材料成型基础之常用金属塑性成形方法(ppt 153页)
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《金属塑性成形》PPT课件
2 . 影响可锻性的因素 1）金属的化学成分及组织 ①化学成分： 含碳量低，则塑性较好，可锻性就好，一般 纯金属的可锻性好于合金；含有形成碳化物的元素(如W、 Cr等)，则可锻性就差。 ②组织状态：单相固溶体具有良好的可锻性。
16
2）工艺条件
①变形温度： T温越高，材料的可锻性越好。
②变形速度： V变越小，材料的可锻性越好。
39
5）在可能条件下，应采用锻—焊组合工 艺，以简化锻造工艺 和降低制造成本。
40
第三节、板料冲压
板料冲压是借助于常规或 专用设备，对坯料施加外 力，并使其在模具内分离 或变形，从而获得一定形 状、尺寸的零件或毛坯的 加工方法。冲压一般在冷
态下进行，故又称冷冲压。
板料冲压加工概述
41
• 冲压生产中常用的板料有 各种牌号的钢板与有色金 属(铜、铝及其合金)板料。 这里的板料泛指板、带、 条和箔材。
τ
τ
9
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
2. 多晶体的塑性变形
晶内变形
滑移 孪生
滑动 晶间变形
转动
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
10
二、塑性变形后金属的组织和性能
• 金属塑性变形时，在改变其形状和尺寸的同时，其内部组织结构以及各种性 能均发生变化。塑性变形时的温度不同，金属变形后的组织和性能也有所不 同。因此，金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种。冷变形是指金属在再 结晶温度以下进行的塑性变形；热变形是指金属在再结晶温度以上进行的塑 性变形。
纤维组织的稳定性很高，
靠通常的热处理无法消除。
只有经过锻压使金属变形，
才能变其方向和形状。因
16
2）工艺条件
①变形温度： T温越高，材料的可锻性越好。
②变形速度： V变越小，材料的可锻性越好。
39
5）在可能条件下，应采用锻—焊组合工 艺，以简化锻造工艺 和降低制造成本。
40
第三节、板料冲压
板料冲压是借助于常规或 专用设备，对坯料施加外 力，并使其在模具内分离 或变形，从而获得一定形 状、尺寸的零件或毛坯的 加工方法。冲压一般在冷
态下进行，故又称冷冲压。
板料冲压加工概述
41
• 冲压生产中常用的板料有 各种牌号的钢板与有色金 属(铜、铝及其合金)板料。 这里的板料泛指板、带、 条和箔材。
τ
τ
9
2）孪生： 晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对转动。
2. 多晶体的塑性变形
晶内变形
滑移 孪生
滑动 晶间变形
转动
多晶体塑性变形的实质：
晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。
10
二、塑性变形后金属的组织和性能
• 金属塑性变形时，在改变其形状和尺寸的同时，其内部组织结构以及各种性 能均发生变化。塑性变形时的温度不同，金属变形后的组织和性能也有所不 同。因此，金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种。冷变形是指金属在再 结晶温度以下进行的塑性变形；热变形是指金属在再结晶温度以上进行的塑 性变形。
纤维组织的稳定性很高，
靠通常的热处理无法消除。
只有经过锻压使金属变形，
才能变其方向和形状。因
金属塑性成形课件
2023-11-06•金属塑性成形概述•金属塑性成形工艺•金属塑性成形设备•金属塑性成形技术的发展趋势•金属塑性成形过程中的缺陷与质量控制目•金属塑性成形实例分析录01金属塑性成形概述金属塑性成形是一种使金属材料发生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和性能的加工方法。
金属塑性成形广泛应用于机械制造、航空航天、汽车、电子等领域，是一种重要的材料加工技术。
金属塑性成形的定义金属塑性成形可以制造出复杂形状的零件，并且能够获得较高的精度和表面质量。
与切削加工相比，金属塑性成形具有更高的材料利用率和更低的能耗。
金属塑性成形过程中材料的变形是均匀的，因此可以避免应力集中和裂纹等缺陷。
金属塑性成形的特点03金属塑性成形的基本原理包括应力状态、屈服准则、塑性流动规律等。
金属塑性成形的基本原理01金属塑性成形的原理是基于金属的塑性变形规律，即在外力作用下，金属材料会发生形状和尺寸的变化。
02在金属塑性成形过程中，材料的变形受到应力状态、变形温度、变形速度等因素的影响。
