机械制造工艺基础第二章 锻压

弹复现象的存在，对金属的压力加工精度 产生很大的影响。如：产生尺寸误差。
塑性变形对金属组织和性能的影响
σB
如H图 B所示：
金属变形发生
塑性变形后，
极限强度、硬度、
塑性的变化趋势。
δ
ψ
• 注：图示曲线是金属在常温下的性能变化。
二、金属变形过程中的组织与性能
1、加工硬化 金属经过塑性变形后，强度和硬度
a) 未变形前 b) 弹性变形
c) 弹、塑性变形
图2-2 单晶体的塑性变形
d) 塑性变形后
图2-3 位错运动形成滑移的示意图
2、多晶体的塑性变形
工业中实际使用的金属大多是多晶体。 1、多晶体的特征：
a）晶体形状和大小不等 b）相邻晶粒的位向不同 c）多晶体内存在大量晶界 2、实际塑性变形： a）各个晶粒内部滑移的总和，构成整体塑性 变形。 b）各个晶粒间的变形，是产生内应力和开裂 的原因。
3、纤维组织
铸锭在压力加工中产生塑性变形时，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， 它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结 构叫纤维组织。
性能特点：具有各向异性
a）纵向（平行纤维方向），韧、塑性增加 b）横向（垂直于纤维方向），韧、塑性降低 但抗剪切能力显著增强
纤维组织合理分布
2. 多晶体的塑性变形
多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相 同的晶粒所组成，故它的塑性变形很复杂，可分为晶内变 形和晶间变形。晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶粒 之间相互移动或转动称为晶间变形。如图2-6所示。
a) 变形前
b) 变形后
图2-6 多晶体塑性变形示意图
“弹复”现象
分析可知： 金属在发生塑性变形时，是从弹性 塑性的过程，其中一定存在“残余”的弹 性变形，当外力去除后，弹性变形将恢复， 既“弹复”现象。
上升，而塑性和韧性下降的现象。
原因： a）晶格扭曲 b）晶粒破碎
消除办法：回复或再结晶退火。
2、回复
随着温度的上升，原子热运动加剧，
晶格扭曲被消除，内应力明显下降的现象
称为回复。
回复的结果： a）晶格扭曲消除 b）内应力明显下降
a）晶格扭曲 b）晶粒破碎
T回=（0.25-0.3）T熔 （K） 回复只能部分消除加工硬化
金属的回复和再结晶示意图
这一特性在生产中得到广泛应用： ----如用冷轧带钢来加工钢窗型材、轻钢龙
骨等。 ----如在板料拉深工艺中，通过退火提高塑
性可 增加变形程度。如日用品中的脸盆等。
（3）影响再结晶后晶粒大小的因素：
a）变形程度
变形程度很小时不发生再结晶。
变形程度在2-8%时,晶粒特别粗大——临 界变形程度。
缺点： 1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4）生产现场劳动条件较差。
塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、 炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高 的重要零部件。
第2章 锻压成形
教学目标 2.1概述 2.2 金属的塑性变形及可锻性 2.3 锻造 2.4 板料冲压
教学目标
• 1.了解金属的冷变形、 热变形及可锻性； • 2. 了解锻造的基本工艺及应用 ； • 2. 了解板料冲压的基本工艺及应用。
1、金属压力加的定义
改变形状
金属坯料
产生 塑性变形 达到 改变尺寸 改善性能
3、再结晶 温度上升到一定温度时，开始以某些
碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，加工 硬化完全消除，这个过程称为再结晶。
（1）再结晶的结果 a）原子热振动加剧 b）以某些质点为核心重结晶 c）加工硬化全部消除
（2）再结晶温度 金属经大量塑性变形后开始再结晶的
最低温度。
T再=（0.4-0.5）T熔 （K）
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
四、金属的可锻性
可 锻 性：金属材料锻压成形的难易程度。
{衡量标准：
塑性（断面收缩率ψ，伸长率δ） 变形抗力
可锻性取决于：金属本质和加工工艺条件
1、材料性质的影响(内因)
⒈化学成分影响 ＊纯金属可锻性比合金好 ＊钢的含碳量越低，可锻性越好
2.1.1 金属塑性成形的实质
塑性：金属在外力作用下，产生 永久变形而不破坏的能力。 弹性
金属变形过程：
a）金属材料在外力作用下发生 弹性变形
b）当外力超过一定值后产生塑 性变形
1、单晶体的塑性变形
（1）单晶体滑移
晶体的一部分相对另一部分沿一定晶面 （滑移面）和这个晶面上的一定晶向（滑移 方向）产生相对移动的现象。
当变形程度大于临界变形程度，随变形程 度增加，晶粒显著细化。
b）再结晶后状态
金属在高温下停留，晶粒长大，力学性能 变差。
三、冷变形和热变形
1、冷变形：变形温度低于再结晶温度 （1）生产方法：冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔等 （2）特点 a）位错密度上升——显著加工硬化 b）尺寸精度高、表面质量好
2、热变形： 变形温度高于再结晶温度 （1）生产方式：热锻、热轧、热挤压 （2）热变形后的组织特征 a）加工硬化和再结晶同时发生 b）冶金缺陷得到改善或消除 c）最终得到细小的等轴晶 d）组织致密，力学性能显著提高
外力
得到
铸铁不可锻
毛坯 零件
金属压力加工：指固态金属在外力作用下产生塑性
变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的 加工方法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合 金均可在冷态或热态下进行塑性成形加工。
金属压力加工的特点： 优点： 1）与铸造相比：力学性能高，内部缺陷被压合，
晶粒显著细化。 2）节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利 用率和经济效益； 3）具有较高的劳动生产率。 4）适应性广。
⒉金属组织的影响 ＊组织不同,可锻性有差异,纯金属、固溶体可锻
金属压力加工方法
常用金属压力加工方法有：1）自由锻造；2）模型锻造；3）挤 压；4）拉拔；5）轧锻；6）板料冲压。
图2-1 各种塑性成形方法
拉拔与拔长
拔长：毛坯横截面减小，长度增加。
锤头（上砧铁）
V形砧铁
砧座（下砧铁）
第1节 塑性成形理论基础
2.1.1 塑性成形的实质 2.1.2 冷变形强化与再结晶 2.1.3 金属的锻造性能