第三章 固态材料塑性成型过程.doc

第三章固态材料塑性成型过程3—1概述一基本问题塑性成型是利用金属的型性，在外力作用下使金属发生塑性变形从而获得所需形状和性能的工件的 一种加工方法：因此，又称为塑性加工或压力加工金属成型过程通过改变固态金属原有的形状和尺寸而得到所需的形状和尺寸，因而金属成型过程的成 型原理属质量不变的“固态成形”任何固态材料态身都具有一定的形状和大小固态成形就是要改变同体 原有的形状和大小，从而获得预期的形状和尺寸根据加工时金属受力和变形特点的不同塑性成形可分为体枳成形和板料成形前者的典型加工方法有 锻造，轧制，挤压和拉拔等：后者则有冲裁，弯曲，拉延和成型在生产实际中，这些加工方法可单独使 用，亦可组合使用；并通过各种加工方法相互渗透和合理组合，开发出许多新的整性成形方法，使槊性成 形的应用范围进一步扩大型性成形属质量不变过程，材料状态般为固态，主要的基本过程为机械过程--塑性变形，能源类型 主要是电能，能量传递介质一般为钢性介质--工模具，形状信息山工模具（含有一定的形状信息量）和工 模具与加工材料的相对运动共同产生，性能信息来自材料自身性质和成型过程中的转变特性这样，尽管 塑性成形方法多种多样，所要产生的零件或零件毛坯五花八门，都可以从上述共同性特征中引伸出一些基 本问题。

1材料的塑性是塑性成形的前提条件，鲫性好意味着材料对型性成形的适应能力强，如果材料没有整 性，则塑性成形就无从谈起研究材料型性变形的物理本质和机理，不同变形条件下，材料的塑性行为和 抗力行为，以及塑性变形所引起的组织性能的变化等就很有必要2塑性成形需要输入能量，即对加工材料施加外力和做功，只有对所需成形的力和功的大小做出准确 评价，才能正确选用加工设备和设计成形模具，并通过对成形力的影响因素的分析，可为减小成形力和节 约能耗提供科学依据求解所需的成形力，从根本上说就是确定工件内部的应力场，因为应力场的确定，自 然包括与工模具接触表面处应力分布的确定，进而就可求的成形力及模壁的压力分布此外，应力场的确 定，对于分析工件内部裂纹的产生和空洞的愈合等也是必不可少的3材料受到外力的作用而发生期性流动时，其内部即存在位移场，应变场，这些物理场变量的确定， 一方面可以用来分析材料的瞬时流动状态和形状尺寸的变化规律，为合理选择原毛坯，设计中间毛坯及模 具型腔形状提供科学依据：另-•方面可以分析工件的内部性能，如硬度分布，纤维组织的形成，碳化物和 非金属夹杂物的破碎和再结晶晶粒度的变化等将应力场与应变场相配合，再利用必要的判据则可进一步 预测工件内部产生的缺陷，从而为控制产品质量提供理论依据。

为确定应力场，位移场就需要研究塑性成 形力学的基本方程和求解方法等4型性成形需要输入形状信息，这些信息山含有形状信息量的工模具和工模具与加工材料的相对运动 共同产生对于给定的塑性成形件，采用什么工艺方法，形状信息分几个阶段输入，与其相应的模具结构 和形状参数如何确定，设备系统如何选择和控制等都将是十分重要的，也是型性成形需要研究的基本问 题二发展概况3-2金属塑性成形过程的理论基础一金属塑性变形的能力塑性变形的能力又叫金属的可锻性可锻性常用金属的型性指标（延伸系数和锻面收缩率）和变形抗 力来衡量金属可锻性的优劣受金属本身性质和变形加工条件的综合影响1. 金属的本身的性质（1）化学成分的影响（2）内部组织的影响2. 变形的加工条件（1） 变形的温度影响（2） 变形速度（3） 应力状态的影响压应力数目越多，察性越好，拉应力数H多，察性差二金属塑性变形的基本规律1. 体积不变定理也叫质量不变定理在每一工序中，坯料一个方向尺寸减，必然在其它方向尺寸有所增加2. 最小阻力定律金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动，成为最小阻力定律金属有可能向各 个方向变形时，则最大的变形向着大多数质点遇到的最小阻力的方向。

