第三章 金属塑性加工.ppt

1、第三篇 金属塑性加工,利用金属的塑性变形，改变坯料的尺寸和形状，并改善其内部组织和力学性能，获得所需毛坯或零件的成形加工方法，称为金属塑性加工。常见有锻造和冲压。 锻造的特点： （1）具有较好的力学性能 （2）节约材料 （3）生产率高,第一章 金属的塑性变形,一、 金属塑性变形的实质 1.弹性变形 2.塑性变形 （1）单晶体的塑性变形：滑移 （2）多晶体的朔性变性,观看录相,二 、塑性变形对金属组织和性能的影响 1加工硬化 金属在室温下塑性变形，由于内部晶粒沿变形最大方向伸长并转动，晶格扭曲畸变以及晶粒破碎，增加了进一步滑移变形的阻力，从而引起金属的强度、硬度升高，塑性、韧性下降的现象称为加工

2、硬化，亦称为冷作硬化。,2. 回复与再结晶 回复：将已产生加工硬化的金属加热到绝对温度T回=（0.25-0.3） T熔（K）以上，原子获得的热能将使原子回复到正常排列位置，消除了晶格扭曲，降低了内应力，从而部分消除加工硬化，使强度、硬度略有下降，塑性、韧性略有上升的现象称为回复。 再结晶：如果将加工硬化的金属进一步加热到绝对温度T再=0.4T熔（K）以上，原子具有足够的扩散能力，在变形晶粒的晶界和晶内高畸变区重新生核、长大，形成新的细小等轴晶粒（但晶格类型不发生变化），从而完全消除加工硬化，这种现象称为再结晶。,观看录相,3.冷变形和热变形 冷变形： 金属在再结晶温度以下的塑性变形称为冷变形。

3、冷变形过程中只产生加工硬化而无再结晶现象，因此变形过程中金属的变形抗力大，塑性低。若变形量过大，会引起金属的破裂。 热变形： 金属在再结晶温度以上的塑性变形称为热变形。变形过程中再结晶能及时克服加工硬化。因而变形过程中金属的塑性好，变形抗力低，不需要安排中间退火。,4. 纤维组织 铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒和沿晶界分布的杂质都沿着变形方向被拉长呈纤维状。,观看录相,三、 金属的可锻性,金属的可锻性： 是材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。金属的可锻性好，表明该金属适合采用塑性加工方法成形；可锻性差，表明该金属不宜选用塑性加工方法成形。 影响金属的可锻性的因素： 一、

4、金属的本质 化学成分、金属组织 二、加工条件 变形温度、应变速率、 应力状态,观看录相,第二章 锻造,在加压设备作用下，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，称为锻造。 第一节 锻造方法 一、自由锻造 自由锻是利用冲击力或压力使坯料在上、下砥铁之间产生自由流动，以获得锻件的方法。 自由锻设备：蒸气-空气锤、水压机,观看录相,1 自由锻工序,自由锻的基本工序是指锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。 （1）镦粗：墩粗是使坯料的整体或一部分高度减小、断面积增大的工序。分为完全墩粗、局部墩粗 和垫环墩粗等。,（2） 拔长 ：拔长是减小坯料截面积、

5、增加其长度的工序。拔长的种类有： 平砥铁拔长：使毛坯的横截面积减小而长度增加的锻造工序。 心轴拔长：减小空心毛坯外径和壁厚，增加长度的工序。 芯轴扩孔：减小空心毛坯的壁厚，增加内径和外径的工序,（3）冲孔 冲孔是在实心坯料上冲出通孔或不通孔的工序。有实心冲子冲孔、空心冲子冲孔、板料冲孔等。 （4）弯曲：将坯料弯成所规定的外形的锻造工序 （5）错移：将坯料的一部分相对另一部分错移开，但仍保持轴心平行的锻造工序。 （6）扭转：将坯料的一部分相对另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序,辅助工序：指进行基本工序之前的预变形工序。如压钳口。 精整工序：在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序

6、。 如平整。 2、锻件分类及基本工序方案 自由锻锻件大致分为：盘类锻件、轴类锻件、筒类锻件、环类锻件、曲轴类锻件、弯曲类锻件,二、 模型锻造,模型锻造：模型锻造简称模锻，是将金属坯料置于锻模模膛内，在冲击力或压力作用下产生塑性流动，由于模膛对金属坯料流动的限制，从而使金属坯料充满模膛获得与模膛形状相同的锻件。 据模锻设备的不同，模锻可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦旋压机上模锻、平锻机上模锻以及胎模锻 。,1 锤上模锻,锤上模锻是在模锻锤上进行。锻模的模膛分为制坯模膛和模锻模膛两大类。,制坯模膛的作用是使坯料预变形而达到合理分配，使其形状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。 （1）拔

7、长模膛 :用于减小坯料某处横截面而增加其长度，用作长轴类锻件的制坯 （2）滚压模膛 :减小坯料某部分的横截面积以增大另一部分的横截面积，用于变截面长轴类锻件的制坯。 （3）弯曲模膛：对坯料进行弯曲变形。 （4）切断模膛：用来切断金属。,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,模锻模膛的作用是使坯料变形到锻件所要求的形状和尺寸 。对于形状复杂、精度要求较高、批量较大的锻件，还要分为预锻模膛和终锻模膛。,飞边槽,根据模锻件实际生产的需要，还可制作多膛锻模(一副锻模中有两个以上模膛)。,2、曲柄压力机上模锻,曲柄压力机结构如图所示，电动机通过带轮的传动，带动曲柄连杆机构运动，从而使滑块做上下往复运动，锻模分别