02金属塑性成形工艺自由锻工艺自由锻是利用冲击力或静压力使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义特点流程应用自由锻具有较大的灵活性，可以生产形状各异的锻件，但生产效率较低，适用于单件或小批量生产。
自由锻的流程包括坯料准备、加热、变形和锻后冷却。
自由锻主要用于大型锻件和难变形材料的加工，如轴、轮毂、法兰等。
模锻工艺模锻是利用模具使金属坯料变形，并施加外力将其锻造成所需形状和尺寸的锻造方法。
定义模锻具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具制造成本较高。
特点模锻的流程包括坯料准备、加热、放入模具、变形、锻后冷却和修整。
流程模锻广泛应用于中小型锻件的生产，如齿轮、轴套、法兰等。
应用板料冲压工艺板料冲压是利用冲压机将金属板料变形，并施加外力将其冲制成所需形状和尺寸的加工方法。
定义板料冲压具有较高的生产效率，且能获得较为精确的形状和尺寸，但模具对材料的厚度和硬度有一定要求。
金属塑性成形PPT课件
密排六方 （Close-package Hexagonal）
(Mg、Zn、Cd、α-Ti)
3.2塑性成 形机理
滑移
3 金属塑性 成形
滑移带 500倍
26
3.2塑性成 形机理 滑移
3 金属塑性 成形
27
3.2塑性成 形机理 滑
移
3 金属塑性 成形
28
3.2塑性成 形机理 滑移
3 金属塑性 成形
辊锻，楔横轧， 辗环，辊弯
7
3.1塑性成 形概述
塑性成形类型
3 金属塑性 成形
8
3.1塑性成 形概述
3 金属塑性 成形
体积成形
体积成形主要是指那些利用锻压设备和工、模具 ，对金属坯料（块料）进行体积重新分配的塑性 变形，得到所需形状、尺寸及性能的制件。
主要包括锻造（Forging）和挤压（Extrusion ）两大类。
日 常 用 品
3
汽 车 覆 盖 件
飞
冲压成形产品示例—— 高科技产品
机 蒙 皮
4
5
6
3.1塑性成 形概述
3 金属塑性 成形
锻压3塑（性Met成al 形for分gin类g and stamping）
1.体积成形 (Bulk Metal Forming):
1.1 锻造 (Forging)
1.1.1自由锻造 1.1.2模锻
用伸长率δ、断面收缩率ψ表示：
δ= （L1-L0）/ L0 ×100% ψ=（ S0-S1）/S0×100%
22
3.2塑性成
3 金属塑性
形机理
成形
2.金属塑性变形的实质
金 体—属——原—子显微组织——晶 典型晶格结构:
(Mg、Zn、Cd、α-Ti)
3.2塑性成 形机理
滑移
3 金属塑性 成形
滑移带 500倍
26
3.2塑性成 形机理 滑移
3 金属塑性 成形
27
3.2塑性成 形机理 滑
移
3 金属塑性 成形
28
3.2塑性成 形机理 滑移
3 金属塑性 成形
辊锻，楔横轧， 辗环，辊弯
7
3.1塑性成 形概述
塑性成形类型
3 金属塑性 成形
8
3.1塑性成 形概述
3 金属塑性 成形
体积成形
体积成形主要是指那些利用锻压设备和工、模具 ，对金属坯料（块料）进行体积重新分配的塑性 变形，得到所需形状、尺寸及性能的制件。
主要包括锻造（Forging）和挤压（Extrusion ）两大类。
日 常 用 品
3
汽 车 覆 盖 件
飞
冲压成形产品示例—— 高科技产品
机 蒙 皮
4
5
6
3.1塑性成 形概述
3 金属塑性 成形
锻压3塑（性Met成al 形for分gin类g and stamping）
1.体积成形 (Bulk Metal Forming):
1.1 锻造 (Forging)
1.1.1自由锻造 1.1.2模锻
用伸长率δ、断面收缩率ψ表示：
δ= （L1-L0）/ L0 ×100% ψ=（ S0-S1）/S0×100%
22
3.2塑性成
3 金属塑性
形机理
成形
2.金属塑性变形的实质
金 体—属——原—子显微组织——晶 典型晶格结构:
金属塑性成形原理金属塑性变形的物理基础PPT课件
• 较强相体积分数达到30%，两相以接近于相等的应变发生变形
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
第45页/共97页
弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
第39页/共97页
二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
第31页/共97页
位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
• 较强相体积分数高于70%，该相变为基体相
第45页/共97页
弥散型两相合金的塑性变形
当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相
