ForgeabilityofMetals金属可锻性

用来衡量金属材料在经受压力加工时取得优质制品难易程度工艺性能。可锻性优劣是以金属塑性和变形抗力来综合评定。

塑性

指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性能力。变形抗力

金属对变形抵抗力，称为变形抗力。

塑性高，则金属变形不易开裂；变形抗力小，则锻压省力。二者综合起来，金属材料就含有良好可锻性。金属可锻性取决于材料性质(内因)和加工条件(外因)。

第15页151.化学成份影响

纯金属可锻性比合金可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成份越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。比如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们可锻性是依次下降（dd32）。一、材料性质影响第16页16

纯金属及单相固溶体(如奥氏体)含有良好塑性，其铸造性能很好。若含有多个不一样性能组成相，则塑性降低，铸造性能较差

。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀组织可锻性好

。2.金属组织影响第17页17二、加工条件影响金属加工条件，普通指金属变形温度、变形速度和变形方式等。1.变形温度影响伴随温度升高，原子动能升高，易于产生滑移变形，从而提升了金属铸造性能，所以加热是压力加工成形中很主要变形条件。第18页18过热——加热温度过高，晶粒急剧长大，性能降低现象。

过烧——加热温度靠近熔点，晶界氧化，坯料报废现象

。

始锻温度——金属铸造加热时允许最高温度。

终锻温度——当温度降低到一定程度，塑性变差，变形抗力增大，不能再锻，不然引发加工硬化甚至开裂，此时停顿铸造温度。

铸造温度范围——始锻温度与终锻温度之间区间

。第19页19变形速度增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大

，可锻性变坏。变形速度越大，热效应现象越显著，使金属塑性提升、变形抗力下降(图中a点以后)，可锻性变好。但热效应现象只有在高速锤上铸造时才能实现，在普通设备上都不可能超出a点变形速度，故塑性较差材料(如高速钢等)或大型锻件，还是应采取较小变形速度为宜。2.变形速度影响第20页20挤压变形时为三向受压状态

。而拉拔时则为两向受压一向受拉状态。

在三向应力状态图中，压应力数量愈多，则其塑性愈好；拉应力数量愈多，则其塑性愈差。3．应力状态影响第21页211、怎样提升金属塑性?最惯用办法是什么?

2、“趁热打铁”含义何在?

3、在如图2-8所表示两种砧铁上拔长时，效果有何不一样？

4、主要轴类锻件为何在铸造过程中安排有镦粗工序？复习思索题第22页22

主要内容：加工硬化与再结晶；冷变形与热变形；纤维组织与流线；可锻性

重点内容：加工硬化与再结晶；纤维组织与流线；可锻性。本讲小结第23页232.3铸造工艺ForgingProcess一、模锻工艺

铸造工艺主要分为无模自由成形(也称为自由锻)和模膛塑性成形(也称为模锻)。

1.自由锻

坯料在铸造过程中，除与上下砥铁或其它辅助工具接触部分表面外，都是自由表面，变形不受限制，故称之为自由锻

。第24页242.自由锻应用

自由锻使用工具简单、通用，生产准备周期短，灵活性大，所以使用范围较为广泛，尤其适合用于单件、小批量生产。在重型机械中，自由锻是生产大型和特大型锻件唯一成形方法。

3.模锻

使加热到铸造温度金属坯料在锻模模腔内一次或屡次承受冲击力或压力作用，而被迫流动成形以取得锻件压力加工方法。第25页254.模锻应用

模锻生产率高，能够锻出形状复杂锻件。其尺寸准确、表面光洁、加工余量少。因为模锻件流线分布合理，所以它强度高、耐疲劳、寿命长。模锻适合用于中、小型锻件成批和大量生产，在机械制造业和国防工业中得到了广泛应用。第26页26

