材料成形基础第三章第二节锻造技术
材料成形工艺基础(锻焊)..
——材料成形工艺基础——
材料成形工艺基础
材料成形工艺实训基本要求：
1．了解毛坯成形工艺的基本原理、成形特点、 适应范围,以及工艺过程；
2．初步掌握常用的各种成形工艺方法；
3．对材料成形工艺中的质量、成本、管理以 及基本工艺的初步分析。
材料成形工艺基础
锻压工艺
一、金属塑性成形的实质与基本方法
氧化焰：O2 /C2H2 > 1.2， 黄铜
材料成形工艺基础
八、氧气切割——快速切割金属材料方法
1、气割机理：利用O2 -C2H2 焰将工件待切割处加热至 燃点，再喷出高压氧气流，使金属在高温纯氧中剧烈燃 烧，燃烧的产物（熔渣）被高压氧气流吹掉，实现切割。
即： 预热——燃烧氧化——吹渣 气割的实质是氧化过程而非熔化过程。
2．焊条类型 按药皮熔化后所生成的熔渣特性分: ①酸性焊条: 交直两用，价廉，适合普通结构件。
J422 σb =420MPa ②碱性焊条：直流电焊，低氢型，成本较高，适合重要结构
件。 J507 σb =500MPa
材料成形工艺基础
四、手弧焊的焊接工艺参数及选择
1．焊条直径： 根据焊件板厚和焊缝位置选择 2．焊接电流： I= kd， k=30—60 3．电弧电压： 与电弧长短有关，电弧长度不超过
金属在外力作用下使其产生塑性变形，获得型材、 毛坯或零件的加工方法
基本成形方法
类型
典型加工简图
类型
典型加工简图
自 由 锻锻 造 模 锻
轧制 拉拔
冲压
挤压
材料成形工艺基础
二、锻件加热
1．加热目的：提高塑性，降低变形抗力，改善可锻性。
2．锻造温度：ห้องสมุดไป่ตู้始锻温度——坯料允许加热的最高温度 终锻温度——坯料允许变形的最低温度
材料成型技术基础课后答案
第一章金属液态成形1.①液态合金的充型能力是指熔融合金充满型腔，获得轮廓清晰、形状完整的优质铸件的能力。
②流动性好，熔融合金充填铸型的能力强，易于获得尺寸准确、外形完整的铸件。
流动性不好，则充型能力差，铸件容易产生冷隔、气孔等缺陷。
③成分不同的合金具有不同的结晶特性，共晶成分合金的流动性最好，纯金属次之，最后是固溶体合金。
④相比于铸钢，铸铁更接近更接近共晶成分，结晶温度区间较小，因而流动性较好。
2.浇铸温度过高会使合金的收缩量增加，吸气增多，氧化严重，反而是铸件容易产生缩孔、缩松、粘砂、夹杂等缺陷。
3.缩孔和缩松的存在会减小铸件的有效承载面积，并会引起应力集中，导致铸件的力学性能下降。
缩孔大而集中，更容易被发现，可以通过一定的工艺将其移出铸件体外，缩松小而分散，在铸件中或多或少都存在着，对于一般铸件来说，往往不把它作为一种缺陷来看，只有要求铸件的气密性高的时候才会防止。
4 液态合金充满型腔后，在冷却凝固过程中，若液态收缩和凝固收缩缩减的体积得不到补足，便会在铸件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成为缩孔，小而分散的空洞称为缩松。
浇不足是沙型没有全部充满。
冷隔是铸造后的工件稍受一定力后就出现裂纹或断裂，在断口出现氧化夹杂物，或者没有融合到一起。
出气口目的是在浇铸的过程中使型腔内的气体排出，防止铸件产生气孔，也便于观察浇铸情况。
而冒口是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。
逐层凝固过程中其断面上固相和液相由一条界线清楚地分开。
定向凝固中熔融合金沿着与热流相反的方向按照要求的结晶取向进行凝固。
5.定向凝固原则是在铸件可能出现缩孔的厚大部位安放冒口，并同时采用其他工艺措施，使铸件上远离冒口的部位到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口的部位像冒口方向顺序地凝固。
材料成型 锻造共113页文档
研究型教学案例举例
零件图
技术要求
