金屬工藝學(xué)(上冊(cè)第三篇)

第三篇金屬塑性加工金屬壓力加工：又稱金屬塑性加工，是利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來(lái)獲得具有一定形狀、車床和力學(xué)性能的原材毛坯或零件的生產(chǎn)方法。金屬壓力加工的基本(jīběn)生產(chǎn)方式：軋制、拉拔、擠壓、鍛造和鈑金沖壓等。共六十三頁(yè)第三篇金屬塑性加工金屬壓力加工：又稱金屬塑性加工，是利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來(lái)獲得具有(jùyǒu)一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材毛坯或零件的生產(chǎn)方法。金屬壓力加工的基本生產(chǎn)方式：軋制、拉拔、擠壓、鍛造和鈑金沖壓等。共六十三頁(yè)第一章金屬的塑性變形第一節(jié)金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)(shízhì)彈性變形塑性變形共六十三頁(yè)位錯(cuò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)晶內(nèi)變形晶間變形所以，金屬內(nèi)部有應(yīng)力彈性(tánxìng)變形，當(dāng)外力到一定程度塑性變形。外力去除后，彈性變形恢復(fù)，稱“彈復(fù)”。對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大。必須采取工藝措施。共六十三頁(yè)第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響(yǐngxiǎng)常溫下金屬經(jīng)過(guò)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化：1、晶粒沿最大變形的方向伸長(zhǎng)；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。加工硬化：金屬的力學(xué)性能隨其內(nèi)部組織的改變而變化。變形程度增大時(shí)，金屬的強(qiáng)度(qiángdù)及硬度升高，而塑性和韌性下降。

共六十三頁(yè)回復(fù)(3-5b)回復(fù)溫度(wēndù)：再結(jié)晶（3-5c）再結(jié)晶溫度：再結(jié)晶退火共六十三頁(yè)金屬塑性變形分為：冷變形—在再結(jié)晶溫度以下的變形熱變形—在再結(jié)晶溫度以上(yǐshàng)的變形鑄錠經(jīng)壓力加工后的纖維組織共六十三頁(yè)纖維組織方向性對(duì)變形后質(zhì)量的影響縱向(zònɡxiànɡ)（在平行纖維方向上）塑性、韌性提高；橫向（在垂直纖維方向上）塑性、韌性下降。變形程度用鍛造比(y)表示，變形程度越大，纖維組織越明顯。拔長(zhǎng)時(shí)的鍛造比為鐓粗時(shí)的鍛造比為共六十三頁(yè)第三節(jié)金屬的可鍛性金屬的可鍛性金屬的可鍛性的綜合衡量：

金屬塑性----用斷面收縮率，伸長(zhǎng)率表示

金屬的變形抗力抗力小，變形中消耗能量越小金屬的可鍛性取決于金屬本質(zhì)和加工(jiāgōng)條件一、金屬的本質(zhì)1、化學(xué)成分的影響2、金屬組織的影響共六十三頁(yè)二、加工條件1、變形溫度的影響(yǐngxiǎng)提高變形溫度是改善金屬可鍛性的有效措施，并對(duì)生產(chǎn)率、產(chǎn)品質(zhì)量及有效利用影響極大。

鍛造溫度范圍：是指始鍛溫度和終鍛溫度間的溫度區(qū)間例：碳鋼的鍛造溫度范圍，以合金狀態(tài)圖確定溫度范圍始鍛溫度比AE線低200°左右，終鍛溫度800°左右。共六十三頁(yè)2、應(yīng)變速率的影響(yǐngxiǎng)

