機械工程材料成型及工藝10

第10章(金屬)壓力加工本次課的內(nèi)容前言壓力加工基礎(chǔ)理論常用鍛造方法（自由鍛造）自由鍛零件結(jié)構(gòu)的工藝性前言利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法稱為金屬壓力加工。壓力加工的種類有：

軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓

壓力加工的特點與鑄造相比，壓力加工的特點是：1.金屬鑄錠經(jīng)塑性變形后，金屬的各種力學(xué)性能得到提高；2.沖壓件又具有重量輕、精度高、剛性好等優(yōu)點；3.對于形狀復(fù)雜、尤其是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的零件，從制造工藝上鍛件遠不及鑄件容易實現(xiàn)；4.鍛件的成本比鑄件高，材料利用率等方面也不如鑄件；5.然而，從鍛件力學(xué)性能的提高，鍛造流線更加與受力條件相適應(yīng)，在同樣受力條件下，零件的幾何尺寸可以縮小的角度看，又可以大大降低原材料的使用量，延長零件的使用壽命，節(jié)約金屬?！?/p>

金屬塑性變形理論，對于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)受切應(yīng)力作用產(chǎn)生相對滑移，或晶體的部分晶格相對于某晶面沿一定方向發(fā)生切變，即滑移理論和孿生理論。

熱加工后組織性能變化：⒈粗大晶粒被擊碎成細晶粒組織，改善了機械性能。⒉鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔經(jīng)熱塑變形后被壓實或焊合。⒊晶粒被拉長，非金屬雜物被擊碎，沿被拉長的晶粒界分布，形成纖維組織（流線）。

壓力加工基礎(chǔ)理論

變形程度越大，纖維組織越明顯。壓力加工中常用鍛造比y來表示變形程度。拔長時鍛造比y拔=A0/A纖維組織很穩(wěn)定，不能（難以）用熱處理方法來消除。只有經(jīng)過鍛壓來改變其方向、形狀。在設(shè)計和制造零件時，應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合，最大切應(yīng)力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。金屬的塑性變形規(guī)律