3-3锻造方法一锻造1 .锻造成形方法分类及工艺流程1） 锻造成形方法分类：在加压设备及工模具的作用下通过金属体积的转移和分配来获得机器零件或毛 坯的塑性成形方法称为锻造，锻造多在热态下进行，故也常成为热锻按所用工具，锻造可分为自山锻和 模锻使用自山锻设备及通用工具，如砧子，形砧，胎模等，使坯料变形获得所需几何形状及内部质量锻件 的锻造方法称为自山锻其基本工序有敏粗，拔长，冲孔和错移等长压和成型等•利用模具使坯料变形获得锻件的锻造方法称为模锻按采用设备的不同，模锻可分为锤上模锻和压力机 上模锻模锻还有开式模锻和闭式模锻，普通模锻和精密模锻之分锤上模锻包括制坯预锻和终锻等工序, 而制坯工序又可分为敏粗，拔长，滚挤，弯Illi,2） 锻造工艺流程同一锻件，使用不同设备时，工艺流程也往往有所不同模锻，切边，冲孔热校正，热处理，清理，冷校正和检验不同类型的锻件锻造工艺流程是不一样的以模锻为例，其锻造工艺流程是：下料，加热， 其中模锻是基本工序2. 自山锻基本工序及其主要工艺参数（1） 敏粗敏粗是使毛坯高减少，截面增大的工序敏粗工序主要用于锻制齿轮，法兰等饼类锻件2） 拔氏是使毛坯横截面减小，长度增加的工序。

该工序主要用于制造轴类锻件或为后道工序制坯3） 其它工序：芯轴拔长，马架扩孔，错移和冲孔等几种常见自由锻基本工序3. 模锻变型工步及模锻变型特点（1）模锻变型工步模锻时，坯料在锻模的一系列模膛中变型，坯料在每一模膛中的变型过程称为模 锻工步工步的名称和所用的模膛名称一致例如，拔长工步所用的模膛叫拔长模膛根据锻件形状的不同，锻件可分为饼类锻件和轴类锻件在锻造过程中，饼类锻件的轴线与打击方向 平行，而轴类锻件的轴线与打击方向垂直在模锻过程中，模锻工步根据其作用的不同可分为制坯工步， 模锻工步和切断工步三类a. 制坯工步制坯工步的作用是改变原毛坯的形状合理的分配材料以适应锻件横截面的要求，使金属 能较好的充满模膛饼类锻件的制坯工步只有辙粗工步，用于减小坯料高度和减少终锻型槽的磨损轴类 锻件的制坯工步有卡压，滚挤，拔R,弯曲，成型及压扁工步其中前三种工步主要用于使材料沿轴线重 新分配弯曲和成型工步用于使坯料轴线形状符合锻件在分模面上的形状压扁工步用于使坯料水平尺寸 增大，以减小坯料在模锻型槽中的变形程度b. 模锻工步模锻工步包括预锻工步和终锻工步，其作用是使坏料形成最终锻件所要求的形状和尺 寸，每类锻件都需要终锻工步，而预锻工步则应根据具体情况来决定其取舍。

预锻工步主要用于减小金属 对终锻型槽的磨损模锻件容易产生折迭和不易充满时常采用预锻工步C.切断工步切断工步常用于多件模锻其作用是将带毛边的锻件从棒料上分离，或切断夹钳部位的 料头2) 锤上模锻的变形特点模锻过程可分为三个阶段：第一阶段为敏挤阶段，在此阶段一部分金属挤入模腔中的凹槽，而另一部 分金属敏粗向外侧流动：第二阶段为充填阶段，在此阶段坯料与模壁接触，部分金属通过飞边桥部向外流 动山于模膛侧壁阻力和飞边桥部摩擦阻力的作用，使分流层位置外移，迫使金属挤入模腔凹槽充满模膛; 第三阶段为打靠阶段，在此阶段多余金属流入飞边仓部，上下模打靠与自由锻造不同的是，模锻的变形诃以通过模具提供材料成形的尺寸变化信息来控制金属的流动方向3) 压力机上模锻的变形特点锤上模锻时，金属沿高度方向的流动和充填能力较强：而压力机上模锻时，金属沿水平方向的流动强 烈锤上模锻时，设备工作速度高，金属流动速度快，这将使摩擦系数降低，金属的惯性和变形的热效应 作用突出，对靠挤入方式成型的锻件有利,在压力机上模锻时，山于滑块工作速度低，惯性作用不明显， 对主要靠挤入方式成型的锻件，应采用多模膛模锻使坯料逐步成型压力机上模锻具有静压力特征，金属在模膛内流动缓慢，这对变形速度敏感的低期性合金材料的成型 十分有利。