要求在转速6500-20000rpm的高转速条件下 长期安全可靠地工作。
用于液态食品的分离净化。要求应符合GB 10897“碟式分离机技术条件”；
检验内容：材料成分、超声波探伤检查、 金相组织检查、硬度检查、机械性能检查
七、锻造方法
自由锻 模锻
锤上模锻 曲柄压力机上模锻 摩擦压力机上模锻 胎膜锻
小 11齿-工图轮作3，台-57，1-大曲1齿2-柄楔轮形压，垫8力-离铁机合器传，动9-图曲轴，10-连杆，
2.3 模锻
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一、 模锻的特点
❖模锻：利用型腔成形
与自由锻比较有如下特点：
1．生产率较高 2．模锻件尺寸精确，加工余量小。 3．可以锻造出形状比较复杂的锻件 4．模锻生产可以比自由锻生产节省金属材料，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.模锻件不能太大 6.成本很高,不适合于小批和单件生产。
切肩——得到变截面轴的台阶 压痕——便于找基准、定位 压钳口——便于加持
精整工序——收尾
在锻造温度以下进行 校正弯曲及扭转
锻 件 分 类
三、自由锻工序选择例
思考： 1、坯料形状与尺寸 2、确定需要哪些工序 3、确定锻造工序流程
工序： 燉粗、 冲孔、 扩孔、 修正
:锻造工艺卡
四、自由锻件结构工艺性
如何实现成形过程的控制？ 变形温度的控制 变形速度的控制 变形量的控制 变形方式的控制
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2.1 金属塑性成形原理
二、金属的可锻性
定义：材料经受塑性变形而不开裂的能力 表征：
塑性——面缩率、伸长率 变形抗力——屈服强度
材料成型技术-第三章锻压
自动化生产
自动化锻压设备的应用，实现生 产线的智能化和高效化。
环保锻造
注重环境保护，推动绿色、可持 续发展的锻压数选择
根据锻造材料、形状和尺寸等要求，选择适当的锻 造温度、锻造速度和锻造力量。
工艺参数优化
通过工艺参数的优化，提高锻件的质量和产量，降 低成本和能源消耗。
锻压工艺的发展与前景
技术创新
不断引入新材料、新工艺和新设 备，提高锻压工艺的效率、精度 和灵活性。
原理
锻压利用力量，让金属原料在受压和冲击的作用下 发生塑性变形，从而改变其形状和结构。
锻压的基本过程和设备
1
加热与预变形准备
将金属原料加热至适当温度，并进行预变形，为后续锻压过程做好准备。
2
锻造操作
通过锻压设备施加力量，使金属原料发生塑性变形，达到所需形状。
3
冷却与处理
对锻造后的金属进行冷却和处理，以提高锻件的性能和质量。
锻件在汽车制造中广泛应用，如发动机传动轴、悬挂系统和转向零件等。
3 能源行业
用于制造发电设备、石油钻机和核能设备等。
锻件质量控制与检测技术
1
质量控制
通过严格的质量控制体系和工艺流程，
检测技术
2
确保锻件的尺寸精度、力学性能和工艺 性能。
采用非破坏性检测和破坏性检测技术，
如超声波检测、渗透检测和金相检测等，
锻压的分类和特点
分类
按照荷载形式可分为自由锻造、模锻和精锻； 按照锻件形状可分为平面锻压、轴对称锻压和 非轴对称锻压。
特点
锻压具有高强度、高精度、高质量的特点，可 制造出各种复杂形状和大尺寸的金属零件。
锻压在工业生产中的应用
1 航空航天业
【精品课件】锻压成形工艺
（一） 自由锻设备
锻锤 冲击力
空气锤 它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击 能量小，适用于小型锻件；65~750Kg
蒸汽—空气锤 利用蒸汽或压缩空气作为动力， 适用于中小型锻件。630Kg~5T
{ 形成原因
塑性夹杂物（MnS、FeS）：沿最大变形方向伸长
脆性夹杂物（FeO、SiO2）：被打碎呈链状
现 象：造成力学性能上的各向异性
锻件设计总原则： 1）最大拉应力与纤维方向一致 2）最大切应力与纤维方向垂直
