第三篇金属塑性加工幻灯片

⒌冲孔连皮（模锻无法锻出通孔） • 孔径大于25mm,该孔应锻出；孔径为25~80时,冲孔 连皮厚度取4~8mm。 • 孔径小于25mm或孔深大于冲头直径3倍时,只压出 凹穴。图3-29
一、金属的本质 ⒈化学成分的影响
纯金属的可锻性比合金好；有些元素可使可锻 性显著下降（如铬，钨，钒等）。钢的含碳量越 低，可锻性越好。 ⒉金属组织的影响
(1)组织不同，可锻性有很大差异；
(2)纯金属、固溶体（如奥氏体）可锻性好； 碳化物可锻性差；晶粒细小而均匀的组织可锻 性好。
二、加工条件 ⒈变形温度的影响：温度↑→原子的运动能力↑→容 易滑移→塑性↑，变形抗力↓，可锻性改善。 • 过热：超过一定温度，晶粒急剧长大，锻造性能 ↓ ，机械性能↓ 。已过热工件可通过锻造，控制 冷却速度，热处理，使晶粒细化。 • 过烧：接近材料熔化温度，晶间的低熔点物质开 始熔化，且晶界上形成氧化层。金属失去锻造性 能，一击便碎，无法挽回。 • 锻造温度： 始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右 终锻温度：800C°过低难于锻造 ，若强行锻 造，将导致锻件破裂报废。见图3-8
• 提高塑性方法：
(1)改变组织：固溶体（奥氏体）、晶粒细小 均匀塑性较好。 (2)变形温度高时塑性好些。 (3)变形速率较大、热效应明显，塑性好些。
(4)压应力数目较多时塑性好些。
• 经常采用改变组织，提高变形温度办法来提高塑 性。
• 纤维的产生：铸锭在压力加工产生塑性变形时， 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，它们都将沿着变形方向被拉长，呈 纤维形状。 • 如果纤维被切断，受力时切应力顺着纤维方向使 受力能力减弱。
⑵ 制坯模膛 • 对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模 锻件形状,使金属能合理分布和很好地充满模锻 模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设 制坯模膛。 • 制坯模镗有以下几种： i) 拔长模膛：增加某一部分长度。 ii)滚压模膛：减小某部分横截面积,以增大另一部 分横截面积，坯料长度基本不变。
液压机： 依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。其 中水压机可产生很大作用力，是重型机械厂锻造生 产的主要设备。
1.自由锻工序 • 可分为：基本工序；辅助工序；精整工序 （1）基本工序：镦粗、拔长、冲孔、扭转、错 移、切割 （2）辅助工序：在基本工序之前的预变形工序 如压肩、压钳口等。 （3）精整工序：完成基本工序之后，用以提高 锻件尺寸和形状精度的工序。
二、模锻
• 模锻：
• 利用锻模使坯料变形而获得的锻造方法。 • 此法生产的锻件尺寸精确、加工余量较小，结构 也可较复杂，生产率高。 • 按使用设备不同分为：锤上模锻、曲柄压力机模 锻、胎模锻等。
⒈锤上模锻 • 锤上模锻所用设备为模锻锤。通常为蒸气-空气锤。
• 设备产生冲击力使金属变形。工件是在模膛内变 形的。
iii)弯曲模膛 弯曲工件。 iv)切断模膛 切断金属。
• 模镗可设计成单镗模和多镗模。
• 模锻投资少，质量好，适应性强但噪声大生产率 不太高。
•曲柄压力机： 1.电动机 2.小带轮 3.大带轮 4.传动轴 5.小齿轮 6.大齿轮 7.离合器 8.曲轴 9.连杆 10.滑块 11.楔形工作台 12下顶杆 13.楔块 14.顶料连杆 15.制动器 16.凸轮 •精度高，生产率高，适 于大批量生产。中小型 锻件，不宜拔长和滚压
• 锻造工艺规程的主要内容有：
余块、机械加工余量、分模面、模锻斜度、 模锻圆角半径、连皮厚度、坯料重量、收缩率、 锻造温度等内容。
⒈敷料、余量及公差
• 敷料：为简化零件的形状和结构，便于锻造而增加 的一部分金属为敷料。 • 余量：零件表面为切削加工而增加的尺寸称余量。 • 锻件公差：是锻件名义尺寸的允许变动量。查表而 定
2.锻件分类及基本工序方案
盘类零件：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔
轴类零件：拔长（或镦粗及拔长），切肩和锻台阶
筒类锻件：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔，在心轴上拔长
环类零件：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔，在心轴上扩孔
曲轴类零件：拔长（或镦粗及拔长），错移、锻台阶、扭转
弯曲类零件：拔长、弯曲
• 镦粗：适于饼块类，盘套类 • 拔长：适于轴类、杆类 注意： 拔长、镦粗经常交替反复使用。有时 一头镦粗，另一头拔长。是为了达到规定的 锻造比和改变金属内部组织结构。 • （通孔、盲孔）冲孔常用方法：镦粗—冲孔和镦 粗—冲孔—扩孔。 • 弯曲：工件轴线产生一定曲率。 • 扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。 • 错移：坯料的一部分相对于另一部分平移错开的 工序，例如曲轴。 • 切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。
• 再结晶： 当加热温度T再（再结晶温度，K）： T再=0.4T熔 原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心构成新 晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结 晶。 再结晶后清除了塑性变形引起的冷变形强化现象并使晶粒 细化，改善了力学性能。 再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。
•冷变性强化的利用、消除
图3-2
位错（沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成）