此外，由于金属变形在滑块一次行程中完成，坯料内外层几乎同时变形，因此，变形深透均匀, 流线分布连续，锻件各处力学性能一致性较好这有利于提高锻件的内部质量，锻件尺寸精度也高二挤压1. 挤压成形方法及其分类坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用，从模具的孔II或缝隙挤出，使之横截面积减少，形成所 需要制品的加工方法称为挤压按成形温度，挤压分为热挤压,温挤压和冷挤压三类其中，热挤压主要用于大型钢锭，以获得具有 相当长度的棒材或各种型材的半成品；温挤压和冷挤压则主要用于小型坯料，可获得成品零件或只需进行 少量机加工的半成品根据金属流动方向与凸模运动方向的关系，挤压成形还可分为正挤压，反挤压和复合挤斥金属流动 方向与凸模运动方向相同的变形方式称为正挤压；金属流动方向与凸模运动方向相反的变形方式称为反挤 压；一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部金属流动方向与凸模运动方向相反的变形称为复合 挤压2. 挤压坯料的软化处理和润滑在挤压成形中，良好的润滑可以降低模具与变形金属之间的摩擦力和挤压变形力，减少模具的磨损， 延K模具的使用寿命钢的冷挤压主要采用磷化一皂化处理；硬铝则广泛采用氧化处理和涂覆硬脂酸锌粉 末的润滑方法。

3-4板料成形方法一冲裁冲裁过程用于生产石孔的，形状简单的薄板件以及作为成形过程的先进工序或为成形过程制备坯料 除金属薄板外，还可是非金属板料冲裁过程所得到的制品精度较好通常不需切加工，表面品质与原材料 相同；所用设备为机械压应力1. 冲裁加工特点(1) 冲裁加工冲裁包括弹性变形，型性变形和锻件分离三个阶段当凸模与板料接触时，板料首先产生弹性变形并 弯曲随后，刃口附近材料屈服并产生滑移变形，随刃口的切入，塑性变形区延之整个料厚加工继续进 行，当材料变形达到极限时，便产生裂纹，裂纹产生后，沿最大切应变速率方向扩展直至上下裂纹会合， 板料最后分离2) 冲裁工艺参数在冲裁加工时，板料的变形区集中在凸模与凹模刃口连线为中心的狭窄区域内凸模与凹模间隙的微 小变化对变形区的大小及变形区内材料所受应力状态都有很大影响因此，冲裁是冲裁工艺计算及模具设 计中最主要的工艺参数薄,软件材料，要求模具寿命长时取大值经验公式：z=ms二板料成形1. 拉深拉深是将平板板料放在凹模上，冲头推压金属料通过凹模形成杯形工件的过程过程特点：一维成型，拉伸应力状态一般可获得较好的精度和拉近原材料的表面品质材料要求：具有足够的塑性。

如果变形较大，工件进行中间退火机械设备：广泛使用的是液压机， 也可使用机械压力机应用：冷拉深广泛用于生产各种壳，柱状，棱柱状杯等，热拉深长用于生产厚壁筒型件,如氧气瓶, 炮弹壳，桶盖等拉深系数：工件直径与坯料直径之比叫拉深系数：它们的倒数叫拉深比用这两个指标来反映拉深变 形程度在生产中M或R是进行工艺计算和模具设计的最主要参数拉深用的模具构造与冲裁模相似， 主要区别在于工作部分凸模与凹模的间隙不同，而且拉深的凸凹模上没有锋利的刃口2. 弯曲与卷边弯曲是用模具把金属坏料弯折成所需形状的过程可在各类机械或液压压力机上进行3. 翻边;4. 成形,收口；5. 滚弯；利用板料制造各种冲压产品零件时，各种过程的选择，过程顺序的按排和各过程应用次数，都是以产 品零件的形状和尺寸及每道工序中材料所允许的变形程度为依据形状比较复杂或特殊的零件，往往要用 几个基本过程多次冲压才能完成变形过程较大时，要进行中间退火三冲模得分类及构造冲模是板料成形生产中必不可少的模具，冲模结构是否合理对冲压生产的效率和模具寿命等都具有很 大影响冲模按基本构造可分为简单模，连续模，复合模1. 简单模简单模是指在曲柄压力机的一次行程中只能完成一个过程得冲模。