1．體積不變條件

由于塑性變形時金屬密度的變化很小，所以可認為變形前后的體積相等。此假設(shè)稱為體積不變條件。

2．最小阻力定律

最小阻力定律是描述塑性變形流動規(guī)律的一種理論，如果物體在變形過程中其質(zhì)點有向各種方向移動的可能性時，則物體各質(zhì)點將向著阻力最小的方向移動。一般，金屬內(nèi)某一質(zhì)點流動阻力最小的方向是通過該質(zhì)點向金屬變形部分的周邊所作的法線方向。金屬的可鍛性●金屬的可鍛性：材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能?！窨慑懶缘暮饬浚核苄裕〝嗝媸湛s率ψ，伸長率δ），變形抗力。塑性好，變形抗力小則可鍛性好?！窨慑懶匀Q于：金屬本質(zhì)和加工條件。一、、金金屬屬的的本本質(zhì)質(zhì)⒈化化學(xué)學(xué)成成分分的的影影響響純金金屬屬的的可可鍛鍛性性比比合合金金好好；；有有些些元元素素可可使使可可鍛鍛性性顯顯著著下下降降（（如如鉻鉻，，鎢鎢，，釩釩等等））。。鋼鋼的的含含碳碳量量越越低低，，可可鍛鍛性性越越好好，，⒉金屬屬組組織織的的影影響響＊組織織不不同同，，可可鍛鍛性性有有很很大大差差異異；；＊純金金屬屬、、固固溶溶體體（（如如奧奧氏氏體體））可可鍛鍛性性好好；；碳化化物物可可鍛鍛性性差差；；＊鑄態(tài)態(tài)柱柱狀狀組組織織和和粗粗晶晶粒粒不不如如晶晶粒粒細細小小均均勻勻。。二、、加加工工條條件件⒈變變形形溫溫度度的的影影響響＊溫度度↑↑→→原原子子的的運運動動能能力力↑↑→→容容易易滑滑移移→→塑塑性性↑↑→→變形形抗抗力力↓↓→→可可鍛鍛性性改改善善.過熱熱：：超過一定定溫度，，晶粒急急劇長大大，鍛造造性能↓↓，機械性能能↓。已已過熱工工件可通通過鍛造造，控制制冷卻速度，，熱處理理，使晶晶粒細化化。過燒：接近材料料熔化溫溫度，晶晶間的低低熔點物物質(zhì)開始始熔化，且晶晶界上形形成氧化化層。金金屬失去去鍛造性性能，一擊擊便碎，，無法挽挽回。＊鍛造造溫度：：始鍛溫度度：碳鋼比AE線低低200C°左左右終鍛溫度度：800C°過過低難于于鍛造，，若強行鍛造造，將導(dǎo)導(dǎo)致鍛件件破裂報廢。⒉變形速速度的影影響變形速度度--單單位時間間的變形形程度＊變形速度度u=dε/dtεε—變變形程度度＊變形速度度u↑⒊應(yīng)力狀狀態(tài)影響響三向應(yīng)力力中，壓壓力應(yīng)力力數(shù)目愈愈多，則則塑性越越好。塑性↓.變形抗力力↑熱能↑→塑性↑，變形抗抗力↓常用鍛造造方法一、自由由鍛＊自由鍛是是利用沖沖擊力或或壓力使使金屬在在上、下下兩個砧鐵之間變變形。從從而獲得得所需形形狀及尺尺寸的鍛鍛件。在重型機機械中，，自由鍛鍛是生產(chǎn)產(chǎn)大型鍛鍛件和特特大型鍛件唯一一成型的的方法。。＊金屬沿變變形方向向可以自自由流動動，不受受限制。。＊自由鍛設(shè)設(shè)備：鍛錘依靠沖擊擊力使金金屬變形形，只能能鍛造中中小鍛件件。液壓機：：依靠靜壓壓力使金金屬變形形，可加加工大型型鍛件。。其中水壓機機可產(chǎn)生生很大作作用力，，是重型型機械廠廠鍛造生產(chǎn)的的主要設(shè)設(shè)備。自由鍛工工序⑴基本本工序鐓粗：適適于餅塊塊類，盤盤套類拔長：適適于軸類類、桿類類拔長、鐓鐓粗經(jīng)常常交替反反復(fù)使用用。有時一一頭鐓鐓粗，，另一一頭拔拔長。。（通孔孔、盲盲孔））沖孔孔，常常用方方法：：鐓粗粗—沖沖孔鐓粗——沖孔孔—擴擴孔彎曲：：工件件軸線線產(chǎn)生生一定定曲率率。扭轉(zhuǎn)：：某一一部分分相對對于另另一部部分轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)一定定角度度。