螺钉的纤维组织比较
曲轴的纤维组织比较
可 锻 性：金属材料锻压成形的难易程度。
{塑性（断面收缩率ψ，伸长率δ）
自由锻工序
自由锻件横截面若有急剧变化或形状 较复杂时，应设计成有几个简单件构 成的组合体，再焊接或机械连接方法 连接。
二、 模膛锻造形成
（一）胎膜锻造形成
胎模锻造成型是在自由锻设备上，使用可移动的胎模生产锻件 的锻造方法。
胎膜不是固定在自由锻锤上，使用时放上去，不用时取下来。 与自由成型相比，胎模成型具有较高的生产率，锻件质量好，节省 金属材料，降低锻件成本。 与模锻相比，节约了设备投资，简化了模具制造。但锻件质量比模 锻低，劳动强度大，安全性差，模具寿命短，生产率低。
三、 锻模模膛及其功用
锤上模锻用的锻模模膛根据功用的不同，可分为：
模膛
模锻模膛 制坯模膛
终锻模膛 预锻模膛
拔长模膛 滚压模膛 弯曲模膛 切断模膛
（一）模锻模膛
1 .预锻模膛 预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状 和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。
材料成型技术第三章锻讲义压32
安徽工程科技学院机械系
2.冲压基本工序
⑴冲裁：即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮 廓线与坯料分离的冲压方法。
即用带刃口的冲模使板料分离。
沿封闭轮廓分离 冲 （冲孔、落料等）
板坯
裁 沿非封闭轮廓分离
（切断、切口、剖切等）
AUTS
凸模
凹 模
安徽工程科技学院机械系
1）冲裁变形过程 ◆三个阶段：弹性变形→塑性变形→剪裂分离 ◆冲后断面特征：
镦粗
制坯模膛（体积分配）
拔长 滚挤★
弯曲 …
模锻模膛（锻件成形） 预锻→初步成形
终锻→最终成形
切断模膛（锻件与坯料切离）
设飞边槽★ 放收缩率
实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应 选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件 采用仅有终锻模膛的单模膛锻模， 而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯 曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、 终锻等多个模膛的锻模逐步成形。
适于小型锻件的成批大量生产。 如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的 齿轮、轴、连杆等零件。
（3）模锻方法
1）锤上模锻： 即在锻锤上进行的模锻。 按所用设备和模具不同， 可分为锤模锻和胎模锻。
①锤模锻：即在各种模锻锤上进行的模锻。
★ 锻模模膛：→根据锻件形状和模锻工艺而 开设的凹腔。
●
模膛 种类
锤锻模具由带有燕尾的上模、 下模组成。下模固定在模座上， 上模固定在锤头上，并随锤头作 上下往复锤击运动使锻坯在模膛 中成形。
下面让我们来看一下弯曲连杆在锤上模 锻时所用的多模膛锻模及其成形过程。
制 ①拔长
坯 ②滚挤
锻 模
工
步 ③弯曲
模 ④预锻
锻
切
工 步
材料成形技术基础课件
第一章绪论1.1 材料成形技术过程形态学模型简介1）产品——产品技术――“做什么”――设计过程――过程技术――“怎么做”――工艺2）成形过程可概括地定义为加工工件材料性能的变化，包括几何形状、硬度、状态、信息（形状数据）等的变化。
任何一种机械产品产生性能变化都是材料、能量、信息三个基本要素方面的变化。
本书主要讨论材料的加工过程以及加工过程中材料的性能变化和几何形状的改变，或两者兼有之。
