1,第三篇 金属压力加工,2,绪 论,金属塑性加工的实质 金属材料在外力作用下，发生塑性变形，获得我们所 要求的形状、尺寸、机械性能的原材料、毛坯或零件 的加工方法。 塑性加工的适用材料 各类钢、大多数非铁金属及其合金,3,金属压力加工的基本生产方式： 1）轧制 金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形， 以获得各种产品的加工方法。 2）拉拔 金属坯料被拉过拔模的模孔而变形的加工方法。 3）挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形的加 工方法。 4）锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品 的方法。 5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离 或变形的加工方法。,4,5,6,7,8,第一章 金属的塑性变形,1.1 金属塑性变形的实质 弹性变形 在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开 原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变 形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾 向。当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。 塑性变形（实质：晶体内部产生滑移的结果） 内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的 变形并不完全消失。 滑移面 在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿 着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。,9,10,11, 位错运动引起塑性变形 近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不 是整体的刚性运动而是由位错引起金属塑性变形。 单晶体的塑性变形 晶体的一部分相对与另一部分沿一定晶面发生相对 的滑移，而滑移是借助于位错的迁移逐步实现的。 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。,12,1.2 塑性变形对金属组织和性能影响, 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化 晶粒沿最大变形的方向伸长； 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； 晶粒产生碎晶。 冷作硬化,13,冷作硬化的作用： 1）提高材料强度、耐磨性； 例：自行车链条片16Mn钢 未轧制：b=520MPa 150HBS； 五次冷轧后：b=1200MPa 275HBS 2）提高构件使用安全系数 冷作硬化的不利影响： 为后续进一步加工带来困难,14, 回复与再结晶 回复： 冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定 状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子 获得热能，热运动加剧，当加热温度T回： T回=（0.250.3）T熔 使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬 化得到部分消除。 再结晶： 当温度升高到金属熔点绝对温度的0.4倍时，金属原子 获得更多的热能，开始以某些碎晶或杂质为核心，按 变形前的晶格结晶成新的晶粒，从而消除全部冷变形 强化现象。 T再 = 0.4T熔 可以利用再结晶退火而再次获得金属良好的塑性。消除冷作硬化的不 利影响,15,1.3 金属塑形变形的分类,分类原则： 再结晶温度；变形后组织性能有无加工硬化 冷变形 有加工硬化的塑变 无再结晶现象 热变形 加工硬化和再结晶过程共存，变形中，加工 硬化随时都被再结晶消除，所以高温塑变后 无加工硬化，有再结晶组织。,16,1.4 锻造比(Y锻 )及纤维组织,1.锻造比(Y锻 ) 用以衡量锻造时变形程度大小的量值 对拔长：Y锻= F0（原截面）/F（拔长后截面） 对镦粗：Y锻= H0（镦前高度）/H（镦后高度） （1）Y锻变形程度，晶粒细化，机性，ak （2）Y锻, 纤维组织越明显，所以选Y锻要适当。 