机械制造工艺基础课件ppt_05模锻工艺和冷塑性加工基础

1、机械制造技术基础锻压工艺塑性加工基础和锻造工艺李海艳华中科技大学船海学院机械制造工艺基础锻压工艺回顾塑性成形的概念：通过外力使材料产生塑性变形，达到改变材料的形状、尺寸和机械性能的目的的一类工艺方法称为塑性成形 。塑性变形的实质：金属在外力超过屈服强度时产生永久性变形的性质称为塑性变形，是金属键的不饱和性的反映。机械制造工艺基础锻压工艺罩=-3- -机械制造工艺基础锻压工艺塑性变形对金属性能影响：加工硬化：金属在塑性变形时，随着变形量的增加，强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。加工硬化产生的原因：由于晶体的滑移变形量的增大，位错及亚晶界的数量增多，晶格畸变 量增大，使位错运动困难，滑移无法进

2、行。导致 金属内部产生较大的内应力 。利：金属产生加工硬化后，将可以提高强度和硬度，有利于提高材料和零件的承载能力和耐 磨性。弊：导致进一步的塑性变形困难，使塑性成形无法进行或导致断裂机械制造工艺基础锻压工艺消除加工硬化：再结晶：经过塑性变形的金属，在加热过程中， 强度和硬度下降，塑性和韧性提高的现象称为再结晶 。再结晶的实质：由于塑性变形后，金属内部存在大量的位错，亚晶和晶格畸变，所以塑性变形后的金 属处于高能状态，有自发地向低能态转化的倾向，但 在室温时，原子的活动能力很差，向低能态转化需要 很长的时间 。再结晶温度：塑性变形后的金属，通常要加热到某一温度才开始发生再结晶，这一温度称为再结

3、晶温 度 。晶粒粗大：温度再增加，晶粒长大开始长大，晶粒长大的速度很快，导致晶粒过大，使杂质富集，导致塑性下降机械制造工艺基础锻压工艺影响再结晶的因素：纯金属：再结晶温度为：T再=0.4T熔，所以， 熔点高的金属，再结晶温度也高 。机械制造工艺基础锻压工艺影响再结晶的因素：变形量：塑性变形量愈大，能态愈高，再结晶进 行越容易，再结晶温度愈低 。机械制造工艺基础锻压工艺影响再结晶的因素：杂质和合金元素：金属中杂质和合金元素越高， 由于杂质和合金元素阻碍原子的扩散和晶界的迁移， 使再结晶进行困难，金属再结晶温度越高 。机械制造工艺基础锻压工艺影响再结晶的因素：加热和保温时间：加热和保温时间越长，原

4、子的扩散路程越长，再结晶进行越容易，再结晶温度愈低。机械制造工艺基础锻压工艺塑性变形的类型：冷变形：金属在再结晶温度以下的塑性变形称为冷变形。通常也称为冷压力加工。沿变形方向，晶粒被拉长，位错和亚晶较多，并产生加工硬化 。机械制造工艺基础锻压工艺塑性变形的类型：冷变形强化：在冷压力加工中，因产生加工硬化，不利于要求变形大的复杂零件的成形。但可利用冷压力加工实现非热处理强化金属的冷变形强化 。机械制造工艺基础锻压工艺塑性变形的类型：冷变形产品：冷变形产品具有表面质量好、尺寸精度高、机械性能好的特点，一般不需再切削加工。常温下进行的冷镦、冷挤、冷轧以及冷冲压等都属于冷变形 。机械制造工艺基础锻压工

5、艺塑性变形的类型：热变形：金属在再结晶温度以上的塑性变形称为热 变形。通常也称为热压力加工。因在再结晶温度以上， 原子的活动能力强，位错，亚晶和晶格畸变消除，晶粒很快长成为无畸变的规则的再结晶组织。从而消除了加工硬化 。热变形的利用：热压力加工时，金属变形抗力小，塑性好，可用于大尺寸及塑性较差的材料的塑性成形。 利用热压力加工，还可以细化晶粒，分散杂质，焊合缺 陷。热变形产品：由于热变形是在高温下进行的，因而金属在加热过程中，表面容易形成氧化皮，而且产品尺 寸精度和表面质量较低，劳动条件和生产率也较差。自 由锻、热模锻、热轧等为热压力加工 。机械制造工艺基础锻压工艺塑性变形后的性态：纤维组织：

