《熱加工工藝基礎(chǔ)》課件

熱加工工藝基礎(chǔ)熱加工工藝是制造業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，涉及金屬材料在高溫狀態(tài)下的塑性變形。通過熱加工，可以改變材料的形狀、尺寸和性能，并賦予其所需的結(jié)構(gòu)和強度。熱加工工藝概述定義熱加工是指在金屬材料的再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性加工工藝。熱加工工藝是通過加熱金屬材料，使其處于塑性狀態(tài)，然后施加外力進(jìn)行成形加工，從而改變材料的形狀和尺寸。特點熱加工工藝可以克服金屬材料在常溫下塑性變形能力低、易斷裂的缺點，實現(xiàn)復(fù)雜形狀的零件加工，提高材料的強度和韌性。應(yīng)用熱加工工藝廣泛應(yīng)用于機械制造、汽車、航空航天、船舶等領(lǐng)域。分類熱加工工藝主要包括鍛造、軋制、擠壓、拉拔、彎曲等。熱加工工藝分類鍛造鍛造是利用鍛錘或壓力機對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件。軋制軋制是利用軋輥對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件。擠壓擠壓是將金屬坯料置于擠壓模具中，通過擠壓機施加壓力，使金屬坯料通過模具孔口擠出，形成所需形狀和尺寸的工件。拉拔拉拔是將金屬坯料通過模具孔口拉伸，使其產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的工件。金屬的結(jié)構(gòu)與性能金屬的結(jié)構(gòu)決定了它的機械性能，例如強度、硬度、塑性和韌性等。金屬的性能在熱加工過程中會發(fā)生變化，影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量。了解金屬結(jié)構(gòu)與性能，有助于選擇合適的熱加工工藝和參數(shù)。金屬晶體結(jié)構(gòu)金屬晶體結(jié)構(gòu)是指金屬原子在空間排列方式。常見的金屬晶體結(jié)構(gòu)包括體心立方結(jié)構(gòu)、面心立方結(jié)構(gòu)和密排六方結(jié)構(gòu)。金屬晶體結(jié)構(gòu)對金屬的物理和化學(xué)性質(zhì)有很大影響，例如熔點、密度、強度和延展性等。金屬的結(jié)構(gòu)缺陷點缺陷點缺陷是金屬晶體中最簡單的缺陷，包括空位和間隙原子。這些缺陷會影響金屬的強度、導(dǎo)電性和擴散率。線缺陷線缺陷也稱為位錯，是指金屬晶格中原子排列的局部錯位，包括刃型位錯和螺旋位錯。它們會影響金屬的塑性變形和強度。面缺陷面缺陷是指金屬晶格中原子排列的二維缺陷，包括晶界、孿晶界和堆垛層錯。它們會影響金屬的強度、延展性和斷裂韌性。體缺陷體缺陷是指金屬晶格中原子排列的三維缺陷，包括空洞、夾雜物和沉淀物。它們會影響金屬的強度、韌性和抗腐蝕性。金屬的熱物理性能熱物理性能是金屬在熱量作用下的物理性質(zhì)。包括熔點、沸點、比熱容、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等。這些性能對金屬的熱加工工藝至關(guān)重要，影響著金屬的加熱、冷卻和變形過程。這些數(shù)值是金屬在不同熱物理性能方面的表現(xiàn)，可以用來比較不同金屬的熱加工性能。金屬的熱機械性能熱機械性能是指金屬材料在熱加工過程中所表現(xiàn)出的力學(xué)性能。熱加工溫度、變形速率和變形程度等因素都會影響金屬的熱機械性能。熱機械性能是熱加工工藝的重要依據(jù)，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率。