錯移：：坯料料的一一部分分相對對于另另一部部分平平移錯開的的工序序，例例如曲曲軸。。切割：：分割割坯料料，或或去除除鍛件件余量量的工工序。。⑵輔輔助工工序：：在基本本工序序之前前的預(yù)預(yù)變形形工序序如壓壓肩、、壓鉗鉗口等等。⑶精精整工工序：：完成基基本工工序之之后，，用以以提高高鍛件件尺寸寸和形形狀精精度的的工序序。二、模模鍛（簡單單介紹紹）＊在壓力力或沖沖擊力力作用用下，，金屬屬坯料料在鍛鍛模模模膛內(nèi)內(nèi)變形，，從而而獲得得鍛件件的工工藝方方法。。此法法生產(chǎn)產(chǎn)的鍛鍛件尺寸精精確、、加工工余量量較小小，結(jié)結(jié)構(gòu)也也可較較復(fù)雜雜，生生產(chǎn)率高。。＊按使用用設(shè)備備不同同分為為：錘錘上模模鍛、、胎模模鍛等等。⒈錘上上模鍛鍛＊錘上模模鍛所所用設(shè)設(shè)備為為模鍛鍛錘。。通常常為蒸蒸氣-空氣氣錘。對對形狀狀復(fù)雜雜鍛件件，先先在制制坯模模膛內(nèi)內(nèi)初步步成形，然然后在在模鍛鍛模膛膛內(nèi)鍛鍛造。。⑴模模鍛模模膛i)終終鍛模模膛—作用用：使使坯料料最后后變形形到鍛鍛件所所要求求的形形狀、、尺寸寸?！叽绱绫儒戝懠叱叽绶欧糯笠灰粋€收收縮量量，鋼鋼件約約為1.5%。?！闹苤苡酗w飛邊槽槽，用用以增增加金金屬從從模膛膛中流流出阻阻力，，促使金屬屬充滿滿模膛膛，容容納多多余的的金屬屬?！獩_孔孔連皮皮：無無法加加工通通孔而而留下下的一一薄層層金屬屬。ii)預(yù)預(yù)鍛模模膛—作用用：使使坯料料變形形到接接近于于鍛件件的形形狀尺尺寸，，使終終鍛時，金金屬容容易充充滿終終鍛模模膛。。延長長終鍛鍛模膛膛的使使用壽壽命。。—批量量不大大，形形狀簡簡單時時可不不設(shè)預(yù)預(yù)鍛模模膛。?！獏^(qū)別別：預(yù)預(yù)鍛模模膛的的圓角角、斜斜度較較大，，沒有有飛邊邊槽。。終鍛模模膛的的圓角角、斜斜度較較小，，有飛飛邊槽槽。⑵制制坯模模膛＊對形狀狀復(fù)雜雜的模模鍛件件,為為使坯坯料形形狀基基本接接近模模鍛件件形狀狀,使使金屬屬能合合理分分布和和很好好地充充滿模模鍛模模膛，，就必必須預(yù)預(yù)先在在制坯坯模鏜鏜內(nèi)制制坯，，因而而設(shè)制制坯模模膛。。i)拔拔長長模膛膛增增加加某一一部分分長度度。ii)滾壓壓模膛膛減減小小某部部分橫橫截面面積,以增增大另另一部部分橫橫截面面積，，坯料料長度度基本本不變。。iii)彎彎曲模模膛彎彎曲曲工件件。iv)切斷斷模膛膛切切斷斷金屬屬。此外還還有成成型模模鏜，，鐓粗粗臺，，擊扁面面等制制坯模模鏜。。鍛造工工藝規(guī)規(guī)程的的制訂訂（自學(xué)學(xué)）一、繪繪制鍛鍛件圖圖繪制鍛鍛件圖圖是以以零件件圖為為基礎(chǔ)礎(chǔ)，結(jié)合鍛鍛造工工藝特特點繪繪制而而成的的。⒈敷料料、余余量及及公差差＊敷料：：為簡簡化零零件的的形狀狀和結(jié)結(jié)構(gòu)，，便于于鍛造而而增加加的一一部分分金屬屬為敷敷料。。＊余量：：零件件表面面為切切削加加工而而增加加的尺尺寸稱余余量。。＊鍛件公差：：是鍛件名名義尺寸的的允許變動動量。查表表而定。。＊自由鍛鍛鍛件圖：：圖2-25⒉分模面面＊分模面：：上下模模鍛在模模鍛件上上的分界界面，關(guān)關(guān)系到鍛件件成型，，鍛件出出模，材材料利用率，鍛鍛模加工工等一系系列問題題。＊選分模面面原則：：1)應(yīng)保保證模鍛鍛件能從從模腔中中取出來來。圖3-26a-a2)應(yīng)使使上、下下兩模沿沿分模面面的模腔腔輪廓一一致。圖3-26b-b3)分模模面應(yīng)選選在能使使模腔深深度最淺淺的位置置上。圖3-26b-b4)使敷敷料最少少。