锻压成形技术基本知识

2、塑性变形使材料的致密性提高
金属压力加工最原始的坯料是铸 锭。其内部组织很不均匀，晶粒粗大， 且存在着许多其他缺陷：如气孔、缩松、 偏析、非金属夹杂物等。将这种铸锭经 热变形，粗大的铸状晶粒被打碎后，经 过再结晶，就可形成细晶粒，同时在热 变形过程中还可以将气孔、缩松等压合 在一起，使金属的致密性提高。因而使 金属的强度提高1.５～2倍，塑韧性提 高得更多。
锻压工艺的基本概念
锻压是对坯料施加外力，使其产 生塑性变形，改变形状、尺寸及改 善性能，以得到工件或毛坯的成形 加工方法。
它是锻造与冲压的总称。
锻造是在加压设备及工（模）具作 用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的 塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状 和质量的锻件的加工方法。
由于金属塑性和变形抗力方面的要 求，锻造通常是在高温（再结晶温度以 上）下成形的，因此也称为金属热变形 或热锻。
纤维组织使金属的力学性能具有明显 的方向性，即锻件在纵向上（平行纤维 方向）塑性和韧性增加，而在横向上 （垂直纤维方向）塑性和韧性降低。但 强度在不同方向上的差别不大。
下图为曲轴的纤维组织分布
最小阻力定律
定义：受外力作用，金属发生塑 性变形时，如果金属颗粒在几个方 向上都可移动，那么金属颗粒就沿 着阻力最小的方向移动。
2、可锻性的影响因素： （1）化学成分 （2）内部组织 （3）变形温度 （4）变形速度 （5）应力状态
（
钢中的杂质可锻造性的影响 点击观看
（2）内部组织
钢在规定的化学成分内， 由于组织的不同，塑性和 变形抗力亦会有很大的差 别。
单相组织（纯金属或者 固溶体）比多相组织塑性 好。
冷变形过程中只产生加工硬化而无 再结晶现象，因此变形过程中金属的变 形抗力大，塑性低。若变形量过大，会 引起金属的破裂。
如钢丝的折断就是这个道理
（２）热变形
金属在再结晶温度以上的塑性 变形称为热变形。
变形过程中再结晶能及时克 服加工硬化。因而变形过程中金 属的塑性好，变形抗力低，不需 要安排中间退火。
1）确定始锻温度与终锻温度
2）塑性成形应避 免脆性区
（蓝脆区与热脆区）
（4）变形速度
1）不同锻造方法对可锻性的影响： 变形速度对可锻性的影响实验： 铜合金试件在油压机、摩擦压力机和空气
锤上锻造，随着变形速度的增加可锻性有 所下降。
锻造特点：
在锻造加工过程中，能压密或 焊合铸态金属组织中的缩孔、缩 松、空隙、气泡和裂纹等缺陷， 又能细化晶粒和破碎夹杂物，从 而获得一定的锻造流线组织。
因此，与铸态金属相比，其性能得 到了极大的改善。
主要用于生产各种重要的、承受重 载荷的机器零件或毛坯，如机床的主轴 和齿轮、内燃机的连杆、起重机的吊钩 等。
利用此定律，调整某个方向 流动阻力，改变金属在某些方 向的流动量→成形合理。
最小阻 力定律示 意图。
在镦粗中， 此定律也称 最小周边法 则。
塑性变形前后体积不变的假设
弹性变形：考虑体积变化。 塑性变形：假设体积不变（由于 金属材料连续，且致密，体积变化 很微小，可忽略） 此假设+最小阻力定律→成形时金 属流动模型。
3、塑性变形后产生纤维组织
分布在晶界上的非金属夹杂物，在 变形过程中随着晶粒的拉长也被拉成 长形。
当变形程度足够大时，这些夹杂 物被拉成线条状。但是拉长的晶粒可 经再结晶又变成等轴细粒状，而这些 夹杂物不能改变，就以细长线条状保 留下来，形成了所谓的纤维组织。
纤维组织的化学稳定性很高，只有经过 锻压才能改变其分布方向，用热处理是 不能消除或改变纤维组织形态的。
晶粒细化有利于提高 金属的塑性。钢锭经过热 变形后，并通过再结晶获 得细小的等轴晶。
铸造组织由于
具有粗大的柱状 晶粒，降低了金 属的塑性。晶界 上有渗碳体存在 金属的可锻性下 降。
（3）变形温度
温度是影响塑性和变形抗力的最 主要因素之一。
温度对塑性的影响，就大多数金 属而言，其总的趋势是随着温度的升 高，塑性增加，变形抗力降低。这是 因为原子热运动的能量增加，原子间 的引力削弱，易于产生滑移变形。
第二章 金属的塑性成形
本章学习的根本目的是掌握金属塑性成形 的基本原理及主要塑性成形工艺。
要求掌握塑性成形的基本变形理论； 掌握自由锻、模锻、板料冲压等主要成形
工艺； 了解特种塑性成形技术。
重点：自由锻、模锻、板料冲压的特点及应用。
难点：模锻工艺规程及冲压件的结构工艺性。
基本知识
锻压工艺的基本概念 金属材料的塑性与塑性变形 金属材料的可锻性与影响因素
在锻造过程中，由于高温下金属表 面的氧化和冷却收缩等各方面的原因， 锻件精度不高、表面质量不好，加之锻 件结构工艺性的制约，锻件通常只作为 机器零件的毛坯。
冲压是板料在冲压设备及模具作用 下，通过塑性变形产生分离或变形而 获得制件的加工方法，主要用于加工 板料。
冲压通常是在再结晶温度以下完成 变形的，因而也称为冷冲压。
变形程度的计算
变形程度：用“锻造比”表示。
拔长时锻造比为： Y拔= S0 /S 镦粗时锻造比： Y镦= H0 /H
H0、S0：坯料变形前的高度和横截面积 H、S：坯料变形后的高度和横截面积
金属材料的可锻性与影响因素
1、可锻性：金属材料经受压力加工的难 易程度。它是用金属材料的塑性与变形 抗力来衡量的。 塑性愈大与变形抗力愈小，材料的可 锻性愈好。
冲压特点：冲压件具有刚性好、结 构轻、精度高、外形美观、互换性好 等优点，因此广泛用于汽车、拖拉机 外壳、电器、仪表及日用品的生产。
金属材料的塑性与塑性变形
塑性变形是锻压加工的理论基础。了解 金属塑性变形的规律，对合理选用金属材料 和压力加工方法，正确设计压力加工成形零 件，分析和控制锻压件质量，都是十分重要 的。
一、塑性变形的实质
是在切应力的作用下，金属内部晶体沿 某一平面产生滑移，实现了晶体的塑性变形。
滑动过程的动画演示
二、金属的加工硬化与再结晶 1、什么叫加工硬化 2、加工硬化的优点 3、加工硬化的缺点 4、再结晶退火
三、塑性变形对材料组织与性能的影响
1、冷变形与热变形
（１）冷变形
金属在再结晶温度以下的塑性变形称 为冷变形。