第二篇+塑性成形理論

1、金屬塑性成形工藝本章重點(diǎn)金屬塑性成形的理論；掌握常用金屬的塑性成形工藝；掌握薄板沖壓成形工藝。第三篇 金屬塑性成形 2本章內(nèi)容金屬塑性成形概述金屬的塑性變形（塑性成形理論）鍛造工藝板料沖壓鍛造及沖壓零件的結(jié)構(gòu)工藝性塑性成形新工藝簡介 又稱為壓力加工。金屬坯料外力塑性變形產(chǎn)生改變形狀改變尺寸改善性能達(dá)到毛坯零件得到一、金屬塑性成形（壓力加工）概 述 5模型鍛造二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式 1軋制 2擠壓3拉拔4自由鍛造6板料沖壓（1）軋制：金屬坯料在2個(gè)回轉(zhuǎn)棍之間受壓變形軋制產(chǎn)品截面形狀軋鋼機(jī)軋制鋼材的設(shè)備稱為軋鋼機(jī)。軋鋼機(jī)由軋輥、組裝軋輥用的機(jī)架、使上下軋輥旋轉(zhuǎn)的齒輪變速箱、電動(dòng)機(jī)等部分組成，此

2、外還有連接用的中間接軸和聯(lián)軸節(jié)等部件。軋鋼機(jī)軋鋼機(jī)（2）擠壓 使金屬坯料從擠壓?？讛D出而成形為各種型材、管材、零件等。 擠壓的方法：正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓、徑向擠壓 （3）拉拔 將金屬坯料從拉模的?？字欣龆尚螢楦鞣N線材、薄壁管材、特殊截面型材等上砥鐵下砥鐵坯料（4）鍛造 將金屬坯料置于上下砧或鍛模內(nèi)，用沖擊力或壓力使金屬成形為各種型材和鍛件等 鍛造的種類有： 自由鍛、模鍛、胎模鍛 （4）沖壓 利用沖模將金屬板料切離或變形為各種沖壓件。1）零件大小不受限制；2）生產(chǎn)批量不受限制。三、塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn)1力學(xué)性能高1）組織致密；2）晶粒細(xì)化；3）壓合鑄造缺陷；4）使纖維組織合理分布。

3、2節(jié)約材料1）力學(xué)性能高，承載能力提高；2）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比）。 3生產(chǎn)率高4適用范圍廣1 金屬的塑性成形原理 各種壓力加工方法，都是通過對(duì)金屬材料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形來實(shí)現(xiàn)的。單晶體的塑性變形形式主要有滑移和孿晶兩種。第一章 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ) 一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)1.單晶體的塑性變形1）滑移：晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。2）孿晶：晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2. 多晶體的塑性變形晶內(nèi)變形晶間變形滑移孿晶滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)：晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿晶；同時(shí)晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。二、塑性變形后金屬的組織和性能1.

4、冷變形及其影響1）組織變化的特征：晶粒沿變形最大方向伸長；晶格與晶粒均發(fā)生畸變；晶粒間產(chǎn)生碎晶。2）性能變化的特征：加工硬化：隨著變形程度的增加，其強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。有利：強(qiáng)化金屬材料不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來困難2. 回復(fù) 即將冷成形后的金屬加熱至一定溫度后，使原子恢復(fù)到平衡位置，晶內(nèi)殘余應(yīng)力大大減小的現(xiàn)象。 生產(chǎn)中常利用回復(fù)消除加工硬化后工件的殘余內(nèi)應(yīng)力。T回 = （0.250.3）T熔3. 再結(jié)晶即塑性變形后金屬被拉長的晶粒重新生核、結(jié)晶，變?yōu)榈容S晶粒的現(xiàn)象。T再 = （0.350.4）T熔T再冷變形熱變形以上以下(K)(K)4 . 熱變形及其影響1）不產(chǎn)生加工硬化

5、2）使組織得到改善，提高了力學(xué)性能 細(xì)化晶粒； 壓合了鑄造缺陷；3）形成纖維組織 組織致密。5 . 纖維組織（1）在平行于纖維組織的方向上：材料的抗拉強(qiáng)度提高（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強(qiáng)度提高 Atkins Physical Chemistry TRIZ及其應(yīng)用-技術(shù)創(chuàng)新過程與方法施一公 2 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)一、金屬的可鍛性是金屬材料在壓力加工時(shí)成形的難易程度。1 . 可鍛性的衡量指標(biāo)1）塑性：2）變形抗力：材料的塑性越好，其可鍛性越好。材料的變形抗力越小，其可鍛性越好。2 . 影響可鍛性的因素1）金屬的本質(zhì)化學(xué)成分：Me越低，材料的可鍛性越好。組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有