中时，将产生显著的硬化现象
•
沉淀强化（时效强化）：第二相微粒是通过对过饱和固溶体的时效处理而沉淀析出并产生强化
•
相协调。
第39页/共97页
二、塑性成形的特点
❖
❖
❖
受晶界和晶粒位向的影响较大
多晶体塑性变形的抗力比单晶体高；
多晶体内晶粒越细，晶界总面积就越大，金属强度越高，塑性越好。
多晶体变形不均匀性
晶粒受位向和晶界的约束，变形先后不一致，导致变形不均匀。
由于变形不均匀，晶粒内部和晶粒之间存在不同的内应力，变形结束后不会
交滑移
• 对于螺型位错，所有包含位错线的晶面都可能成为滑移面。
• 交滑移：螺形位错的柏氏矢量具有一定的灵活性，当滑移受阻是，可离开原滑移
面而沿另一晶面继续移动
• 双交滑移：发生交滑移的位错，滑移再次受阻，而转到与第一次的滑移面平行的
的晶面继续滑移
• 刃型位错不可能产生交滑移
第31页/共97页
位错塞积
原子能量随位置的变化为一余弦函数。
❖ 通过计算晶体的临界剪切应力，并与实际的临界
剪切应力进行比较，人们发现，理论计算的剪切
强度比实验所得到的剪切强度要高一千倍以论
为了解释这种理论值和实际值的差别，1934年泰
勒（）、奥罗万（E.Orowan）、和波兰伊
（M.Polanyi）几乎在同一时间内，分别提出了位
当退火状态的低碳钢试样拉伸到超过屈服点发生少量塑性变形
《金属塑性成形方法》课件
《金属塑性成形方法》ppt课 件
目录
CONTENTS
• 金属塑性成形方法简介 • 金属塑性成形的基本原理 • 金属塑性成形的主要方法 • 金属塑性成形的质量控制 • 金属塑性成形技术的发展趋势
01 金属塑性成形方法简介
CHAPTER
金属塑性成形的基本概念
金属塑性成形是一种通过施加外 力使金属材料发生塑性变形，从 而获得所需形状和性能的加工方
大型金属件和复杂形状的金属件制造，如轴、齿轮、连杆等。
模型锻造
要点一
总结词
通过将金属坯料放置在模具中，在高温和高压下使其发生 塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的金属件。
要点二
详细描述
模型锻造是一种常见的金属塑性成形方法，通过将金属坯 料放置在模具中，在高温和高压下使其发生塑性变形，从 而获得所需形状和尺寸的金属件。模型锻造过程中，金属 坯料在高温和高压下发生变形，内部晶粒结构发生变化， 从而提高了金属的力学性能。模型锻造适用于中小型金属 件制造，如齿轮、轴承、气瓶等。
过程稳定可控。
在线检测
采用先进的在线检测技术，对成形 过程中的产品进行实时检测，及时 发现并处理问题。
成品检测
对成形后的产品进行全面的检测， 包括尺寸、外观、性能等，确保产 品质量符合要求。
05 金属塑性成形技术的发展趋势
CHAPTER
高性能金属材料的开发与应用
高强度钢
通过合金化、热处理等手段提高 钢材的强度和韧性，用于制造轻
流动法则与加工硬化
流动法则是描述金属在塑性成形过程中应力的分布规律。加工硬化是指 在塑性成形过程中，随着变形的进行，材料的强度和硬度逐渐提高的现 象。
金属塑性变形的工艺基础
塑性成形的基本方法
目录
CONTENTS
• 金属塑性成形方法简介 • 金属塑性成形的基本原理 • 金属塑性成形的主要方法 • 金属塑性成形的质量控制 • 金属塑性成形技术的发展趋势
01 金属塑性成形方法简介
CHAPTER
金属塑性成形的基本概念
金属塑性成形是一种通过施加外 力使金属材料发生塑性变形，从 而获得所需形状和性能的加工方
大型金属件和复杂形状的金属件制造，如轴、齿轮、连杆等。
模型锻造
要点一
总结词
通过将金属坯料放置在模具中，在高温和高压下使其发生 塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的金属件。
要点二
详细描述
模型锻造是一种常见的金属塑性成形方法，通过将金属坯 料放置在模具中，在高温和高压下使其发生塑性变形，从 而获得所需形状和尺寸的金属件。模型锻造过程中，金属 坯料在高温和高压下发生变形，内部晶粒结构发生变化， 从而提高了金属的力学性能。模型锻造适用于中小型金属 件制造，如齿轮、轴承、气瓶等。
过程稳定可控。
在线检测
采用先进的在线检测技术，对成形 过程中的产品进行实时检测，及时 发现并处理问题。
成品检测
对成形后的产品进行全面的检测， 包括尺寸、外观、性能等，确保产 品质量符合要求。
05 金属塑性成形技术的发展趋势
CHAPTER
高性能金属材料的开发与应用
高强度钢
通过合金化、热处理等手段提高 钢材的强度和韧性，用于制造轻
流动法则与加工硬化
流动法则是描述金属在塑性成形过程中应力的分布规律。加工硬化是指 在塑性成形过程中，随着变形的进行，材料的强度和硬度逐渐提高的现 象。
金属塑性变形的工艺基础
塑性成形的基本方法
材料成型工艺基础金属塑性成形课件
2.3模 锻
