材料成型技术 3-塑性加工技术-2
机械工程中的材料成型技术
机械工程中的材料成型技术机械工程是一门对材料、工艺、力学等知识有着高要求的学科，而材料成型技术是机械工程中至关重要的一个环节。
材料成型技术经历了几千年的发展，现代的材料成型技术不仅仅只是制造简单的器具和物件，而是拥有更广泛的应用。
本文将探讨机械工程中的材料成型技术，包括铸造、锻造、热处理、塑性加工等几个方面。
一、铸造技术铸造技术是常用的一种材料成型方法，在机械工程中，因其具有低成本、模具制造方式灵活、适用于生产大批量同性能的部件等特点而被广泛应用。
在铸造技术中，常用的材料有铝、铜、铁、钢、锌等。
铸造过程主要包括制模、熔炼、浇注、冷却、脱模等环节。
其中制模环节是非常关键的环节之一。
有机、无机、水玻璃等多种材料可以被用于制作模具，具体的选择需要根据铸造件的要求而定。
为了提高铸造品的质量，再浇注前应该根据铸造件的要求制作相应的温度计和重量称等器械，以确保铸造后达到规格和质量要求。
二、锻造技术锻造技术是将高温下的金属材料通过工具的冲击、力量和加压等作用压缩成型。
在锻造中，材料的显微结构会受到改变，因此可使铸造的性能得到提高，同时还可以获得稳定的尺寸和更多细节的表现。
根据锻造的过程和条件的不同，锻造技术可以分成多种类型。
例如，钩锻、模锻、粉末冲压和拉伸锻等。
钩锻是最传统的锻造技术，在这种锻造过程中，先将金属材料预热，然后在模具中进行加压，直至材料成型。
但是，在这种方法中，材料的形状和尺寸是不能够得到精确控制的，因此，更精确的方式是采用模锻。
三、热处理技术在材料成型后，通常需要进行热处理，以使得金属材料的性能得到提高和消除加工形变等缺陷。
热处理技术广泛应用于制造工具、汽车、航空器、重型机械等领域中，可以使得材料经受更高的压力和负荷。
在热处理技术中，常用的加工过程包括淬火处理、回火处理、正火处理等。
具体处理方式根据要求和具体的应用而定。
四、塑性加工技术塑性加工技术是用来对金属材料进行各种形状的塑性变形，从而用来制造各种不同的产品。
第三篇(塑性加工)
纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消 除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。 合理利用纤维组织
应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合;
最大切应力方向与纤维方向垂直; 并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。
§1-3
金属的可锻性
金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。 （经塑性加工而不断裂） 塑性
三拐曲轴的锻造过程
§2-1 锻造方法
自由锻特点
●
坯料表面变形自由；
● 设备及工具简单，锻件重量不受限制； ● ● ●
锻件的精度低； 生产率低，适用于单件小批生产； 是大型锻件的唯一锻造方法。
§2-1 锻造方法
模锻
使加热后的金属在模膛内
受压变形以获得所需锻件 的方法。 应用： 大批量生产中小锻件。 ＜150Kg，如曲轴、连 杆、齿轮。
在冷加工时,形变强化使金属塑性降低,进
一步加工困难,应安排中间退火工艺。 实质：塑性变形时位错运动受阻，使交叉滑移中位错运动范围缩小，因 此，金属性能随之改变。
一、金属材料产生加工硬化
金属材料 强度和硬 度提高， 塑性和韧 性下降。
有利：加工硬化可提高产品性能! 不利：进一步的塑性变形带来困难! 加热可消除硬化现象!
