南昌大学金属工艺学第3篇划红线.ppt

第三篇第三篇 金属塑性加工金属塑性加工 概述：概述：一、定义一、定义: :2 2、成形实质：固态流动成形、成形实质：固态流动成形3 3、目的：获得具有一定形状，尺寸和机械性的原材料毛坯和零、目的：获得具有一定形状，尺寸和机械性的原材料毛坯和零件二、特点及应用二、特点及应用1 1、压力加工件机械性能高压力加工件机械性能高2 2、材料利用率高材料利用率高1 1、必要条件、必要条件外力（外因）外力（外因）塑性变形能力（内因）塑性变形能力（内因）3 3、不易获得形状复杂的锻件不易获得形状复杂的锻件用于制造形状较简单，受力复杂的零件毛坯用于制造形状较简单，受力复杂的零件毛坯金属塑性加工金属塑性加工 ：利用金属在外力作用下所产生的塑性：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法料、毛坯或零件的生产方法 §1.1 §1.1 金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质 第一章第一章 金属的塑性变形金属的塑性变形一、单晶体的塑性变形一、单晶体的塑性变形2 2、在、在σσ作用下的变形情况作用下的变形情况σσ只能使晶体产生弹性变形或断裂而不能产生塑性变形。

只能使晶体产生弹性变形或断裂而不能产生塑性变形3 3、、ττ作用下使金属材料发生塑性的变形作用下使金属材料发生塑性的变形1 1、晶体受外力作用下的分力：晶体受外力作用时将分、晶体受外力作用下的分力：晶体受外力作用时将分解为与晶面（滑移面）垂直的正应力（解为与晶面（滑移面）垂直的正应力（ σ σ ））和与和与晶面平行的切应力（晶面平行的切应力（ τ τ ）1 1）滑移）滑移2 2）孪生）孪生：是：是使部分晶体相对与另一部分晶体作原子间使部分晶体相对与另一部分晶体作原子间距的整数部移动，是塑性变形的主要方式距的整数部移动，是塑性变形的主要方式是使部分晶体相对与另一部分晶体移动，：是使部分晶体相对与另一部分晶体移动，并使这两部分晶体沿某一晶面成镜面对称并使这两部分晶体沿某一晶面成镜面对称随着塑性变形的进行，强度硬度增加而塑性韧性下降的随着塑性变形的进行，强度硬度增加而塑性韧性下降的现象称为加工硬化现象称为加工硬化§1.2 §1.2 塑性变形后金属的组织和性能塑性变形后金属的组织和性能一、组织的变化一、组织的变化1 1、晶粒沿变形最大方向伸长；、晶粒沿变形最大方向伸长；2 2、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；3 3、晶粒间产生碎晶、晶粒间产生碎晶二、性能的变化二、性能的变化────加工硬化加工硬化1 1、概念、概念P1042 2、对生产的影响、对生产的影响① ① 可提高金属的强度，硬度和耐磨性可提高金属的强度，硬度和耐磨性冷卷弹簧冷卷弹簧────提高屈强比提高屈强比冷冲自行车挡泥板冷冲自行车挡泥板────提高金属的表面强度提高金属的表面强度 ② ② 给继续变形造成困难给继续变形造成困难3 3、消除、消除────再结晶再结晶① ① 回复回复② ② 再结晶再结晶 T T再再＝＝0.4T0.4T熔熔 （（ K K ））③ ③ 晶粒长大晶粒长大当经冷变形的金属加热到再结晶温度以上时，金属以一当经冷变形的金属加热到再结晶温度以上时，金属以一些碎晶、杂质为核心，形成细小的等轴晶粒些碎晶、杂质为核心，形成细小的等轴晶粒, ,使加工硬化使加工硬化彻底消除，塑性完全恢复的现象。

彻底消除，塑性完全恢复的现象P105P105，有文字上差别，有文字上差别4 4、冷热变形、冷热变形① ① 冷变形冷变形────在再结晶温度以下进行的塑性变形在再结晶温度以下进行的塑性变形 特点：特点：a.a.精度高，表面质量好精度高，表面质量好 b.b.强度、硬度高强度、硬度高c.c.劳动条件好劳动条件好 d.d.变形抗力大，内应力大变形抗力大，内应力大 ② ② 热变形热变形────在再结晶温度以上进行的塑性变形在再结晶温度以上进行的塑性变形特点：特点：机械性能得的提高机械性能得的提高a.a.晶粒得到细化晶粒得到细化缺陷被消除缺陷被消除b.b.形成纤维组织形成纤维组织────性能是有方向性性能是有方向性＊＊ 纤维组织的合理利用纤维组织的合理利用a.a.零件最大正应力方向与纤维方向平行零件最大正应力方向与纤维方向平行b.b.零件最大切应力方向与纤维方向垂直零件最大切应力方向与纤维方向垂直C. C. 纤维沿零件轮廓形状分布不被切断纤维沿零件轮廓形状分布不被切断一、概念一、概念金属的锻造性是指金属材料锻造的难易程度金属的锻造性是指金属材料锻造的难易程度二、衡量指标二、衡量指标1 1、、 塑性：金属不产生裂纹所允许的最大变形程度，塑性：金属不产生裂纹所允许的最大变形程度，塑性好则锻造性好。

