工程材料及成形工藝基礎-坯料加熱、鍛件冷卻及熱處理

第十六講:

1.坯料加熱、鍛件冷卻及熱處理

2.特種鍛壓與軋制

3.板料沖壓一.坯料加熱、鍛件冷卻及熱處理

Heating、CoolingandTeatTreatmentofForgingwork-piece1.坯料加熱(HeatingofForgings)1）加熱時鋼組織和性能變化:

獲得單一奧氏體，材料塑性提高，

變形抗力降低。

2）加熱缺陷和鍛造溫度范圍（1）加熱溫度過高、時間過長，會產生：

氧化、脫碳、過熱、過燒、開裂缺陷。碳鋼加熱時的A晶粒長大：碳鋼的鍛造范圍——始鍛溫度：保證不出現(xiàn)過熱與過燒。終鍛溫度：太高停鍛晶粒會長大；太低變形抗力又太大。小結：隨溫度升高，原子動能升高，塑性提高，變形抗力減小，會改善可鍛性。但加熱中會出現(xiàn)：氧化、脫碳、過熱和過燒等。過熱——加熱溫度過高，晶粒急劇長大，力學性能降低。過燒——加熱溫度更高接近熔點，晶界發(fā)生氧化，破壞了晶粒的聯(lián)系，金屬失去塑性。始鍛溫度：金屬鍛造加熱時允許的最高溫度。終鍛溫度：不能再鍛，否則引起的加工硬化使鍛件開裂，此時停止鍛造的溫度稱終鍛溫度。（2）鍛造溫度范圍(TemperatureRangeofForging)

始鍛溫度：AE線以下150~250℃

終鍛溫度：在共析線附近，太低和太高均不好。2.鍛件冷卻(CoolingofForgings)1）空冷—適合于中、小型碳素鋼和

普通低合金鋼件的冷卻；

2）坑冷和爐冷—適合于大型高碳和

高合金鋼件的冷卻。3.鍛件的熱處理

Heat-TreatmentofForgings1）結構鋼采用退火、或正火+高溫回火；

2）工具鋼采用正火+球化退火；

3）不再進行熱處理的中碳鋼（或合金結構鋼）要采用淬火+高溫回火（調質）。

二.特種鍛壓與軋制體積成形冷、溫和熱擠壓等溫鍛造、超塑性鍛造粉末鍛造液態(tài)模鍛回轉成形輥鍛橫軋與斜軋輾環(huán)徑向鍛造控制鍛造工藝條件以液態(tài)、粉末為毛坯按成形方式分1.體積成形工藝特點：（1）優(yōu)質、生產率高；（2）節(jié)能、節(jié)材。

1）冷擠壓：三向受壓應力

原理：室溫下進行的體積塑性變形；分類：冷擠壓和冷鐓。

節(jié)約原材料；產品強度和精度高、Ra低；勞動條件好；生產率高。優(yōu)點：缺點：變形抗力大，要求設備的能量大、剛度好。應用：小型件的成批生產。2）溫擠壓

原理：加熱到比熱鍛溫度低的溫度擠壓。特點：降低冷、熱鍛缺點：

---比冷擠壓變形抗力小，可加大變形量；

---比熱擠壓減輕氧化、脫碳，提高加工精度

應用：用于不易冷鍛材料如：不銹鋼、高溫合金。

3）等溫鍛造和超塑性鍛造

原理：模具和坯料保持相同溫度。特點及應用：用于鍛造溫度范圍窄的金屬，如鈦合金和鋁合金等，尤其航天工業(yè)用的薄壁件。4）液態(tài)鍛造

原理：將液態(tài)金屬注入模膛，施以靜壓力，使金屬在壓力下結晶，并產生少量塑性變形。特點：與鑄造比：無須澆注系統(tǒng)，節(jié)約金屬；組織比壓鑄件的組織細密。與鍛造比：成形壓力小及能耗少2/3~3/4；組織比模鍛件的差。應用：用于各種材料的形狀復雜件，如，鋁合金的炮彈引信和高壓閥體等。

