第2章 金属的塑性成形.ppt

1、第2章 金属的塑性成形,塑性变形:材料断裂前发生的不可逆的永久 变形。 金属在外力作用下，使其内部产生应力， 当外力增大到使金属的内应力超过该金属 的屈服极限以后，外力停止作用，金属的 变形也并不消失。,【2.1 金属塑性成形的工艺基础】,2.1.1金属塑性成形的工艺种类 金属的压力加工 轧制、拉拔、挤压、 锻造（自由锻 模锻）、板料冲压,利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。,轧制：金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。,拉拔：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加 工方法。,挤压：金属坯料在挤压模内被挤

2、出模孔而变形 的加工方法。,锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工方法。 自由锻 模锻,板料冲压：金属坯料在冲模间受外力作用而产生变形或分离的加工方法,塑性成形优点： (1)组织细化致密、力学性能提高 。 (2)体积不变的材料转移成形，材料利用率高。 (3)生产率高，易机械化、自动化。 (4)制品精度较高。,塑性成形缺点： (1)不能加工脆性材料 (2)难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体 积特别大的制品 (3)设备、模具投资费用高,2.1.2金属变形过程中的组织与性能,理想的单晶体 晶体内部产生滑移,【2.1 金属塑性成形的工艺基础】,弹性变形,塑性变形,等轴晶粒,塑性变形分

3、为冷变形和热变形 冷变形：在再结晶温度以下的变形。 热变形: 在再结晶温度以上的变形。,1.冷变形后金属的组织与性能,(1)晶格沿变形最大的方向伸长，性能趋向各向 异性。 (2)晶粒破碎，位错密度增加，产生冷变形强化。,加工硬化（冷变形硬化、冷作硬化） 金属变形后，强度、硬度提高，而塑性、韧 性下降的现象。,(3)晶粒择优取向，形成变形织构。 (4)残余内应力。,2.冷变形后金属在加热时组织与性能的变化 回复 回复温度：T回=(0.250.3)T熔,消除内应力，又保留高强度和硬度,消除内应力退火,再结晶 再结晶温度: T再=0.4T熔 T回、T熔、T再分别是绝对温度表示的金属 回复、再结晶温度

4、、熔化,消除加工硬化，恢复良好塑性,3.热变形后金属的组织与性能 金属的致密度提高 组织细化，力学性能提高 出现锻造流线，金属性能呈现异向性,变形程度用锻造比： Y拔=F0/F Y镦=H0/H,金属在压力加工产生塑性变形时，其晶粒形状和 沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿变 形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫作纤维 组织。 应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维 方向重合，最大剪应力方向与纤维方向垂直。,2.1.3 合金的锻造性及影响成形的因素,可锻性 是衡量材料在经受压力加工时获得优质零 件难易程度的工艺性能。 影响因素 一. 金属的本质 1. 化学成份的影响 2. 金属组织的影

5、响,化学成分,纯金属 ，良好的锻造性能; 低碳钢成形比中、高碳钢容易； 碳素钢成形比合金钢容易；,金属组织,纯金属及固溶体容易成形； 碳化物难以成形； 粗晶结构成形和铸态柱状晶组织难以成形。,二、 加工条件,1. 变形温度的影响 2. 变形速度的影响 3. 应力状态的影响 4. 坯料表面质量,过高温度使金属氧化、脱碳、过热等，甚至过烧报废,适当,（4）坯料表面质量,表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂等都会产生应力集中，缺陷扩展甚至开裂。,表面预切削,【2.2 金属塑性成形的工艺方法】,2.2.1自由锻 定义：利用冲击力或压力使金属在抵铁间中产生 变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件的工艺方 法。