6、纯金属塑性变形后，晶粒沿变形方向 被拉长，微观上呈纤维形状，称为纤维组织 。流线：铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形， 它们将沿着变形方向被拉长，微观上呈纤维形状而宏观 上呈流线形状，这种结构叫流线 。特点：顺纤维和流线方向的机械性能比横纤维和流线方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织和流线 就越明显，机械性能的方向性也就越显著。流线的化学 稳定性强，通过热处理是不能消除的，只能通过不同方 向上的锻压才能改变流线的分布状况。而纤维组织可通 过再结晶退火的热处理消除机械制造工艺基础锻压工艺塑性变形后的性态：流线组织的利用：使流线分布与零件的轮廓相

7、符合而不被切断，使零件所受的最大拉应力与纤维方向一 致，最大切应力与纤维方向垂直 。机械制造工艺基础锻压工艺金属的可锻性：可锻性的概念：金属材料在经受压力加工时产生塑性变形的工艺性能。金属的可锻性好， 表明该金属适合于经受压力加工成型。可锻性 差，说明该金属不宜于选用压力加工方法成型 。可锻性的评定指标：可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。塑性高， 则金属变形不易开裂；变形抗力小，则锻压省 力。两者综合起来，金属材料就具有良好的可锻性。 金属的可锻性取决于材料的性质(内因) 和加工条件(外因)。机械制造工艺基础锻压工艺影响可锻性的因素：合金成分：纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢

8、中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的 。组织：纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。而碳化物(如渗碳体)的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好 。机械制造工艺基础锻压工艺影响可锻性的因素：温度：在一定的变形温度范围内，随着温度升高， 原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性 。过热：加热温度过高，晶粒急剧长大，金属机械性 能降低的现象 。过烧：加热温度接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间 的结合，使金属失去塑性，坯料报废的现象机械制造工艺基础锻压工艺影响可锻性的因素：始锻

9、温度：金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度 。终锻温度：引起加工硬化甚至开裂的最低温度称为终锻温度 。锻造温度范围：始锻温度与终锻温度之间的区间称为锻造温度范围。机械制造工艺基础锻压工艺影响可锻性的因素：变形速度：由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、 变形抗力增大；但金属在变形过程中，消耗于塑性变形 的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高。当变形 速度很高时，金属的塑性提高、变形抗力下降，可锻性 变好 。机械制造工艺基础锻压工艺影响可锻性的因素：高 。应力状态：压应力的数量愈多，则其塑性愈好； 拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。压应力使金属内部

10、原子间距减小，又不易使缺陷扩展，故金属的塑性会增机械制造工艺基础锻压工艺锻造的应用：主轴类零件：大多数受力较大或受交变载荷作用 的机械主轴都采用锻造方法生产 。连杆：大多数受力较大或受交变载荷作用的连杆 都采用锻造方法生产 。齿轮：大多数重载荷齿轮都用锻造方法生产 。大梁：汽车大梁要求有高的机械性能，常用冷弯成形 。枪炮管：枪炮管要求机械性能和耐磨性能高，一 般用挤压方法生产 。其他：塑性成形也广泛用于电器、仪表及日用品 工业中的外壳制造 。机械制造工艺基础锻压工艺锻造工艺：自由锻：金属在人为控制下，通过改变受力的点位置和力的大小，而改变其形状，并最终获得所需尺寸 的坯件的成形方法。也称为自由

11、成形 。胎模锻：在自由锻设备上，使用可移动的胎模具生产锻件的锻造方法称为胎膜锻。一般先将坯料经过自 由锻预锻成近似锻件的形状，然后用胎模终锻成型。固定模膛模锻：通过塑性变形迫使坯料在锻模型 槽内成型生产锻件的锻造方法称为模锻或固定模膛成形。主要分为锤上模锻和压力机上模锻 。冲压分离：使坯料的一部分与另一部分相互分开的工序称为分离工序。如落料、冲孔、切断、精冲等 。冲压变形：只允许产生弹性变形和塑性变形，不允许产生微裂纹。机械制造工艺基础锻压工艺模锻工艺规程的制定：锤上模锻成形的工艺过程：切断毛坯加热坯料模锻切除模锻件的飞边校正锻件表面清理检 验入库 。锻件图的绘制： 合理选择模锻件的分 模面；

12、确定模锻件的 机械加工余量；标注 模锻斜度；标注模锻 圆角；留出冲孔连皮。机械制造工艺基础锻压工艺模锻工艺规程的制定：模锻工步的确定： 长轴类：下料拔长 滚压弯曲预锻终锻。机械制造工艺基础锻压工艺模锻工艺规程的制定：模锻工步的确定：圆盘类：下料镦粗预锻终锻。机械制造工艺基础锻压工艺模锻件的结构工艺性合理的分型面：模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模容易制造 。机械制造工艺基础锻压工艺模锻件的结构工艺性拔模斜度和圆角：与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计 。机械制造工艺基础锻压工艺模锻件的结构工艺性截面差不