8、安装在滑块下端和工作台上。,观看录相,3平锻机上模锻 平锻机相当于卧式曲柄压力机，它没有工作台，锻模由固定凹模、活动凹模和凸模三部分组成，具有两个相生垂直的分模面。当活动凹模与固定凹模合模时，便夹紧坯料，主滑块带动凸模进行模锻成形。,观看录相,4摩擦压力机上模锻 摩擦压力机是靠飞轮旋转所积蓄的能量转化为金属的变形能而进行锻造的。,5 胎模锻,胎模锻：胎模锻造是在自由锻设备上使用胎模（不固定在锤上的锻模）进行锻造的方法。 胎膜锻模具种类较多，主要有扣模、筒模及合模三种。 1.扣模,2筒模,3合模,观看录相,第二节锻造工艺规程的制定,一、绘制锻件图 余块、余量及公差：加工余量一般为1-4mm ，公

9、差一般取(0.3-3)mm。具体余量和公差数据可查阅有关手册。 选择合理的分模面。,模锻斜度 ：锻件与模膛侧壁的接触表面一定要有一定斜度，这样才能方便锻件从模膛中取出，这一斜度即为模锻斜度。 模锻圆角半径：在模锻件上所有两表面相交处均应有圆角过渡，以避免出现热应力集中而破坏锻件，同时提高模具的寿命。,确定连皮：对于孔径d25mm，且h/d2(h为深度)的孔，应在模锻件上锻出，但模锻工艺无法冲出通孔，圆孔内留有“连皮” 。,二、坯料重量和尺寸的确定,（）质量的计算 m坯=m锻+m烧+m芯+m切 m坯：坯料质量 m锻：锻件质量 m烧：加热时坯料表面氧化而烧损的质量 m芯：冲孔时芯料的质量 m切：端

10、部切头损失的质量 （2）坯料尺寸的确定,三、锻造工序的确定,盘类模锻件：盘类模锻件是指在分模面上的投影为圆形或长度接近于直径（或宽度）的锻件，如齿轮、法兰盘等。工序常选用先镦粗制坯后终锻成形的工序 。 杆轴类零件是指长径（宽）方向比较大的锻件，如曲轴、连杆、弯曲摇臂等。常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工序。,第三节 锻锻件的结构工艺性,一、自由锻件的结构工艺性 1.锻件形状应简单对称 2.锻件应避免锥面和斜面,3锻件应避免加强筋或凸台等结构,4锻件应避免空间曲线,5锻件截面应力求简单,二、模锻件的结构工艺性 1.合理设计锻件分模面：模锻件必须具有一个合理的分模面，与分模面垂直的非加工表面必

11、须有适当的模锻斜度，非加工表面所形成的角应有模锻圆角。 2.正确设计锻件形状：模锻件外形应力求简单、平直及对称，尽量避免零件截面差别过大，或具有薄壁、高筋和局部急剧突起的结构,3避免设计沟槽及深孔结构：在零件结构允许的条件下，设计模锻件时应尽量避免窄沟、深槽、深孔和多孔结构。必要时添加余块以便模具制造和延长模具寿命。 4.组合锻件设计 ：在可能的条件下，应采用锻一焊组合工艺，以减少余块，简化模锻工艺。,第三章 冲压,冲压是利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或分离，从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。 板料冲压具有下列特点 ： (1)生产率高，操作简单 (2)产品质量好 (3)材料利用

12、率高,第一节分离工序,一、冲孔和落料 利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的冲压工序称为冲裁，它是落料和冲孔的总称。,1、冲裁变形过程 弹性变形 塑性变形 分离,、凹凸模间隙 凹凸模间隙z对冲裁件质量、冲裁力大小、模具寿命等有很大影响。 间隙过小，上下裂纹不重合，上下裂纹中间将产生二次剪切在断口中部留下撕裂面，出现第二个光亮带，端面出现被挤长的毛刺，间隙过大，材料的弯曲拉伸变形增大，裂纹在距刃口稍远的侧面上产生，上下不重合，致使断口光亮带窄，毛刺大而厚，难以去除。,、凹凸模刃口尺寸的确定：落料时凹模刃口尺寸等于落料件尺寸，凸模尺寸为凹模尺寸减去z；冲孔时凸模尺寸等于孔的尺寸，凹模尺寸为凸模尺寸

13、加上z。 、冲裁力计算 ： 平刃冲模的冲裁力按下式计算： F=KL 式中：F冲载力（N） K因数，与模具间隙、刃口钝化、板料的力学性能、厚度等的波动有关，一般取1.3 L冲裁件周边长度（mm） 坯料厚度（mm） 材料抗剪强度（MPa） 一般=0.86b,(5)冲裁件的排样 排样是指落料件在条料、带料或板料上进行合理布置的方法。排样合理可使废料最少，材料利用率大为提高 。 落料件的排样有两种类型:无搭边排样和有搭边排样,观看录相,二、修整：修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮去一薄层金属，以提高冲裁件的加工精度和降低剪断面表面粗糙度的冲压方法。 三、切断：切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进

14、行分离的工序。,第二节变形工序 一、拉深 拉深是使平板坯料变成中空型零件或使中空型零件深度加深的变形工序。,拉深废品及缺陷 如果将圆形板料毛坯拉成图9-7中高度为H=（D-d）/2的圆筒形工件，坯中三角形阴影部分是多余的。,为防止坯料被拉穿，应采取以下工艺措施：凹凸模必须有合理的圆角。 合理的凹凸模间隙z。合理的拉深系数m。润滑，为了减小摩擦，以降低拉深件壁部的拉应力，减少模具的磨损，拉深时通常产要加润滑剂。为防止坯料起皱，可采用设置压边圈的方法,观看录相,二、弯曲 弯曲是坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序 弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直 三、翻边：在坯料的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法称为翻边。,观看录相,冲模,冲模是通过加压将