應(yīng)變速率即應(yīng)變對(duì)時(shí)間的變化率。3、應(yīng)力狀態(tài)的影響

金屬在經(jīng)受不同方法變形時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力性質(zhì)（壓應(yīng)力和拉壓力）和大小不同。（3-10，3-11）共六十三頁(yè)第二章鍛造鍛造:利用沖擊力或壓力(yālì)使金屬在抵鐵之間或鍛模中變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件的工藝方法。第一節(jié)鍛造方法一、自由鍛1、自由鍛工序（1）基本工序鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移和切割等（2）輔助工序指進(jìn)行基本工序前的預(yù)變形工序。如壓鉗口、到棱、壓肩等（3）精整工序共六十三頁(yè)2、鍛件分類(fēnlèi)及基本工序方案共六十三頁(yè)二、模鍛模鍛：是使金屬坯料在沖擊力或壓力作用下，在鍛模模膛內(nèi)變形，從而獲得鍛件的工藝(gōngyì)方法。模鍛按使用的設(shè)備不同分為：1、錘上模鍛：設(shè)備：模鍛錘-----蒸汽-空氣模鍛錘（3-12）

模膛根據(jù)其功用不同，模膛的種類：（1）模鍛模膛：分終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種（2）制坯模膛：分拔長(zhǎng)模膛（圖3-15）、滾壓模膛（圖3-16）、彎曲模膛和切斷模膛（圖3-17）此外還有成形模膛、鐓粗臺(tái)及擊扁面等制坯模膛。共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)

根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度不同(bùtónɡ)，所需變形的模膛數(shù)量不等，可將鍛模設(shè)計(jì)成單膛鍛模和多膛鍛模。共六十三頁(yè)2、曲柄(qūbǐng)壓力機(jī)上模鍛共六十三頁(yè)3、摩擦(mócā)壓力機(jī)上模鍛共六十三頁(yè)4、胎模鍛胎模鍛有三種(sānzhǒnɡ)：扣模、筒模和合模共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)第二節(jié)鍛造(duànzào)工藝規(guī)程的制訂主要內(nèi)容有：一、繪制鍛件圖應(yīng)考慮幾個(gè)內(nèi)容：1、敷料、余量及公差2、分模面選定分模面的原則共六十三頁(yè)3、模鍛斜度(xiédù)4、模鍛圓角半徑5、沖孔連皮共六十三頁(yè)二、坯料重量和尺寸(chǐcun)的確定坯料重量計(jì)算公式：三、鍛造工序（工步）的確定采用自由鍛生產(chǎn)鍛件時(shí)，其工序參閱表3-1.采用模鍛方法生產(chǎn)模鍛件時(shí)，其工步根據(jù)模鍛件的形狀和尺寸確定。共六十三頁(yè)（1）長(zhǎng)軸類模鍛件共六十三頁(yè)（2）短軸類模鍛件四、鍛造工藝規(guī)程中的其它內(nèi)容

采用熱變形進(jìn)行鍛造時(shí)，必須按鍛件材質(zhì)及其合金狀態(tài)圖確定始鍛溫度和終鍛溫度。確定加熱規(guī)范和冷卻規(guī)范，防止熱應(yīng)力引起變形或開(kāi)裂而報(bào)廢。，無(wú)論用哪種鍛造方法，都必須根據(jù)鍛件重量、鍛造方法等因素(yīnsù)，選定相應(yīng)的設(shè)備和確定鍛后的輔助工序。共六十三頁(yè)第三(dìsān)節(jié)鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性

一、自由鍛的結(jié)構(gòu)工藝性共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)二、模鍛件的結(jié)構(gòu)(jiégòu)工藝性共六十三頁(yè)第三章沖壓沖壓：是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法。通常在常溫下進(jìn)行又稱冷沖壓，當(dāng)板料厚度超過(guò)8-10mm,才采用熱沖壓。沖壓的特點(diǎn)：（1）可以沖出形狀復(fù)雜的零件，且廢料較少。（2）產(chǎn)品具有足夠高的精度(jīnɡdù)和較低的表面粗糙度，沖壓件的互換性較好。（3）能獲得重量輕、材料消耗少、強(qiáng)度和剛度都較高的零件。（4）沖壓操作簡(jiǎn)單，工藝過(guò)程便于機(jī)械化和自動(dòng)化，生產(chǎn)率高，成本低。共六十三頁(yè)沖壓設(shè)備：剪床:把板料剪切成一定寬度的條料，供下一道工序用。沖床:用來(lái)實(shí)現(xiàn)(shíxiàn)沖壓工序，以制成所需形狀和尺寸的成品零件。最大噸位40000kN.沖壓生產(chǎn)的基本工序：分離工序和變形工序兩大類。共六十三頁(yè)第一節(jié)分離(fēnlí)工序分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工作。如落料、沖孔、切斷和修整等。一、落料及沖孔（沖裁）