6、良好的可鍛性。2）變形條件變形溫度：應(yīng)力狀態(tài)：變形速度：塑性、變形抗力塑性變形抗力T溫越高，材料的可鍛性越好。V變?cè)叫。牧系目慑懶栽胶?。三向壓?yīng)力塑性最好、變形抗力最大。三向拉應(yīng)力塑性最差三、金屬的變形規(guī)律1. 體積不變定律2. 最小阻力定律二、鍛造溫度范圍始鍛溫度：終鍛溫度：過熱、過燒 缺陷加工硬化45: 12008001.體積不變條件（定律）： 由于塑性變形時(shí)金屬密度變化很小，所以可以認(rèn)為變形前后的體積相等實(shí)際上在變形中有微小變化。氣孔、縮松被壓合；氧化及耗損等。 運(yùn)用此定律，便于估算坯料體積、質(zhì)量及坯料在各工序中的尺寸；2. 最小阻力定律 Least Resistance 在變形過程中

7、，如果金屬質(zhì)點(diǎn)有可能向各個(gè)不同方向移動(dòng)，則每一質(zhì)點(diǎn)將沿著阻力最小方向移動(dòng) 。質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)阻力最小方向是通過該質(zhì)點(diǎn)指向金屬變形部分周邊的法線方向。應(yīng)用：確定金屬變形中質(zhì)點(diǎn)的移動(dòng)方向控制金屬坯料變形的流動(dòng)方位降低能耗，提高生產(chǎn)率。 何謂塑性變形？ 塑性變形的實(shí)質(zhì)是什么？纖維組織是怎樣形成的？它對(duì)材料的力學(xué)性能有何影響？纖維組織是怎樣形成的？它對(duì)材料的力學(xué)性能有何影響？試分析用棒料切削加工成形和用棒料冷鐓成形制造六角螺拴的力學(xué)性能有何不同？ 第二章 金屬的塑性成形方法2-1 自由鍛造一、自由鍛設(shè)備鍛錘壓力機(jī)空氣錘蒸汽空氣錘水壓機(jī)油壓機(jī)65750Kg 40Kg以下630Kg5T 1.5T以下落下部分總重量

8、 = 活塞+錘頭+錘桿滑塊運(yùn)動(dòng)到下始點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力鍛錘噸位 =壓力機(jī)噸位 =液壓機(jī)液壓機(jī)產(chǎn)生靜壓力使金屬坯料變形。 目前大型水壓機(jī)可達(dá)萬噸以上，能鍛造300噸的鍛件。由于靜壓力作用時(shí)間長，容易達(dá)到較大的鍛透深度，故液壓機(jī)鍛造可獲得整個(gè)斷面為細(xì)晶粒組織的鍛件。液壓機(jī)是大型鍛件的唯一成形設(shè)備，大型先進(jìn)液壓機(jī)的生產(chǎn)常標(biāo)志著一個(gè)國家工業(yè)技術(shù)水平發(fā)達(dá)的程度。另外，液壓機(jī)工作平穩(wěn)，金屬變形過程中無振動(dòng)，噪音小，勞動(dòng)條件較好。但液壓機(jī)設(shè)備龐大、造價(jià)高。 中國二重 16000噸 世界最大的1.65萬噸自由鍛造油壓機(jī) 上海重型機(jī)器廠 自由鍛優(yōu)點(diǎn)：1. 使用的工具簡單，通用2. 生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，靈活性大，所

9、以使用范圍廣，特別適用于單件或小批量生產(chǎn)3. 自由鍛是大型件唯一的鍛造方法自由鍛缺點(diǎn)：1. 生產(chǎn)效率低，對(duì)工人的技藝要求高，勞動(dòng)強(qiáng)度大2. 鍛件精度差，后期機(jī)械加工量大二、自由鍛基本工序工序 基本工序，輔助工序和修整工序1. 基本工序：是金屬坯料實(shí)現(xiàn)較大變形以獲得鑄件所需的基本形狀和尺寸的工序 包括- 鐓粗，拔長，沖孔，彎曲，扭轉(zhuǎn)和錯(cuò)移等。2. 輔助工序：是為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變形工序。如壓鉗口，壓鋼錠棱邊，切肩等。3. 修整工序：是用以減少鍛件表面缺陷的工序。二、自由鍛基本工序基本工序 完成鍛件基本變形和成形的工序。H，S使坯料的高度減小，橫截面積增大3. 沖孔：4. 彎曲：1.

10、礅粗：2. 拔長：， SL使坯料的橫截面積減小，長度增大在坯料上沖出通孔或是盲孔可取斷面比鍛件稍大的坯料，先拔長不彎曲的部分到鍛件所要求的斷面積，然后彎曲成形5. 扭轉(zhuǎn)，6. 切割，7. 位移，8. 鍛焊：三、自由鍛工藝規(guī)程的制定1. 鍛件圖的繪制1）機(jī)械加工余量2）公差3）敷料2. 坯料重量和尺寸的計(jì)算G坯 = （1+k）G鍛G坯 = G鍛+G料頭+G芯料+G燒損K 消耗系數(shù)（1/31/4）余量1.25H/D2.5D為直徑（mm)，H為高度(mm)4 . 鍛造工序的選擇軸、桿類零件：鐓粗、拔長盤類、環(huán)類零件：鐓粗（拔長及鐓粗）、 沖孔（芯軸上擴(kuò)孔）筒類零件：鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長3 . 選