压力使金属成型为各种型材和锻件等。
a）自由锻 b）模锻 c）胎模锻 胎模锻：自由锻设备上，采用不与上、下砧相连接的活动模具 成形锻件的方法。是介于自由锻和模锻之间的锻造工艺方法。 2）冲压 利用冲模将金 属板料切离或变形 为各种冲压件。
3）轧制 使金属坯料通过两个旋转轧辊之间的间隙而产生塑性变形的 加工方法。 用于生产各种型材、管材、板材等。
模锻
模锻是利用锻模使坯 料变形而获得锻件的 锻造方法。
塑性加工原理
44
二 、 稳定轧制阶段
稳定轧制阶段：
从轧件前端离开轧辊中心连线开始，到轧件后端 进入变形区入口断面止，这一阶段称为稳定轧制阶段。
45
三 、抛 (甩)出阶段
抛 (甩)出阶段： 从轧件后端进入入口断面时起到轧件完全通过辊 缝（轧辊中心连线），称为抛 (甩)出阶段。
46
1.2.1 咬入条件
1.（自然）咬入条件 受力分析如图 1-1
将各道次的延伸系数相乘，得 F0 F1 Fn1 ln 1 2 n F1 F2 Fn L
F0 1 2 n Fn
故可得出结论：总延伸系数等于相应各部分延 伸系数的乘积。
41
（2）累积压下率与道次压下率之间关系
H hn ＝ H 即 1 (1 1 )(1 2 )(1 3 ) L L (1 n ) H hn hn 1 hn H h1 h1 h2 因为：1 (1 )(1 ) L L (1 ) H H h1 hn hn h1 h2 hn L L H H h1 hn 1
轧件对轧辊的作用力 轧辊对轧件的作用力
图1-1 咬入时轧件受力分析
图1-2
P和T力的分解
47
轧辊对轧件的作用力P、T Py 、Ty ：压缩轧件，使轧件产生塑性变形 Px 、Tx ：决定轧件能否咬入 Px ＞ Tx ：不能咬入 Px = Tx ：临界咬入 Px ＜ Tx ：咬入 咬入条件：Px ≤ Tx 而Px = Psinα Tx=P f cosα 即sinα≤f cosα tanα≤f =tanβ
4
3、塑性加工的主要方法
1）按变形温度分类：
热加工：是指再结晶温度以上所完成的压力加工过程。
冷加工：指在再结晶温度以下所完成的压力加工过程。
材料成形技术基础复习思考题-塑性成形部分-题
《材料成形技术基础》总复习思考题一、基本概念加工硬化、轧制成形、热塑性成形、冷塑性成形、变形速度、塑性变形能力（可锻性）、自由锻造、模型锻造、敷料（余块）、锻造比、镦粗、拔长、冲孔、落料、拉深、拉深系数、反挤压成形、正挤压。
二、是非判断1、塑性是金属固有的一种属性，它不随变形方式或变形条件的变化而变化。
（）2、对于塑性较低的合金材料进行塑性加工时拟采用挤压变形方式效果最好。
（）3、自由锻是生产单件小批量锻件最经济的方法，也是生产重型、大型锻件的惟一方法。
（）4、锻件图上的敷料或余块和加工余量都是在零件图上增加的部分，但两者作用不同。
（）5、模膛深度越深，其拔模斜度就越大。
（）6、对正方体毛坯进行完全镦粗变形时，可得到近似于圆形截面的毛坯。
（）7、对长方体毛坯进行整体镦粗时，金属沿长度方向流动的速度大于横向流动的速度。
（）8、塑性变形过程中一定伴随着弹性变形。
（）9、金属在塑性变形时，压应力数目越多，则表现出的塑性就越好。
（）10、金属变形程度越大，纤维组织越明显，导致其各向异性也就越明显。
（）11、金属变形后的纤维组织稳定性极强，其分布状况一般不能通过热处理消除，只能通过在不同方向上的塑性成形后才能改变。
（）12、材料的变形程度在塑性加工中常用锻造比来表示。
（）13、材料的锻造温度范围是指始锻温度与终锻温度之间的温度。
（）14、加热是提高金属塑性的常用措施。
