金屬加工工藝學(xué) 第三篇

第三章 金屬的塑性成形（壓力加工） 概 述 5 模型鍛造 一 、 金屬塑性成形 金屬材料在 外力 作用下產(chǎn)生 塑性變形 ，獲得具有一定 形 狀、尺寸和力學(xué)性能 的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。 二、金屬塑性成形的基本生產(chǎn)方式 1軋制 2擠壓 3冷拔 4自由鍛造 6 板料沖壓 上砥鐵 下砥鐵 坯料 1）零件大小不受限制； 2）生產(chǎn)批量不受限制。 三、塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn) 1力學(xué)性能高 1）組織致密； 2）晶粒細(xì)化； 3）壓合鑄造缺陷； 4）使纖維組織合理分布。 2節(jié)約材料 1）力學(xué)性能高，承載能力提高； 2）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比）。 3生產(chǎn)率高 4適用范圍廣 1-1 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 第一節(jié) 金屬塑性成形工藝原理 一 、 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì) 1.單晶體的塑性變形 1）滑移： 晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。 但實(shí)際金屬的滑移是靠位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2）孿生： 晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 2. 多晶體的塑性變形 晶內(nèi)變形 晶間變形 滑移 孿生 滑動(dòng) 轉(zhuǎn)動(dòng) 多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)： 晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿生；同時(shí)晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。 二、塑性變形后金屬的組織和性能 1.冷變形及其影響 1）組織變化的特征： 晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)； 晶格與晶粒均發(fā)生畸變； 晶粒間產(chǎn)生碎晶。 2）性能變化的特征： 加工硬化： 隨著變形程度的增加，其 強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。 有利：強(qiáng)化金屬材料 不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來(lái)困難 0 20 40 60 80 %變形程度36032028024020016012080407006005004003002001000220180160140120延伸率%沖擊韌度/J cm-2HB強(qiáng)度極限/MPa強(qiáng)度極 限布氏硬度延 伸率 %沖擊韌度2. 回復(fù) T回 =(0.25 0.3)T熔 3. 再結(jié)晶 T再 =( 0.350.4)T熔 (K) (K) 4 . 熱變形及其影響 1）不產(chǎn)生加工硬化 2）使組織得到改善，提高了力學(xué)性能 細(xì)化晶粒； 壓合了鑄造缺陷； 3）形成纖維組織 組織致密。 T再 冷變形 熱變形 以上 以下 一、 金屬的纖維組織與鍛造比 在熱變形過(guò)程中，材料內(nèi)部的夾雜物及其它非基體物質(zhì)。沿塑性變形方向所形成的流線組織，稱為纖維（流線）組織。 （ 1）在 平行 于纖維組織的方向上：材料的 抗拉強(qiáng)度提高 （ 2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的 抗剪強(qiáng)度提高 1-2 金屬的纖維組織與可鍛性 鍛造比： Y=S坯 /S鍛 Y=H坯 /H鍛 拔長(zhǎng)： 鐓粗： 一般， Y=25 時(shí)，在變形金屬中開(kāi)始形成纖維組織，縱向的強(qiáng)度、塑性和韌性提高；橫向（垂直纖維方向）同類性能下降，力學(xué)性能出現(xiàn)各向異性。 Y5 時(shí)，力學(xué)性能不再提高，各向異性則進(jìn)一步增加。 二、金屬的可鍛性 是金屬材料在塑性變形（壓力加工）時(shí)成形的難易程度。 1 . 可鍛性的衡量指標(biāo) 1）塑性： 2）變形抗力： 材料的 塑性越好 ，其可鍛性越好。 材料的 變形抗力越小 ， 其可鍛性越好。 2 . 影響可鍛性的因素 1）金屬的本質(zhì) 化學(xué)成分： Me越低，材料的可鍛性越好。 