胎模铸造-在自由锻设备上，使用可移动胎模具生产锻件铸造方法。

胎模是不固定在自由锻锤上，使用时放上去，不用时取下来。

铸造时，胎模放在砧座上，将加热后坯料放入胎模，锻制成形。也可先将坯料经过自由锻预锻成近似锻件形状，然后用胎模终锻成形。

胎模铸造与自由铸造相比，含有较高生产率，锻件质量好，节约金属材料，降低锻件成本。与模锻相比，不需要专用铸造设备，模具简单，轻易制造。不过，锻件质量不如模锻锻件高，工人劳动强度大，胎模寿命短，生产率低。1.胎模铸造工艺第27页27锤上模锻——是在模锻锤上进行模锻(dd16)。

模锻设备——蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤等。

蒸汽——空气锤(dd66)：锤头与导轨间隙较小，且机架与砧座相连，以确保上下模准确合拢。其吨位有(1～16)t，可锻制(0.5～150)kg锻件。

锤上模锻分类——开式模锻和闭式模锻两类。

开式模锻——模膛四面有飞边槽，飞边槽可调整金属量，有利于充型，工艺简便，应用最广

。

闭式模锻——无飞边槽，且没有飞边消耗，但它依靠下料尺寸来控制工件高度，因不易确保锻件精度，故应用较少。2．锤上模锻第28页28锤上模锻用锻模是由带有燕尾上模2和下模4两部分组成。第29页291）模锻模膛

因为金属在此种模膛中发生整体变形，故作用在锻模上抗力较大。模锻模膛又分为终锻模膛和预锻模膛两类(dd74)。

（1）终锻模膛使坯料最终变形到锻件所要求形状和尺寸，所以它形状应和锻件形状相同。但终锻模膛尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取1.5%。飞边槽——沿模膛四面有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多出金属。

冲孔连皮——终锻后在孔内留下一薄层金属。第30页30（3）制坯模膛：1）拔长模膛，2）滚压模膛，3）弯曲模膛，4）切断模膛。（2）预锻模膛使坯料变形到靠近于锻件形状和尺寸。预锻模膛和终锻模膛区分是前者圆角和斜度较大，没有飞边槽

。第31页31锤上模锻含有设备投资较少，锻件质量很好，适应性强，能够实现各种变形工步，锻制不一样形状锻件等优点，在锻压生产中得到广泛应用。但因为锤上模锻震动大、噪声大，完成一个变形工步往往需要经过屡次锤击，故难以实现机械化和自动化，生产率在模锻中相对较低，也不适于高精度锻件和一些杆类锻件模锻。（3）锤上模锻特点与应用第32页32（1）摩擦压力机工作原理（dd17）3．摩擦压力机上模锻坯料变形含有一定冲击作用，且滑块行程可控，这与锻锤相同。坯料变形中抗力由机架承受，形成封闭力系，这又是压力机特点。摩擦压力机含有锻锤和压力机双重工作特征。第33页331）可实现轻打、重打，可在一个模膛内进行屡次锻打。能够进行弯曲、压印、热压、精压、切飞边、冲连皮及校正等工序。2）金属变形过程中再结晶现象能够充分进行。因而尤其适合于铸造低塑性合金钢和有色金属(如铜合金)等。生产率较低。（2）摩擦压力机上模锻特点3）模具设计和制造得以简化，节约材料和降低生产成本，同时能够锻制出形状更为复杂，敷料和模锻斜度都很小锻件，并可将轴类锻件直立起来进行局部镦锻。

4）摩擦压力机承受偏心载荷能力差，通常只适合用于单膛锻模。对于形状复杂锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。适合于中小型锻件小批和中批生产。如铆钉、螺钉、螺帽、配气阀、齿轮、三通阀体等。第34页34（1）曲柄压力机工作原理

（2）曲柄压力机上模锻特点：

1）静压力，无震动，噪声小。4．曲柄压力机上模锻2）机械化和自动化，生产率高。

3）滑块运动精度高，锻件公差、余量和模锻斜度小。

4）组合模制造简单、更换轻易、节约珍贵模具材料。

5）氧化皮不易被去除，不宜进行拔长和滚压工步。周期轧制坯料或用辊锻机制坯。但设备复杂、造价高。第35页35（1）平锻机工作原理

可实现水平和垂直两个方向分模。5.平锻机上模锻第36页361）坯料都是棒料或管材，而且只进行局部（一端）加热和局部变形加工，所以，能够完成在立式锻压设备上不能铸造一些长杆类锻件，也可用长棒料连续铸造多个锻件。