（）15、将碳钢加热到250℃后进行的塑性变形称为热塑性变性。
（）16、自由锻造成形时，金属在两砧块间受力变形，在其它方向自由流动。
（）17、镦粗、拔长、冲孔工序属于自由锻的基本工序。
（）18、模锻件的通孔可以直接锻造出来。
（）19、可锻铸铁可以进行锻造加工。
（）20、始锻温度过高会导致锻件出现过热和过烧缺陷。
（）21、热模锻成形时，终锻模膛的形状与尺寸与冷锻件相同。
（）22、金属的锻造性与材料的性能有关，而与变形的方式无关。
（）23、模锻件的精度取决于终锻模膛的精度。
机械工程中的材料加工与成型技术
机械工程中的材料加工与成型技术机械工程是一门研究机械设备设计、制造和运行的学科，而材料加工与成型技术则是机械工程中至关重要的一部分。
材料加工与成型技术涉及到将原材料转化为最终产品的过程，它对于产品质量、成本和效率都有着重要的影响。
在机械工程中，材料加工是指通过各种加工方法将原材料进行形状、尺寸和性能上的改变。
常见的材料加工方法包括切削、锻造、焊接、铸造、冲压等。
切削是最常见的加工方法之一，它通过将切削工具与工件相对运动，将工件上的材料切削掉来实现加工目的。
切削方法适用于各种材料，如金属、塑料、木材等。
锻造是通过将金属材料加热至一定温度，然后施加压力使其发生塑性变形，从而得到所需形状的加工方法。
焊接是将两个或多个工件通过加热或施加压力使其相互连接的方法，常用于金属材料的加工。
铸造是将熔化的金属或其他材料倒入预先制作好的铸型中，待其冷却凝固后得到所需形状的加工方法。
冲压是通过将金属板材放置在冲压机上，利用冲压模具对其进行冲压、弯曲、拉伸等加工的方法。
与材料加工相对应的是材料成型技术，它是指通过将材料加工成所需形状的方法。
材料成型技术广泛应用于各个领域，如汽车制造、航空航天、电子设备等。
常见的材料成型技术包括挤压、拉伸、压铸、注塑等。
挤压是将金属材料加热至一定温度，然后通过挤压机将其挤压成所需截面形状的加工方法。
拉伸是将金属材料加热至一定温度，然后通过拉伸机将其拉伸成所需形状的加工方法。
压铸是将熔化的金属注入铸型中，然后施加压力使其充填整个铸型并冷却凝固的加工方法。
注塑是将熔化的塑料注入模具中，然后冷却凝固得到所需形状的加工方法。
在机械工程中，材料加工与成型技术的选择对产品的性能和质量有着重要的影响。
不同的加工方法和成型技术适用于不同的材料和产品，需要根据具体情况进行选择。
同时，材料加工与成型技术的发展也在不断推动着机械工程的进步。
随着科技的发展，新的材料和加工技术不断涌现，为机械工程师提供了更多的选择和可能性。
金属材料成型_3.2精密冲压技术
图3-11 精密冲压模具
THREE
3
精密冲压典型应用
在各类机电与家电产品的结构零件中，大量采用料厚t＞0.5～16mm的 各种金属材质、形状复杂的板状零件。由于其尺寸与形位精度要求高，特 别是沿料厚方向要求光洁、平直。常规的传统加工方法是由冲压供坯，用 车、铣、刨、磨等切削加工达要其技术要求，不仅工艺流程长、工序多， 耗用工（台）时多，生产效率低，而且零件互换性不好，劳动强度大，成 本高，不能适应大量生产需要。
b）精冲件轮廓清晰、塌角小，一些孔边距与孔间距（壁厚）≤t并有压凸、沉孔、 盲孔及轮毂凸缘等成形精冲，尤其模数很小的渐开线、摆线、三角形、矩形、梯形 等形状高精度齿轮精冲件，都是用其他加工工艺难以制造的。
c）都是大批量生产和达到适度经济生产规模的机电产品零件，包括：中卡载重 汽车、轿车、摩托车等产品精冲件，均由原材料一模冲出成品件，不再切削加工。
明勖（东莞）精密机械有限公司：明勖（东莞）精密机械有限公司属 台商独资企业，专业从事精密高 速冲床的研发、制造及销售，冲压吨数由 25吨到400吨。