• 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形）：
＊晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。
＊晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。在外力
作用下，有的晶粒处于利于塑性变形位置，则首 先塑性变形。有的处于不利于塑性变形的位置， 则暂时不变形。晶粒间会移动、转动，这种利与 不利位置在变化，塑性变形不断进行。见图3-3。
Байду номын сангаас
利用：
冷加工后使材料强度↑硬度↑，如冷拉 钢，不能热处理强化的金属材料。 消除： 再结晶退火（P29）650—750℃，在塑 性加工生产中冷变形强化给进一步塑性变形 带来困难，所以要消除。
• 冷变形和热变形 冷变形： 在再结晶温度以下的变形。冷变形后金属强 度、硬度较高，低粗糙度值。但：变形程度不 宜过大，否则易裂。 热变形： 再结晶温度以上变形。塑性变形具有强化作 用，再结晶具有强化消除作用。所以在热变形 时无加工硬化痕迹。 注意：金属压力加工大多属热变形，具有再结晶 组织。无论是冷和热变形都有加工硬化现象，只是 热加工时加工硬化被消除没有痕迹。
⑴扣模：图3-22
⑵筒模：图3-23 ⑶合膜：图3-24
• 特点：胎模锻结构简单，不需要昂贵的模锻设备，扩大了 自由锻生产的范围，但较其它锻造方法精度低，劳动强度 大，故只适用于没有模锻设备的中小型生产中、小批量锻 件。
第二节锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
• 绘制锻件图是以零件图为基础，结合锻造工艺特 点绘制而成的。
⒊模锻斜度 • 模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）的表 面必须有斜度，以便取出锻件。 • 模锻斜度与模镗深度和宽度有关。 • 内侧斜度比外侧稍大些。图3-27 模锻斜度
⒋模锻圆角半径 • 所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免 尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。 • 锻件内圆角R，锻件外圆角r见图。图3-28 圆角半 径 • 圆角半径为1，1.5，2，3，4，5，6，8，10，12， 15，20等标准值。
第三篇 金属塑性加工
• 利用金属的塑性变形，使其改变形状、尺寸和改 善性能，获得棒材、板材、线材、或锻压件的加 工方法，称为金属塑性加工。塑性加工有： 冲压 挤压 轧制 拉拔 锻造
第一章 金属的塑性变形
第一节 金属塑性变形的实质
• 弹性变形：在外力作用下，材料内部产生应力， 应力迫使原子离开原来的平衡位置，改变了原子 间的距离，使金属发生变形。并引起原子位能的 增高，但原子有返回低位能的倾向。当外力停止 作用后，应力消失，变形也随之消失。
• 对形状复杂锻件，先在制坯模膛内初步成形，然 后在模锻模膛内锻造。
1.锤头 2.上模 3.飞边槽 4.下模 5.模垫 6.楔铁 7.楔铁 8.分模面 9.模镗 10.楔铁
⑴ 模锻模膛
i)终锻模膛 • 作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状、尺 寸。 • 尺寸比锻件尺寸放大一个收缩量，钢件约为1.5%。 • 四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出阻力， 促使金属充满模膛，容纳多余的金属。 • 冲孔连皮：无法加工通孔而留下的一薄层金属。
⒉分模面 • 分模面：上下模锻在模锻件上的分界面，关系到 锻件成型，锻件出模，材料利用率，锻模加工等 一系列问题。 • 选分模面原则： 1)应保证模锻件能从模腔中取出来。图3-26a-a 2)应使上、下两模沿分模面的模腔轮廓一致。图 3-26 b-b 3)分模面应选在能使模腔深度最浅的位置。 4)使敷料最少。 5)分模面最好是一个平面。图3-26中d-d面最合理。
第二节 塑性变形对金属组织和性能影响
• 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变 化： ⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。
• 加工硬化(见图3-4)（变形程度过大） ＊ 现象：强度、硬度上升，而塑性、韧 性下 降。 ＊ 原因：滑移面上的晶粒碎晶块和附近晶格强烈
•摩擦压力机 1.螺杆 2.螺母 3.飞轮 4.摩擦盘 5.电动机 6.传动带 7.滑块8 9导轨 10.机座 •可轻打，重打，适于低塑 性合金钢，生产率低，可局 部镦粗，适于中小批量，螺 钉，螺母，齿轮三通阀等。
⒋胎模锻 • 胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法， 一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成型。
扭曲畸变，增大滑移阻力，使滑移难以进行。
• 回复与再结晶 回复：
冷变形强化是一种不稳定的现象，具有自 发恢复到稳定状态的倾向。室温下不易实现。当 提高温度时，原子获得热能，热运动加剧，回复 正常排列，当加热温度T回(用K氏温标)
T回=（0.25—0.3）T熔
使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲， 使加工硬化得到部分消除。
• 热加工后组织性能变化：
⒈原来晶粒粗大有缩松等缺陷，经塑性变形及 再结晶获得细晶粒的再结晶组织，改善了机械性 能。 ⒉铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压 合。（压实或焊合。） ⒊晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长 的晶粒界分布，形成纤维组织（流线）