第八章 金屬塑性成形

1、機械工程基礎第2版 主編第八章金屬的塑性成形第一節(jié)金屬塑性成形原理第二節(jié)鍛 造 成 形第三節(jié)板 料 沖 壓第四節(jié)塑性成形加工先進工藝簡介第一節(jié)金屬塑性成形原理一、金屬的塑性變形.單晶體金屬的塑性變形圖-單晶體變形的形式)單晶體)彈性變形)滑移變形)孿晶變形2.多晶體金屬的塑性變形第一節(jié)金屬塑性成形原理圖-多晶體金屬不均勻塑性變形過程第一節(jié)金屬塑性成形原理二、冷變形對金屬組織和性能的影響1.產(chǎn)生冷變形強化現(xiàn)象圖-金屬冷變形強化現(xiàn)象)純銅)低碳鋼2.產(chǎn)生殘余內(nèi)應力三、冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化(見圖-)第一節(jié)金屬塑性成形原理圖-冷變形金屬在不同加熱溫度時組織和性能的變化第一節(jié)金屬塑性成形原

2、理1.低溫加熱2.高溫加熱表-幾種金屬材料的再結晶退火與去應力退火的溫度四、熱變形對金屬組織和性能的影響1.熱變形對金屬組織的影響()消除鑄態(tài)組織鋼錠鍛造達到一定的變形程度時，鑄態(tài)組織的樹枝狀晶粒便被擊碎，通過再結晶形成新的等軸晶粒組織，從而提高了金屬的塑性和強度等性能。第一節(jié)金屬塑性成形原理()破碎并改善碳化物等的分布對鋼錠進行鍛造，還可將聚集在晶界處的碳化物、非金屬夾雜物擊碎，再加上高溫擴散和互相溶解作用，使之較均勻的分散在金屬基體內(nèi)，因而改善了金屬組織，提高了使用性能。()形成纖維組織在鍛造過程中，鋼中脆性夾雜物和塑性夾雜物隨著鋼件外形的改變而呈條狀和鏈狀分布并保留下來，呈宏觀“流線”狀

3、，使金屬組織具有一定方向性，該組織通常稱為“纖維組織”。圖-鋼錠鍛造隨變形程度增大形成纖維組織第一節(jié)金屬塑性成形原理圖-碳素鋼鋼錠拔長鍛造比對力學性能的影響第一節(jié)金屬塑性成形原理2.熱變形對金屬性能的影響3.纖維組織的利用)使零件工作時所受的最大拉應力與纖維方向一致，最大切應力與纖維方向垂直。)使纖維組織與零件輪廓相符而不被切斷。圖-不同方法制成齒輪的纖維組織分布)圓鋼切削成形)鐓粗后切削成形)熱軋成形第一節(jié)金屬塑性成形原理五、常用金屬材料的鍛造性能金屬的鍛造性能是用來衡量金屬材料塑性成形難易程度的工藝性能指標之一，通常用金屬的塑性和變形抗力來衡量。1.影響金屬鍛造性能的因素()金屬的本質(zhì)一般

4、情況下，純金屬的鍛造性能比合金好。圖-低碳鋼力學性能與溫度的關系第一節(jié)金屬塑性成形原理()變形條件金屬通過加熱可有效地提高其鍛造性能。圖-拉拔時金屬應力狀態(tài)第一節(jié)金屬塑性成形原理圖-擠壓時金屬應力狀態(tài)2.常用金屬材料的鍛造性能第二節(jié)鍛 造 成 形一、自由鍛自由鍛是在自由鍛設備上利用通用工具使金屬坯料產(chǎn)生變形而獲得鍛件的加工方法。1.自由鍛設備圖-11空氣錘的構造)外形圖)傳動圖1、2氣閥3工作氣缸4壓縮氣缸5電動機6減速器7踏桿8砧座9砧墊10下砧鐵11上砧鐵12、13活塞14連桿15曲柄16錘桿第二節(jié)鍛 造 成 形2.自由鍛基本工序圖-12鐓粗種類)完全鐓粗)局部鐓粗(漏盤內(nèi)金屬無變形)墊環(huán)

