金属工艺学(压力加工上课)

纤维组织具有各向异性。 变形程度越大，纤维组织越明显。 锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度 的大小。 拔长：Y锻=A0/A （A0、A分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）。 镦粗：Y锻=H0/H （H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。
在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向 应一致，纤维的分布与零件的外形轮廓应相符合。
三.胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工
艺方法。因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。胎模锻 适合于中、小批量生产小型多品种的锻件，特别适合于 没有模锻设备的工厂。
胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成 形。胎模主要有扣模、及合模三种。 (1)扣模：扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，以生 产长杆非回转体,扣模锻造时，坯料不转动。
第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响
一、加工硬化
金属发生塑性变形, 随变形度的增大, 金属的强度和硬度显 著提高, 塑性和韧性明显下，这种现象称为加工硬化, 也叫形变 强化。
产生加工硬化的原因是：金属发生塑性变形时, 位错密度增 加, 位错间的交互作用增强, 相互缠结, 造成位错运动阻力的增 大, 引起塑性变形抗力提高。 另一方面由于晶粒破碎细化, 使 强度得以提高。
位借运动造成滑移 (3)滑移总是沿着晶体中原子密度最大的晶面(密排面) 和其上密度最大的晶向(密排方向)进行。 (4)滑移必伴随着晶体向外力方向转动。
三、多晶体的塑性变形 1.金属晶粒越细，强度就越大,塑韧性越好。
因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。 2.多晶体塑性变形不均匀。
多晶体中每个晶粒位向不一致。 一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切应力方 向(称晶粒处于软位向),另一些晶粒的滑移面和滑移方 向与最大切应力方向相差较大(称晶粒处于硬位向)。在 发生滑移时，软位向晶粒先开始，同时位向转动变为硬 位向，停止滑移，促进另一批晶粒滑移。
冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工 称为冷加工。如低碳钢的冷轧、冷拔、冷冲等。冷加工 会产生加工硬化的现象导致强度和硬度升高，塑性和韧 性下降，工件表面质量好。
三、纤维组织 金属发生塑性变形后, 晶粒发生变形, 沿形变方向被拉长或
压扁。当变形量很大时, 晶粒变成细条状(拉伸时), 金属中的夹 杂物也被拉长, 形成纤维组织。
②拔长 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其
截面积减小，而长度增加的操作过程,常用于锻造轴 类和杆类等零件。
③冲孔
利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。 常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件。
辅助工序：为使基本工序操作方便而进行的预 变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。
修整工序：用以减少锻件表面缺陷而进行的工 序（如校正、滚圆、平整等）。
3. 应力状态的影响 在三向应力状态下，压应力的数目越多，则其
塑性越好；拉应力的数目越多，则其塑源自越差。第二章 锻造 第一节 锻造方法 第二节 锻造工艺规程的制订 第三节 锻件结构的工艺性
第一节 锻造方法
一、自由锻 自由锻：利用冲击力，使金属在上、下砧铁之间，
产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件 的一种加工方法。
金属工艺学
安农大工学院
第三篇 金属压力加工
第一章 金属的塑性变形 第二章 锻造 第三章 板料冲压
第一章 金属的塑性变形
第一节 金属塑性变形的实质 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 第三节 金属的可锻性
第一节 金属塑性变形的实质
一、金属的压力加工
图3-1 常用的压力加工方法 a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）模锻 f）板料冲压
锻造温度范围：始锻温度和终锻温度之间的温度区 间。
2.变形速度的影响 变形速度：单位时间内变形程度的大小。 变形速度的增大，金属在冷变形时的加工硬化严重，
可锻性差；当变形速度很大时，热能来不及散发，会使 变形金属的温度升高，可锻性变好。
在锻压加工塑性较差的合金钢或大截面锻件时，都 应采用较小的变形速度，若变形速度过快会出现变形不 均匀，造成局部变形过大而产生裂纹。
预锻模膛和终锻模膛的主要区别是预锻模膛的圆 角和模锻斜度较大，高度较大，宽度较小，一般不设 飞边槽。
（二）制坯模膛：对于形状复杂的模锻件，为了使坯料形状基 本接近模锻件形状，使金属能合理分布且很好的充满模锻模 膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。
⑴拔长模膛