图3-13 精密冲压设备
THANKS
冲压加工的生产效率高，且操作方便，易干实现机械化与自 动化。这是因为冲压是依靠冲模和冲压设备来完成加工，普通压 力机的行程次数为每分钟可达几十次，高速压力要每分钟可达数 百次甚至干次以上，而且每次冲压行程就可能得到一个冲件。
冲压时由于模具保证了冲压件的尺寸与形状精度，且一般不 破坏精密冲压件的表面质量，而模具的寿命一般较长，所以冲 玉的质量稳定，互换性好且有"模一样"的特征。
冲压可加工出尺寸范围较大、形状较复杂的零件，如小到钟 表的秒表，大到汽车纵梁、覆盖件等，加上冲压时材料的冷变 形硬化效应，冲压的强度和刚度均较高。
材料成型技术基础
材料成型技术基础材料成型技术基础材料成型技术是现代工业的核心技术之一，是将材料加工成所需形状、结构和性能的过程。
材料成型技术分为传统成型技术和先进成型技术两种。
前者包括热加工、冷加工、焊接等，后者则包括快速成型、激光加工、注塑成型等。
无论是哪种成型技术，都需要掌握材料成型技术基础知识才能熟练地操作和完成任务。
1.材料成型技术原理材料成型技术在原理上是通过施加压力，改变材料外观和性质。
采用不同的成型方法和工艺流程，可获得所需的形态和性能。
例如，金属冷加工依靠的是材料的塑性变形，而激光切割则是利用激光的高能量和热量来割断材料。
因此，不同成型技术的原理不同，工艺流程也不同。
2.材料成型技术分类材料成型技术主要可以分为常规材料成型技术和高级材料成型技术两类。
常规材料成型技术包括热加工、冷加工、铸造、焊接、切削等。
这些技术在工业生产中应用广泛，可以制造出各种形态的零部件和产品。
高级材料成型技术是在常规成型技术基础上，运用现代科技和工程技术发展起来的成型技术。
例如，金属材料的选择性激光烧结技术（SLS）、三维打印技术、激光切割技术和注塑成型技术等。
这些技术通常被用于制造高性能、高单价、高品质的工业产品。
3.常规材料成型技术热加工热加工技术是利用高温对材料进行塑性变形的加工方式。
通过热处理，可以使金属变得更加容易软化和延展。
热加工适合于制造大量的同样尺寸和形状的零件，例如轴、齿轮等机械元件。
冷加工冷加工技术是不需要高温处理的制造加工方法。
冷加工一般用于金属加工，由于没有热变形，冷加工一般具有更好的精度和表面光洁度。
冷加工应用广泛，例如冷拔、冷轧、冷环等。
铸造铸造是利用熔化的金属，将其注入模具中成型制品的加工方法。
铸造可以生产出各种不同尺寸和形状的零件，应用范围广泛，例如钢铁、铝合金、铜、铜合金等材料。
焊接焊接是将两个物体连接在一起的加工方式。
焊接广泛应用在车辆工业、建筑工业、航空航天工业等领域，例如电弧焊、气体保护焊、激光焊等技术。
金属材料成型_3.6超塑性成型
5）超塑性无模拉拔成形
利用超塑性材料在超塑性状态下对温度的敏感性，只在被加工 的棒料或管材外部加设感应加热圈，并在棒料或管材的两端施加载 荷，当感应圈移动时，就会形成横截面周期变化，甚至非周期变化 的棒形零件，或者是变壁厚的管形零件。
TWO
2
超塑性成型工艺特点
1)金属塑性大为提高,过去认为只能采用铸造成形而不能锻造成形 的镍基合金，也可进行超塑性模锻成形，因而扩大了可锻金属的种类。
图3-36 飞机上采用的部分SPF、SPF/DB构件
FOUR
4
超塑性成型重点企业
