第二章 塑性成形

1、第二章 金属塑性成形,第二章 金属塑性成形,21 金属塑性变形基础22 自由锻23 模锻24 板料冲压25 其它塑性成型方法26 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

2、 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

3、,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

4、 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

5、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15%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

6、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

7、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

8、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（033mm）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,

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