1.模锻件应避免深孔或多孔。
2.模膛不应过深。
3.形状复杂或敷料较多时，宜考 虑焊接+锻造组合结构。
返回
热模锻压力机上模锻
2.3模 锻
返回
平锻机上模锻
2.3模 锻
返回
胎模锻
2.3模 锻
下一节 返回
§4 板料冲压
2.4板料冲压
2.4板料冲压
一、冲压设备
冲床 剪床
数控冲床
二、冲压工序
17、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。上午11时13分26秒上午11时13分11:13:2621.8.17
2.1塑变基础
钢锭 在压力机上 开坯
§2 锻造
自由锻 (手工、机器）
模锻
返回
连杆锻件
装饰锻件
自由锻
2.2自由锻
一、设备
空气锤 蒸汽锤 电液锤
▪尽量使敷料等最少，提高金属利用率，节
省后续加工工时。
2.3模 锻
2.敷料、加工余量和公差的确定
3.模锻斜度
4.模锻圆角
5.冲孔连皮
四、模锻的工艺特点
2.3模 锻
锻件精度、生产率比自由锻高。 需用专用模具，模具成本高，适 用于大批量生产。 锻件的外形可以较复杂。 中、小型锻件为主。
五、模锻件的结构工艺性
四、工艺特点
2.2自由锻
锻件外形简单、精度低，半成 品或毛坯件为主。
生产率低，可生产各种重量的 锻件。
大型、巨型锻件只能用自由锻 方法生产。
五、锻件的结构工艺性
轴类零件 杆类零件 盘类零件
2.2自由锻
§3 模锻
一、模锻方式
锤上模锻 压力机上模锻 胎模锻
材料成型基础之常用金属塑性成形方法模版(PPT153张)
筒及环类锻件
可采用镦粗、冲孔、拔长、整修
弯曲类锻件
可采用拔长、弯曲
自由锻造
曲拐轴类锻件
可采用拔长、分段、错移、整修
其他复杂锻件
可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修
自由锻造
辅助工序：压肩、倒棱、压钳口等。
精整工序：整形、清出表面氧化皮等。
自由锻造
②锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围
自由锻造
⑷自由锻典型过程举例
—轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等 ①轴类件自由锻工序
自由锻造
锻件名称：齿轮轴 坯料质量：2.8kg 坯料规格：ф90x59mm 锻件材料：40Cr 锻造设备：150kg空气锤
火次
温度（℃）
锻件图： 操作说明
简图
镦粗
拔长、打圆
1
1200～800
压肩
拔长、打圆
自由锻造
自由锻造
③当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将 其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连 接方法连成整体件。
自由锻造
复杂件结构 成形性差的结构 成形性好的结构
胎模锻造
概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具 称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻 成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。
自由锻造
锻后锻件的冷却：
锻件仍有较高的温度，冷却时由于 表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收 缩不一，可能使一些塑性较低的或大型 复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。
自由锻造
锻件冷却方式常有下列3种：
1）直接在空气中冷却（空冷），此种多用于碳含 量小于0.5%的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢 中小型锻件。 2）在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和 大多数低合金钢中的中型锻件。 3）随炉缓冷 锻后随即将锻件放入500到700摄氏度 的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻 件以及高合金钢的重要锻件。
可采用镦粗、冲孔、拔长、整修
弯曲类锻件
可采用拔长、弯曲
自由锻造
曲拐轴类锻件
可采用拔长、分段、错移、整修
其他复杂锻件
可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修
自由锻造
辅助工序：压肩、倒棱、压钳口等。
精整工序：整形、清出表面氧化皮等。
自由锻造
②锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围
