金屬工藝學(xué)(高職-機(jī)械工業(yè)版)授課教案：鍛壓成形01

PAGEPAGE2教案十八一、教學(xué)組織1．提問(wèn)10分鐘2．講解70分鐘3．小結(jié)5分鐘4．布置作業(yè)5分鐘二、教學(xué)內(nèi)容第六單元鍛壓成形模塊一鍛壓概述鍛壓是對(duì)坯料施加外力，使金屬產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機(jī)械零件、工件或毛坯的成形加工方法。金屬鍛壓成形加工包括：鍛造（自由鍛、模鍛、胎模鍛等）、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。鍛造是指在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得一定幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法。沖壓是指使坯料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱。擠壓是指坯料在封閉模腔內(nèi)受三向不均勻壓應(yīng)力作用下，從模具的孔口或縫隙擠出，使之橫截面積減少，成為所需制品的加工方法。軋制是指金屬材料(或非金屬材料)在旋轉(zhuǎn)軋輥的壓力作用下，產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，獲得所要求的截面形狀并改變其性能的方法，按軋輥軸線與軋制線間和軋輥轉(zhuǎn)向的關(guān)系不同可分為縱軋、斜軋和橫軋三種。拉拔是指坯料在牽引力作用下通過(guò)?？桌鍪怪a(chǎn)生塑性變形而得到截面小、長(zhǎng)度增加的工藝。金屬鍛壓成形加工具有的優(yōu)點(diǎn)：（1）改善了金屬內(nèi)部組織，提高金屬的力學(xué)性能。（2）節(jié)省金屬材料。（3）具有較高的生產(chǎn)率。（4）生產(chǎn)范圍廣。金屬鍛壓成形加工存在的缺點(diǎn)：（1）不能獲得形狀很復(fù)雜的制件；（2）一般制件的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量還不夠高（3）加工設(shè)備比較昂貴，制件的加工成本比鑄件高。模塊二金屬鍛壓加工基礎(chǔ)知識(shí)金屬的可鍛性是指金屬材料在鍛壓加工過(guò)程中經(jīng)受塑性變形而不開(kāi)裂的能力。它與金屬的塑性和變形抗力有關(guān)，塑性愈好，變形抗力愈小，則可鍛性愈好，反之，則可鍛性愈差。一、金屬的塑性變形金屬在外力作用下將產(chǎn)生塑性變形，其變形過(guò)程包括彈性變形和塑性變形兩個(gè)階段。1．金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)實(shí)驗(yàn)證明：晶體受到切應(yīng)力時(shí)會(huì)產(chǎn)生塑性變形，單晶體的塑性變形主要是由于切應(yīng)力引起晶體內(nèi)部位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，即滑移變形。單晶體的變形方式有：滑移和孿晶兩種。多晶體的塑性變形過(guò)程可以看成是許多單個(gè)晶粒塑性變形的總和。另外，多晶體塑性變形還存在著晶粒與晶粒之間的滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，即晶間變形。但多晶體的塑性變形以晶內(nèi)變形為主，晶間變形很小。金屬的塑性變形過(guò)程實(shí)質(zhì)上是位錯(cuò)沿著滑移面的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。在滑移過(guò)程中，一部分舊的位錯(cuò)消失，又大量產(chǎn)生新的位錯(cuò)，總的位錯(cuò)數(shù)量是增加的，大量位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)就是金屬的塑性變形。2．金屬的冷變形強(qiáng)化隨著金屬冷變形程度的增加，金屬材料的所有強(qiáng)度指標(biāo)和硬度都有所提高，但塑性有所下降，這種現(xiàn)象稱為冷變形強(qiáng)化（或加工硬化）。變形后金屬的晶格結(jié)構(gòu)嚴(yán)重畸變，變形金屬的晶粒被壓扁或拉長(zhǎng)，甚至一個(gè)晶粒破碎成許多小晶塊，這種組織稱為纖維組織。低碳鋼塑性變形時(shí)其強(qiáng)度與硬度隨變形程度的增大而提高，塑性與韌性則明顯下降。冷變形強(qiáng)化使金屬的可鍛性能惡化。二、回復(fù)與再結(jié)晶冷變形強(qiáng)化的金屬組織結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它具有自發(fā)地恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。