2）平锻模有两个分模面，扩大了模锻适用范围，能够锻出锤上和曲柄压力机上无法锻出在不一样方向上有凸台或凹槽锻件(dd20)。

3）对非回转体及中心不对称锻件用平锻机较难铸造，且平锻机造价较高，超出了曲柄压力机。

所以，平锻机主要用于带凹挡、凹孔、通孔、凸缘类回转体锻件大批量生产，最适合在平锻机上模锻锻件是带头部杆类和有孔(通孔或不通孔)锻件。

（2）平锻机上模锻含有以下特点第37页37铸造方法使用设备适用范围生产率锻件精度及表面质量模具特点模具寿命劳动条件对环境影响自由锻空气锤蒸汽-空气锤水压机小型锻件，单件小批生产中型锻件，单件小批生产大型锻件，单件小批生产低低采取通用工具，无专用模具-差震动和噪声大模锻锤上模锻蒸汽-空气模锻锤无砧座锤中小型锻件，大批量生产。适合铸造各种类型模锻件高中锻模固定在锤头和砧座上，模膛复杂，造价高中差震动和噪声大摩擦压力机上模锻摩擦压力机小型锻件，中批量生产。可进行精密模锻中较高普通为单膛锻模中好较小曲柄压力机上模锻热模锻曲柄压力机中小型锻件，大批量生产。不易进行拔长和滚压工序高高组合模，有导柱、导套和顶出装置较高好较小平锻机上模锻平锻机有头杆件及有孔件，大批量高高由一个凸模和两个凹模组成，有两个分模面较高好较小胎膜锻空气锤蒸汽-空气锤中小型锻件，中小批量生产中中模具简单，且不固定在设备上，取换方便较低差震动和噪声大表2-1惯用铸造方法比较第38页38工艺过程普通为：切断毛坯→加热坯料→模锻→切除模锻件飞边→校正锻件→锻件热处理→表面清理→检验→成堆存放。

制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步(选择模膛)、选择设备及安排修整工序等。其中最主要是锻件图制订和模锻工步确实定。

1．模锻件图制订

模锻件图是用作设计和制造锻模、计算坯料以及检验锻件依据。制订模锻件图时应考虑以下几个问题：

（1）选择模锻件分模面二、锤上模锻工艺规程制订第39页391）分模面-模锻件最大尺寸截面，模锻件能从模膛中取出。

2）应使上下两模沿分模面模膛轮廓一致，轻易发觉错模现象，及时调整锻模位置。3）分模面选在模膛深度最浅位置处。有利于锻模制造。

4）选定分模面应使零件上所加敷料最少。5）最好使分模面为一个平面。d-d面是最合理分模面。分模面——上下锻模在模锻件上分界面第40页40

（2）确定模锻件机械加工余量及公差

机械加工余量。模锻件也要要求铸造公差，以控制锻件因为上下模没有闭合、金属没有充满模膛、上下模发生错移以及模膛磨损和变形等所产生误差。余量普通为1～4mm，公差普通取在±0.3～3mm之间。第41页41模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）表面必须含有斜度，方便于金属充满模膛及从模膛中取出锻件。对于锤上模锻，锻模斜度普通为5°～15°。内壁斜度比外壁斜度大2°～5°。（3）标注模锻斜度第42页42圆角半径确实定：

外圆角半径r=加工余量+零件圆角半径（或倒角）内圆角半径R=（2～3）r锻件上全部面与面相交处，都必须采取圆角过渡td145)（4）标注模锻圆角半径第43页43模锻工步主要是依据锻件形状和尺寸来确定。模锻件按形状可分为两大类：一类是长轴类锻件，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等；另一类为盘类模锻件，如齿轮、法兰盘等。2．模锻工步确定第44页44盘类锻件这类锻件变形工步通常是镦粗制坯和终锻成形（dd34）。形状简单，也可下料后直接终锻成形。形状复杂则要增加成形镦粗、预锻等工步。第45页45这类锻件需采取拔长、滚挤等工步制坯。形状复杂要增加弯曲、成形、预锻等工步。长轴类锻件第46页46（1）模