压力加工基本教程
金属压力加工工艺技术详解
第二节 金属的塑性变形
第二节 金属的塑性变形
• 金属的塑性变形，是压力加工的基础， 各种形状的锻件都是利用金属的塑性变 形来制造的。
• 因此，学习金属塑性变形的有关理论， 对改进锻造方法，提高锻件质量，降低 消耗都是十分必要的。
一、 金属塑性变形的实质
弹性变形
在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子 离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金 属发生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返 回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失， 变形也随之消失。如图3-1（b）所示。
• 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生 变化：
⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。
二、塑性变形对金属组织和性能影响
1.加工硬化
• 金属的力学性能 随内部组织变形 程度的增加，强 度和硬度上升， 而塑性、韧性下 降(如图3-4)，这 种现象被称为加 工硬化（或冷作 硬化）
（二）加工条件
⒈变形温度的影响
温度↑→原子的运动能力↑→容易滑移→塑性↑，变 形抗力↓，可锻性改善。
若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降 低，这种现象称为“过热”。已过热工件可通过锻 造，控制冷却速度，热处理，使晶粒细化。
若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间 的结合，使金属失去塑性，坯料报废，一击便碎， 无法挽回。这一现象称为“过烧”。
金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。
不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止 锻造的温度称终锻温度。
锻造温度：
• 始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右 • 终锻温度：800C°过低难于锻造 ，若强
行锻造，将导致锻件破裂报废。
(完整版)金属工艺学(压力加工)
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
压力加工方法
放电成型
电磁成型
图12.43 液态模锻工作示意图
1.3 锻造工艺规程的制订 编制工艺规程主要包括以下内容：绘制自由锻件图、确定坯料的重量和尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确定锻造温度范围和加热次数、确定热处理规范、提出锻件的技术要求和检验要求、填写工艺卡片等。 绘制锻件图 锻件图是指在零件图的基础上，考虑锻造工艺特点而绘制成的图样。
余量、敷料和锻件公差 为保证锻件的尺寸精度和表面粗糙度，在零件的加工表面而增加的金属称为机械加工余量。具体数值结合生产的实际条件查表确定。 敷料是为了简化锻件形状，便于锻造而附加上去的一部分金属。也称为余块。 锻件公差是锻件名义尺寸上下允许的偏差，一般约为加工余量的1/4～1/3。
自由锻设备 常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽-空气锤和液压机三种。 空气锤是利用电动机驱动并由空气带动锤头工作的锻造设备。 蒸汽-空气锤是利用蒸汽或压缩空气带动锤头工作的。其工作原理与空气锤相同，但其结构较空气锤复杂，吨位稍大，适用于锻造中小型锻件。
自由锻工序
01
基本工序：是使金属产生塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工序。如镦粗、拔长、冲孔等。
02
辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预变形工序。如压钳口、压棱边等。
03
精整工序：完成基本工序之后，为提高锻件尺寸和位置精度的工序。如滚圆、校正等。