沖裁：利用沖模將板料已封閉的輪廓與坯料分離的一種沖壓方法。

落料：利用沖裁取得一定外形的或坯料的沖壓方法。

沖孔：將材料以封閉的輪廓分離開(kāi)來(lái)，獲得帶孔的制件的一種沖壓方法。共六十三頁(yè)1、沖裁變形過(guò)程可分為三個(gè)過(guò)程：（1）彈性變形階段（2）塑性變形階段（3）斷裂分離階段沖裁件分離面的質(zhì)量主要與凸凹模間隙、刃口鋒利程度有關(guān)，同時(shí)也受模具(mújù)結(jié)構(gòu)、材料性能及板料厚度等因素影響。共六十三頁(yè)2、凸凹模間隙單邊間隙(c)的合理數(shù)值可按下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：式中：----板料厚度，mm;m-----與板料性能及厚度有關(guān)的系數(shù)(xìshù)實(shí)用中，板料較薄時(shí)，低碳鋼、純鐵m=0.06～0.09銅、鋁合金

m=0.06～0.1高碳鋼m=0.08～0.12

>3mm時(shí)，系數(shù)可放大1.5倍共六十三頁(yè)3、凸凹模刃口尺寸(chǐcun)的確定4、沖裁件的排樣二、修整三、切斷共六十三頁(yè)第二節(jié)變形工序

變形工序是使坯料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生(chǎnshēng)位移而不破裂的工序，如拉深、彎曲、翻邊、成形等。1、拉深過(guò)程共六十三頁(yè)2、拉深中的廢品拉深件主要受拉應(yīng)力作用。當(dāng)拉應(yīng)力值超過(guò)材料(cáiliào)強(qiáng)度極限時(shí)，拉深件將被拉穿成廢品。最危險(xiǎn)的部位是直壁與底部的過(guò)渡圓角處。（3-44）拉穿現(xiàn)象與下列因素有關(guān)：（1）凸凹模的圓角半徑對(duì)于鋼的拉深件，取，圓角半徑過(guò)小，容易拉穿。（2）凸凹模的間隙

（3）拉深系數(shù)是拉深件直徑d與坯料直徑D的比值，拉深系數(shù)不小于0.5-0.8.（3-45）多次拉深時(shí)，總拉深系數(shù)等于各次拉深系數(shù)的乘積。（4）潤(rùn)滑（3-46，3-47）共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)3、旋壓共六十三頁(yè)二、彎曲(wānqū)共六十三頁(yè)三、翻邊四、成形(chénɡxínɡ)共六十三頁(yè)第三節(jié)沖模簡(jiǎn)介(jiǎnjiè)一、簡(jiǎn)單沖模共六十三頁(yè)二、連續(xù)(liánxù)沖模共六十三頁(yè)三、復(fù)合(fùhé)沖模共六十三頁(yè)第三節(jié)沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性一、沖壓件的形狀(xíngzhuàn)和尺寸1、對(duì)落料件和沖壓件的要求共六十三頁(yè)共六十三頁(yè)2、對(duì)彎曲(wānqū)件的要求共六十三頁(yè)3、對(duì)拉深件的要求(yāoqiú)共六十三頁(yè)二、簡(jiǎn)化工藝(gōngyì)及節(jié)省材料的設(shè)計(jì)共六十三頁(yè)三、沖壓件的厚度（3-65）四、沖壓件的精度和表面質(zhì)量沖壓工藝一般精度：

落料件不超過(guò)IT10;

沖孔件不超過(guò)IT9;

彎曲件不超過(guò)IT10-IT9;

拉深件高度尺寸精度為IT10-IT8,直徑(zhíjìng)尺寸精度IT10-IT9,經(jīng)整形后的尺寸精度可達(dá)IT67-IT6.沖壓件的表面質(zhì)量盡可能不高于原材料的表面質(zhì)量。共六十三頁(yè)第四章特種塑性(sùxìng)加工方法簡(jiǎn)介第一節(jié)精密模鍛

