金属工艺学(上册第三篇)

第三篇金属塑性加工金属压力加工：又称金属塑性加工，是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、车床和力学性能的原材毛坯或零件的生产方法。金属压力加工的基本(jīběn)生产方式：轧制、拉拔、挤压、锻造和钣金冲压等。共六十三页第三篇金属塑性加工金属压力加工：又称金属塑性加工，是利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有(jùyǒu)一定形状、尺寸和力学性能的原材毛坯或零件的生产方法。金属压力加工的基本生产方式：轧制、拉拔、挤压、锻造和钣金冲压等。共六十三页第一章金属的塑性变形第一节金属塑性变形的实质(shízhì)弹性变形塑性变形共六十三页位错位错运动晶内变形晶间变形所以，金属内部有应力弹性(tánxìng)变形，当外力到一定程度塑性变形。外力去除后，弹性变形恢复，称“弹复”。对产品质量影响很大。必须采取工艺措施。共六十三页第二节塑性变形对金属组织和性能的影响(yǐngxiǎng)常温下金属经过塑性变形后，内部组织将发生变化：1、晶粒沿最大变形的方向伸长；2、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；3、晶粒间产生碎晶。加工硬化：金属的力学性能随其内部组织的改变而变化。变形程度增大时，金属的强度(qiángdù)及硬度升高，而塑性和韧性下降。

共六十三页回复(3-5b)回复温度(wēndù)：再结晶（3-5c）再结晶温度：再结晶退火共六十三页金属塑性变形分为：冷变形—在再结晶温度以下的变形热变形—在再结晶温度以上(yǐshàng)的变形铸锭经压力加工后的纤维组织共六十三页纤维组织方向性对变形后质量的影响纵向(zònɡxiànɡ)（在平行纤维方向上）塑性、韧性提高；横向（在垂直纤维方向上）塑性、韧性下降。变形程度用锻造比(y)表示，变形程度越大，纤维组织越明显。拔长时的锻造比为镦粗时的锻造比为共六十三页第三节金属的可锻性金属的可锻性金属的可锻性的综合衡量：

金属塑性----用断面收缩率，伸長率表示

金属的变形抗力抗力小，变形中消耗能量越小金属的可锻性取决于金属本质和加工(jiāgōng)条件一、金属的本质1、化学成分的影响2、金属组织的影响共六十三页二、加工条件1、变形温度的影响(yǐngxiǎng)提高变形温度是改善金属可锻性的有效措施，并对生产率、产品质量及有效利用影响极大。

锻造温度范围：是指始锻温度和终锻温度间的温度区间例：碳钢的锻造温度范围，以合金状态图确定温度范围始锻温度比AE线低200°左右，终锻温度800°左右。共六十三页2、应变速率的影响(yǐngxiǎng)

应变速率即应变对时间的变化率。3、应力状态的影响

金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质（压应力和拉压力）和大小不同。（3-10，3-11）共六十三页第二章锻造锻造:利用冲击力或压力(yālì)使金属在抵铁之间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件的工艺方法。第一节锻造方法一、自由锻1、自由锻工序（1）基本工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移和切割等（2）辅助工序指进行基本工序前的预变形工序。如压钳口、到棱、压肩等（3）精整工序共六十三页2、锻件分类(fēnlèi)及基本工序方案共六十三页二、模锻模锻：是使金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺(gōngyì)方法。模锻按使用的设备不同分为：1、锤上模锻：设备：模锻锤-----蒸汽-空气模锻锤（3-12）

模膛根据其功用不同，模膛的种类：（1）模锻模膛：分终锻模膛和预锻模膛两种（2）制坯模膛：分拔长模膛（图3-15）、滚压模膛（图3-16）、弯曲模膛和切断模膛（图3-17）此外还有成形模膛、鐓粗台及击扁面等制坯模膛。共六十三页共六十三页共六十三页

