中科大熱能與動力機(jī)械制造工藝課件3-1、2 概述和基礎(chǔ)

§3壓力加工工藝基礎(chǔ)知識壓力加工：是利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法。又常簡稱為鍛壓。壓力加工中作用在金屬坯料上的外力主要有兩種：沖擊力和靜壓力。錘類設(shè)備產(chǎn)生沖擊力，軋機(jī)與壓力機(jī)設(shè)備產(chǎn)生靜壓力。常見壓力加工方法有軋制、拉拔、擠壓、鍛造和板料沖壓等?！?.1概述§3.1概述1.軋制

利用金屬坯料與軋輥接觸表面的摩擦力，金屬在兩個回轉(zhuǎn)軋輥的孔隙中受壓變形使其截面積減小、長度增加的加工方法叫軋制(見圖3-1)。軋制有兩種熱軋和冷軋方法。軋制可獲得各種鋼板、型材和無縫鋼管等產(chǎn)品(見圖3-2)。

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式2.拉拔

金屬在拉力作用下，通過拉拔?？资菇孛婵s小、長度增加的加工方法叫拉拔(見圖3-3)。拉拔分為冷拔和熱拔，在多數(shù)情況下采用冷拔以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和尺寸精度。拉拔?？滓话氵x用硬質(zhì)合金制造，以提高其幾何形狀的準(zhǔn)確性和長久壽命。拉拔產(chǎn)品主要為各種細(xì)線材、薄壁管和各種特殊幾何形狀的型材(見圖3-4)，如電纜。

§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式3.擠壓

金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？锥冃蔚募庸し椒ń袛D壓，擠壓主要分為兩類。金屬坯料流動方向與凸模運(yùn)動方向一致的叫正擠壓(見圖3-5-a))；

金屬坯料流動方向與凸模運(yùn)動方向相反的叫反擠壓(見圖3-5-b))。

反擠壓可以節(jié)省擠壓力。擠壓可以獲得各種復(fù)雜截面的型材或零件(見圖3-6)。§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式4.鍛造

鍛造分為自由鍛和模鍛。它們都是通過金屬體積的轉(zhuǎn)移和分配來獲得毛坯的加工方法。一般都在熱態(tài)下進(jìn)行加工。(1)自由鍛：是金屬坯料在上、下砧鐵間受到壓力產(chǎn)生塑性變形的加工方法(見圖3-7)。

§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式(2)模鍛：是金屬坯料在具有一定形狀的鍛模膛內(nèi)受沖擊力或壓力而變形的加工方法(見圖3-8)。

§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式5.沖壓金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或變形的加工方法叫沖壓。又常叫板料沖壓(見圖3-9)。

§3.1概述

一.壓力加工的基本生產(chǎn)方式①金屬坯料經(jīng)過壓力加工后，可改善組織、提高機(jī)械性能；②不需要切除金屬，材料利用率高，流線分布合理；③產(chǎn)品尺寸精度高、表面光潔、剛度大，可以做到少切削甚至無切削。④除自由鍛外，其他壓力加工容易實現(xiàn)機(jī)械化、自動化，具有較高的生產(chǎn)率；⑤塑性變形量不能太大，工件的形狀不能太復(fù)雜；設(shè)備及模具投資大。

§3.1概述二.壓力加工的特點壓力加工廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、交通運(yùn)輸、礦山、動力裝備及軍工產(chǎn)品。①受力復(fù)雜的承受重載、動載的重要零件，如主軸、曲軸、傳動軸、齒輪、連桿等；②工具、模具上的主要零件，如各種模具中的模塊、導(dǎo)桿、拉桿等；③軍工機(jī)械，如炮筒、槍械及其他零件；④儀器儀表上的零件及日常生活用品大多數(shù)采用沖壓件；⑤標(biāo)準(zhǔn)件，如螺釘、螺母、螺栓、銷子等。

§3.1概述三.壓力加工的應(yīng)用1.可鍛性

可鍛性是指金屬材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)零件的難易程度的一個工藝性能?？慑懶院帽砻鹘饘龠m合于壓力加工成形；可鍛性差表明金屬不宜于選用壓力加工成形?？慑懶猿Ｓ媒饘俚乃苄院妥冃慰沽砗饬?。金屬材料的塑性越好，變形抗力越小，則其可鍛性好，反之則差。金屬的塑性常用金屬的截面收縮率ψ、延伸率δ和沖擊韌性αk等表示，凡是ψ、δ、αk值越大或鐓粗時不產(chǎn)生裂紋的情況下變形程度越大的，其塑性越高。

變形抗力指在變形過程中金屬抵抗工具作用的力，變形抗力越小，則變形中所消耗的能量也越小?！?.2壓力加工基礎(chǔ)一.可鍛性及其影響因素2.影響金屬可鍛性的因素