自由锻造
⑷自由锻典型过程举例
—轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等 ①轴类件自由锻工序
自由锻造
锻件名称：齿轮轴 坯料质量：2.8kg 坯料规格：ф90x59mm 锻件材料：40Cr 锻造设备：150kg空气锤
火次
温度（℃）
锻件图： 操作说明
简图
镦粗
拔长、打圆
1
1200～800
压肩
拔长、打圆
自由锻造
自由锻造
③当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将 其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连 接方法连成整体件。
自由锻造
复杂件结构 成形性差的结构 成形性好的结构
胎模锻造
概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具 称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻 成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。
自由锻造
锻后锻件的冷却：
锻件仍有较高的温度，冷却时由于 表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收 缩不一，可能使一些塑性较低的或大型 复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。
自由锻造
锻件冷却方式常有下列3种：
1）直接在空气中冷却（空冷），此种多用于碳含 量小于0.5%的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢 中小型锻件。 2）在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和 大多数低合金钢中的中型锻件。 3）随炉缓冷 锻后随即将锻件放入500到700摄氏度 的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻 件以及高合金钢的重要锻件。
金属塑性成型一理论基础PPT资料(正式版)
金属的回复和再结晶示意图 合状金都元 将素沿的着含变量形越方高向，被塑拉性长越，差呈纤维形状分布。
＊热再变 结形晶时温，度变：形T再抗力= 小0. ，塑性好，但工件表面氧化现象严重，因此，工件表面质量比较差。 外向，比基 垂体直金于属纤的维晶方粒向形的状强和度沿、晶塑界性分和布韧的性杂要质高形。 ＊金冷属变 的形塑时性因成存型在工加艺工基硬础化，因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。 反之，拉应力容易使晶体的滑移面分离，容易导致缺陷处应力集中，因此，拉应力的数目越多，金属的塑性越差。 金属塑性成型一理论基础
形抗力低。此时的变形称为热变形。 多晶体塑性变形的特征:
同金一属种 在金加属热，时其，内其部组组织织和结性构能不的同变，化塑分性为也就不同，如：单相固溶体的塑性比多相固溶体好。 反＊之回， 复拉温应度力：容T回易=使( 晶0.体的滑移面分离，容易导致缺陷处应力集中，因此，拉应力的数目越多，金属的塑性越差。
3.应力状态
金属采用
情况不同，所呈现的塑性和变形抗
力也不同。 压应力不容易使晶体的滑移面分离，且气孔、 缩孔、缩松等缺陷的影响也会减小，因此，压 应力的数目越多，金属的塑性越好。反之，拉 应力容易使晶体的滑移面分离，容易导致缺陷 处应力集中，因此，拉应力的数目越多，金属 的塑性越差。
1.细化晶体组织
在金属塑性变形的过程中，坯料内部（坯 料为钢锭）的气孔、缩孔、缩松等缺陷得到焊 合，金属的致密性提高，粗大的铸态组织转变 为细化的再结晶组织，力学性能得以提高。
钢锭变形前后 组织的示意图
2.形成纤维组织
在金属塑性变形的过程中，晶粒除了被细化 外，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形 状都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状分布。 使金属材料的机械性能出现各向异性：沿纤维方 向比垂直于纤维方向的强度、塑性和韧性要高。
＊热再变 结形晶时温，度变：形T再抗力= 小0. ，塑性好，但工件表面氧化现象严重，因此，工件表面质量比较差。 外向，比基 垂体直金于属纤的维晶方粒向形的状强和度沿、晶塑界性分和布韧的性杂要质高形。 ＊金冷属变 的形塑时性因成存型在工加艺工基硬础化，因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。 反之，拉应力容易使晶体的滑移面分离，容易导致缺陷处应力集中，因此，拉应力的数目越多，金属的塑性越差。 金属塑性成型一理论基础