組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。 2）變形條件 變形溫度： 應(yīng)力狀態(tài)： 變形速度： v塑性、變形抗力 塑性 變形抗力 cvT溫 越高，材料的可鍛性越好。 V變 越小，材料的可鍛性越好。 三向壓應(yīng)力 塑性最好、變形抗力最大。 三向拉應(yīng)力 塑性最差、變形抗力最大。 四、金屬的變形規(guī)律 1. 體積不變定律 2. 最小阻力定律 三、鍛造溫度范圍 始鍛溫度： 終鍛溫度： 過(guò)熱、過(guò)燒 缺陷 加工硬化 45: 1200 800 第二節(jié) 金屬塑性成形工藝方法 2-1 自由鍛造 一、自由鍛設(shè)備 鍛錘 壓力機(jī) 空氣錘 蒸汽 空氣錘 水壓機(jī) 油壓機(jī) 65750Kg 630Kg5T 落下部分總重量 = 活塞 +錘頭 +錘桿 滑塊運(yùn)動(dòng)到下始點(diǎn)時(shí)所產(chǎn)生的最大壓力 鍛錘噸位 = 壓力機(jī)噸位 = 二、自由鍛基本工序 基本工序 完成鍛件基本變形和成形的工序。 H 完全礅粗 局部礅粗 ， S 1.25H0/D02.5 3. 沖孔： 4. 彎曲： 5. 扭轉(zhuǎn)： 6. 錯(cuò)移： 1. 礅粗： 2. 拔長(zhǎng)： ， S L 芯軸拔長(zhǎng) 芯軸擴(kuò)孔 三、自由鍛工藝規(guī)程的制定 1. 鍛件圖的繪制 1）機(jī)械加工余量 2）公差 3）敷料 2. 坯料重量和尺寸的計(jì)算 G坯 = （ 1+k） G鍛 G坯 = G鍛 +G料頭 +G芯料 +G燒 K 消耗系數(shù) （ 1/31/4）余量 Y=S坯 /S鍛 Y=H坯 /H鍛 拔長(zhǎng)： 鐓粗： 1.25H0/D02.5 m a x鍛坯 YSS 圓截面坯料 ： 坯坯坯 DHDV 45.24 38.0 坯坯 VD 所以： 長(zhǎng)軸類鍛件： m a x鍛坯 DYD 3 . 鍛造工序的選擇 軸、桿類零件：鐓粗、拔長(zhǎng) 盤類、環(huán)類零件：鐓粗（拔長(zhǎng)及鐓粗）、 沖孔（芯軸上擴(kuò)孔） 筒類零件：鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長(zhǎng) 4 . 鍛造溫度范圍及加熱火次的確定 5 . 鍛造設(shè)備的選擇 6 . 確定工時(shí) 7 . 填寫工藝卡 2-2 模型鍛造 模型鍛造 將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛 內(nèi)受壓、變形，獲得鍛件的方法。 特點(diǎn)： 1）生產(chǎn)率高； 2）鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高； 3）材料利用率高； 4）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件； 5）模具成本高、設(shè)備昂貴； 6）鍛件不能任意大。 一般不得超過(guò) 150kg。 一、錘上模鍛 （一）錘上模鍛設(shè)備 蒸汽 空氣模鍛捶 應(yīng)用：形狀較復(fù)雜的中小型鍛件的成批、大量生產(chǎn)。 （二）鍛模結(jié)構(gòu) 鍛模 模膛 飛邊槽 橋部 倉(cāng)部 形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。 容納多余的金屬。 增加金屬流動(dòng)的阻力，促使金屬充滿模膛。 （三）模膛的分類 模膛 模鍛模膛 制坯模膛 終鍛模膛 預(yù)鍛模膛 拔長(zhǎng)模膛 滾壓模膛 彎曲模膛 切斷模膛 （四）鍛模工藝規(guī)程的制定 1. 繪制鍛件圖 1）分模面的選擇 分模面應(yīng)選在鍛件的 最大截面處 ； 分模面的選擇應(yīng)使模膛 淺而對(duì)稱 ； 分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所 加敷料最少 ； 分模面應(yīng)最好是 平直面 。 a accd dbb2)確定加工余量、公差和敷料 加工余量： 14mm 公差： 0.33mm 3）設(shè)計(jì)模鍛斜度 外壁斜度： 57 0 內(nèi)壁斜度： 712 0 4）設(shè)計(jì)模鍛圓角 外圓角： r = 1.512mm 內(nèi)圓角： R=（ 23） r 5）確定沖孔連皮 2. 確定模鍛工序 1）基本工序 圓盤類零件：鐓粗 預(yù)鍛 終鍛 長(zhǎng)桿類零件：制坯 預(yù)鍛 終鍛 2）修正工序 切邊； 沖孔； 校正； 熱處理； 清理。 汽車凸輪軸 工序：拔長(zhǎng)、滾擠、預(yù)鍛、終鍛、切邊。 二、胎模鍛造 利用自由鍛設(shè)備在活動(dòng)模具上生產(chǎn)模鍛件的方法。 1. 扣模 2. 筒模 3. 合模 應(yīng)用：沒(méi)有模鍛設(shè)備的中、小型鍛件的批量生產(chǎn)。 2-3 板料沖壓 利用沖模對(duì)金屬板料施加壓