金属工艺学(高职-机械工业版)授课教案：锻压成形01

PAGEPAGE2教案十八一、教学组织1．提问10分钟2．讲解70分钟3．小结5分钟4．布置作业5分钟二、教学内容第六单元锻压成形模块一锻压概述锻压是对坯料施加外力，使金属产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。金属锻压成形加工包括：锻造（自由锻、模锻、胎模锻等）、冲压、挤压、轧制、拉拔等。锻造是指在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。冲压是指使坯料经分离或成形而得到制件的工艺统称。挤压是指坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减少，成为所需制品的加工方法。轧制是指金属材料(或非金属材料)在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法，按轧辊轴线与轧制线间和轧辊转向的关系不同可分为纵轧、斜轧和横轧三种。拉拔是指坯料在牵引力作用下通过模孔拉出使之产生塑性变形而得到截面小、长度增加的工艺。金属锻压成形加工具有的优点：（1）改善了金属内部组织，提高金属的力学性能。（2）节省金属材料。（3）具有较高的生产率。（4）生产范围广。金属锻压成形加工存在的缺点：（1）不能获得形状很复杂的制件；（2）一般制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高（3）加工设备比较昂贵，制件的加工成本比铸件高。模块二金属锻压加工基础知识金属的可锻性是指金属材料在锻压加工过程中经受塑性变形而不开裂的能力。它与金属的塑性和变形抗力有关，塑性愈好，变形抗力愈小，则可锻性愈好，反之，则可锻性愈差。一、金属的塑性变形金属在外力作用下将产生塑性变形，其变形过程包括弹性变形和塑性变形两个阶段。1．金属塑性变形的实质实验证明：晶体受到切应力时会产生塑性变形，单晶体的塑性变形主要是由于切应力引起晶体内部位错运动产生的，即滑移变形。单晶体的变形方式有：滑移和孪晶两种。多晶体的塑性变形过程可以看成是许多单个晶粒塑性变形的总和。另外，多晶体塑性变形还存在着晶粒与晶粒之间的滑移和转动，即晶间变形。但多晶体的塑性变形以晶内变形为主，晶间变形很小。金属的塑性变形过程实质上是位错沿着滑移面的运动过程。在滑移过程中，一部分旧的位错消失，又大量产生新的位错，总的位错数量是增加的，大量位错运动的宏观表现就是金属的塑性变形。2．金属的冷变形强化随着金属冷变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化（或加工硬化）。变形后金属的晶格结构严重畸变，变形金属的晶粒被压扁或拉长，甚至一个晶粒破碎成许多小晶块，这种组织称为纤维组织。低碳钢塑性变形时其强度与硬度随变形程度的增大而提高，塑性与韧性则明显下降。冷变形强化使金属的可锻性能恶化。二、回复与再结晶冷变形强化的金属组织结构处于不稳定状态，它具有自发地恢复到稳定状态的倾向。冷变形金属加热时发生的变化过程包括：回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。1．回复将冷变形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶粒内残余应力大大减少的现象称为回复。2．再结晶当加热温度较高时，塑性变形后的晶粒及被拉长了的晶粒会重新生核，转变为均匀的等轴晶粒，并且金属的锻造性能得到恢复，这个过程称为再结晶。再结晶是在一定的温度范围进行的，开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再结晶温度为：T再≈0.4T熔(K)在常温下经过塑性变形的金属，加热到再结晶温度以上，使其发生再结晶的处理过程称为再结晶退火。再结晶退火可以消除冷变形强化现象，提高金属的塑性，便于金属继续进行锻压加工。有些金属如铅和锡其再结晶温度均低于室温，约为零度，它们在室温下不会产生冷形变强化现象。3．晶粒长大产生纤维化组织的金属，通过再结晶，一般都能得到细小而均匀的等轴晶粒。但是如果加热温度过高或加热时间过长，则晶粒会明显长大，成为粗晶组织，从而使金属的力学性能下降，可锻性恶化。三、冷加工与热加工的界限冷、热加工的界限是再结晶温度。在再结晶温度以上的塑性变形属于热加工；而在再结晶温度以下的塑性变形称为冷加工。显然，冷加工与热加工并不是以具体的加工温度的高低来区分的。四、锻造流线与锻造比1．锻造流线在锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈带状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，且在再结晶过程中不会消除，这种热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常将这种组织称为锻造流线。锻造流线使金属的性能呈各向异性。沿着流线方向（纵向）的抗拉强度较高，而垂直于沿着流线方向（横向）的抗拉强度较低。在设计和制造机械零件时，必须考虑锻造流线的合理分布。使锻造流线与零件的轮廓相符合而不被切断，是锻件成形工艺设计的一条原则。2．锻造比锻造比（Y）是以变形前后的截面比、长度比或高度比表示。对沿流线方向有较高力学性能要求的锻件（如拉杆），应选择较大的锻造比；对垂直于流线方向有较高力学性能要求的锻件(如吊钩)，锻造比取2～2.5即可。五、影响金属可锻性的因素影响金属可锻性的因素有：化学成分、组织结构、变形温度、变形速度和应力状态。一般来说，纯金属的可锻性优于合金的可锻性；合金中合金元素的质量分数愈高，化学成分愈复杂，其可锻性愈差；非合金钢中碳的质量分数愈高，其可锻性愈差。纯金属组织和未饱和的单相固溶体组织具有良好的可锻性；合金组织中的金属化合物会使金属的可锻性恶化；细晶组织的可锻性优于粗晶组织。在一定温度范围内，随着变形温度的升高，再结晶过程逐渐进行，金属的变形能力增加，变