材料过程分为：贯通过程――质量不变过程；发散过程――质量减少过程；收敛过程――质量增加过程；能量过程分为：模具系统（或工具系统）――描述能量是如何加于加工工件材料（或传递能量与传递信息）的传递媒体设备系统――描述设备提供的能量特点和所用能量的种类信息过程分为：形状信息过程――最终形状信息可看成为加工工件材料初始形状信息与制造过程中所施加的形状变化信息之和性能信息过程（如强度、硬度）――是材料初始性能信息过程和通过各种过程材料产生的性能变化之和1.2 现代制造过程分类1）质量不变过程加工材料在过程初始时的质量等于或近似等于加工材料在过程结束时的最后质量，也就是说材料在一定的受控条件下改变了几何形状。
质量不变过程大体可分为三个典型阶段：第一阶段，如加热、熔化等，它是由一些使加工件材料形状或性能发生初步变化而处于适当状态的基本过程组成；第二阶段，由一些产生要求加工工件形状或性能变化的基本过程组成，如铸造、锻压等；第三阶段，由一些使加工件处于指定最终状态的基本过程组成，如凝固等。
其中第二阶段的基本过程是主要基本过程。
质量不变过程主要包含：凝固成形、塑性成形、粉末压制等。
2）质量减少过程质量减少过程的特点是零件最终的几何形状局限在材料的初始几何形状内。
也就是说，形状改变是通过去除一部分材料形成的。
质量减少过程主要包含：切削加工、电火花加工、等离子弧切割、火焰切割，电解加工等。
3）质量增加过程质量增加过程的特征是加工材料在过程开始时的质量比过程结束时的最终质量有所增加。
《锻压成型》PPT课件
§3.2 自由锻造
自由锻造 自由锻是使坯料在外力作用下，部分金属塑性 变形受限制，其余金属可自由流动而获得所需几何形状、尺寸及内部质量的锻件的一种工艺方法。
自由锻的生产特点 ＊所用设备及工具简单。 ＊工艺适应性强，特别适合生产单件或大型锻件。对于大型锻件，
自由锻是唯一的方法。 ＊加工余量大，锻件的精度和表面粗糙度较差，且工件质量不稳定。 ＊金属的损耗大，劳动强度大，生产率较低。
金属在加热时，其组织和性能的变化分为 三个阶段：
当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能通过晶体错位消除晶格扭曲，产生塑性变形。
这种现象称为回复。此时的变形称为冷变形。
冷变形使加工硬化现象得到部分消除。 ＊冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。 ＊回复温度：T回 =( 0.25～0.3 )T熔 ( K )
金属塑性变形过程有两个阶段
弹性变形阶段：金属在某一程度的外力作用下，其内部产生应力，使原子离开原来的平衡位置，原子间的相 互距离发生改变使得金属变形。外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。
塑性变形阶段：当外力增大到使金属内部产生的应力超过该金属的屈服点，使其内部原子排列的相对位置发 生不可逆转的变化而导致金属变形。外力停止作用后，变形也不消失。
加热到较高温度时，原子继续获得热能，扩散能力加强，并以冷变形时破碎的某些晶体（碎晶）或杂质为新的结晶 核心，原子在金属内部重新排序，形成新的晶粒。这种现象称为再结晶。再结晶消除了全部加工硬化现象。此时的 变形称为温变形。
＊温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，因此，工件表面质量比 热变形时好。
2.变形速度（指单位时间内的变形量）
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一、金属塑性变形的流动规律
固态金属的塑变是靠质点流动实现的。
流动时质点流向阻力最小的方向，流动中金属的体积不产生变化。
1．最小阻力定律
金属塑性变形时，内部质点流动到最近周边时变形功最小，最易于发生。
坯料两端面分别受到上下铁砧的摩擦阻力，形成难变形锥区；中间部位受到的摩擦阻力较小---坯料各部位的塑变不均。
