第二章 塑性成形

第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,2·1 金属塑性变形基础2·2 自由锻2·3 模锻2·4 板料冲压2·5 其它塑性成型方法2·6 常用塑性成型方法的选择,重点：冷变形和热变形的概念，热变形后金属的组织和性能；自由锻的特点和应用范围，自由锻工艺过程；模锻的特点、方法和应用范围； 模锻件图的绘制；自由锻、模锻零件结构设计的工艺性；板料冲压的特点和应用范围；板料冲压基本工序的变形特点和用途。 难点：金属塑性成形性及其影响因素；自由锻工艺过程的制定；模锻工步的选择；板料冲压工序的应用。,金属塑性成形：利用金属材料所具有的塑性变形规律，在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。金属塑性成形在工业生产中称为压力加工。,自由锻模锻板料冲压挤压拉拔轧制,金属塑性成形分类,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,(3)塑性成形加工具有较高的生产率。例如，利用多工位冷镦工 艺加工内六角螺钉比用棒料切削加工工效提高约400倍以上,(2）可提高材料的利用率。,(4)可获得精度较高的毛坯或零件。,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,金属的塑性：是指金属材料在外力作用下，发生永久变形而不破坏其完整性的能力。,一、金属塑性变形概念和规律（一）概念,金属的塑性成形性能：金属塑性成形是在外力作用下实现的，用来衡量压力加工工艺性好坏的主要工艺性能指标。,变形抗力：压力加工时，作用在工具表面单位面积上变形力的大小。,衡量金属的塑性成形性能具体指标：,金属的塑性,变形抗力,第二章 金属塑性成形,（二）、塑性变形基本规律,1、最小阻力定律 金属在塑性变形过程中，如果金属质点有向几个方向移动的可能时，则金属各质点将向阻力最小的方向移动 。,2、加工硬化及卸载弹性恢复定律 金属在常温下随着变形量的增加，变形抗力增大，塑性和韧度下降的现象称为加工硬化。 表示变形抗力随变形程度增大的曲线称为硬化曲线。 卸载后，弹性变形t消失的现象，称为弹性恢复。,3、塑性变形时的体积不变规律 金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积保持不变，称为体积不变规律。,第二章 金属塑性成形,最小阻力定律的应用实例,第二章 金属塑性成形,表示变形抗力随变形程度增大的曲线称为硬化曲线,第二章 金属塑性成形,金属塑性变形时三种主应变状态：,a) x,y向缩减，z向伸长；b) x,y向伸长，z向缩短；c) X向不变，y向缩短，z向伸长。,根据体积不变规律推得:,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,1抗力 2塑性,图2-5 变形速度与变形抗力和金属塑性的关系,挤压时金属应力状态 拉拔时金属应力状态,第二章 金属塑性成形,应力状态对金属塑性变形能力的影响,第二章 金属塑性成形,锻造比Y锻： 拔长 Y锻 = S0 / S 镦粗 Y锻 = H0 / H,第二章 金属塑性成形,碳素工具钢Y锻 = 23 合金工具钢Y锻 = 34 高合金工具钢Y锻 = 512,冷冲： 相对弯曲半径r/t、 拉深系数m、 翻边系数k挤压： 挤压断面缩减率p,铸锭锻造比：,钢材锻造时： Y锻 = 1.11.3,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,自由锻：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、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。,自由锻特点：（1）工具简单，通用性强，生产准备周期短，适应性广泛；（2）尺寸精度低，加工余量大；（3）生产效率低； （4）适合于单件小批量生产。,第二章 金属塑性成形,1 镦粗 沿工件轴向进行锻打，使其长度减 小、横截面积增大的操作过程。,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。,3冲孔 利用冲头在工件上冲出通孔 或盲孔的操作过程。,4 其它：弯曲、扭转、错移、切割等,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。如：压钳口、压钢锭棱边、切肩,用以减少锻件表面缺陷而进行的工序，如校正、滚圆、平整等修整工序,第二章 金属塑性成形,基本工序：使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状、 尺寸或改善材质性能的工艺过程。,镦粗 ：沿工件轴向进行锻打，使其长度减小、横截面积增大的操作过程。,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。,冲孔 ：利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。,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,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,二、自由锻工艺规程的制订（一）、绘制锻件图锻件图：以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而 成的图形 。1敷料：为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属称为敷料。2锻件余量：为改善锻件的表面质量，需经切削加工，因此在零件的加工表面上增加的供切削加工用的余量，称之为锻件余量。 3锻件公差：锻件名义尺寸的允许变动量 。,锻件图上用双点画线画出零件主要轮廓形状，并在锻件尺寸线下面用括号标出零件尺寸。