5)分模模面最好好是一個個平面。。圖3-26中中d-d面最合合理。⒊模鍛斜斜度＊模鍛件上上平行于于錘擊方方向（垂垂直于分分模面））的表面必須有有斜度，，以便取取出鍛件件。模鍛斜度度與模鏜鏜深度和和寬度有有關(guān)。內(nèi)側(cè)斜度度比外側(cè)側(cè)稍大些些。圖3-27模鍛鍛斜度⒋模鍛圓圓角半徑徑＊所有交角角均做成成圓角，，可以易易于充滿滿模膛，，避免尖角處產(chǎn)產(chǎn)生裂紋紋，減緩緩鍛件外外尖角處處的磨損損。＊鍛件內(nèi)圓圓角R，，鍛件外外圓角r見圖。。圖3-28圓圓角半半徑＊圓角半徑徑為1，，1.5，2，，3，4，5，，6，8，10，12，15，20等標準準值。⒌沖孔連連皮＊孔徑大于于25mm,該孔應(yīng)應(yīng)鍛出；；孔徑為為25~80時,沖孔孔連皮厚厚度取4~8mm。＊孔徑小于于25mm或孔深大大于沖頭頭直徑3倍時,只壓出出凹穴。。圖3-29二、坯料料重量和和尺寸的的確定＊坯料重量量G坯G坯=G鍛+G燒損損+G料料頭式中：G鍛—鍛鍛件重量量G燒損——坯料因因加熱氧氧化而燒燒損G料頭——在鍛造造過程中中被沖掉掉或被切掉的金金屬＊鍛造比對于以鋼鋼錠為坯坯料時,并采用用拔長時時,鍛造造比不小于2.5~3。軋材為為坯料時時，鍛造造比可取取1.3~1.5。三、鍛造造工序（（工步））的確定定＊自由鍛、、按P98表3-1定定＊模鍛—長軸：：常用拔拔長、滾滾壓、彎彎曲、預(yù)預(yù)鍛、終終鍛等，，小型長軸軸常采用用一根棒棒料鍛幾幾個鍛件件，模鍛件采采用周期期軋制材材料作坯坯料時可省去拔拔長滾壓壓等工步步。圖3-30圖3-31用用軋制坯坯料模鍛鍛—短軸：：常用鐓鐓粗、預(yù)預(yù)鍛、終終鍛等。。圖3-32四、鍛造造工藝規(guī)規(guī)程中的的其它內(nèi)內(nèi)容＊始鍛溫度度和終煅煅溫度(P95圖3-8)＊加熱規(guī)范范、冷卻卻規(guī)范、、對高合合金鋼尤尤為重要要，以防因熱熱應(yīng)力引引起變形形或開裂裂。鍛件結(jié)構(gòu)構(gòu)的工藝藝性（重點））一、自由由鍛件的的結(jié)構(gòu)工工藝性自由鍛件件不要有有錐體，，或斜面面結(jié)構(gòu)圖圖3-33軸軸類鍛件件結(jié)構(gòu)幾何體的的交接處處不應(yīng)形形成空間間曲線圖圖3-34桿桿類鍛件件結(jié)構(gòu)自由鍛件件上不應(yīng)應(yīng)設(shè)計出出加強筋、、凸臺、、工字形形截面或空空間曲線線形表面面圖3-35盤盤類鍛件件結(jié)構(gòu)自由鍛件件橫截面面若有急急劇變化或形狀狀較復(fù)雜雜時，應(yīng)應(yīng)設(shè)計成有幾個個簡單件件構(gòu)成的的組合體，再焊焊接或機機械連接接方法連接。圖3-36復(fù)雜件結(jié)結(jié)構(gòu)第三節(jié)板料沖壓壓＊板料沖沖壓又叫叫冷沖，，但δ>8～10mm時用熱熱沖＊特點：：(1)可可沖形狀狀復(fù)雜的的零件，，且廢料料少。(2)高高精度，，低粗糙糙度，零零件互換換性好。。(3)重重量輕，，耗材少少，強度度剛度較較好。(4)操操作簡單單，生產(chǎn)產(chǎn)率高。。＊常用的的材料：：低碳鋼、、銅合金金、鋁合合金等塑塑性好的的材料。。＊常用設(shè)設(shè)備：：剪床床和沖床床。＊基本工工序：：1、分離離工序2、變形形工序。。一、落料料及沖孔孔（統(tǒng)稱稱沖裁））＊落料———落下部部分為成成品。＊沖孔———落下部部分為廢廢品。1、沖裁裁變形過過程(1)彈彈性變形形階段§3.1分離工工序(2)塑塑性變形形階段板料中的的應(yīng)力值值達到屈屈服極限限，板料料金屬產(chǎn)產(chǎn)生塑性性變形，，產(chǎn)生硬硬化，凹凹凸模刃刃口處硬硬化加劇劇，出現(xiàn)現(xiàn)裂紋。。