工程材料及成形工藝基礎(chǔ)-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(shí)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(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生：

氧化、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒、開(kāi)裂缺陷。碳鋼加熱時(shí)的A晶粒長(zhǎng)大：碳鋼的鍛造范圍——始鍛溫度：保證不出現(xiàn)過(guò)熱與過(guò)燒。終鍛溫度：太高停鍛晶粒會(huì)長(zhǎng)大；太低變形抗力又太大。小結(jié)：隨溫度升高，原子動(dòng)能升高，塑性提高，變形抗力減小，會(huì)改善可鍛性。但加熱中會(huì)出現(xiàn)：氧化、脫碳、過(guò)熱和過(guò)燒等。過(guò)熱——加熱溫度過(guò)高，晶粒急劇長(zhǎng)大，力學(xué)性能降低。過(guò)燒——加熱溫度更高接近熔點(diǎn)，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(shí)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(kāi)裂，此時(shí)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(jié)構(gòu)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(jìn)行熱處理的中碳鋼（或合金結(jié)構(gòu)鋼）要采用淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)）。

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(zhuǎn)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(diǎn)：（1）優(yōu)質(zhì)、生產(chǎn)率高；（2）節(jié)能、節(jié)材。

1）冷擠壓：三向受壓應(yīng)力

原理：室溫下進(jìn)行的體積塑性變形；分類：冷擠壓和冷鐓。

節(jié)約原材料；產(chǎn)品強(qiáng)度和精度高、Ra低；勞動(dòng)條件好；生產(chǎn)率高。優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：變形抗力大，要求設(shè)備的能量大、剛度好。應(yīng)用：小型件的成批生產(chǎn)。2）溫?cái)D壓

原理：加熱到比熱鍛溫度低的溫度擠壓。特點(diǎn)：降低冷、熱鍛缺點(diǎn)：

---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(yīng)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(diǎn)及應(yīng)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(jié)晶，并產(chǎn)生少量塑性變形。特點(diǎn)：與鑄造比：無(wú)須澆注系統(tǒng)，節(jié)約金屬；組織比壓鑄件的組織細(xì)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(yīng)用：用于各種材料的形狀復(fù)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(jié)合一起。分類：粉末鍛造----直接加熱后進(jìn)行鍛造；

燒結(jié)鍛造----燒結(jié)后再加熱鍛造。

粉末冷鍛----用粉末成坯，燒結(jié)后進(jìn)行冷鍛。特點(diǎn)：尺寸精度高，表面光潔；其力學(xué)性能、生產(chǎn)效率優(yōu)于粉末冶金產(chǎn)品。應(yīng)用：汽車上火花塞殼、汽車齒輪和連桿。

2.回轉(zhuǎn)成形：（特種軋制）

運(yùn)動(dòng)特征：工件在回轉(zhuǎn)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(diǎn)：

1）工作載荷小，是模鍛幾分之一

2）設(shè)備重量輕、生產(chǎn)率高。

3）產(chǎn)品精度高

4）工作環(huán)境好、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。缺點(diǎn)：

1）通用性差，需專用設(shè)備和模具。

2）設(shè)計(jì)制造復(fù)雜，適于大批量生產(chǎn)。1）輥鍛原理：縱軋

軋輥上有扇形模具。應(yīng)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(zhuǎn)螺旋橫軋（孔型斜軋）三輥橫軋（仿形斜軋）

楔橫軋?jiān)韴D：楔橫軋模具的區(qū)段圖：螺旋孔型斜軋：輾環(huán)：對(duì)環(huán)形零件進(jìn)行輾擴(kuò)，加工環(huán)形零件。

擺輾：擺動(dòng)輾壓簡(jiǎn)稱原理：局部接觸，順次加壓，連續(xù)成形。特點(diǎn)：省力、無(wú)沖擊振動(dòng)、無(wú)噪聲；工件精度高、設(shè)備費(fèi)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(duì)板料沖壓使分離或變形而獲得零件。特點(diǎn)：

（1）可沖形狀較復(fù)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(qiáng)、剛度高；（4）生產(chǎn)率高、且操作簡(jiǎn)單，便于機(jī)械化和自動(dòng)化；（5）沖模復(fù)雜，制造成本高，適合大批量生產(chǎn)。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(shè)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(jī)（1）分離工序

1）沖裁：落料+沖孔

2）沖裁變形過(guò)程

3）凸、凹模的間隙對(duì)斷面質(zhì)量和模具壽命的影響規(guī)律

4）沖裁件的排樣設(shè)計(jì)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(diǎn)：a.彎曲時(shí)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(shù)——翻邊系數(shù)K04）脹形：了解成形過(guò)程種類：按沖床的每次沖程所完成工序的多少分——簡(jiǎn)單沖模：一個(gè)行程只完成一道工序。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易制造，適用于小批量生產(chǎn)。連續(xù)沖模：一次沖程，模具的不同部位完成數(shù)道工序。特點(diǎn)：效率高，易自動(dòng)化，但定位要求高，成本高。復(fù)合沖模：一次沖程，模具的同一部位完成數(shù)道工序。特點(diǎn)：產(chǎn)量高、精度要求高件，但模具復(fù)雜，成本高。2、沖壓模具

小結(jié)：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(duì)于另一部分產(chǎn)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(shè)計(jì)落料模，應(yīng)先按落料件確定凹模的刃口尺寸，以凹模為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件，再根據(jù)間隙Z確定凸模的尺寸。設(shè)計(jì)沖孔模，應(yīng)先按沖孔件確定凸模尺寸，以凸模作設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件，然后根據(jù)間隙Z確定凹模的尺寸。注意：沖裁件的尺寸測(cè)量和使用，都是以光面尺寸為基準(zhǔn)。

落料件的光面：因凹模刃口的擠切而產(chǎn)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?yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較小的尺寸。沖孔凸?；境叽鐟?yīng)取工件尺寸公差范圍內(nèi)的較大尺寸。設(shè)計(jì)落料模應(yīng)以工件最小尺寸公差為基準(zhǔn)，間隙取在凸模上。設(shè)計(jì)沖孔模應(yīng)以工件最大尺寸公差為基準(zhǔn)，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(shí)應(yīng)盡可能使彎曲線與板料的纖維方向垂直?；貜棥捎趶椥宰冃蔚幕謴?fù)，使板料略微彈回一點(diǎn)，彎曲角度會(huì)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(xiǎn)部位是直壁與底部的過(guò)渡圓角處；當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)強(qiáng)度極限時(shí)，此處將被“拉裂”。防止“拉裂”的措施：正確選擇拉深系數(shù)。拉深系數(shù)——拉深件直徑d與坯料直徑D的比值，即m=d/D。拉深系數(shù)應(yīng)不小于0.5～0.8。塑性差時(shí)取上限，塑性好時(shí)取下限值。拉裂注意：若拉深系數(shù)過(guò)小，不能一次拉深成形時(shí)，可采用多次拉深工藝。第一次拉深系數(shù)m1=d1/D