塑性好则锻造性好2 2、、 变形抗力：金属在变形时抵抗工具作用的力，变形抗力：金属在变形时抵抗工具作用的力，变形抗力小则锻造性变形抗力小则锻造性§1.3 §1.3 金属的锻造性（可锻性）金属的锻造性（可锻性）4 4、生产率低，劳动强度大，对工人技术水平要求高生产率低，劳动强度大，对工人技术水平要求高㈣㈣ 特点特点主要用于品种繁多的单件小批生产主要用于品种繁多的单件小批生产1 1、所用设备、工具简单、通用、成本低、灵活性大所用设备、工具简单、通用、成本低、灵活性大2 2、锻件大小不限，是制造大型锻件的唯一方法锻件大小不限，是制造大型锻件的唯一方法3 3、锻件精度低，形状不能太复杂锻件精度低，形状不能太复杂1) 1) 镦粗镦粗 —— —— 毛坯高度减小毛坯高度减小, ,横断面积增大的锻造工序横断面积增大的锻造工序用于锻造齿轮坯、法兰盘等零件毛坯用于锻造齿轮坯、法兰盘等零件毛坯2) 2) 拔长拔长 ————使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序 　　≤≤2.52.5D DH H镦粗的镦粗的坯料尺寸应满足坯料尺寸应满足（其中：（其中：H H为坯料的高度为坯料的高度 D D为坯料的直径）为坯料的直径）用于锻造轴杆及套筒类零件毛坯。

用于锻造轴杆及套筒类零件毛坯3) 3) 冲孔冲孔 ————采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序用于锻造带孔锻件用于锻造带孔锻件㈤㈤自由锻工序自由锻工序自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类 1. 基本工序基本工序1. 1. 锤上模锻锤上模锻1 1）设备（蒸气）设备（蒸气────空气模锻锤）空气模锻锤）(1) (1) 锤头与导轨之间的间隙小且导轨很长锤头与导轨之间的间隙小且导轨很长2)(2)砧座质量大且机架与砧座直接连接砧座质量大且机架与砧座直接连接2 2）锻模）锻模(1) (1) 模锻模膛模锻模膛②②终锻模膛终锻模膛形状与锻件一致设有飞边槽形状与锻件一致设有飞边槽带孔件带孔件────冲孔连皮冲孔连皮 飞边槽的作用：飞边槽的作用：增大金属流出模膛阻力增大金属流出模膛阻力, ,使金属更使金属更好充满模膛好充满模膛容纳多余的金属容纳多余的金属① ① 预锻模膛预锻模膛形状接近锻件，斜度、圆角比较大形状接近锻件，斜度、圆角比较大无飞边槽无飞边槽(2) (2) 制坯模膛制坯模膛(2) (2) 制坯模膛制坯模膛① ① 拔长模膛拔长模膛② ② 滚挤模膛滚挤模膛③ ③ 弯曲模膛弯曲模膛④ ④ 切断模膛切断模膛用它来减少坯料某部分的横截面积，以增用它来减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。

加该部分的长度用它来减小坯料某部分的横截面积，以增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主要是使金属按大另一部分的横截面积主要是使金属按模锻件形状来分布模锻件形状来分布对于弯曲的杆类模锻件，需要用弯曲模膛对于弯曲的杆类模锻件，需要用弯曲模膛来弯曲坯料来弯曲坯料它是在上模与下模的角部组成一对刀口，它是在上模与下模的角部组成一对刀口，用来切断金属用来切断金属a.a.便于锻件取出且分模面为平面；便于锻件取出且分模面为平面；b. b. 使上下模膛深度最浅；使上下模膛深度最浅；c. c. 上下模膛沿分模面轮廓一致；上下模膛沿分模面轮廓一致；d. d. 使锻件上加余块最少使锻件上加余块最少 ① ① 分模面的择分模面的择3) 3) 模锻工艺规程模锻工艺规程(1) (1) 绘制模锻件图绘制模锻件图② ② 确定余量、公差和余块确定余量、公差和余块 一般：余量为一般：余量为0.50.5～～5mm5mm，，公差为公差为0.30.3～～3mm3mm③ ③ 模锻斜度模锻斜度 便于取出锻件便于取出锻件αα2 2>α>α1 1④ ④ 模锻圆角模锻圆角a.a.便于金属流动与充型便于金属流动与充型b.b.防止模膛过早开裂与压塌防止模膛过早开裂与压塌r r外外＝＝(1.5(1.5～～12)mm12)mmR R内内＝＝(2(2～～3)3)r r外外P118二、模锻零件结构工艺性二、模锻零件结构工艺性1.1.便于锻件取出，加余块最少，锻模易于制造便于锻件取出，加余块最少，锻模易于制造2.2.外形力求简单、平直和对称，尽量避免锻件截面积差别外形力求简单、平直和对称，尽量避免锻件截面积差别 过大，避免锻件上有薄壁、高筋和凸起结构过大，避免锻件上有薄壁、高筋和凸起结构3.3.复杂件要考虑锻焊组合结构复杂件要考虑锻焊组合结构§2.3 §2.3 锻件结构的工艺锻件结构的工艺2.2.外形尽量简单避免截交与相贯外形尽量简单避免截交与相贯. .1.1.不允许有锥度和斜面不允许有锥度和斜面3.3.不允许有筋和凸台不允许有筋和凸台4.4.复杂件，断面有急剧变化的锻件应采用组合件复杂件，断面有急剧变化的锻件应采用组合件. .一、一、 自由锻锻件结构工艺性自由锻锻件结构工艺性P123一、一、落料与冲孔落料与冲孔工序工序 1.1.冲裁冲裁────使坯料按封闭轮廓分离使坯料按封闭轮廓分离落料落料────冲下部分为工件，周边为废料。