形抗力低。此时的变形称为热变形。 多晶体塑性变形的特征:
同金一属种 在金加属热，时其，内其部组组织织和结性构能不的同变，化塑分性为也就不同，如：单相固溶体的塑性比多相固溶体好。 反＊之回， 复拉温应度力：容T回易=使( 晶0.体的滑移面分离，容易导致缺陷处应力集中，因此，拉应力的数目越多，金属的塑性越差。
3.应力状态
金属采用
情况不同，所呈现的塑性和变形抗
力也不同。 压应力不容易使晶体的滑移面分离，且气孔、 缩孔、缩松等缺陷的影响也会减小，因此，压 应力的数目越多，金属的塑性越好。反之，拉 应力容易使晶体的滑移面分离，容易导致缺陷 处应力集中，因此，拉应力的数目越多，金属 的塑性越差。
1.细化晶体组织
在金属塑性变形的过程中，坯料内部（坯 料为钢锭）的气孔、缩孔、缩松等缺陷得到焊 合，金属的致密性提高，粗大的铸态组织转变 为细化的再结晶组织，力学性能得以提高。
钢锭变形前后 组织的示意图
2.形成纤维组织
在金属塑性变形的过程中，晶粒除了被细化 外，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形 状都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状分布。 使金属材料的机械性能出现各向异性：沿纤维方 向比垂直于纤维方向的强度、塑性和韧性要高。
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模锻
对于要求精度高和表面粗糙度低的模锻件，除进 行上述各修整工序外，还应在压力机上进行精压。
模锻
5）锻模模膛
分为模锻模膛和制坯模膛两大类： ①模锻模膛 模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛两 种。
终锻模膛作用：使坯料最后变形到锻件所要求 的形状和尺寸。它的形状与锻件的形状相同；因锻 件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放 大一个收缩量，一般钢件收缩量取1.2%～1.5%。
然后计算出坯料横截面积、直径或边长等尺寸。
自由锻造
当锻造件的第一工序为拔长时，则： F1≥Y锻 F锻
式中:F1—坯料的截面积； Y锻—锻造比，对于圆钢Y锻=1.3—1.5左右； F锻—锻件的最大截面积。
注意：圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标 准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重 新计算坯料高度H或长度L。
②长轴类模锻件工序选 择有： 预锻-终锻 滚压-预锻-终锻 拔长-滚压-预锻-终锻 拔长-滚压-弯曲-预锻-终 锻等
模锻
模锻件成形过程中工序 的多少与零件结构设计 、坯料形状及制坯手段 等有关。 如：弯曲连杆模锻
模锻
锻造截面变化较大的长轴类锻件时，常采用断面 呈周期性变化的坯料见图所示：
（a）周期性轧制坯料 （b）弯曲（c）预锻 （d）终锻
自由锻造
③当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将 其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连 接方法连成整体件。
自由锻造
复杂件结构 成形性差的结构 成形性好的结构
胎模锻造
概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具 称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻 成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。
合金种类
碳素钢
15，25，30
35，40，45
60，65，T8,T10
合金钢
合金结构钢
低合金工具钢
高速钢
有色金属
H68
硬铝
始锻温度/℃ 1200～1250
1200 1100 1150 ～1200 1100 ～1150 1100 ～1150 850 470
终锻温度/℃ 750 ～800
800 800 800 ～850 850 900 700 380
在具有顶出装置的锻压机 械上，其模锻件上的斜度比没 有顶出装置的小一级。
模锻
④模锻件圆角半径 模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。 目的:增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻
