机械制造基础电子教案 第二章 塑性成形

教案第__4_次课授课内容第二章塑性成形§2-1概述§2-2金属塑性成形理论基础§2-3锻造1锻造方法目的要求掌握金属塑性变形的实质、塑性变形后金属的组织和性能以及金属可锻性的影响因素；掌握锻造方法重点难点塑性变形后金属的组织和性能以及金属可锻性的影响因素课型课堂讲授计划学时3课前准备板书设计1（多媒体提纲）第二章金属塑性变形§2-1概述§2-2金属塑性成形理论基础2.2.1金属塑性变形的实质一、单晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形2.2.2塑性变形后金属的组织和性能一、金属材料产生加工硬化二、金属材料产生纤维组织2.2.3金属的可锻性一、可锻性的衡量指标二、可锻性的影响因素1金属的本质2加工条件§2-3锻造锻造方法一、自由锻1.自由锻工序(1)基本工序(2)辅助工序(3)精整工序2.锻件分类及基本工序方案二、模锻1.锤上模锻2.曲柄压力机上模锻3.摩擦压力机上模锻课堂小结作业、思考课后小结备课纸第二章金属塑性变形§2-1概述1、压力加工的概念压力加工是利用金属材料在外力作用下产生的塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料,毛坯或零件的生产方法，也叫金属塑性加工。各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定塑性，可以在热态或冷态下进行塑性成形。2、压力加工的特点：与铸造相比：(1)优点：a)经过压力加工过的金属材料，具有细晶粒结构；能使粗大枝晶和各种夹杂物都沿着金属流动的方向被拉长，呈现出纤维组织；并使铸造时内部缺陷（如微裂纹、气孔、疏松等）得以压合，因而提高了金属的力学性能。很多承受重载荷的、受力复杂的零件都使用锻件。b)锻件还具有适用范围广，使用模型锻造有较高的生产率、节省材料的特点。（2）缺点a)形状不能太复杂，与焊接和铸造等方法相比，使用较广的自由锻造所获得的产品形状比较简单，若要生产外形和内腔复杂的零件较为困难，甚至是不可能的。b)坯料塑性要好§2-2金属塑性成形理论基础2.2.1金属塑性变形的实质塑性变形：当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服点之后，既使外力停止作用，金属的变形也不消失。一、单晶体的塑性变形(1）滑移：晶体的一部分相对另一部分沿一定的晶面发生相对滑动。金属的塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。在切向应力的作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移（该面称滑移面），第1页备课纸从而造成晶体的塑性变形。其中位错是引起滑移变形的主要原因。（2）孪晶晶体在外体作用下，一部分沿着一定晶面（孪生面）产生一定角度的切变。当滑移困难时(位错塞积），出现孪晶变形塑性变形过程：滑移——孪生——滑移——孪生…….二、多晶体的塑性变形工业中实际使用的金属大多是多晶体。1、多晶体的特征：a）晶体形状和大小不等b）相邻晶粒的位向不同c）多晶体内存在大量晶界2、实际塑性变形：a）各个晶粒内部滑移和孪生的总和，构成整体塑性变形。b）各个晶粒间的变形，是产生内应力和开裂的原因。多晶体塑性变形的实质：晶粒内部发生滑移；同时晶粒之间发生滑移和转动。2.2.2塑性变形对金属组织和性能的影响金属的变形：弹性变形→塑性变形→颈缩变形。弹性变形：去除外力作用时，能恢复原形。塑性变形：去除外力作用时，不能恢复原形。颈缩变形：材料趋向接近断裂。一、金属材料产生加工硬化1、加工硬化：金属经过塑性变形后，强度和硬度上升而塑性下降的现象。a）晶格扭曲b）晶粒破碎2、回复第2页备课纸随着温度的上升，原子热运动加剧，晶格扭曲被消除，内应力明显下降的现象。T回=（0.25～0.3）T熔a）晶格扭曲消除b）内应力明显下降回复只能部分消除加工硬化3、再结晶温度上升到金属熔化温度的0.4-0.5倍时，开始以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，加工硬化完全消除。T再＝0.4T熔例：纯铁：t熔＝1538℃、45：t熔＝1450℃。纯铝：t熔＝660℃、Cu：t熔＝1083℃。T熔＝t熔＋273℃（绝对温标）4、冷变形和热变形冷变形：在再结晶温度以下的变形。（1）生产方法：冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔等（2）特点：a）位错密度上升——显著加工硬化强度、硬度上升韧、塑性下降b）尺寸精度高、表面质量好热变形：在再结晶温度以上的变形。生产方式：热锻、热轧、热挤压加工硬化：塑性变形程度越高，强度和硬度就升高。消除方法：再结晶退火。