Luxfer 的集团公司 Superform USA 及其附属公司 Superform Aluminium 是全球最大的铝、镁和钛超塑成型零件供 应商，主要为航空航天、汽车、卡车、铁路、医疗系统和建筑行 业提供零件。Airstair 是一种内置于小型飞机门内的四级楼梯，需 要制造有23 个焊接部件的铝组件。但 Superform USA 使用 PA M - S TA M P 对 该 组 件 进 行 了 整 体 设 计 ， 实 现 了 更 轻 量 、 刚 性 和 低成本的解决方案。
图3-35 径向辅助压力拉深原理示意
4）超塑性挤压成形
将毛坯直接放入模具内一起加热到最佳的超塑性温度，保持恒 温，以恒定的慢速加载、保压，在封闭的模具中进行压缩成形的工 艺。它是利用超塑性合金在变形中的极低变形抗力进行挤压成形， 故所使用的模具简单，寿命高，对变形程度大的零件，可一次成形， 省去了中间退火程序，工序得到简化。它可成形零件和模具。
近年来，我国新机研制及改进机型中，前缘襟翼、鸭翼、整体壁板和 腹鳍等大尺寸钛合金构件采用SPF/DB技术。针对型号对金属防热结构的 需求，航天材料及工艺研究所开展了钛合金波纹板SPF 技术研究，成功 制备出TC4 钛合金防热瓦等热结构部件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
平砧拔长矩形截面毛坯
变形规律 进料比为L/B=1时，虽然毛坯与砧面接触部分为正方形， 但每次压下后由于两端不变形部分(外端)的约束，坯料横向 展宽要小于纵向伸长。由于接触面外摩擦的影响，端部中心 延伸小，边部延伸大，面轴线中心变形大，边部变形小。
锻造缺陷
当进料比过大，拔长时容易产生外表横向裂纹、角裂 和内部对角线裂纹。 当进料比过小时，拔长变形仅集中于表层，面中心部 分锻不透会产生附加拉应力，造成内部横向开裂。 一般认为/B=0.5~0.8比较适宜。
高径比(H/D)对镦粗件的影响
H/D =0.8~2.0 单鼓 H/D<1 内部产生横向附加拉 应力及空隙性缺陷。 H/D =1.5~2.5 双鼓-单鼓 H/D =2.5~3.0 双鼓 H/D>2.5~3.0 失稳弯曲
主要质量问题
侧表面易产生纵向或呈45°方向的裂纹。 锭料镦粗后在上下两端保留铸态组织。 鼓肚：由于摩擦力和温度分布的影响。 双鼓：高度较大时，出现两个鼓肚。
1. 自由锻分类
自由锻造的工序可以分为三类，即基本工序、辅助工序 和修正工序 基本工序 改变坯料形状和尺寸以获得锻件。具体有镦粗、拔长、 冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、错移、扭转和锻焊等。 辅助工序 为了完成基本工序而使坯料预先产生变形、钢锭倒棱、 预压钳把和分段压痕。 修正工序 使锻件完全达到锻件图要求，精整锻件尺寸和形状，消 除锻件平面不平歪扭鼓形滚圆、端面平整、弯曲校直等。
带钳把镦粗
在水压机上用钢锭锻造大型轴类件时，需先锻出夹持钳 把，于是后续镦粗称为带把镦粗。按上镦粗板和下橱盘工 作面形状不同又可分为平面镦粗、凹面镦粗与凸面镦粗。
采用凹面和凸面镦压40%后的 锻坯内等效应变和静水压应力的 分布情况，可见凸球面镦粗比凹 球面镦粗好，平面镦粗的应力应 变场介于上述两面积增大的锻造工序叫镦粗。 适用范围 镦粗是制造饼、块、盘类般件的主要变形工序，是空 心锻件冲孔前的准备工序，是轴、杆类锻杆需要增加后 续拔长变形程度的预备工序。 特点 镦粗可提高锻件力学性能，减少各向异向性。 反复镦 粗拔长又能破碎铸造组织，改善高合金钢中碳化物的形 状和分布。
第1节 自由锻造技术
一、自由锻造技术概述