模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻
模的使用寿命。
要求: 钢质模锻件
外圆角半径取1.5 ～12mm， 内圆角半径比外圆角大2 ～3倍 ；模膛深度越深，圆角半径取值 越大。
飞边质量的多少与锻件形状和大小有关，一 般按锻件质量的20% ～25%计算。
氧化烧损按锻件质量和飞边质量总和的3% ～4%计算，其他规则可参照自由锻坯料质量及 尺寸计算。
模锻
3）模锻工序确定 盘类模锻件： 一般采用镦粗和
终锻工序；对于一些 高轮毂、薄轮辐的模 锻件，采用镦粗-预 锻-终锻工序。
模锻
模锻
与自由锻相比，模锻具有如下优点:
①生产效率高。 ②能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合 理。 ③模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。 ④节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的 条件下，能降低零件成本。 ⑤模锻操作简单，劳动强度低。
模锻
缺点：
模锻设备吨位限制，锻件质量一般在 150kg以下。设备投资较大，模具费用高， 工艺灵活性较差，生产准备周期较长。
自由锻造
⑷自由锻典型过程举例
—轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等 ①轴类件自由锻工序
自由锻造
锻件名称：齿轮轴 坯料质量：2.8kg 坯料规格：ф 90x59mm 锻件材料：40Cr 锻造设备：150kg空气锤
火次
温度（℃）
锻件图： 操作说明
简图
镦粗
拔长、打圆
1
1200～800
压肩
拔长、打圆
自由锻造
自由锻造
⑵自由锻成形过程
1）绘制锻件图
绘制锻件图时要考虑: 加工余量 锻件公差 敷料（工艺余块）
自由锻造
锻件加工余量：
与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有 关，通常自由锻锻件的加工余量为4～6mm，它与生产的设备 、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大， 形状越复杂，则余量就大。
齿பைடு நூலகம்轴
最大 2.5~3.0 截面
航空用大型 最大截面 6.0~8.0
锻件
自由锻造
4）选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。
①选择锻造工序 分为基本工序、辅助工序、精整工序三类。 基本工序：镦粗、拔长、冲孔等
自由锻造
盘类锻件
可采用镦粗、冲孔、压肩、整修
轴及杆类锻件
可采用拔长、压肩、整修
自由锻造
筒及环类锻件
可采用镦粗、冲孔、拔长、整修
弯曲类锻件
可采用拔长、弯曲
自由锻造
曲拐轴类锻件
可采用拔长、分段、错移、整修
其他复杂锻件
可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修
自由锻造
辅助工序：压肩、倒棱、压钳口等。
精整工序：整形、清出表面氧化皮等。
自由锻造
②锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围
模锻
d）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可 能一致，便于锻模制造。 e)所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样 既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量 。第2种孔不能锻。
分模面选择比较图
模锻
②加工余量、锻件公差和敷料
模锻件的加工余量和公差比自由锻 件的小得多。小型模锻件的加工余量一 般在2～4mm，锻件公差一般为±0.5～ ±1mm。
胎模锻造
缺点：
①胎模锻件比模锻件表面品质较差； ②精度较低、所留的机加工余量大； ③操作者劳动强度大、胎模寿命较低。
胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的 锻件。
模锻
定义：它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力 使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。
模型锻造时坯料是 整体塑性成形 坯料三向受压。
模锻
例 一齿轮，材料为45钢，产量为3000件/月，选用模锻加工。 该件直径25的孔不锻出（因放在机加工余量后孔径<25），外