二、金属材料产生纤维组织(锻造流线)(1)铸锭经塑性变形后的显微特征：具有锻造流线晶粒，显著地沿同一方向被拉长（2）性能特点：具有各向异性a）纵向（平行纤维方向），韧、塑性增加，材料的抗拉强度提高b）横向（垂直于纤维方向），韧、塑性降低但抗剪切能力显著增强第3页备课纸(3)合理利用材料各向异性a）零件最大拉应力方向应与锻造流线平行b）零件最大剪切应力方向应与锻造流线垂直c）零件外形轮廓应与锻造流向的分布相符合而不被切断2.2.3金属的可锻性金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难以程度的工艺程度。恒量可锻性的指标：塑性：ψ截面收缩率；δ延伸率；αK冲击韧性变形抗力：在变形过程中金属抵抗工具作用的力P塑性↑，变形抗力↓，可锻性↑可锻性的影响因素：一．金属的本质1.化学成分的影响：含碳量；杂质含量等。a）纯金属比合金的可锻性好b）含合金元素少的合金比多的好2.金属组织的影响：奥氏体；铁素体等组织。a）单相组织（纯金属或固溶体）比多相好b）钢中碳化物呈弥散分布比网状分布好c）晶粒细化组织比粗大好二、加工条件1.变形温度的影响提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。变形温度T↑，材料塑性δ↑，变形抗力P↓，→可锻性↑注意事项：锻造温度：温度过低：导致锻件破裂报废；加热温度高，可锻性好，但是，温度过高，会引起过烧或过热、脱碳和严重氧化等缺陷。过烧会破坏晶粒间的连接，过热会使晶粒过分长大。第4页备课纸始锻温度：锻造温度的上限终锻温度：锻造温度的下限碳钢：800℃～（AE－200℃）。合金钢：830℃～（AE－150℃）。2.变形速度的影响：变形速度：金属材料在单位时间内的变形程度变形速度对塑性及变形抗力的影响a）变形速度不大时，回复和再结变形速度对塑性及变形抗力的影响晶来不及消除加工硬化，可锻性下降b）变形速度大于一定值后，由于塑性变形的热效应使材料温度升高，回复和再结晶充分，消除了加工硬化现象，使可锻性提高。3.应力状态的影响：压应力较拉应力为易。应力状态对塑性的影响：（1）挤压时，金属呈三向压应力（2）拉拔时，变形材料呈两向压应力和一向拉应力理论和实践表明：a）压应力越多，材料的塑性越好b）拉应力越多，塑性越差§2-3锻造利用外力(冲击力或压力)使金属在抵铁间或锻模中变形，获得一定形状和尺寸锻件的工艺方法。按使用设备不同，锻造工艺分为：a）自由锻b）模锻c）胎模锻第5页备课纸锻造方法一、自由锻自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。自由锻设备：（1）锻锤：空气锤小型锻件150公斤以下蒸汽－空气锤小于1500公斤锻件（2）压力机：主要是水压机，可锻造质量达500t锻件，常用于大型和巨型锻件。1.自由锻工序(1)基本工序使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。包括：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移。(2)辅助工序为了完成基本工序而进行的预先变形工序，主要包括：压钳把、倒棱、压痕等。(3)精整工序用来减少锻件表面缺陷的工序，主要包括：校正、滚圆、平整等。2.自由锻特点（1）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余可自由流动；（2）所用设备及工具简单，适应性强，锻件重量不受限制；（3）由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件的精度低，生产率低；（4）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯一锻造方法。3.锻件分类及基本工序方案盘类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔轴类件:拔长（镦粗、拔长）、切肩、锻台阶筒类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长环类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔弯曲类件:拔长（镦粗、拔长）、弯曲曲轴类件:拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转二、模锻第6页备课纸模锻是利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法。按所用设备不同可分为锤上模锻、压力机上模锻、平锻机上模锻和旋转压力机上模锻等。特点：1）生产率高；2）锻件的尺寸精度和表面质量高3）材料利用率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）模具成本高、设备昂贵；6）锻件重量小，一般小于150公斤。图锤上锻模锻模结构：图锤上锻模1锤上模锻模锻模膛模锻模膛分为预锻模膛和终锻模膛。预