根据模锻件的复杂程度不同(bùtónɡ)，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模和多膛锻模。共六十三页2、曲柄(qūbǐng)压力机上模锻共六十三页3、摩擦(mócā)压力机上模锻共六十三页4、胎模锻胎模锻有三种(sānzhǒnɡ)：扣模、筒模和合模共六十三页共六十三页第二节锻造(duànzào)工艺规程的制订主要内容有：一、绘制锻件图应考虑几个内容：1、敷料、余量及公差2、分模面选定分模面的原则共六十三页3、模锻斜度(xiédù)4、模锻圆角半径5、冲孔连皮共六十三页二、坯料重量和尺寸(chǐcun)的确定坯料重量计算公式：三、锻造工序（工步）的确定采用自由锻生产锻件时，其工序参阅表3-1.采用模锻方法生产模锻件时，其工步根据模锻件的形状和尺寸确定。共六十三页（1）长轴类模锻件共六十三页（2）短轴类模锻件四、锻造工艺规程中的其它内容

采用热变形进行锻造时，必须按锻件材质及其合金状态图确定始锻温度和终锻温度。确定加热规范和冷却规范，防止热应力引起变形或开裂而报废。，无论用哪种锻造方法，都必须根据锻件重量、锻造方法等因素(yīnsù)，选定相应的设备和确定锻后的辅助工序。共六十三页第三(dìsān)节锻件结构的工艺性

一、自由锻的结构工艺性共六十三页共六十三页共六十三页共六十三页二、模锻件的结构(jiégòu)工艺性共六十三页第三章冲压冲压：是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。通常在常温下进行又称冷冲压，当板料厚度超过8-10mm,才采用热冲压。冲压的特点：（1）可以冲出形状复杂的零件，且废料较少。（2）产品具有足够高的精度(jīnɡdù)和较低的表面粗糙度，冲压件的互换性较好。（3）能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零件。（4）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率高，成本低。共六十三页冲压设备：剪床:把板料剪切成一定宽度的条料，供下一道工序用。冲床:用来实现(shíxiàn)冲压工序，以制成所需形状和尺寸的成品零件。最大吨位40000kN.冲压生产的基本工序：分离工序和变形工序两大类。共六十三页第一节分离(fēnlí)工序分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工作。如落料、冲孔、切断和修整等。一、落料及冲孔（冲裁）

冲裁：利用冲模将板料已封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法。

落料：利用冲裁取得一定外形的或坯料的冲压方法。

冲孔：将材料以封闭的轮廓分离开来，获得带孔的制件的一种冲压方法。共六十三页1、冲裁变形过程可分为三个过程：（1）弹性变形阶段（2）塑性变形阶段（3）断裂分离阶段冲裁件分离面的质量主要与凸凹模间隙、刃口锋利程度有关，同时也受模具(mújù)结构、材料性能及板料厚度等因素影响。共六十三页2、凸凹模间隙单边间隙(c)的合理数值可按下列经验公式计算：式中：----板料厚度，mm;m-----与板料性能及厚度有关的系数(xìshù)实用中，板料较薄时，低碳钢、纯铁m=0.06～0.09铜、铝合金

m=0.06～0.1高碳钢m=0.08～0.12

>3mm时，系数可放大1.5倍共六十三页3、凸凹模刃口尺寸(chǐcun)的确定4、冲裁件的排样二、修整三、切断共六十三页第二节变形工序

变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生(chǎnshēng)位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、成形等。1、拉深过程共六十三页2、拉深中的废品拉深件主要受拉应力作用。当拉应力值超过材料(cáiliào)强度极限时，拉深件将被拉穿成废品。最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处。（3-44）拉穿现象与下列因素有关：（1）凸凹模的圆角半径对于钢的拉深件，取，圆角半径过小，容易拉穿。（2）凸凹模的间隙