冷變形金屬加熱時(shí)發(fā)生的變化過(guò)程包括：回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大三個(gè)階段。1．回復(fù)將冷變形后的金屬加熱至一定溫度后，使原子回復(fù)到平衡位置，晶粒內(nèi)殘余應(yīng)力大大減少的現(xiàn)象稱為回復(fù)。2．再結(jié)晶當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，塑性變形后的晶粒及被拉長(zhǎng)了的晶粒會(huì)重新生核，轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S晶粒，并且金屬的鍛造性能得到恢復(fù)，這個(gè)過(guò)程稱為再結(jié)晶。再結(jié)晶是在一定的溫度范圍進(jìn)行的，開(kāi)始產(chǎn)生再結(jié)晶現(xiàn)象的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度。純金屬的再結(jié)晶溫度為：T再≈0.4T熔(K)在常溫下經(jīng)過(guò)塑性變形的金屬，加熱到再結(jié)晶溫度以上，使其發(fā)生再結(jié)晶的處理過(guò)程稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火可以消除冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象，提高金屬的塑性，便于金屬繼續(xù)進(jìn)行鍛壓加工。有些金屬如鉛和錫其再結(jié)晶溫度均低于室溫，約為零度，它們?cè)谑覝叵虏粫?huì)產(chǎn)生冷形變強(qiáng)化現(xiàn)象。3．晶粒長(zhǎng)大產(chǎn)生纖維化組織的金屬，通過(guò)再結(jié)晶，一般都能得到細(xì)小而均勻的等軸晶粒。但是如果加熱溫度過(guò)高或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則晶粒會(huì)明顯長(zhǎng)大，成為粗晶組織，從而使金屬的力學(xué)性能下降，可鍛性惡化。三、冷加工與熱加工的界限冷、熱加工的界限是再結(jié)晶溫度。在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形屬于熱加工；而在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形稱為冷加工。顯然，冷加工與熱加工并不是以具體的加工溫度的高低來(lái)區(qū)分的。四、鍛造流線與鍛造比1．鍛造流線在鍛造時(shí)，金屬的脆性雜質(zhì)被打碎，順著金屬主要伸長(zhǎng)方向呈帶狀分布；塑性雜質(zhì)隨著金屬變形沿主要伸長(zhǎng)方向呈帶狀分布，且在再結(jié)晶過(guò)程中不會(huì)消除，這種熱鍛后的金屬組織具有一定的方向性，通常將這種組織稱為鍛造流線。鍛造流線使金屬的性能呈各向異性。沿著流線方向（縱向）的抗拉強(qiáng)度較高，而垂直于沿著流線方向（橫向）的抗拉強(qiáng)度較低。在設(shè)計(jì)和制造機(jī)械零件時(shí)，必須考慮鍛造流線的合理分布。使鍛造流線與零件的輪廓相符合而不被切斷，是鍛件成形工藝設(shè)計(jì)的一條原則。2．鍛造比鍛造比（Y）是以變形前后的截面比、長(zhǎng)度比或高度比表示。對(duì)沿流線方向有較高力學(xué)性能要求的鍛件（如拉桿），應(yīng)選擇較大的鍛造比；對(duì)垂直于流線方向有較高力學(xué)性能要求的鍛件(如吊鉤)，鍛造比取2～2.5即可。五、影響金屬可鍛性的因素影響金屬可鍛性的因素有：化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、變形溫度、變形速度和應(yīng)力狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，純金屬的可鍛性優(yōu)于合金的可鍛性；合金中合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高，化學(xué)成分愈復(fù)雜，其可鍛性愈差；非合金鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)愈高，其可鍛性愈差。純金屬組織和未飽和的單相固溶體組織具有良好的可鍛性；合金組織中的金屬化合物會(huì)使金屬的可鍛性惡化；細(xì)晶組織的可鍛性優(yōu)于粗晶組織。在一定溫度范圍內(nèi)，隨著變形溫度的升高，再結(jié)晶過(guò)程逐漸進(jìn)行，金屬的變形能力增加，變