,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,（二）、计算坯料质量及尺寸  坯料质量: G坯料 = G锻件G烧损G料头 G烧损加热时表面氧化而烧损的质量。 取2%3% （第一次） 或1·5%2%（以后各次）。 G料头锻造时冲掉或被切掉的质量。 坯料体积：V = G坯料/,第二章 金属塑性成形,（三） 选择锻造工序 盘类锻件：选镦粗（或拔长及镦粗）、冲孔；轴类锻件：选拔长（或镦粗及拔长）、切肩、锻台阶；筒类锻件：选镦粗（或拔长及镦粗）、冲孔、在心轴上拔长；环类锻件：选镦粗（或拔长及镦粗）、冲孔、在心轴上扩孔；弯曲类锻件：选拔长、弯曲。,第二章 金属塑性成形,（四）、锻造设备选择,空气锤 用于重量不大于100Kg的锻件,蒸汽空气锤 用于重量不大于1.5t的锻件,液压机 能锻300吨的锻件（静压力）,自由锻设备,锻锤（冲机力）,注：锻锤的吨位是以落下部分的质量来表示的 。,第二章 金属塑性成形,蒸汽空气锤：一般吨位为0.55t，用于重量不大于1.5t的锻件。,常用水压机的压力为5000-150000KN（50015000 t），可以锻造质量为1300t的锻件,第二章 金属塑性成形,（五）、锻造温度范围、加热目的：提高金属的塑性，减小变形抗力，使之易于变形，并获得良好的锻后组织和力学性能。 、锻造温度范围 即始锻温度与终锻温度间的温度范围。始锻温度： 固相线以下100200终锻温度： 高于金属再结晶温度50100见下图,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,(六)、填写工艺卡 表25,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,三、自由锻件的结构工艺性 1尽量避免锥体或斜面结构,第二章 金属塑性成形,2避免几何体的交接处形成空间曲线,第二章 金属塑性成形,3.避免加强肋、凸台，工字形、椭圆形或其它非规则截面及外形,第二章 金属塑性成形,4合理采用组合结构,第二章 金属塑性成形,在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。,特点：生产率高；尺寸精度高、加工余量小、节约 材料；锻件形状比自由锻的复杂；生产批量大，但质量不能大于150Kg；模具费用大，准备时间长。,用途： 小型锻件的大批量生产。,锤上模锻压力机上模锻胎模锻,分类,契式热模锻压力机,第二章 金属塑性成形,(4）锤上模锻的适应性广，可生产多种类型的锻件，可以 单膛模锻，也可以多膛模锻。,第二章 金属塑性成形,图2-8 锤上锻模1-锤头 2-上模 3-飞边槽4-下模 5-模垫 6、7、1O-紧固楔铁8-分模面 9-模膛,第二章 金属塑性成形,模锻模膛,制坯模膛,模锻模膛,1拔长模膛,开式拔长模膛,闭式拔长模膛,2滚挤模膛,开式滚挤模膛,闭式滚挤模膛,3弯曲模膛 用它来使坯料弯曲。,4切断模膛 用来切断金属。,1终锻模膛 其作用是使金属坯料最终变形 到所要求的形状与尺寸,2预锻模膛 用于预锻的模膛称为预锻模膛。,第二章 金属塑性成形,1拔长模膛 其作用是用来减小坯料某部分的横截面积，以增加其长度。,拔长模膛分为开式和闭式两种，开式拔长模膛边缘开通，闭式拔长模膛边缘封闭 。,3弯曲模膛 用它来使坯料弯曲，,2滚挤模膛 用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。,4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，,终锻模膛 其作用是使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺寸，因此，它与终锻件的形状、尺寸相同,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,分模面确定的原则：,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,2加工余量和锻件公差,加工余量（14mm）和公差（±0·33mm）比自由锻小。敷料（当孔径25时，应锻出，并留有冲孔连皮）。,设计原则： 既起模方便，又节省材料和机加工工时。大小： 一般515°； 外壁斜度比内壁（锻件与模壁 夹紧的面）小25°。,为便于从模膛中取出锻件，模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，称为模锻斜度,3.模锻斜度,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,4、模锻圆角半径,模锻件上所有两平面转接处均需圆弧过渡，此过渡处称为锻件的圆角。,外圆角：在锻件凸部呈圆弧连接的部位。内圆角：在锻件凹部呈圆弧连接的部位。,分类,利于金属变形流动，易于金属充满型腔； 避免在锻模内角处产生裂纹；减缓锻模外角处的磨损，提高锻模寿命。,作用：,外角半径r=1.512mm(外圆角脱离锻模)内角半径R=(23)r (内圆角不易起模),大小：,第二章 金属塑性成形,r外圆角 R内圆角,第二章 金属塑性成形,5冲孔连皮,对于具有通孔的锻件，由于锤上模锻时不能靠上、下模的突起部分把金属完全排挤掉，因此不能锻出通孔，终锻后，孔内留有金属薄层，称为冲孔连皮（图2-30),连皮厚度t通常在4-8mm,作用：缓冲作用，避免锻模损坏； 使金属易于充型，减小打击力。尺寸：厚度 t=48mm t=0.45(d-0.25h-5)0.5 + 0.6h0.5 薄效果差 过厚浪费金属；冲除时铸件易变形 圆角半径R1： R1= R + 0.1h + 2 R锻件内圆角半径孔径d25mm或h3d时，只在冲孔处压出凹穴。,第二章 金属塑性成形,图2-31 齿轮坯模锻件图,第二章 金属塑性成形,（二）、坯料质量及尺寸计算 （同自由锻） 质量 = 锻件 + 飞边 + 冲孔连皮 + 钳口料头 + 氧化皮,