5、鐓粗(墊環(huán)內(nèi)金屬有變形)第二節(jié)鍛 造 成 形(1)鐓粗鐓粗是使毛坯高度減小，橫截面積增大的鍛造工序。(2)拔長拔長是使毛坯橫截面積減小，長度增加的工序。圖-13拔長種類)平砧拔長)趕鐵拔長)芯棒拔長(3)沖孔沖孔是在坯料上沖擊通孔和不通孔的鍛造工序。(4)彎曲彎曲是采用一定的工具模，將坯料彎成規(guī)定外形的鍛造工序，如圖-15所示。第二節(jié)鍛 造 成 形圖-14沖孔種類)實心沖頭沖孔)空心沖頭沖孔1沖頭2漏盤3上墊4空心沖頭5芯料第二節(jié)鍛 造 成 形圖-15彎曲第二節(jié)鍛 造 成 形3.自由鍛件的結構工藝性表-2自由鍛結構工藝性要求第二節(jié)鍛 造 成 形B80105.TIF第二節(jié)鍛 造 成 形B8010

6、6.TIF第二節(jié)鍛 造 成 形B80107.TIF第二節(jié)鍛 造 成 形B80108.TIF第二節(jié)鍛 造 成 形圖-16碳鋼的鍛造溫度范圍4.鍛件的加熱和冷卻第二節(jié)鍛 造 成 形(1)鍛造溫度范圍的確定鍛造溫度范圍是指鍛件由始鍛溫度到終鍛溫度之間的一段溫度間隔。表-3常用材料的鍛造溫度范圍(2)鍛件的冷卻和熱處理鋼在鍛造后的冷卻過程中，主要出現(xiàn)兩種形式的內(nèi)應力，即熱應力和組織應力。1)對于低、中碳鋼的中、小型鍛件，可采用在干燥地面上空冷。2)一般合金鋼鍛件，鍛后放置在填有石灰、砂等絕熱材料的坑中或箱中進行坑冷或箱冷。第二節(jié)鍛 造 成 形3)對于高碳、高合金鋼以及大型鍛件，應在加熱爐中隨爐緩冷，即

7、爐冷。二、模鍛圖-17單膛模鍛結構1錘頭2上模3飛邊模4下模5模座6、7、10緊固楔鐵8分模面9模膛第二節(jié)鍛 造 成 形1.錘上模鍛圖-8彎曲連桿的多膛模鍛第二節(jié)鍛 造 成 形(1)鍛模鍛模結構如圖-17所示，其上、下鍛模分別固定在錘頭和模座上。(2)錘上模鍛示例圖-18是彎曲連桿的多膛模鍛過程。2.胎模鍛(1)胎模種類胎模種類很多，主要有扣模、套筒模及合模三種。1)扣模用來對坯料進行全部或局部扣形，主要鍛造桿狀非回轉(zhuǎn)體鍛件(見圖-)。2)套筒模呈套筒形，主要用于鍛造齒輪及盤類鍛件(見圖-、)。3)合模由上模和下模兩部分組成，為防止鍛件錯位經(jīng)常用導柱等定位，主要用于鍛造形狀較復雜的連桿、叉形件

8、等非回轉(zhuǎn)體鍛件(見圖-9)。第二節(jié)鍛 造 成 形圖-19胎模的幾種結構)扣模)、)套筒模)合模(2)胎模鍛工藝示例雙聯(lián)齒輪坯的胎模鍛造過程，如圖-0所示。第二節(jié)鍛 造 成 形圖-20雙聯(lián)齒輪坯胎模鍛工藝3.摩擦壓力機上模鍛第二節(jié)鍛 造 成 形圖-摩擦壓力機傳動簡圖1螺桿2螺母3飛輪4圓輪5帶傳動6電動機7滑塊8導軌9機座10操縱桿第二節(jié)鍛 造 成 形圖-摩擦壓力機上模鍛件第三節(jié)板 料 沖 壓一、沖壓設備沖壓設備主要是剪床和沖床。(1)剪床剪床用于把板料切成需要寬度的條料，以供沖壓工序使用。(2)沖床沖床的種類較多，主要有單柱沖床、雙柱沖床等。圖-剪床)外形圖)傳動圖1電動機2軸3離合器4曲軸5

9、滑塊6工作臺7滑塊制動器第三節(jié)板 料 沖 壓圖-2單柱沖床)外形圖)傳動圖1制動閘2曲軸3離合器4飛輪5電動機6踏板7滑塊8連桿第三節(jié)板 料 沖 壓二、沖壓基本工序沖壓基本工序有分離工序和變形工序兩大類。(1)分離工序使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序稱為分離工序，包括剪切和沖裁。圖-2沖孔第三節(jié)板 料 沖 壓圖-2沖孔(2)變形工序使坯料的一部分相對另一部分產(chǎn)生位移而不分離的第三節(jié)板 料 沖 壓工序稱為變形工序。圖-2拉深第三節(jié)板 料 沖 壓圖-2拉深三、沖壓成形常用方法第三節(jié)板 料 沖 壓沖壓生產(chǎn)中所用的沖模結構合理與否對沖壓件質(zhì)量、生產(chǎn)效率和模具壽命都有很大影響。圖-29簡單模1模柄