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模锻按所用设备的类型不同，可以分为锤上模锻、胎模锻、曲柄压力机上模锻、平锻机上模锻和摩擦压力机上模锻等。 锤上模锻 模锻锤 锤上模锻所用的设备主要是蒸汽-空气模锻锤。 锻模 锻模是由上模和下模两部分组成，如图12.5所示。
第7章 金属压力加工
图2-1 单晶体拉伸
机械制造基础
1. 单晶体的塑性变形
❖ 单晶体的塑性变形主要通过滑移进行。
滑移面 整体刚性 滑移
（a）未变形（b）弹性变形 （c）弹塑性变形 （d）塑性变形 单晶体滑移变形
未变形
位错运动
塑性变形
晶体中通过位错运动而造成滑移
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实际晶体内部存 在大量缺陷。滑 移通过位错在滑 移面上的运动来 实现。
5.冲压：通常在常温下，金属薄板在冲模之间受压产 生分离或变形，也叫冷冲压。
9
机械制造基础
7.2 金属压力加工基础知识
三、特点
1 优点： （1）锻造过程能够改善金属的组织，提高金属材料的机械性能； （2）少、无切削加工，材料利用率高。 （3）可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程） （4）生产效率高。 2 缺点： （1）一般工艺表面质量差（氧化），尺寸精度、形状精度不高。 （2）不能成型形状复杂件（相对） （3）设备庞大、价格昂贵，制件成本比铸件高。 （4）劳动条件差（强度↑、噪音↑）
机械制造基础
1. 单晶体的塑性变形
❖ 单晶体的塑性变形另一种形式：双晶变形。
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机械制造基础
2. 多晶体的塑性变形 变形特点
各晶粒择优滑移，通过晶间的错动与转动，彼此协调 并传递变形；
晶间变形
晶界错动 晶界转动
晶界的存在使塑性变形抗力增加； 晶粒越细小，金属的强度越高，塑性越好。
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机械制造基础
第7章 金属压力加工
7.2 金属压力加工基础知识 一、概念
❖ 金属压力加工：金属柸料在外力作用下，发生塑性变形， 获得所要求的形状、尺寸、内部组织和机械性能的原材料 、毛坯或零件的加工方法，也称金属塑性成形。
第三篇金属压力加工
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。
压力加工课(简单)
晶粒尺寸对力学性能的影响
在2mm内的伸长率（%） 5 10 15 20
晶粒3 晶粒5 晶粒4 晶粒2 晶粒1
s 0 Kd
1 2
0
0
多晶体的塑性变形过程
5
10
15
20
25
30
35
40
位置/mm
加工过程中的硬化和软化
● 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。 ⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。 ● 加工硬化(见图3－4) ＊ 现象：强度、硬度 上升， 而塑性、韧 性下降。 ＊ 原因：滑移面附近的 晶粒碎晶块， 晶格扭曲畸变， 增大滑移阻力， 使滑移难以 进行。
1.简单轧制与非简单轧制
所谓简单轧制过程是指比较理想的轧制过程。通常将
具有下列条件的轧制过程称为简单轧制。
（1）两个轧辊都被电动机带动，且两轧辊直径相同，转速
相等，轧辊为刚性；
（1）质量减少的方法：
车、刨、铣、磨、钻、剪切、气割、电切、蚀刻等；
（2）质量增加的方法：
铸造、电解沉积、焊接与铆接、烧结与胶结等；
（3）质量保持不变的方法：
金属压力加工（轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压）。
3.金属压力加工的方法
★金属压力加工：
金属在受到外力作用并不破坏自身完整性的条件下， 稳定改变其几何形状与尺寸，从而获得所需要的几何形状 与尺寸的加工方法。
1. 体积不变定律 Volume Constance 金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常 数，也称为不可压缩定律。 V0=Vn=常数 HBL=hbl 例题：P139
10.2.2. 最小阻力定律 Least Resistance
金属压力加工工艺基础知识
金属压力加工工艺基础知识金属压力加工是一种常见的金属加工方式，广泛应用于机械制造、汽车、航空航天、建筑等行业。
它通过机械设备对金属材料施加力量，使其在受力作用下发生形变，并得到所需要的形状和尺寸。