6、,金属在上下砧之间受压（冲击力或静压力）后，在非受力方向自由流动塑性变形，获得锻件。,特点,缺点,适于多品种、单件、小批生产 自由锻是大型锻件的唯一锻造方法，如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、大型重要齿轮等,一、 锻造方法,分类：手工锻造和机器锻造 所用设备分类：分为锻锤类、水压机、机械压力 机三类,二、自由锻的基本工序,使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所 需形状和尺寸的工艺过程。,镦粗 拔长 切割 冲孔,弯曲 锻接 错移,镦粗：使坯料高度减小、横截面增大的工序。用于齿轮 坯、圆盘、凸缘的锻造，以及空心零件冲孔前的准备。,拔长：使坯料横截面减小、长度增大的工序。用于轴、 杆类锻造。,冲

7、孔 ：使坯料具有通孔和盲孔的工序。用于齿轮、套 筒、圆环等空心件的锻造。,弯曲：使坯料轴线产生一定曲率的工序。,扭转：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定 角度的工序。,错移：使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。,切割 ：分割坯料或去除余量的工序。,锻接 ：两件坯料连接成一体的工序。,2.2.2 模膛锻造,定义:在高强度金属锻模上，预先制出与锻件形 状一致的模膛，使坯料在模膛内受压成形，从而 获得锻件的工艺方法。 按使用的设备分类：,锤上模锻 胎模锻 压力机上模锻,蒸汽空气模锻锤,2.2.2.1 模锻分类,开式模锻 闭式模锻 多向模锻,2.2.2.2 锤上模锻锻模结构,锻模结构

8、：模膛根据其功用不同可分为模锻模膛 和制坯模膛。,制坯模膛 拔长模膛 滚压模膛 弯曲模膛,模锻模膛 预锻模膛：使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸. 圆角和斜度较大 没有飞边槽 形状简单或批量不大时可不用预锻模膛,终锻模膛：使坯料变形到所要求的形状和尺寸 形状应和锻件的形状相同 沿模膛四周有飞边槽 具有孔的锻件会留有冲孔连皮,与自由锻比较有如下优点： 生产率高。 模锻尺寸精确，加工余量小。 可以锻造出形状比较复杂的锻件。 可以节省金属材料减少切削加工工作量。,2.2.2.3 胎模锻,在自由锻设备上使用胎膜生产锻件的方法。 胎膜的种类：扣模、筒模、合膜,胎模锻与自由锻比较： 胎模锻件的形状和尺寸基本

9、与锻工技术无关，靠模具保证，对工人技术要求不高，操作简便，生产率较高。 胎模锻造的形状准确，尺寸精度较高，因而敷料少，加工余量小。 胎模锻件在胎模内成形，锻件内部组织致密纤维分布更符合性能要求。,胎模与模锻比较有以下特点： 胎模锻造不需采用昂贵设备，并扩大 了自由锻设备的生产范围。 胎模锻造工艺操作灵活，可以局部成形。 胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易，且周期短。,曲柄压力机上模锻,2.2.3 压力机上锻造,摩擦压力机上模锻,平锻上模锻,2.2.4 锻造工艺及结构设计,一. 绘制锻件图 余块（敷料）：为了简化锻件形状、便于进行锻造而增加的一部分金属。 锻件余量：在零件的

10、加工表面上增加 供切削加工用的金属。 锻件公差：锻件名义尺寸的允许变动量。,自由锻的锻造工艺,二、确定变形工序,三、坯料质量及尺寸计算,质量计算公式 G坯料=G锻件+G烧损+G料头,密度X体积,2%-3%G锻件,2%-4%G锻件,坯料尺寸,四、选择锻造设备,五、确定锻造温度,六、填写工艺卡片,分模面：上下锻模在模锻上的分界面。 模锻斜度：模锻件上平行于锤击方向的斜度。 模锻圆角半径：模锻件上所有两平面的交角。 冲孔连皮：模锻时无法冲通那部分金属。,台阶：其直径大于相邻部分的直径的那段轴。 凹档：其直径小于相邻部分的直径的那段轴。 法兰：长度小于直径的0.5倍，且其直径大于相邻部分直径的1.5倍

