第二章-康

01/60 本章内容 第二章 塑性成形 第一节 塑性成形基础 第二节 自由锻 1、金属塑性变形的实质 2、塑性变形后金属的组织和性能 3、锻造比 4、金属的锻造性能 1、自由锻工序 2、自由锻工艺规程的制订 塑性成形及其种类 第三节 模锻 1、模锻的特点与应用 2、锤上模锻 3、胎模锻 4、压力机上的模锻 第四节 板料冲压 1、板料冲压的特点和应用 2、板料冲压的基本工序 1、自由锻件的结构工艺性 2、模锻件的结构工艺性 3、板料冲压结构工艺性 第五节 锻压件结 构工艺性 第二章 塑性成形（plastic forming of metal） v 塑性成形的定义 v 塑性成形分类： 轧制、挤压、拉拔、 锻造和冲压等 利用金属在外力作用下产生的 塑性变形，以获得具有一定形 状、尺寸和机械性能的原材料 、毛坯或零件的加工方法。 轧制(rolling)：金属坯料在两个回转轧辊的 间隙中受压变形，以获得各种产品的加工方 法 轧制产品：型材板材钢管 02/60 第二章 塑性成形 v 塑性成形的定义 v 塑性成形分类： 轧制、挤压、拉拔、 锻造和冲压等 挤压(extrusion) ：金属坯料在挤压 模内受压被挤出模孔而变形的加工 方法。 金属坯料与凸模运动方向一致 的，称为正挤压(forward ) ，相反 的称为反挤压(backward ) 。 油泵油嘴 液压扳手 03/60 第二章 塑性成形 v 塑性成形的定义 v 塑性成形分类： 轧制、挤压、拉拔、 锻造和冲压等 利用金属在外力作用下产生的 塑性变形，以获得具有一定形 状、尺寸和机械性能的原材料 、毛坯或零件的加工方法。 拉拔(drawing) ：将金属坯料拉过拉 拔模的模孔而变形的加工方法 拉拔产品：棒材管材线材 04/60 一、金属塑性变形的实质 第一节 塑性成形基础 1)弹性变形(elastic deformation) 外力产生的应力小于金属的弹性极限 2)塑性变形(plastic deformation) 外力产生的应力大于金属的弹性极限 3)塑性变形能力：常用延伸率(percentage elongation)和 断面收缩率 (percentage reduction of area) 表示。 1、金属的变形 2、金属塑性变形的实质 1)单晶体塑性变形 (1)滑移(sliding) A、在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一定 晶面和晶向发生相对运动的结果。 B、刚性滑移理论与实际不符。 C、位错滑移理论很好地解释了塑性变形现象。 05/60 一、金属塑性变形的实质 第一节 塑性成形基础 2、金属塑性变形的实质 1)单晶体塑性变形 (2)孪生(twinning) A、在切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿着一 定晶面和晶向产生一定角度的均匀切变过程。 B、孪生引起的塑性变形较小，但可激发滑移变形的进行 2) 多晶体塑性变形 (1)实际使用的金属材料大多为多晶体，其变形复杂得多。 (2)（许多单晶体变形的综合效果）+（晶间的滑动和转动） 3、“弹复”现象 v 塑性变形过程中，当外力去除后弹性 变形恢复的现象称弹复 (springback) 06/60 2) 性能的变化：加工硬化(work-hardening)现象 二、塑性变形后金属的组织和性能 第一节 塑性成形基础 1、冷变形后金属的组织和性能 1) 组织的变化 (1)纤维组织：晶粒及夹杂物沿变形最大方向伸长 (2)亚结构：使晶粒分化为许多位向略有不同的小晶粒 (3)形变织构：当塑性变形很大时，晶粒的位向趋于一致， (4)内应力、变形和开裂。 3) 冷变形金属加热时组织和性能的变化 (1)常温下加工硬化后的状态不易回复到稳定状态 。 (2)当温度上升到（0.250.3）T熔时，产生回复现象 (3)当温度上升到0.4T熔时，产生再结晶，加工硬化消除 07/60 二、塑性变形后金属的组织和性能 第一节 塑性成形基础 2、热变形后金属的组织和性能 1) 改善组织，力学性能提高 (1)气孔、缩松、微裂纹被压合； (2)粗大的晶粒、夹杂物、树枝晶被击碎、细化； (3)成分偏析在温度与压力下通过扩散得到均匀化。 