钢锭：Y锻大； 钢材：Y锻 仅取1.11.3,17,2.纤维组织（流线） 晶粒形状和沿晶界分布的杂质在钢料中的定向分布状态称为钢料锻造时的纤维组织（流线）。很稳定，热处理、再锻均不能消除，只能改变分布。 零件设计和制造中充分利用这一点： （1）使流线合理分布，其方向和零件轮廓符合不被 切断； （2）流线使金属机性带上方向性（各向异性）,18,纵向流线：塑性韧性，应该使零件工作时的最大拉应力（正应力）方向流线，与流线方向一致。 横向流线：塑性韧性，应该使零件工作时的最大切应力（剪应力）方向流线，即与流线方向垂直。,19,20,1.4 金属的可锻性（塑性成形性）,一. 概念金属可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得 优质制品（塑性变形时）难易程度的工艺性能。 二、衡量金属可锻性的指标 1. 塑性； 2.变形抗力：变形过程中，金属抵抗外力作用能力的大 小。（变形抗力变形中消耗能量） 塑性越好，变形抗力越小，金属的可锻性越好 三、影响金属可锻性的因素本质和加工条件（变形条 件） 1. 金属本质的影响,21,（1）化学成分； 纯金属的可锻性比合金好； 碳钢的含碳量越低，可锻性越好； 钢中含有形成碳化物的元素（铬，鉬，钨等）时，可 锻性显著下降。 （2）组织结构 纯金属及固溶体（如A）的可锻性好，碳化物(如 Fe3C)可锻性差； 铸态柱状组织和粗晶粒结构不如细晶粒且均匀的组织 可锻性好,22,2.加工条件的影响（变形条件）三方面 （1）变形温度：温度塑性，可锻性；温度：产生“过热”，可锻性；温度：接近熔化，出现“过烧”失去塑性，b；温度：可锻性，加工硬化产生，开裂，塑性差。 （2）变形速度：指单位时间内变形的程度(V变) V变可。 热效应，但难实现。一般锻造V变不要太高。 （3）应力状态的影响（变形方式）矛盾 1）三个方向压应力数越多，塑性； 2）三个方向拉应力数越多，塑性； 3）同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态的变形抗力。 塑性差的材料：尽量三方受压 塑性好的材料：出现拉应力有利,23,第二章 自由锻造,一.定义 ：是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁（锤面和砧面） 之间产生变形，从而得到所需要的形状及尺寸的锻件的加工方 法。 手工锻自由锻：小件 机器自由锻锻：大中小件、单件、小批从500Kg件自由锻是唯一的方法 特点：广、简单，通用；条件差；件简单。 设备分类：（依据其对坯料施加外力性质不同）锻锤，液压机 锻 锤：依靠冲击力使金属变形，适用于中小型锻件。 液压机：依靠产生的压力使金属变形，水压机是重型机械厂的主要 锻造设备 四. 三种自由锻设备 1000 Kg 用水压机,24,25,四、自由锻造工序,包括三大类 ： 1. 基本工序：镦粗、拔长 、冲孔 、扩孔、弯曲 、扭转、错移、切割、锻焊； 2. 辅助工序：压肩、压钳口、压钢锭棱边、预变形.； 3. 精整工序：修表面、整形。 T终 基本工序后光洁度、摔光、打直,26,27,28,29,1 自由锻造工艺设计,一. 绘制锻件图 考虑三大因素： 1、加工余量（在零件的加工表面上为切削加工而增加的 尺寸，其 大小与零件的形状，尺寸，结构的复杂程度和锻造方法有关）查 表。 简单中小件取68mm 2、锻件公差（锻件名义尺寸的允许变动量） 一般中小件2 4mm 3、敷料（为了简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金 属）孔 2025 不锻出 4、锻件图的标注,30,31,32,二. 坯料重量及尺寸计算 根据：锻件图,1.坯料重量按公式 G坯料 = G锻件 + G烧损 + G料头 坯料尺寸根据其重量和几何形状确定，还应考虑其在锻造中所必需 的变形程度，即锻造比。 2.经验G坯料 = G锻件 （1 + K） K附加损失系数 3.根据G坯料算坯料的尺寸 （1）第一道工序拔长考虑锻造比 Y锻 碳钢锭2.53.0; 轧材 1.31.5 取1.5 （2）第一道工序镦粗 条件：1.25D坯料 H坯料 2.5 D坯料 三. 选择锻造工序和设备 四. 锻造工艺卡片,33,2 自由锻造锻件结构工艺性,1. 避免锥面、斜面、曲面（弧线表面）、锻造困 难，改为平面、圆柱面好。 2. 避免曲面（圆柱与圆柱）交接；锻造困难，改为 平面与平面或平面与圆柱面交接。 3. 避免椭圆形与工字型断面； 4. 避免加筋和凸台； 5. 避免截面急剧变化； 形状复杂采用组合结构，分体锻造，以另拼整 装配（焊、螺栓等）。,34,