11、时的台阶。,模锻的锻造工艺,一、绘制锻件图,分模面,余量和公差,模锻斜度,模锻圆角半径,冲孔连皮,齿轮坯模锻锻件图,二、确定模锻工步,三、后续工序,图1,图2,图3,四、其他,2.2.4.3 锻件的结构设计,1.锻件上具有锥体或斜面的结构，从工艺角度衡量是不合理的，应改斜为平。 2.锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，应改曲为直。,自由锻结构设计原则,3.锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面，应加厚去筋，改凸为平。 4.锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，应化整为零设计成由几个简单件构成的组合体部件，每个简单件锻制成形后再用焊接或机械 连接方式构

12、成整体零件。,模锻结构设计原则,1.合理的分模面:金属易于充满模膛、易于取模、敷料最少、容易制造。,2.合理的模锻斜度和圆角:与分模面垂直的非加工表面均应设计斜度，且无内凹形状。,3.合理的外型:外形力求平直对称，避免截面积差别过大，或具有薄壁、高肋、高台等不良结构。,4.避免深孔多孔结构:直径小于30mm或深度大于两倍直径的孔难以锻出，需采用机加工。,5.锻焊结构:减少敷料，简化工艺。,定义：利用冲模使板料产生分离或变形的加工方 法。 冷冲压 用途：板料冲压广泛应用于制造金属成品的工业 部门。在汽车、航空、电器、仪表及国防等工业 中占有极重要的地位,【2.2 薄板冲压成型工艺】,特点： 可以

13、生产形状复杂的零件或毛坯。 具有较高的精度、较低的表面粗糙度，质量稳定，互换、性能好。 材料消耗少、重量轻、强度高和刚度好的特点。 操作简单生产率高，易于实现机械化和自动化。 冲模精度要求高，结构较复杂，生产周期较长，制造成本较高，故只适用于大批量生产场合。,冲压工序分类:,分离工序：板料一部分与另一部份分离。 变形工序：坯料产生塑性变形而不破裂。,2.3.1 冲压成形基本工序,2.3.1.1 分离工序 使坯料的一部分与另一部分相分离的工序。 一、落料及冲孔(统称冲裁),落料：从板料上冲出一定外型的零件或坯料。 冲落部分为成品，周边为废料。 冲孔：从板料上冲出孔。冲落部分为废料，周 边为成品。

14、,1、冲裁变形过程,2、凸凹模间隙 Z=m 断面质量 模具寿命 卸料力 冲裁力 尺寸精度,3、凸凹模刃口尺寸的确定 落料时： 最小零件尺寸凹模刃口尺寸 凸模刃口尺寸凹模刃口尺寸Z 冲孔时： 最大零件尺寸凸模刃口尺寸 凹模刃口尺寸凸模刃口尺寸Z,4、冲裁力计算 F=KL F:冲裁力 N K:系数 L:冲裁件周边长度 mm :坯料厚度 mm ：材料抗剪强度MPa,5、冲裁件的排样,修整：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉存留的剪裂带和毛刺。,三. 切断：用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。,三.精密冲裁,2.3.1.2 变形工序,使坯料的一部分相对于另一部分 产生位移而不

15、破裂的工序。如拉 深、弯曲、翻边等。 一、拉深: 利用模具使坯料变形成开口空心 零件的工序。,1、拉深变形,2、拉深废品及缺陷,拉伸系数,缺陷防止,二、 弯曲 坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度 的工序。,1、弯曲变形,弯曲半径,2、弯曲回弹,三. 翻边：在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得 凸缘的工序。,四. 胀形：利用模具使空心件或管状件由内向 外扩张。（硬橡胶芯或高压液体）,五. 压肋：拉伸坯料某一局部，可在坯料上获得凸起。,六. 缩口：利用模具使空心件或管状件的口径缩小。,2.3.2 冲模的分类及结构,简单冲模 连续冲模 复合冲模,2.3.3 冲压形成件的结构工艺性,一、冲压件的形状及尺寸 1、对落料件和冲孔件的要求,形状力求简单、规则、对称，便于合理排料。,两边交接处用圆