2) 形成纤维组织 (1)热变形后的纤维组织又称“流线(grain flow)”组织。 (2)纤维组织不能用热处理消除，只能经锻压等方法消除 (3)设计与制造零件时，应正确控制与使用流线。 08/60 三、锻造比(forging ratio) 第一节 塑性成形基础 1、锻造比（ Y锻） 拔长时：Y拔=A0/A； A0、A 变形前、后的横截面积 镦粗时：Y镦=H0/H； H0、H 变形前、后的高度 2、锻造比对力学性能的影响 Y拔5时，横向性能显著下降，纵向性能基本不变。 3、常见钢材锻造比的使用范围 种类锻造比 轧制钢材1.11.3 碳钢23 合金钢34 不锈钢26 高速钢512 中碳钢 09/60 四、金属的锻造性能 第一节 塑性成形基础 金属的可锻性（ forgeability）是衡量材 料在经受压力加工时获 得优质零件难易程度的 一个工艺性能。 可锻性常用金属的塑性 变形和变形抗力来综合 衡量。 金属的锻造性能取决于 金属的本质和加工条件 1、金属的本质 1)化学成分 v 不同化学成分的金属具有 不同的锻造性能： 纯金属 合金； 低碳钢 高碳钢； 低合金钢 高合金钢 2)金属组织 v 成分相同但组织不同的金属具有不同的锻造性能； v 纯金属与固溶体的可锻性能好，碳化物的可锻性能差； v 铸态柱状晶组织及粗晶粒的可锻性差，均匀细小晶粒的好 10/60 11/60 四、金属的锻造性能 第一节 塑性成形基础 2、工艺条件 1)变形温度 v温度越高，塑性越大，变形抗力越小。 v始锻温度：高但不能太高，以防止出现过热、过烧现象。 v终锻温度：高但不能太高，以防止再结晶使晶粒粗大。 2)变形速度：单位时间内的变形量称为变形速度。 v变形速度对金属锻造性能的影响是矛盾的： ü 变形速度 加工硬化来不及克服变形抗力，塑性 ü 变形速度 热效应占主导地位变形抗力，塑性 ü 除高速锤锻之外，常用锻压设备加工时，加工硬化占主导地位。 四、金属的锻造性能 第一节 塑性成形基础 2、工艺条件 3)应力状态 (1) 不同变形方法的应力大小和性质（拉、压）是不同的。 (2) 三个方向中，压应力的数目越多，则金属的塑性越好； 拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。 12/60 一、自由锻工序 第二节 自由锻(open die forging) 1、基本工序 v 基本工序是使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所 需形状和尺寸的工艺过程。主要有：镦粗（upsetting） 、拔 长（drawing） 、冲孔（punching） 、扩孔（expanding） 、 弯曲（bending） 、切割（cutting） 、扭转（twisting） 、错 移（offset）等。 2、辅助工序 v 为基本工序操作方便而进行的预先变形 工序。如压肩（necking）等。 v分类： ü 手工自由锻 ü 机器自由锻 锻锤自由锻 水压机自由锻 液压机自由锻 3、精整工序 v 为减少锻件表面缺陷而进行的工序。如 滚圆（rolling）等。在终锻温度后进行 。 v 定义：自由锻是指利用冲击力或 静压力使坯料在上、下砧铁间变 形的加工方法。 空气锤吨位： 65、75、150、200、250 、400、560、750 Kgf 蒸汽锤吨位：1、2、3、5t 0.40.9MPa 压力蒸汽 或压力空气 蒸汽锤吨位：1、2、3、5t 0.40.9MPa 压力蒸汽 或压力空气 13/60 表2-1 自由锻基本工序的作用和简图 名称镦粗(upsetting) 分 类 及 简 图 平砧镦粗局部镦粗 特点 高度减小，截面积增大。 应用 1）制作齿轮、圆盘等饼块类工件； 2）冲孔前准备工序； 3）破碎合金钢中碳化物，使其均匀分布 15/60 表2-1 自由锻基本工序的作用和简图（续） 名称拔长(drawing) 分 类 及 简 图 平砧拔长型砧拔长芯轴拔长 特点 横截面积或壁厚减小，长度增加。 