屈服強度金屬材料發(fā)生塑性變形時的抗力強度金屬材料抵抗斷裂的能力塑性金屬材料發(fā)生塑性變形的能力韌性金屬材料抵抗沖擊和斷裂的能力熱加工工藝特點變形能力強熱加工可實現(xiàn)金屬材料的塑性變形，改變材料形狀，提高其強度和塑性，可加工難以切削加工的金屬材料。溫度影響熱加工溫度對材料的組織結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生重大影響，需要嚴(yán)格控制溫度以獲得理想的加工效果。效率高熱加工工藝可使用大型設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求。材料性能改變熱加工改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改變材料的力學(xué)性能，可實現(xiàn)材料的強化和改善其加工性能。熱加工工藝流程1原材料準(zhǔn)備清潔、切割、預(yù)熱2成形加工鍛造、軋制、擠壓3熱處理退火、淬火、回火4檢驗尺寸、性能、外觀熱加工工藝流程是將原材料通過一系列工序，最終制造成符合要求的產(chǎn)品的完整過程。鍛造工藝原理塑性變形金屬材料在壓力作用下發(fā)生永久變形，其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重新排列，材料的形狀和尺寸發(fā)生改變。加熱通過加熱，降低金屬的屈服強度和提高塑性，從而減小變形抗力和降低鍛造所需的能量。成形鍛造過程中，金屬材料在鍛錘或壓力機的作用下，經(jīng)過多次變形，最終形成所需要的形狀和尺寸。冷卻鍛造完成后，金屬材料需要冷卻，使其恢復(fù)到室溫，以保持其形狀和尺寸穩(wěn)定。鍛造工藝特點11.材料塑性變形鍛造利用金屬在高溫下的塑性變形來改變材料形狀。22.提高金屬強度鍛造過程中，金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)得到改善，強度和韌性得到提高。33.良好尺寸精度鍛造產(chǎn)品尺寸精度較高，可以滿足精密機械零件的加工要求。44.優(yōu)異表面質(zhì)量鍛造表面光潔度高，可以減少后續(xù)加工環(huán)節(jié)，提高生產(chǎn)效率。鍛壓設(shè)備鍛壓機鍛壓機是用于對金屬進(jìn)行鍛壓加工的專用設(shè)備。液壓壓力機液壓壓力機是一種利用液壓系統(tǒng)產(chǎn)生巨大力量的機械。錘頭鍛造機錘頭鍛造機主要用于對金屬進(jìn)行鍛造，以改變金屬的形狀和尺寸。鍛壓加工類型1自由鍛鍛件形狀不規(guī)則，加工精度低。2模鍛鍛件形狀復(fù)雜，加工精度高。3冷鐓生產(chǎn)螺釘、螺母等緊固件。4沖壓生產(chǎn)薄壁零件，如汽車外殼。軋制工藝原理1變形金屬材料在軋輥壓力下發(fā)生塑性變形2擠壓軋輥間隙逐漸減小，金屬材料被擠壓成型3塑性流動金屬材料在軋輥壓力下發(fā)生塑性流動，形成所需的形狀和尺寸軋制工藝是利用軋輥對金屬材料施加壓力，使其發(fā)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的金屬制品。軋制工藝是金屬加工中最常用的工藝之一，其應(yīng)用范圍非常廣泛。軋制工藝特點塑性變形軋制過程中，金屬材料在軋輥的壓力下發(fā)生塑性變形，改變其形狀和尺寸。高效生產(chǎn)軋制工藝可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，成本低。尺寸精度軋制工藝可以控制金屬材料的尺寸精度，滿足不同產(chǎn)品的需求。表面質(zhì)量軋制工藝可以改善金屬材料的表面質(zhì)量，提高其使用性能。軋機及軋制設(shè)備軋機是軋制生產(chǎn)中必不可少的設(shè)備，其種類繁多，根據(jù)軋制產(chǎn)品的形狀、尺寸和生產(chǎn)規(guī)模進(jìn)行選擇。