10、2上模板3導套4導柱5下模板6、7壓板8凹模9擋料銷10導料板11卸料板12凸模第三節(jié)板 料 沖 壓(1)簡單沖模成形在沖床的一次行程中，只完成一個工序的沖模叫簡單模。(2)連續(xù)沖模成形按著一定順序，在沖床的一次行程中在模具的不同位置上，同時完成數(shù)道沖壓工序的模具叫連續(xù)模，如圖-3所示。圖-3連續(xù)模1落料凹模2定位銷3落料凸模4沖孔凸模5卸料板6坯料7沖孔凹模8廢料9成品第三節(jié)板 料 沖 壓(3)復合沖模成形在沖床的一次行程中，在模具的同一位置完成多道沖壓工序的沖模，稱為復合模，如圖-3所示。圖-31落料及拉深復合模1頂出器2條料3壓板(卸料器)4落料凹模5擋料銷6凸凹模7拉深凸模8坯料9拉深

11、件10工件11廢料第四節(jié)塑性成形加工先進工藝簡介一、精密模鍛精密模鍛是在普通模鍛設備上鍛制形狀復雜的高精度鍛件的一種模鍛工藝。二、高速錘鍛高速錘鍛是利用的高壓氣體使活塞高速運動產(chǎn)生動能，推動錘頭和框架系統(tǒng)作高速相對運動而產(chǎn)生懸空打擊，使金屬坯料成形的加工方法。三、液態(tài)模鍛液態(tài)模鍛實際上是壓力鑄造和模鍛的組合工藝。四、超塑性成形第四節(jié)塑性成形加工先進工藝簡介圖-3超塑性材料拉深成形)拉深過程)工件1沖頭(凸模)2壓板3電熱元件4凹模5板坯6工件7高壓油孔第四節(jié)塑性成形加工先進工藝簡介1.金屬塑性成形原理)單晶體金屬塑性變形的方式是滑移與孿晶，多晶體金屬塑性變形的方式是滑移加轉(zhuǎn)動。)冷變形對金屬組

12、織的影響是出現(xiàn)晶粒伸長、破碎、晶粒扭曲等特征，并伴隨殘余應力的產(chǎn)生。)熱變形對金屬組織的影響是消除鑄態(tài)組織、破碎并改善碳化物等分布并形成纖維組織。)金屬的鍛造性常用金屬的塑性和變形抗力來綜合衡量。 鍛造性的指標塑性、韌性、變形抗力。 影響因素化學成分和組織；變形溫度和速度。2.自由鍛)特點金屬流動自由；生產(chǎn)率、產(chǎn)品精度較低；通用性強。第四節(jié)塑性成形加工先進工藝簡介)設備空氣錘(小型鍛件)、蒸汽-空氣錘(中、小型鍛件)、水壓機(大型和巨型)。)基本工序鐓粗、拔長、沖孔、彎曲等。3.模鍛)特點生產(chǎn)率高；鍛件尺寸精確，加工余量小、材料利用率高；可鍛出復雜的鍛件。)應用中、小型鍛件的大批量生產(chǎn)。4.板

13、料沖壓)特點零件形狀復雜，廢料少；產(chǎn)品精度高，呼互換性好；材料消耗少，強度、剛度高；操作簡單，生產(chǎn)率高，成本低。)設備剪床(下料用)、沖床(實現(xiàn)沖壓工序)。第四節(jié)塑性成形加工先進工藝簡介)基本工序分離工序(沖裁、修整、剪切)、變形工序(拉深、彎曲、脹形、翻邊)。)沖模簡單模、連續(xù)模、復合模。)應用各類板料件大批量生產(chǎn)。1.金屬塑性變形的實質(zhì)是什么？它對金屬的組織性能有何影響?2.何謂金屬的可鍛性?影響金屬可鍛性的因素有哪些?3.為什么常溫下晶粒越細小，不僅強度、硬度越高，而且塑性、韌性也越好?4.已知金屬W、P、的熔點分別為3380，1083，試估算這些金屬的再結晶溫度范圍。5.解釋下列名詞：第四節(jié)塑性成形加工先進工藝簡介(1)鍛造流線；(2)鍛造比；(3)自由鍛造；(4)錘上模鍛；(5)胎模鍛造；(6)鐓粗；(7)拔長；(8)落料和沖孔；(9)