（3）拉深系数是拉深件直径d与坯料直径D的比值，拉深系数不小于0.5-0.8.（3-45）多次拉深时，总拉深系数等于各次拉深系数的乘积。（4）润滑（3-46，3-47）共六十三页共六十三页3、旋压共六十三页二、弯曲(wānqū)共六十三页三、翻边四、成形(chénɡxínɡ)共六十三页第三节冲模简介(jiǎnjiè)一、简单冲模共六十三页二、连续(liánxù)冲模共六十三页三、复合(fùhé)冲模共六十三页第三节冲压件的结构工艺性一、冲压件的形状(xíngzhuàn)和尺寸1、对落料件和冲压件的要求共六十三页共六十三页2、对弯曲(wānqū)件的要求共六十三页3、对拉深件的要求(yāoqiú)共六十三页二、简化工艺(gōngyì)及节省材料的设计共六十三页三、冲压件的厚度（3-65）四、冲压件的精度和表面质量冲压工艺一般精度：

落料件不超过IT10;

冲孔件不超过IT9;

弯曲件不超过IT10-IT9;

拉深件高度尺寸精度为IT10-IT8,直径(zhíjìng)尺寸精度IT10-IT9,经整形后的尺寸精度可达IT67-IT6.冲压件的表面质量尽可能不高于原材料的表面质量。共六十三页第四章特种塑性(sùxìng)加工方法简介第一节精密模锻

精密模锻是在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的锻造工艺。精密锻造锥齿轮尺寸精度(jīnɡdù)：IT15-IT12表面粗糙度：共六十三页

保证精密模锻的措施：(1)精确计算原始坯料的尺寸，否则会增大锻件尺寸公差，降低精度。(2)精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。(3)采用无氧化或少氧化加热法，尽量减少坯料表面形成的氧化皮。(4)精锻模膛的精度必须比锻件精度高两级。精锻模应有导柱导套结构(jiégòu)，以保证合模准确。精锻模上应开有排气小孔，以减小金属的变形阻力，更好地充满模膛。(5)模锻进行中要很好地冷却锻模和进行润滑。精密模锻一般都在刚度大、运动精度高的设备(如曲柄压力机、摩擦压力机、高速锤等)上进行，它具精度高、生产率高、成本低等优点。共六十三页第二节零件挤压

挤压是使坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。

挤压分类：

1、按金属流动(liúdòng)方向与凸模运动方向的不同可分为：

正挤压、反挤压、复合挤压和径向挤压四种。

共六十三页2、按坯料的挤压温度不同可分为(fēnwéi)：

热挤压、冷挤压和温挤压三种共六十三页

零件挤压工艺具有的特点：

(1)挤压时金属坯料处于三向受压状态，可提高金属坯料的塑性，因而适合于挤压的材料品种多，如非铁金属、碳钢、合金钢、不锈钢及工业纯铁等。在一定的变形(biànxíng)量下，某些高碳钢、轴承钢，甚至高速钢等也可进行挤压。(2)可制出形状复杂、深孔、薄壁和异型断面的零件。(3)挤压零件的精度可达IT7～IT6，表面粗糙度值可达R。3．2～0．4，从而可达到少、无屑加工的目的。，(4)挤压变形后，零件内部的纤维组织基本上是沿零件外形分布而不被切断，从而提高了零件的力学性能。

(5)节省原材料。其材料利用率可达70％，生产率也较高，比其它锻造方法提高几倍。挤压是在专用挤压机(有液压式、曲轴式、肘杆式等)上进行的，也可在适当改造后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。共六十三页第三节零件轧制

根据轧辊轴线与坯料轴线方向不同，轧制分：纵轧、横轧、斜轧、楔横轧等几种。一、纵轧纵轧是轧辊轴线与坯料轴线互相垂直的轧制方法。可分型材轧制和辊锻轧制

辊锻轧制适用于三种类型的锻件：

1、扁断面的长杆件；2、带有不变形(biànxíng)头部、而沿长度方向横截面面积递减的锻件；3、连杆件共六十三页二、横轧横轧是轧辊轴线与坯料轴线互相平行的轧制方法(fāngfǎ)。

辗环轧制齿轮轧制共六十三页三、斜轧——又称螺旋斜轧斜轧是轧辊(zhágǔn)轴线与坯料轴线相交一定角度的轧制方法。如钢球轧制、周期轧制、冷轧丝杆等共六十三页四、楔横轧楔横轧是带有楔形模具的两（三个）轧辊