常見的軋機包括：冷軋機、熱軋機、板帶軋機、型材軋機等。除了軋機，還有一些輔助設(shè)備，例如：卷取機、剪切機、矯直機等。軋制加工類型冷軋冷軋加工在室溫下進(jìn)行，可以獲得更高的精度和表面光潔度。冷軋加工主要用于薄板、帶材、箔材等產(chǎn)品。熱軋熱軋加工在高溫下進(jìn)行，可以獲得較高的強度和韌性。熱軋加工主要用于型材、管材、板材等產(chǎn)品。擠壓工藝原理1擠壓過程金屬材料通過模具孔被壓縮，從而獲得特定形狀和尺寸的產(chǎn)品，并提高強度和性能。2材料流動擠壓過程中，金屬材料在模具內(nèi)流動，沿著模具孔方向發(fā)生塑性變形，形成所需形狀。3擠壓壓力擠壓壓力的大小取決于材料的性質(zhì)，產(chǎn)品形狀和尺寸，以及模具的形狀和尺寸等因素。擠壓工藝特點塑性變形金屬在壓力下發(fā)生塑性變形，改變形狀。尺寸精度高擠壓件尺寸精度高，表面光潔度好。材料利用率高擠壓成形過程中，材料利用率高，廢料少。適用范圍廣適用于各種金屬材料，包括有色金屬和黑色金屬。擠壓設(shè)備及加工類型擠壓設(shè)備主要包括擠壓機和模具。擠壓機按驅(qū)動方式可分為液壓擠壓機、機械式擠壓機、螺旋擠壓機等。擠壓加工類型根據(jù)擠壓方向、模具形狀及金屬材料等因素可分為多種。常見的擠壓加工類型包括：正向擠壓反向擠壓等徑擠壓變徑擠壓穿孔擠壓環(huán)形擠壓冷擠壓熱擠壓拉拔工藝原理拉拔力通過拉拔力將金屬材料從模具孔中拉出，從而改變金屬材料的橫截面積和形狀。模具模具孔的形狀決定了拉拔后金屬材料的形狀。摩擦力拉拔過程中，金屬材料與模具之間存在摩擦力，會影響拉拔力的大小。塑性變形拉拔過程中，金屬材料發(fā)生塑性變形，從而實現(xiàn)形狀和尺寸的改變。拉拔工藝特點塑性變形拉拔工藝通過拉伸金屬材料產(chǎn)生塑性變形，改變其形狀。高精度拉拔工藝可以獲得高精度、光滑的表面，適合加工細(xì)長零件。高效率拉拔工藝效率高，可以連續(xù)生產(chǎn)，適合大批量生產(chǎn)。拉拔設(shè)備及加工類型拉拔設(shè)備主要包括拉拔機、模具、牽引裝置等。拉拔機根據(jù)材料性質(zhì)和加工工藝需求，可分為單線拉拔機、多線拉拔機、連續(xù)拉拔機等。拉拔加工類型主要包括圓線拉拔、方線拉拔、異形線拉拔、管材拉拔、鋼絲拉拔等。彎曲工藝原理彎曲工藝是指利用外力使金屬材料發(fā)生塑性變形，從而改變其形狀的加工方法。1外力作用施加力使材料產(chǎn)生塑性變形2彎曲中心材料發(fā)生彎曲的中心點3彎曲半徑彎曲中心到材料表面的距離4彎曲角度材料彎曲的程度彎曲工藝特點改變形狀彎曲工藝通過施加外力，改變工件的形狀，制造出彎曲的零件。精度控制彎曲工藝可以實現(xiàn)對彎曲角度、半徑和形狀的精確控制。生產(chǎn)效率高彎曲工藝流程簡化，速度快，生產(chǎn)效率較高，適合大批量生產(chǎn)。加工靈活彎曲工藝可以加工各種形狀和尺寸的工件，應(yīng)用范圍廣。彎曲設(shè)備及加工類型彎曲加工設(shè)備主要分為機械式和液壓式兩類。機械式彎曲設(shè)備主要用于簡單形狀的彎曲加工，液壓式彎曲設(shè)備則適用于復(fù)雜形狀的彎曲加工。彎曲加工類型主要分為冷彎和熱彎兩種，冷彎加工適合于強度較高的材料，而熱彎加工則適合于強度較低的材料。熱加工工藝選擇材料特性考慮材料的塑性、強度、熔點等特性，選擇合適的熱加工工藝。零件形狀不同形狀的零件需要不同的熱加工工藝，例如彎曲、拉伸、鍛造等。尺寸精度對尺寸精度要求高的零件，應(yīng)選擇精度較高的熱加工工藝。生產(chǎn)批量批量大的零件，可選擇自動化程度高的熱加工工藝。熱加工工藝缺陷及防治1表面缺陷氧化、脫碳、裂紋、表面粗糙度、尺寸誤差等。2內(nèi)部缺陷氣孔、夾雜、疏松、裂紋等。3變形缺陷彎曲、扭曲、尺寸不均勻等。4組織缺陷晶粒粗大、組織不均勻、殘余應(yīng)力等。熱加工工藝發(fā)展趨勢智能化采用人