应用 1）制作轴、拉杆等轴杆类零件； 2）制作套筒、透平主轴等空心件。 1 23 方截面 方截面 1 23 圆截面 方截面 1 2 3 圆截面 圆截面 5 4 圆弧型砧 圆弧型砧 V型砧 芯轴 16/60 表2-1 自由锻基本工序的作用和简图（续） 名称冲孔(punching)与扩孔(expanding) 分 类 及 简 图 冲头冲孔芯轴扩孔 特点 冲出锻件上的通孔或盲孔（一般孔径在30mm以上）。 作用 1）冲孔用于制作坯料不带孔的空心类工件； 2）扩孔用于制作坯料带孔的齿圈、圆环等空心类工件。 17/60 第二节 自由锻(open die forging) 二、自由锻工艺规程的制订 1) 加工余量(allowance)：查手册。（零件名义尺寸+加工余量=锻件名义尺 寸） 2) 锻件公差(tolerance) v 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量。（1/31/4）加工余量 v 锻件公差根据锻件尺寸、形状、生产条件来确定。 3) 敷料或锻造余块(excess metal) v 为了简化锻件形状、便于锻造而增加的一部分金属。 4) 绘制锻件图(forging drawing) v 用双点划线画出零件的主要轮廓形状，零件的名义尺寸 加括号后标注在尺寸线下面或后面。 v 锻件的名义尺寸、公差标注在尺寸线上面。 v 检验试样的形状与尺寸等特殊要求。 1、绘制锻件图(forging drawing) 零件图锻件图 18/60 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻(open die forging) 1) 坯料质量的计算 G坯 = （G锻 + G芯 + G切 ）（1 + ） G坯 毛坯质量。 G锻 锻件质量，按锻件的名义尺寸计算。 G芯 冲孔时去掉的芯料质量，见表2-2。 G切 拔长时端部不整而切下的料头量。见表2-2。 加热时烧损率，见表2-2。 2、计算坯料的质量和尺寸 19/60 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻(open die forging) 2) 坯料尺寸的确定 (1)坯料尺寸与第一道工序有关 (2)当第一道工序为镦粗时，坯料的高径比应在1.252.5之间。 v 圆坯料直径：D0 = （0.8 1.0）（V坯）1/3 v 方坯料边长：L0 = （0.750.9）（V坯）1/3 (3)当第一道工序为拔长时，锻造比Y拔 应为(1.11.5) v 圆坯料直径：D0 = 1.13（ Y拔 A锻）1/2；A锻锻件的最大截面积 v 方坯料边长：L0 =（ Y拔 A锻）1/2 (4)查标准，找出与初步计算值相近的直径或边长的坯料。 2、计算坯料的质量和尺寸 20/60 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻(open die forging) 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为6类，各类工序见表2-3。 3、确定锻造工序 表2-3 锻件分类及相应锻造工序 序号类别图例锻造工序实例 1饼块类镦粗、冲孔 圆盘 齿轮 模块 锤头 等 21/60 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻(open die forging) 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为6类，各类工序见表2-3。 3、确定锻造工序 表2-3 锻件分类及相应锻造工序 序号类别图例锻造工序实例 2轴杆类 拔长 切肩 锻台阶 主轴 传动轴 连杆 等 22/60 二、自由锻工艺规程的制订 第二节 自由锻(open die forging) 1) 工序应根据工序特点和锻件形状与尺寸来确定。 2) 一般锻件可大致分为6类，各类工序见表2-3。 3、确定锻造工序 表2-3 锻件分类及相应锻造工序 序号类别图例锻造工序实例 3空心类 镦粗