以下是金属压力加工的基础知识。
1. 金属压力加工的主要方法金属压力加工主要包括锻造、轧制、挤压和拉伸等方法。
锻造是利用锤敲或机械压力对金属进行加工，使其在高温或室温下发生形变；轧制是通过辊轧机将金属材料压制为所需的形状；挤压是将金属放置在模具内，施加压力使其通过模具孔径形成所需形状；拉伸是将金属材料拉伸成细丝或薄板。
2. 金属材料的选择金属压力加工时，要选择适合的金属材料，常见的金属材料有钢、铁、铝、铜、镁等。
选择材料应考虑其机械性能、成本、可加工性等因素。
3. 加工工艺参数金属压力加工的工艺参数包括温度、压力、形变速度等。
不同工艺需要不同的参数，它们直接影响到成品的质量和性能。
4. 加工设备金属压力加工需要相应的设备，如锻压机、辊轧机、挤压机、拉伸机等。
这些设备具有不同的结构和功能，适用于不同的加工方式和材料。
5. 金属压力加工的优点金属压力加工具有高效、高精度、高稳定性等优点。
它能够生产各种复杂形状的金属制品，能够提高材料的机械性能和物理性能。
6. 金属压力加工的应用领域金属压力加工广泛应用于各个行业。
例如，锻造常用于制造航空发动机零件、汽车零件等；轧制常用于制造金属板材、管材等；挤压常用于制造铝合金门窗、铝合金型材等；拉伸常用于制造线材、薄板等。
总之，金属压力加工是一种重要的金属加工方式，掌握其基础知识对于从事相关行业的人员来说是很重要的。
只有了解金属压力加工的方法、材料选择、工艺参数、设备和应用领域等方面的知识，才能更好地进行金属加工，满足各种工业领域对金属制品的需求。
金属压力加工是一项复杂而重要的工艺，对于金属制品的制造起着至关重要的作用。
在金属压力加工领域，有许多基础知识需要了解和掌握，下面将进一步介绍金属压力加工的相关内容。
第13章 压力加工
第三节 模 锻
模膛可分为单 膛及多膛。
弯曲连杆 锻造过程
第三节 模 锻
2、制订模锻工艺规程 ⑴ 制订模锻锻件图
a、分模面
分模面是指上下锻模在模锻件上的分界面。它在锻 件上的位置是否合适，关系到锻件成形、锻件出 模、材料利用率及锻模加工等一系列问题。 • 选定分模面的原则：
第三节 模 锻
应保证模锻件能从模膛中取出来。
• 敷料
• 余量
• 锻件公差
第二节 自由锻
2、坯料重量和尺寸的确定 • 坯料重量可按下式计算：
GP GD GS GT
GP ——坯料重量 GD ——锻件重量 GS ——加热中坯料表面因氧化而烧损的重量 GT ——锻造中被冲掉或被切掉部分的重量
• 坯料尺寸按坯料的重量、截面形状及尺寸确定锻 件截面及尺寸。
第二节 自由锻
三、高合金钢锻造特点
合金元素含量很高，内部组织复杂、缺陷多、塑性差、锻造 时难度较大。
1、备料——不允许存在表面裂纹等缺陷 + 锻前退火
2、加热 温度 3、锻造特点 低温装炉，缓慢升温
锻造温度范围窄，一般只有100～200℃
控制变形量 增大锻造比 变形要均匀 避免出现拉应力
4、锻后冷却——缓冷（即炉冷，灰坑或沙坑中冷）
2、最小阻力定律——可事先判定锻造时金属截面的变化
变形首先向阻力最小的方向流动。
摩擦力 摩擦力 圆形截面 方形截面 长方形截面
不同截面金属的流动情况
金属镦粗变形
第二节 自由锻
定义：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产 生塑性变形而获得所需形状、尺寸及内部质量锻件的方法。 分类：手工锻造和机器锻造。 手工锻造：适用于单件、要求不高的小型锻件； 机器锻造：适用于小批量生产、大型锻件。是自由锻的 主要方法。 特点：1）工具简单，通用性好； 2）操作灵活适应广泛； 3）制造大型锻件唯一方法。 工序：基本工序、辅助工序和修整工序。
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压力加工基本教程 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
复习题纲
1.钢的加热工艺制度包括哪些内容
2.什么叫钢的氧化,如何减少钢的氧化(用化学方程式解释)
3.什么叫辊缝及其作用
4.什么叫侧壁斜度,它有何作用(写出公式)
5.什么叫孔型的圆角,它们有什么作用
6.宽展的种类,影响宽展的主要因素
7.怎样检查轧辊的加工质量
8.轧制工艺制度包括哪些内容
9.怎样按孔型设计调整轧机
10.热轧型钢中怎样采用控制轧制
11.缓冷的目的，冷却方法，主要用于哪些钢种
12.在线生产中，进行工艺质量检查，包括哪些内容
13.轧制过程中的的常见缺陷及处理方法
轧钢工学习提纲
一轧制基本原理