5）粉末鍛造

原理：將粉末冶金和精密模鍛結合一起。分類：粉末鍛造----直接加熱后進行鍛造；

燒結鍛造----燒結后再加熱鍛造。

粉末冷鍛----用粉末成坯，燒結后進行冷鍛。特點：尺寸精度高，表面光潔；其力學性能、生產效率優(yōu)于粉末冶金產品。應用：汽車上火花塞殼、汽車齒輪和連桿。

2.回轉成形：（特種軋制）

運動特征：工件在回轉中成形。成形特征：連續(xù)的局部成形。

與傳統(tǒng)鍛造相比，有如下優(yōu)點：

1）工作載荷小，是模鍛幾分之一

2）設備重量輕、生產率高。

3）產品精度高

4）工作環(huán)境好、易實現(xiàn)機械化。缺點：

1）通用性差，需專用設備和模具。

2）設計制造復雜，適于大批量生產。1）輥鍛原理：縱軋

軋輥上有扇形模具。應用：制坯和成形。2）橫軋與斜軋:橫軋斜軋分類齒輪橫軋螺紋橫軋楔橫軋：平面和回轉螺旋橫軋（孔型斜軋）三輥橫軋（仿形斜軋）

楔橫軋原理圖：楔橫軋模具的區(qū)段圖：螺旋孔型斜軋：輾環(huán)：對環(huán)形零件進行輾擴，加工環(huán)形零件。

擺輾：擺動輾壓簡稱原理：局部接觸，順次加壓，連續(xù)成形。特點：省力、無沖擊振動、無噪聲；工件精度高、設備費用低。3）輾環(huán)與擺輾：輾環(huán)的原理圖：擺輾的原理圖：三、板料沖壓定義：利用裝在沖床的沖模，對板料沖壓使分離或變形而獲得零件。特點：

（1）可沖形狀較復雜的零件，廢料較少；（2）零件有足夠精度和光潔度，不需切削就可裝配；（3）零件的重量輕，強、剛度高；（4）生產率高、且操作簡單，便于機械化和自動化；（5）沖模復雜，制造成本高，適合大批量生產。板料要求：有足夠塑性。常用：低碳鋼、高塑性合金鋼、銅鋁鎂及其合金。沖壓設備：沖壓基本工序有兩種：1）分離工序：落料與沖孔、剪切、修整和精密沖裁。2）變形工序：彎曲、拉深、翻邊、脹形和旋壓等。剪床沖床油壓機（1）分離工序

1）沖裁：落料+沖孔

2）沖裁變形過程

3）凸、凹模的間隙對斷面質量和模具壽命的影響規(guī)律

4）沖裁件的排樣設計與材料利用率。

1.板料沖壓的基本工序（2）變形工序1）彎曲：如何防止彎裂？彎曲注意點：a.彎曲時注意板料纖維方向的分布；b.回彈現(xiàn)象：回彈角一般為0～10°；c.模具角度=成品角度－回彈角;2）拉深：3）翻邊：控制變形程度的系數——翻邊系數K04）脹形：了解成形過程種類：按沖床的每次沖程所完成工序的多少分——簡單沖模：一個行程只完成一道工序。特點：結構簡單，易制造，適用于小批量生產。連續(xù)沖模：一次沖程，模具的不同部位完成數道工序。特點：效率高，易自動化，但定位要求高，成本高。復合沖模：一次沖程，模具的同一部位完成數道工序。特點：產量高、精度要求高件，但模具復雜，成本高。2、沖壓模具

小結：薄板的沖壓成型有——分離工序：使坯料的一部分與另一部分分離，如落料、沖孔、切斷和精沖等。變形工序：使坯料的一部分相對于另一部分產生位移而不破裂，如拉深、彎曲、翻邊和脹型等。落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）——落料：被分離的部分為成品，而周邊是廢料；沖孔：被分離的部分為廢料，而周邊是成品。凸、凹模刃口尺寸的確定：設計落料模，應先按落料件確定凹模的刃口尺寸，以凹模為設計基準件，再根據間隙Z確定凸模的尺寸。設計沖孔模，應先按沖孔件確定凸模尺寸，以凸模作設計基準件，然后根據間隙Z確定凹模的尺寸。注意：沖裁件的尺寸測量和使用，都是以光面尺寸為基準。

落料件的光面：因凹模刃口的擠切而產生；沖孔件的光面：由凸模刃口的擠切所形成。落料凹模和沖孔凸模尺寸落料凹?；境叽鐟」ぜ叽绻罘秶鷥鹊妮^小的尺寸。沖孔凸模基本尺寸應取工件尺寸公差范圍內的較大尺寸。設計落料模應以工件最小尺寸公差為基準，間隙取在凸模上。設計沖孔模應以工件最大尺寸公差為基準，間隙取在凹模上。彎曲：彎曲是將板料彎成一定的角度或曲率而獲得一定形狀的零件。為防止破裂，彎曲的最小半徑為rmin=(0.25～1)s。S——為金屬板料的厚度。若板料塑性好，則彎曲半徑可小些。注意：彎曲時應盡可能使彎曲線與板料的纖維方向垂直。回彈——由于彈性變形的恢復，使板料略微彈回一點，彎曲角度會增大。一般回彈角為0～10°。與坯料纖維方向垂直拉深：使筒性件的深度增大。注意：拉深件中最危險部位是直壁與底部的過渡圓角處；當拉應力超過強度極限時，此處將被“拉裂”。防止“拉裂”的措施：正確選擇拉深系數。拉深系數——拉深件直徑d與坯料直徑D的比值，即m=d/D。拉深系數應不小于0.5～0.8。塑性差時取上限，塑性好時取下限值。拉裂注意：若拉深系數過小，不能一次拉深成形時，可采用多次拉深工藝。第一次拉深系數m1=d1/D