金属塑性成形工艺教案

第四篇 固态金属塑性塑性成形工艺

第一章 模锻工艺及模锻设计

§1-1毛坯加热与锻件冷却

加热的目的

提高金属的塑性，降低变形抗力，使其易于流动成形并获得良好的锻后组织。

一、毛坯的加热方法

加热方法分为两类：一是火焰加热；二是电加热。

1、火焰加热

利用燃料燃烧时所产生的热量，通过对流、辐射把热能传给坯料表面。

2、电加热

主要用电能转换为热能来加热坯料的方法。主要分为电阻加热和感应加热。 电加热的优点：加热速度快，炉温控制准确，加热质量好，工件氧化少，易于实现自动化。

感应加热：主要是通过金属电阻引起的涡流发热和磁滞损失发热，使毛坯得到加热，由于感应加热的集肤效应，加热时热量主要产生于毛坯表层，电流的透入的深度δ为：

f

μρδ5030= 式中：ρ为电阻率；μ为相对磁导率；f 为电流频率。

二、金属加热时产生的缺陷

1、氧化

钢料加热到高温时，其表层的铁离子与炉气中的氧化性气体发生化学反应，使金属表层形成氧化皮的现象称为氧化或烧损。

2、脱碳

钢料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧化性气体机某些还原性气体发生化学反应，造成了钢料表面含碳量的降低，这种现象称为脱碳。

3、过热

当坯料加热温度超过始锻温度，或坯料在高温下停留时间过长而引起晶粒粗大的现象称为过热。

4、过烧

当金属加热到接近其熔化温度，并在此温度下停留时间过长时，不仅晶粒粗大，而且由于晶界发生局部熔化，氧化性气体进一步侵入晶界，使晶间物质氧化，

形成易熔共晶氧化物使晶粒间结合完全破坏。

5、裂纹：由温度应力和组织应力造成。

三、锻造温度范围的确定

1、始锻温度的确定

对于碳钢来说，始锻温度应在平衡相图固相线以下150~250℃。

2、终锻温度的确定

对于碳钢，终锻温度应在平衡相图A1以上25~75℃。

四、锻件的锻后冷却

冷却方法：空气中冷却、在砂中冷却、在炉中冷却。

1、空气中冷却

空气中冷却速度快，适用于合金化程度低的锻件。

2、在砂中冷却

砂坑中冷却速度较慢，适用于导热性及塑性较差的合金和合金化程度较高的合金钢。

3、炉中冷却

炉中冷却速度最慢，因此适用于特殊性能的合金钢或大型锻件的锻后冷却，或高合金钢及导热性、塑性差的钢。

§1-2锻件分类及锻件图的设计

一、锻件的分类

1、按照锻件的外形和模锻时毛坯的轴线方向，把锻件分为短轴类和长轴类两种。

1) 短轴类锻件

锻件平面呈圆形、方形或近似圆形和方形。终锻前，通常需要进行镦粗和压扁制坯。

2) 长轴类锻件

锻件分成直长轴线、弯曲轴线和枝叉类轴线，毛坯的轴线与打击方向垂直。在成形过程中首先需要拔长。

二、锻件复杂程度参数

影响因素：

1）锻件重量和轮廓尺寸；

2）锻件形状复杂系数S，即：

锻件复杂性：通常用锻件的体积与其外廓包容体的体积之比来表示。即

S=b V V

式中：S 是形状复杂系数；V 是锻件体积；V b 是锻件外廓包容体的体积。 圆形锻件的外廓包容体体积

圆形锻件的外廓包容体重量：

非圆形锻件的外廓包容体重量和体积

当S=1~0.63之间时，锻件形状简单。

当S=0.63~0.32之间时，为普通形状锻件。

当S=0.32~0.16之间时，锻件形状较复杂。

当S ≤0.16时，锻件形状复杂。

对于轴对称锻件的形状复杂系数为：

S=αβ

式中：α、β分别为纵、横截面形状系数。

纵截面形状系数为：α=???

? ??==C c c f c f A L x A L x x x 22

, 式中：L 是锻件纵截面的周界长度；A 是纵截面的面积；Lc 是锻件外接圆柱体的纵截面周界长度；Ac 是锻件外接圆柱体的纵截面面积。

横截面形状系数：β=C g

R R 2

h d V b 24π=ρπh d b G 24=ρlbh G b =lbh

V b =