通常把采用简单通用的工具(如平砧、型砧)使坯料或铸 锭产生塑性变形，从而得到所需的形状尺寸和良好组织性 能锻件的塑性加工方法称为自由锻造。 依据加载方式和使用锻压设备的不同，自由锻可分为手 工锻造、锤上自由锻和液压机上自由锻。前者主要用于制 造中小型锻件，后者则多用于大型重要般件。 自由锻造方便、灵活，工装简单，工件变形抗力小，广 泛应用于试制、修理、单件小批生产。对大型关键锻件的 生产，自由锻造是主要的塑性加工技术。
内部组织和性能不均匀。
平砧接长圆截面毛坯
平砧拔长工艺特点 平砧拔长圆截面毛坯的速度慢，内部会产生附加拉应力， 形成裂纹破坏。解决措施： 平砧拔长，如先方后圆拔长，即用平砧先将圆坯打方， 然后倒角再打成圆截面。 采用V型砧或圆弧砧拨长, 因横向变形被限制, 拔长效率 比平砧高。常用型砧有上平下V型砧, 上下V型砧, 圆弧砧。
������������ ������������
热锻：在再结晶温度以上进行的塑性变形 减少金属的变形抗力； 改变钢锭的铸态结构； 提高钢的塑性。 温锻：在室温以上完全再结晶温度以下进行的塑性 变形。 减少锻压力 精度较高 冷锻：在室温时进行塑性变形 没有温度波动和氧化作用，锻件精度高而表面光洁; 提高锻件的强度和硬度； 限于比较小的机器零件和低碳钢及有色金属材料。
Hx-H0>0.25H0 式中Hx为锤头的行程；H0为毛坯原高度。
1.2 拔长
拔长是应用最多的锻造工序，不仅是轴杆类锻件的主变形 工序，也是改善锻件组织结构，提高力学性能的重要手段。
影响拔长效果和生产率的主要参数：砧 型、摩擦润滑状况、加热后坯料的温度场、 坯料及砧面的相关尺寸。 常用砧型：平砧、V型砧、圆弧砧等。 与拔长塑性变形区有关的尺寸参量：进进量L，砧宽W，压 下率 εL=(H0-H)/H0，料宽B，料高H，相对进进量L/H，砧宽比 W/H，料宽比B/H，进料比L/B等。面摩擦、润滑及加热毛坯的 温度场，对拔长时金属流动和变形均匀性都会产生影响。
解决鼓形的措施
预热工具和使用润滑剂 工具预热至200~300°C； 使用润滑剂：玻璃粉、玻璃棉、MnS2等。 采用凹形坯镦粗 采用软金属垫镦粗
垫环内镦粗
用于锻造带凸台的齿轮、突缘类的锻件时，采用带中 孔的垫环压出轮缘，挤出凸台。 镦头 长杆件镦头系局部镦粗，如地脚螺栓和汽车半轴都 用局部镦粗成形。
注意事项
为防止镦粗时失稳弯曲，坯料高径比不应大于2. 5～3。 为了保证中部有良好的压实效果，不仅压缩量要足够
(εh>30%~40%)，而且加热温度要高，分布还应均匀。
为了防止铸锭镦粗时侧表面裂纹，钢锭镦粗前最好先
进行轻压倒棱，消除表面缺陷。
锤上镦粗时，应满足如下方程以充分发挥锤击能量。
第二部分 塑性成形技术
第三章 锻造成形技术
1.目的：
成形和改性(微观组织和力学性能)
2. 分类：
������������ ������������ ������������ ������������ 按成形工具分类 自由锻(Open forging ) 模锻(Die forging ) 胎模锻造(Blocker-type forging ) 特种锻造(Special forging ) 按成形温度分类 热锻(Hot forging) 温锻(Warm forging) 冷锻(Cold forging)
平砧镦粗
坯料在平砧间整体受压，整体变形。由于坯料与砧面接触 摩擦的影响，工件各处变形分布并不均匀。圆柱毛坯 (H/D~1)在平砧间镦粗时，外径呈单鼓形，中段变形较大。
镦粗方法
坯料迭起镦粗 反复镦粗拔长
变形区划分 I区：摩擦影响大，温度低， 变形最为困难，称难变形压。 该区容易保留铸态结构。 Ⅱ区：因摩擦影响小，温度 高，塑流剧烈称大变形区或易 变形区。该区呈明显的锻态组 织特征。 Ⅲ区：有切向拉应力，坯料 表层可能产生纵向裂纹等缺陷。