减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。当 模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔 长。 生产中进行拔长操作时，坯料除向前送进外并需不断 翻转。
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）。
二、单晶体塑性变形 单晶体的塑性变形的基本方式：滑移和孪生。
b.飞边槽 飞边槽用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金 属充满整个模膛，同时容纳多余的金属，还可以起到缓 冲作用，减弱对上下模的打击，防止锻模开裂。
飞边槽的常见形式
⑵预锻模膛 用于预锻的模膛称为预锻模膛。 对于外形较为复杂的锻件，常采用预锻工步，使
坯料先变形到接近锻件的外形与尺寸，以便合理分配 坯料各部分的体积，避免折迭的产生，并有利于金属 的流动，易于充满模膛，同时可减小终锻模膛的磨损， 延长锻模的寿命。
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。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
纯金属可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好。 合金元素含量越高，可锻性越差。 杂质元素可锻性差。 2.金属组织的影响 纯金属及单相固溶体的合金塑性成形性能较好；钢中有碳化 物和多相组织时，塑性成形性能变差；具有均匀细小等轴晶粒的 金属，其塑性成形性能比晶粒粗大的柱状晶粒好；网状二次渗碳 体，钢的塑性将大大下降。
自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到 约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动， 不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。
分类：手工锻造和机器锻造两种。 特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。对 于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法。 锻件的精度 较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。 主要应用于单件、小批量生产，以及大型锻件的生 产。
(2)滚挤模膛
减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分 的横截面积。主要是使金属坯料能够按模锻件的形 状来分布。
⑶弯曲模膛 使坯料弯曲，弯曲后坯料将翻转90°。
⑷切断模膛 在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属。
可用于从坯料上切下锻件或从锻件上切钳口，也可用于 多件锻造后分离成单个锻件。
根据模锻件的复杂 程度不同，所需的模膛 数量不等，可将锻模设 计成单膛锻模或多膛锻 模。
弯曲连杆模锻件所 用多膛锻模如图所 示。
2.曲柄压力机模锻 (1)曲柄压力机作用于金属
上的变形力是静压力，因此工作 时无震动，噪声小。
(2)曲柄压力滑块行程固定。 (3)锻件的余量、公差和模锻 斜度都比锤上模锻的小。 (4)锻模都设计成镶块式模 具。 (5)坯料表面上的氧化皮不 易被清除掉，影响锻件质量。 曲柄压力机上也不宜进行拔长和 滚压工步。
锻件分类及所需锻造工序
二、模锻
模锻：毛坯在锻压设备动力的作用下，在模膛内受压产生塑 性变形，而获得所需锻件（与模膛形状相符）的加工方法。
优点： (1) 生产效率较高。 (2) 能锻造形状复杂的锻件，且尺寸较精确，表面质量较好，加工
余量较小。 (3) 操作简单，劳动强度低。
缺点： (1)设备投资大，一套模具只能生产一种锻件，工艺灵活性较差。 (2)模锻生产受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下。
在生产中可通过冷轧、冷拔提高钢板或钢丝的强度。
二、热加工与冷加工 金属塑性变形的加工方法有热加工和冷加工两种。 热加工:在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工
称为热加工,例如钢材的热锻和热轧。 由于温度处于再结晶温度以上，发生再结晶过程。
因此加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除， 使材料保持良好的塑性状态。由于热变形是在高温下进 行的，金属在加热过程中表面易产生氧化皮，使精度和 表面质量较低。自由锻、热模锻、热轧、热挤压等工艺 都属于热变形加工。
模锻适合于小型锻件的大批大量生产，不适合单件小批量生 产以及中、大型锻件的生产。
1.锤上模锻 锤上模锻是将上
模固定在锤头上，下 模紧固在模垫上，通 过随锤头作上下往复 运动的上模，对置于 下模中的金属坯料施 以直接锻击，来获取 锻件的锻造方法。
锻模结构
锤上模锻用的锻模由带燕尾的上模2和下模4两部分 组成，上下模通过燕尾和楔铁10、7分别紧固在锤头1和 模垫5上，上、下模合在一起在内部形成完整的模膛9。
1. 滑移 滑移是晶体在切应力的作用下, 晶体的一部分
沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相 对于另一部分发生滑动。
滑移的观察
2.滑移特点 (1)滑移只能在切应力作用下才会发生。 (2)滑移是通过位错的运动来实现的。
切应力作用下,一个多余半原子面从晶体一侧到另 一侧运动, 即位错自左向右移动时, 晶体产生滑移。
工作时，上模与锤头一起作上下往复运动，以迫使 模膛内的金属受压变形，从而获得锻件。
上下模的接触面叫分模面－8。
模膛按其功能分模锻模膛、制坯模膛。
（一）模锻模膛:包括预锻模膛和终锻模膛