11、擇標(biāo)準(zhǔn)的坯料鐓粗防彎控制條件，薄盤夾持控制條件5 . 鍛造設(shè)備的選擇6 . 確定坯料加熱，冷卻和熱處理 8 . 填寫工藝卡四、自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性1. 避免斜面和錐度2. 避免曲面相交3. 避免加強(qiáng)筋和凸臺(tái)4. 采用組合工藝根據(jù)鍛件的尺寸、形狀、材料，重量等條件來選擇設(shè)備種類及其規(guī)格，既保證鍛透工件、有較高的生產(chǎn)率，又不浪費(fèi)動(dòng)力，并使操作方便。7 . 確定工時(shí)自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性避免錐體和斜面結(jié)構(gòu)幾何體間的交接處不應(yīng)形成空間曲線自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、工字形截面截面變化大的鍛件，采用組合連接2-2 模型鍛造模型鍛造 將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛 內(nèi)受壓、變形

12、，獲得鍛件的方法。特點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高； 2）鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高；3）材料利用率高；4）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件；5）模具成本高、設(shè)備昂貴；6）鍛件不能任意大。一般不得超過150kg。一、錘上模鍛（一）錘上模鍛設(shè)備蒸汽空氣模鍛捶蒸汽空氣模鍛捶 錘上模鍛一般選用1-16噸的蒸汽-空氣模鍛錘。鍛模制作成帶燕尾的上下兩半模，上下模分別用楔鐵緊固在錘頭和模墊上。（二）鍛模結(jié)構(gòu)鍛模模膛飛邊槽橋部倉部 形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。 容納多余的金屬。 增加金屬流動(dòng)的阻力，促使金屬充滿模膛。錘頭上模飛邊槽下模模墊緊固楔鐵緊固楔鐵緊固楔鐵模膛（型槽）分型面（三）模膛的分類模膛模鍛模膛制坯模膛終鍛模膛預(yù)鍛模

13、膛延伸模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛開式模膛閉式模膛（1）鍛模結(jié)構(gòu)與模膛 鍛模一般由上模和下模兩部分組成，上下合攏形成內(nèi)部模膛。 模膛按其功用不同分為制坯模膛、預(yù)鍛模膛和終鍛模膛。 制坯模膛：拔長、滾圓、彎曲切斷以及鐓粗、擊匾等。 預(yù)鍛模膛：使坯料接近鍛件的形狀和尺寸，有利于坯料最終成形，并減少終端模膛磨損。 終端模膛：用來完成鍛件的最終成形。（2）鍛模模膛的功用（a）預(yù)鍛模膛 預(yù)鍛模膛的作用是：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時(shí)，金屬容易充滿終鍛模膛。同時(shí)減少了終鍛模膛的磨損，以延長鍛模的使用壽命。 預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的區(qū)別是前者的圓角和斜度較大，沒有飛邊槽。（b）終鍛模膛 使坯料最后

14、變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應(yīng)和鍛件的形狀相同。 沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬充滿模膛，同時(shí)容納多余的金屬。 終鍛后在孔內(nèi)留下一薄層金屬，稱為沖孔連皮。（c）制坯模膛 拔長模膛用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。（c）制坯模膛 滾壓模膛用來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。主要是使金屬按模鍛件形狀來分布。 彎曲模膛對(duì)于彎曲的桿類模鍛件，需用彎曲模膛來彎曲坯料。 切斷模膛上模與下模的角部組成的一對(duì)刀口，用來切斷金屬。（四）鍛模工藝規(guī)程的制定1. 繪制鍛件圖1）分模面的選擇分模面應(yīng)選在鍛件的最大截面處；分模面的選擇應(yīng)使模

15、膛淺而對(duì)稱；分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；分模面應(yīng)最好是平直面。2)確定加工余量、公差和敷料加工余量：14mm公差：0.33mm3）設(shè)計(jì)模鍛斜度外壁斜度：57 0內(nèi)壁斜度：712 04）設(shè)計(jì)模鍛圓角外圓角：r = 1.512mm內(nèi)圓角：R=（23）r5）確定沖孔連皮 鍛件上直徑小于25mm的孔，一般不鍛出，或只壓出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模鍛出通孔，而必須在孔內(nèi)保留一層連皮。 2. 確定模鍛工序1）基本工序圓盤類零件：鐓粗 預(yù)鍛 終鍛長桿類零件：制坯 預(yù)鍛 終鍛2）修正工序切邊；沖孔；校正；熱處理；清理。（五）模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性1. 易于從鍛模中取出鍛件；2. 零件的外形應(yīng)力求簡單、對(duì)稱、平直；3. 避免薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)；4. 避免設(shè)計(jì)深孔、多孔結(jié)構(gòu)；5. 采用鍛焊組合工藝。二、胎模鍛造利用自由鍛設(shè)備在活動(dòng)模具上生產(chǎn)模鍛件的方法。1. 扣模2. 筒模3. 合模1、特點(diǎn) （1）與自由鍛相比，模鍛件的形狀較為復(fù)雜，尺寸精確，生產(chǎn)效率高。 （2）與模鍛相比，可利用自由鍛設(shè)備組織生產(chǎn)，胎模制造成本低。2、胎模的種類 按胎模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為扣模、彎