(3)斷裂分離離階段上下裂縫縫重合，，板料分分離。分離面的的質(zhì)量主主要和下下列有關(guān)關(guān)：a.間隙隙有關(guān)b.刃口口鋒利c.模具具有關(guān)d.材料料有關(guān)e.板板厚有關(guān)關(guān)……2、凹凸凸模間隙隙間隙影響響：斷面面質(zhì)量，，模具壽壽命，卸卸料力，，推件力力，沖裁裁力，工工件尺寸寸精度間隙過大大：裂縫縫錯開，，邊緣粗粗糙。卸卸料力，，推件力力小。間隙過小小：上下下裂縫錯錯開，邊邊緣粗糙糙。磨損損嚴重。。間隙可按按下式計計算:c=mδδδ---板料厚厚度。m----系數(shù)數(shù)。3、凹凸凸模刃口口尺寸的的確定落料—以以凹模刃刃口尺寸寸作為基基準，根根據(jù)間隙隙的大小小確定凸凸模尺寸寸。（凹凹模尺寸寸等于零零件的尺尺寸）沖孔—以凸模為為基準，，有間隙隙確定凹凹模的尺尺寸，即即凸模尺尺寸同零零件尺寸寸?？紤]磨損損：落落料凹凹模尺寸寸靠近零零件公差差范圍內(nèi)內(nèi)的最小小尺寸沖孔凸凸模尺寸寸靠近零零件公差差范圍內(nèi)內(nèi)的最大大尺寸4、沖裁裁件的排排樣排樣應(yīng)使使廢料最最少。排排料有‘‘無搭邊邊和有搭搭邊’兩兩種類型型。noticea、前三圖圖是“有有搭邊””優(yōu)點是是毛刺小小，且在在同一平平面上，，尺寸準準確。b、D圖“無搭搭邊”毛毛刺不在在同一平平面上。。尺寸不不易準確確。二、修整整修整———沿外緣緣或內(nèi)孔孔刮削一一層金屬屬。機理理與切削削相似，，與沖裁不不同。精度———IT6～IT7，，粗糙度度Ra0.8～1.6。。修整量———單單邊修整整量一般般為板厚厚δ的10%，，小間隙隙沖裁件件為δ的8%修整整量較多多時，或或板厚δδ>3mm，均均需要多次修修整。模具間隙隙——單單邊取0.001～0.01mm.也也可為負負間隙。。三、切斷斷切斷——是指用剪剪刃或沖模將將板料沿沿不封閉的的輪廓進進行分離的的工序。。一、拉深深1、拉深深過程底部金屬屬一般不不變性，，只起傳傳遞拉力力作用，，厚度基基本不變變，坯料料外徑D與內(nèi)徑徑d之間間的環(huán)形形部分金金屬切向向受壓應(yīng)應(yīng)力的作作用,形形成拉深深件的直直壁，直直壁的厚厚度有所所減少。?！?.2變變形形工工序序2．拉拉深深中中的的廢廢品品拉深深件件主主要要受受拉拉應(yīng)應(yīng)力力，，應(yīng)應(yīng)力力超超過過強強度度極極限限時時出出現(xiàn)現(xiàn)廢廢品品，，最最危危險險處處是是直直壁壁和和園園角角的的過過渡渡處處。。拉穿現(xiàn)現(xiàn)象與與下列列現(xiàn)象象有關(guān)關(guān)：(1)凸凹凹模的的園角角半徑徑有關(guān)關(guān)，對對鋼件件取r凹=10δ，，r凸=（0.6～1）r凹。(2)凹凸凸模的的間隙隙:拉拉深的的間隙隙較大大，一一般取取單邊邊間隙隙C=(1.1～1.2)δδ。間隙過過?。海耗Σ敛亮Υ蟠?，易易拉穿穿工件件、擦擦傷表表面模具壽壽命低低。間隙過過大：：易使使工件件起皺皺。(3)拉深深系數(shù)數(shù)mm=d/Dm越小小，越越易產(chǎn)產(chǎn)生廢廢品，，一般般取m=0.5～0.8，塑塑性好取下下限0.5，塑塑性差差取上上限0.8拉深系系數(shù)過過小，，應(yīng)分分多次次拉深深，每每一兩兩次中中間安安排退火，，以消消除加加工硬硬化，，多次次拉深深時m應(yīng)漸漸增，，使m=m1×m2×m3………(4)潤滑滑可減少少摩擦擦、降降低拉拉應(yīng)力力和減減少模模具的的磨損損。(5)拉深深的另另一種種缺陷陷是起起皺，，可用用壓邊邊解決決。3.旋旋壓