一热轧的优缺点：
优点：1 热轧能消除铸造金属中的某些缺陷，如焊合气孔、破碎粗大晶粒以及改变夹杂物的分布等，使金属的致密度和力学性能得到改善。
2 钢锭或钢坯加热后塑性提高、变形抗力降低，因此轧制时可增大变形量，有利于提高生产率。
3 热轧时金属变形抗力减小，对轧制设备的要求可以相应的低些，能降低设备的造价，并使电机能耗大大降低。
缺点：1 高温轧制产生氧化铁皮，使金属的表面不够光洁。
2 产品尺寸不够精确。
3力学性能没有冷加工的好。
二体积不变定律：钢锭在头几道轧制时因缩孔、疏松、气泡、裂纹等缺陷受压缩而致密，体积有所减少，此后各轧制道次金属体积不再变化，这种轧制前后体积不变的可观事实叫体积不变定律。
三最小阻力定律：钢在塑性变形时金属沿着变形抵抗力最小的方向流动。
四轧机调整
850部分
1、成品孔对角线之差不得大于㎜。
2、轧辊两端辊缝之差不得大于3㎜。
3、调整辊缝时实际辊缝与指针数之差不得大于2㎜。
4、下轧辊两头高低之差不得大于5㎜。
5、瓦缘凸出瓦座部位的厚度不得小于3㎜。
胶木瓦磨损后的厚度不得小于5㎜。
6、上轧辊的跳动值不得大于3㎜。
7、上轧辊的托瓦螺丝要拧紧，以防跨动打坏瓦。
8、第一孔槽底辊面高度要高出机架辊面30-40㎜。
9、轧辊轴向调整时，调整螺丝受力要均衡，不宜过松、过紧。
10、要调整辊缝或压下装置抬不起来时，可将离合器打开，允许用一台马达抬一头的压下螺丝，但两头辊缝之差不得大于30㎜，禁止用一台马达抬两头。
11、机后推床的间隙必须大于机前推床间隙20-30㎜。
750部分：
1轧机压下调整及轴向调整的参数：手动压下调整：0.2mm/转，轴向调整0.47mm/10转。
2轧钢前，750主操作台应输入哪些参数：轧钢时的出口速度，延伸系数，轧辊工作直径。
3轧制过程中的“三勤五不轧”指：三勤指“勤检查，勤监察，勤联系”，“五不轧”是没试好车不轧，设备不安全不轧，低温钢不轧，质量不好不轧，自动条件不具备不轧。
二 箱型孔型基本构成
一 箱型孔基本构成
1 孔型侧边斜度ψ
百分比表示方法 %1002⨯-=p
k k h b B y 角度表示方法 p k k h b tg 2B -=
ψ 2 侧壁斜度的作用
使轧件易于进入孔型。
使轧件易于脱槽，减少缠辊事故。
重车轧辊时，减少车小量。
侧壁斜度越大，允许的变形量越大。
3 侧壁斜度的范围
延伸用箱型孔 10%~20%，成品孔 1%~%。
二 孔型在轧辊上的配置
辊环的宽度
孔型在轧辊垂直方向的配置
D—轧辊原始直径 D h—轧辊辊身直径 D g—轧辊工作直径
h k—轧辊轧槽深度 D p—轧辊平均原始直径
压力轧制即上下轧辊工作直径的差值：△D g= D gu—D gb
当△D g＞0为上压力轧制，轧件向下弯曲，当△D g＜0为下压力轧制，轧件向上弯曲。
图一箱型孔型构造
三箱型孔型的构成
h ——孔型高度，轧件轧后高度
b k——槽底宽，根据进入孔型的轧件而定，箱型孔b k =（~1）B
当b k＜B时轧件与斜壁接触，稳定性好，但轧辊磨损大
当b k=B时最理想的情况。
当b k ＞B 时容易产生倾斜和扭转。
B k ——槽口宽，B k =b +△ （△为宽展余量，一般取5~12mm ）
f ——槽底凸度，开坯机上一般取2~6mm 。
目的：1 轧件在滚道上运行平稳。
2 轧件进入下一孔型也较平稳。
3 给翻钢轧制的轧件在下一轧制道次多一些宽展余量。
R 、r ——圆角半径。
R=（~）h r=~h
三 菱形孔型基本构成
一 菱形孔型的优缺点
优点：1 轧件角部形状比较规则，四边平直
2 通过调整辊缝能轧出多种尺寸规格方钢。
3 孔型对轧件夹持力大，增加了轧制稳定性。
4 延伸系数大，在—之间
5 轧件四个方向压缩加工，有利于改善内部组织，并能防止轧件头部和表面开裂。
缺点：1 轧辊切槽较深。
2 沿孔型宽度方向轧辊工作直径差异较大，从而引起轧件与孔型之间摩擦能耗增大。
二 菱形孔型构成
顶角α h
b tg =2α 孔型的高度h k 和宽度b k
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=1122h b R h h k ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=h s b b k 1 R=~h r=~h s=
图二 菱形孔型构造 四 园孔型基本构造
2r =[D –(0~1)△-]~ B=[D+~1) △+]~ s r r b arctg k --=αα
θsin 2cos 2 ()θαθα--=sin cos 4sin 2s
r R。