径的加工余量放4mm（半径上放2mm），高度上加工余量放 2.5mm。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度5° 。
模锻
2）坯料质量和尺寸计算
模锻件坯料质量 =模锻件质量+氧化烧损质量+飞边（连皮）质量
缺点是对上下砧的平行度要求较严。闭式套筒模一般由上 模、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，不 形成毛边。
胎模锻造
3）合模： 一般由上下模及导向装置组成，见图， 用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中多余金属流 入飞边槽形成飞边。
胎模锻造
优点：
①与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（ 表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生 产率高和节约金属等优点。 ②与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎 模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准 备周期短等优点。
模锻
⑵模锻过程
模锻
⑵模锻过程
1)绘制模锻件图 应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料 、模锻斜度 、模锻件圆角半径 等。
①分模面
确定分模面位置原则：
a)要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件最大截面上 。 b)所选定的分模面应能使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于 锻件的取出和锻模的制造。 c)选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模 和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。
适合于小型锻件的大批、大量生产。
模锻
模锻已广泛应用于飞机、机车、汽车、拖拉机 、军工、轴承等制造业中。
最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠杆、手柄 等，但模锻常限制在150kg以下的零件。
冷成形工艺（冷镦、冷锻）主要生产一些小型 制品或零件，如螺钉、钉子、铆钉、螺栓等，由 于锻模造价高，制造周期长，故模型锻造仅适用 于大批量生产。
自由锻造
锻件名称
典型锻件的锻造比
计算 锻造比 部位
锻件 名称
碳素钢轴类 最大
零件
截面
合金钢轴类 最大
零件
截面
热轧辊
辊身
2.0~2.5 2.5~3.0 2.5~3.0
冷轧辊
辊身 3.5~5.0
锤头
水轮机主 轴 水轮机立 柱 模块
计算 部位
锻造比
最大截面 ≥2.5
轴身
≥2.5
最大截面 ≥3.0 最大截面 ≥3.0
锻造设备：
中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的 吨位选择见下表或查锻造手册。
锤的吨位/kg 150 250 400
560
锻件质量/kg
6
10
26
40
自由锻造
⑸自由锻件结构技术特征 ①自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及 椭圆形、工字形截面等结构
自由锻造
自由锻造
②自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构。
自由锻造
锻后锻件的冷却：
锻件仍有较高的温度，冷却时由于 表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收 缩不一，可能使一些塑性较低的或大型 复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。
自由锻造
锻件冷却方式常有下列3种：
1）直接在空气中冷却（空冷），此种多用于碳含 量小于0.5%的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢 中小型锻件。 2）在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和 大多数低合金钢中的中型锻件。 3）随炉缓冷 锻后随即将锻件放入500到700摄氏度 的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻 件以及高合金钢的重要锻件。