精密模鍛是在模鍛設(shè)備上鍛造出形狀復(fù)雜、高精度鍛件的鍛造工藝。精密鍛造錐齒輪尺寸精度(jīnɡdù)：IT15-IT12表面粗糙度：共六十三頁(yè)

保證精密模鍛的措施：(1)精確計(jì)算原始坯料的尺寸，否則會(huì)增大鍛件尺寸公差，降低精度。(2)精細(xì)清理坯料表面，除凈坯料表面的氧化皮、脫碳層及其它缺陷等。(3)采用無(wú)氧化或少氧化加熱法，盡量減少坯料表面形成的氧化皮。(4)精鍛模膛的精度必須比鍛件精度高兩級(jí)。精鍛模應(yīng)有導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)(jiégòu)，以保證合模準(zhǔn)確。精鍛模上應(yīng)開(kāi)有排氣小孔，以減小金屬的變形阻力，更好地充滿模膛。(5)模鍛進(jìn)行中要很好地冷卻鍛模和進(jìn)行潤(rùn)滑。精密模鍛一般都在剛度大、運(yùn)動(dòng)精度高的設(shè)備(如曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)、高速錘等)上進(jìn)行，它具精度高、生產(chǎn)率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。共六十三頁(yè)第二節(jié)零件擠壓

擠壓是使坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？锥冃蔚募庸し椒?。

擠壓分類：

1、按金屬流動(dòng)(liúdòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向的不同可分為：

正擠壓、反擠壓、復(fù)合擠壓和徑向擠壓四種。

共六十三頁(yè)2、按坯料的擠壓溫度不同可分為(fēnwéi)：

熱擠壓、冷擠壓和溫?cái)D壓三種共六十三頁(yè)

零件擠壓工藝具有的特點(diǎn)：

(1)擠壓時(shí)金屬坯料處于三向受壓狀態(tài)，可提高金屬坯料的塑性，因而適合于擠壓的材料品種多，如非鐵金屬、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及工業(yè)純鐵等。在一定的變形(biànxíng)量下，某些高碳鋼、軸承鋼，甚至高速鋼等也可進(jìn)行擠壓。(2)可制出形狀復(fù)雜、深孔、薄壁和異型斷面的零件。(3)擠壓零件的精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T6，表面粗糙度值可達(dá)R。3．2～0．4，從而可達(dá)到少、無(wú)屑加工的目的。，(4)擠壓變形后，零件內(nèi)部的纖維組織基本上是沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了零件的力學(xué)性能。

(5)節(jié)省原材料。其材料利用率可達(dá)70％，生產(chǎn)率也較高，比其它鍛造方法提高幾倍。擠壓是在專用擠壓機(jī)(有液壓式、曲軸式、肘桿式等)上進(jìn)行的，也可在適當(dāng)改造后的通用曲柄壓力機(jī)或摩擦壓力機(jī)上進(jìn)行。共六十三頁(yè)第三節(jié)零件軋制

根據(jù)軋輥軸線與坯料軸線方向不同，軋制分：縱軋、橫軋、斜軋、楔橫軋等幾種。一、縱軋縱軋是軋輥軸線與坯料軸線互相垂直的軋制方法。可分型材軋制和輥鍛軋制

輥鍛軋制適用于三種類型的鍛件：

1、扁斷面的長(zhǎng)桿件；2、帶有不變形(biànxíng)頭部、而沿長(zhǎng)度方向橫截面面積遞減的鍛件；3、連桿件共六十三頁(yè)二、橫軋橫軋是軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法(fāngfǎ)。

輾環(huán)軋制齒輪軋制共六十三頁(yè)三、斜軋——又稱螺旋斜軋斜軋是軋輥(zhágǔn)軸線與坯料軸線相交一定角度的軋制方法。如鋼球軋制、周期軋制、冷軋絲桿等共六十三頁(yè)四、楔橫軋楔橫軋是帶有楔形模具的兩（三個(gè)）軋輥