13、可太大：零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋等结构。为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件的最小截面与最大截面之比如小于0.5就不宜采用模锻方法制造 。机械制造工艺基础锻压工艺模锻件的结构工艺性避免高筋、薄壁机械制造工艺基础锻压工艺模锻件的结构工艺性避免凸缘、多孔机械制造工艺基础锻压工艺自由锻锻件的结构工艺性锥体或斜面：防止锻件上出现具有锥体或斜面的结构、因为锥体或斜面很难锻制，应改为圆柱体或平面机械制造工艺基础锻压工艺自由锻锻件的结构工艺性相贯面：与防止锻件出现圆柱面与圆柱面相惯的结构，因为相惯线为空间曲线，无法锻制， 应改为平面相交机械制造工艺基础锻压

14、工艺自由锻锻件的结构工艺性避免非规则结构：防止锻件出现椭圆形、工字形或其它非规则形状截面及非规则外形的结构，因为 非规则形状截面及非规则外形，锻制困难，应改为规 则外形和规则形状截面机械制造工艺基础锻压工艺自由锻锻件的结构工艺性避免肋板和凸台：防止锻件出现肋板和凸台的结构，因为自由锻无法锻制高筋和凸台。应将肋板改 为锻后焊接，凸台改为沉头孔机械制造工艺基础锻压工艺自由锻锻件的结构工艺性避免锻件形状复杂：防止锻件出现截面急剧变化或形状复杂的结构，因为自由锻无法锻制截面急剧 变化或形状复杂的结构。应将工件分段锻制，锻后焊 接或机械连接组成整体。机械制造工艺基础锻压工艺模锻复习题并绘制其锻件图和给出

15、锻造工步。机械制造工艺基础锻压工艺2.4 冷塑性加工基础冷塑性加工：是指在再结晶温度以下的塑性加工工艺板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的工艺方法。也成为冷冲压。的原理及分类： 用冲模使板料产生变形或分离的成形方法。 板料厚度小于8mm时，在室温下进行，称冷冲压。要求材料塑性好，常用的冲压材料为低碳钢、铜、铝、镁合金及不锈钢等。机械制造工艺基础锻压工艺2、板料冲压的特点及应用：（1） 特点：1） 可制出形状复杂的零件，且废料少。2） 产品精度高，表面粗糙度小，互换性好。3） 产品质轻，强度和刚度高。4） 工艺和操作简单，便于实现机械化与自动化。5） 冲模制造复杂，适于大批大量生产。（2）

16、应用：汽车、拖拉机和飞机的外壳、箱体、容器等。机械制造工艺基础锻压工艺机械制造工艺基础锻压工艺1、落料及冲孔（统称冲裁）：1) 冲裁变形过程：(1)弹性变形阶段：(2）塑性变形阶段：(3）断裂分离阶段：机械制造工艺基础锻压工艺2) 凸凹模间隙： 当当Z间过间隙小隙合，过适裂大时纹时，扩，如展断图受面到9-光3限b面）制减，所小上示，下，塌裂这角纹时间与光将斜面产度增约大生占，二板形次厚成剪的厚切1/而，2大外1的表/3尺拉左寸长右略毛，有刺切增，断大且面，难的内以塌腔去角尺除、寸，毛同刺时略和冲有斜裁缩度的小均翘（很曲弹小现性。象回零复严件）重的。尺凸外寸凹形几模尺乎间寸与的缩摩模小擦具，增一

17、内腔致尺大，寸。完增光全大面可，宽以模度满具增足寿加使，命用塌较要角高求、。毛刺、斜度等都有所减小，工件质量较高。机械制造工艺基础锻压工艺3) 凸凹模刃口尺寸的确定： 在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。 落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。 设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸， 取凹模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。 落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小的尺寸。机械制造工艺基础锻压工艺3) 凸凹模刃口尺寸的确定： 设计冲孔模时，先按冲孔件确定凸模尺寸，取凸 模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。 冲孔凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大尺寸。f1021f101-ZZ/2f101 f50.5Z/2f50.5+Z机械制造工艺基础锻压工艺4) 冲裁件的排样： 两种类型：有搭边排样及无搭边排样。机械制造工艺基础锻压工艺2、修整： 修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一