金屬的可鍛性取決于金屬材料的本質(zhì)(材料的化學(xué)成分和組織)和加工條件(變形溫度、變形速度和應(yīng)力狀態(tài))。①材料的化學(xué)成分

一般純金屬的可鍛性比其合金要好。碳鋼的可鍛性隨著其含碳量的增加而降低。對于合金鋼，隨著合金元素的增加，其塑性降低、變形抗力增高，可鍛性變差。②材料的組織

單相組織材料(如純金屬及固溶體金屬)的可鍛性比多相組織的好.細(xì)晶粒金屬的塑性比粗晶的好,但其變形抗力較大.金屬材料中的柱狀晶、夾渣、偏析、疏松和氣孔等鑄造缺陷使其可鍛性變差.

§3.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素③變形溫度

對于大多數(shù)金屬材料,溫度升高，塑性增加，變形抗力降低,可鍛性提高(圖3-10)。但溫度過高,會產(chǎn)生過熱、過燒、脫碳和嚴(yán)重氧化等缺陷，反而降低可鍛性，甚至使鍛件報廢?！?.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素其原因是：(a)

溫度升高,金屬間的動能增加、原子間結(jié)合力減弱；(b)溫度升高,易產(chǎn)生回復(fù)和再結(jié)晶(圖3-11),消除加工硬化；(c)有些金屬材料,溫度升高到一定值后,其組織由多相變?yōu)閱蜗唷！?.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素鍛造溫度

系指始鍛溫度(開始鍛造的溫度)和終鍛溫度(停止鍛造的溫度)間的溫度范圍.始鍛溫度和終鍛溫度的確定以合金狀態(tài)圖為依據(jù).碳鋼的始鍛溫度和終鍛溫度如圖3-12所示.始鍛溫度比AE線低200℃左右，終鍛溫度約為800℃左右.

§3.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素④變形速度變形速度即單位時間內(nèi)的變形程度，它對可鍛性的影響是矛盾的：a)

由于變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)象，金屬表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大(圖3-13)，可鍛性變壞；§3.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素b)

金屬再變形過程中，消耗于塑性變形的能量有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬溫度升高(稱為熱效應(yīng)現(xiàn)象)。變形速度越大，熱效應(yīng)越明顯，使金屬的塑性提高，變形抗力下降，可鍛性變好。除高速錘鍛造外，一般的壓力加工方法中，熱效應(yīng)不明顯。

§3.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素

金屬在變形過程中,由于加工方法不同，其經(jīng)受的應(yīng)力大小和性質(zhì)(壓應(yīng)力或拉應(yīng)力)是各不相同的(圖3-14和圖3-15)。

⑤變形應(yīng)力狀態(tài)§3.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素實踐證明，三個方向中壓應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越好，但變形抗力增大；拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越差，但變形減小抗力。

綜上所述,影響金屬可鍛性的因素比較復(fù)雜,但只要正確選用金屬材料，合理控制變形溫度、變形速度,充分發(fā)揮金屬的塑性，盡可能降低變形抗力，就可獲得優(yōu)質(zhì)的壓力加工件。

§3.2壓力加工基礎(chǔ)

一.可鍛性及其影響因素1.變形后的性能

金屬的力學(xué)性能隨其內(nèi)部組織的改變而發(fā)生明顯的變化.變形程度增大,金屬的強(qiáng)度及硬度升高，而塑性和韌性下降(稱為加工硬化),見圖3-16.加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向(圖3-11).二.合金變形后的性能與組織§3.2壓力加工基礎(chǔ)2.變形后的組織

金屬在常溫下經(jīng)過塑性變形后,內(nèi)部組織發(fā)生了很大的變化：①晶粒沿變形最大的方向伸長(圖3-17)；②晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；③晶粒間產(chǎn)生碎晶。

§3.2壓力加工基礎(chǔ)二.合金變形后的性能與組織纖維組織：鑄錠在壓力加工過程中產(chǎn)生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)沿變形方向被拉長，呈纖維狀，這種結(jié)構(gòu)叫纖維組織(圖3-17,b)

纖維組織使金屬的性能具有各相異性特征。纖維組織越明顯各相異性就越明顯(在平行纖維方向上塑性和韌性提高；而垂直纖維方向塑性和韌性降低)。纖維組織的明顯程度與金屬的變形程度有關(guān).變形程度越大,纖維組織越明顯.壓力加工過程中,常用鍛造比YD表示變形程度：

YDB=F0/F(拔長時)YDD=H0/H(鐓粗時)鍛造比對鍛件的力學(xué)性能有較大的影響,鍛造鋼錠時鍛造比取2～6；鍛造型鋼時，鍛造比取1.3～1.5.

§3.2壓力加工基礎(chǔ)二.合金變形后的性能與組織纖維組織的穩(wěn)定性纖