冲下部分为工件，周边为废料 冲孔冲孔────冲下部分为废料，周边是工件冲下部分为废料，周边是工件将冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序将冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序, ,如剪切、落如剪切、落料、冲孔落料和冲孔总称为冲裁料、冲孔落料和冲孔总称为冲裁§3.1 §3.1 分离工序分离工序 ＊冲裁时应注意的问题＊冲裁时应注意的问题 ① ① 凸凹模工作部分应有锋利的刃口凸凹模工作部分应有锋利的刃口② ② 凸凹模间应有合理的间隙凸凹模间应有合理的间隙 ③ ③ 正确确定凸凹模刃口的尺寸正确确定凸凹模刃口的尺寸冲孔：冲孔：D D凸凸＝＝D D孔孔 D D凹凹＝＝D D凸凸＋＋2Z2Z落料：落料：D D凹凹＝＝D D落落 D D凸凸＝＝D D凹凹－－2Z2Z ④ ④ 合理排样合理排样有搭边排样有搭边排样无搭边排样无搭边排样其中其中 Z Z 为单为单边间隙 2.2.修整修整3.切断切断§3.2 变形工序变形工序材料只发生位移材料只发生位移, ,不破坏不破坏( (不分离不分离) ) 的工序1.1.拉深：使平板毛坯变成开口空心零件的工序拉深：使平板毛坯变成开口空心零件的工序。

b.b.凸凹模间要有合理的间隙；凸凹模间要有合理的间隙；a.a.凸凹模工作部分要有合理的圆角；凸凹模工作部分要有合理的圆角；① ① 防止拉裂防止拉裂c.c.限制拉深系数限制拉深系数( m )( m )不能太小不能太小 ；；d.d.进行适当的润滑进行适当的润滑必要时在两必要时在两次次拉深之间需进行退火处理拉深之间需进行退火处理 ② ② 防止起皱防止起皱────增加压板增加压板一次拉深：一次拉深：产品直径产品直径原料直径原料直径进行多次拉深时：进行多次拉深时：2.2.弯曲：使板料或坯件弯成一定角度和形状的工序弯曲：使板料或坯件弯成一定角度和形状的工序① ① 防止弯裂防止弯裂 a.a.控制相对弯曲半径控制相对弯曲半径 r/s r/s 不能太小不能太小 b.b.合理利用纤维组织合理利用纤维组织② ② 防止回弹防止回弹 r/s↑ r/s↑ 板料强度板料强度↑ ↑ 回弹回弹↑↑3. 3. 翻边：使板料获得一定高度凸缘的方法翻边：使板料获得一定高度凸缘的方法材料厚度材料厚度＊防止孔边拉裂＊防止孔边拉裂② ② 限制翻边系数限制翻边系数① ① 凸凹模工作部分要有圆角凸凹模工作部分要有圆角K K0 0 ＝＝ d d0 0/d /d 不能太小不能太小4.4.成型：利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。

成型：利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序① ① 增加刚性增加刚性 如压筋② ② 制造特殊形状的零件如胀形和收口制造特殊形状的零件如胀形和收口五、冲压工序举例五、冲压工序举例 1 1、汽车消音器、汽车消音器一、简单冲模：在冲床的一次冲程中只完成一个工序一、简单冲模：在冲床的一次冲程中只完成一个工序 二、连续冲模：在冲床的一次冲程中，在模具不同部位同时二、连续冲模：在冲床的一次冲程中，在模具不同部位同时完成数道工序完成数道工序三、复合冲模：在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时三、复合冲模：在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序完成数道工序§14.3 §14.3 冲压件的结构工艺性冲压件的结构工艺性一、材料的选择一、材料的选择1.1.品种品种────选择塑性好、价格便宜的板料选择塑性好、价格便宜的板料2.2.厚度厚度────以薄代厚（采用加强筋增加强度和刚性）以薄代厚（采用加强筋增加强度和刚性）§4.2 §4.2 冲冲 模模。