自由锻的锻件图包括锻件的各部尺寸、机械加工余量、简化锻件的敷料、锻件的公差等内容。
敷料又称余块，是为了简化锻件的形状而添加的金属
部分。
（2）确定锻造工序
锻件形状不同，锻造工序也不相同。
盘类件一般需要以镦粗为主的锻造工序，轴类件需要以拔长为主的锻造工序。
（3）坯料尺寸的计算
根据锻件塑性变形前后的体积不变定律，按照锻件图中锻件的形状和尺寸，可以确定坯料质量的大小。
多数中小模锻件的公差在0.3～3mm范围。
模锻件较大时，取大值。
（3）模锻斜度和模锻圆角
为了易于出模，锻件垂直于分模面的侧面应有一定的斜度---模锻斜度。
为了利于金属在模膛内流动，减少锻模的磨损，须把锻件转角处均设计为圆角。
（4）模锻件图的绘制
在零件图的基础上绘制。包括锻件分模面的选取、机械加工余量、敷料、模锻斜度和圆角、锻件公差、冲孔连皮等。
模锻的生产效率、允许锻件的复杂程度、尺寸精度、表面质量均高于自由锻。
1．模锻方法
模型锻造分为锤上模锻、压力机上模锻等。锤上模锻打击速度快，应用较多。压力机上模锻时，变形缓慢，适于塑性较差的锻件。
模膛按功能不同，分为制坯和模锻模膛：
制坯模膛 为了使金属易于充满模膛，对形状复杂的锻件，预先将坯料在制坯模膛内制坯，使坯料逐步接近锻件的形状。
用于非回转体锻件的成形或制坯。
2.筒模
用于锻造齿轮、法兰盘等回转体。
组合筒模
用于形状复杂的回转体锻件，需要组合筒模，以保证锻件从锻模内取出。
3.合模
由上模、下模组成，依靠导锁使上、下模定位，用于形状较复杂的非回转体锻件，如连杆、叉形锻件等。
2．体积不变定律
一般情况下，塑变前后的体积不变：
V前=V后
可由锻件尺寸计算出所需原始材料尺寸。
二、自由锻
金属锻造时的变形在上、下两铁砧之间自由流动的变形称为自由锻。
自由锻的锻件表面粗糙，尺寸精度差，生产效率低，适于单件或小批量生产。
自由锻的工序：
基本工序、辅助工序、精整工序。
基本工序：变形的主要工序，包括镦粗、拔长、冲孔、切割、扭转、错移等。
四、胎膜锻
利用自由锻设备预先制坯，然后在自由锻设备上使用简单模具成形的方法称为胎膜锻。其模具称为胎膜，胎模一般不固定在锻锤上，根据使用需要随时放置。
生产效率、锻件精度、允许的锻件复杂程度介于自由锻和模锻之间，灵活性强，不需昂贵的模锻设备，模具简单。许多批量不大的中小型锻件，广泛采用胎模锻造。
1.扣模
计算锻件质量时还要考虑夹持钳口部分的质量大小，有关钳口参数需查阅相关手册。根据已计算出的锻件质量大小，可以确定出原始坯料的尺寸。
由原始坯料的尺寸和锻件尺寸，可以计算出锻件的锻造比。经过轧制的碳钢锻件，一般将锻造比控制在1.3～1.5。
三、模型锻造
迫使坯料在一定形状的锻模模膛内产生塑性流动成形的方法称为模锻。
辅助工序：为方便基本工序的操作所设置的工序，包括压钳口、倒棱、压肩等。
精整工序：包括整形、精压等。
1.自由锻的基本工序
镦粗、拔长、冲孔
2.自由锻工艺规程的制定
自由锻工艺规程的制定主要包括：
绘制锻件图、确定锻造工序、计算坯料尺寸等，同时也要考虑锻造的锻造比、加热制
（1）分模面的选取
上下模分开面。应选在锻件的最大水平截面上。模膛不要太深；模膛位于中心；敷料最少；分模面尽量为平面。
（2）模锻件加工余量和公差的确定
机加工构件的表面，必须留机械加工余量。
多数中小模锻件的机加工余量为1～4mm，锻件尺寸愈大，余量取值愈大。
模锻时模膛因磨损、测量误差等引起的锻件尺寸误差，需要确定锻件的公差，以便将锻件尺寸的误差控制在一定范围内。
制坯过程时根据坯件形状的需要，分别有拔长、滚挤、镦粗、弯曲等模膛。
模锻模膛 包括预锻模膛和终锻模膛。
预锻模膛：为了减少终锻模膛的磨损，保证锻坯的最后成形，使锻坯的形状和尺寸接近锻件的形状和尺寸。
终锻模膛：与锻件的形状和尺寸基本一致，设有飞边槽。
2．模锻工艺规程的制定
模锻工艺规程：分模面、锻件敷料、机械加工余量、锻件公差，绘制模锻锻件图。