第2章金属的塑性成形.ppt

,*,五邑大学授课课件,第,2,章 金属的塑性成形,塑性变形,:,材料断裂前发生的不可逆的永久,变形。,金属在外力作用下，使其内部产生应力，,当外力增大到使金属的内应力超过该金属,的屈服极限以后，外力停止作用，金属的,变形也并不消失。,【,2.1,金属塑性成形的工艺基础,】,2.1.1,金属塑性成形的工艺种类,金属的压力加工,轧制、拉拔、挤压、,锻造（自由锻 模锻）、板料冲压,利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法。,轧制：金属坯料在两个回转轧辊的空隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。,拉拔：金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加,工方法。,挤压：金属坯料在挤压模内被挤出模孔而变形 的加工方法。,锻造：金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的加工方法。,自由锻 模锻,板料冲压：金属坯料在冲模间受外力作用而产生变形或分离的加工方法,塑性成形优点：,(1),组织细化致密、力学性能提高。,(2),体积不变的材料转移成形，材料利用率高。,(3),生产率高，易机械化、自动化。,(4),制品精度较高。,塑性成形缺点：,(1),不能加工脆性材料,(2),难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体,积特别大的制品,(3),设备、模具投资费用高,2.1.2,金属变形过程中的组织与性能,理想的单晶体,晶体内部产生滑移,【,2.1,金属塑性成形的工艺基础,】,弹性变形,塑性变形,等轴晶粒,塑性变形分为冷变形和热变形,冷变形：在再结晶温度以下的变形。,热变形,:,在再结晶温度以上的变形。,1.,冷变形后金属的组织与性能,(1),晶格沿变形最大的方向伸长，性能趋向各向 异性。,(2),晶粒破碎，位错密度增加，产生冷变形强化。,加工硬化（冷变形硬化、冷作硬化）,金属变形后，强度、硬度提高，而塑性、韧,性下降的现象。,(3),晶粒择优取向，形成变形织构。,(4),残余内应力。,2.,冷变形后金属在加热时组织与性能的变化,回复,回复温度：,T,回,=(,0.250.3)T,熔,消除内应力，又保留高强度和硬度,消除内应力退火,再结晶,再结晶温度,:,T,再,=0.4T,熔,T,回,、,T,熔,、,T,再,分别是绝对温度表示的金属,回复、再结晶温度、熔化,消除加工硬化，恢复良好塑性,3.,热变形后金属的组织与性能,金属的致密度提高,组织细化，力学性能提高,出现,锻造流线,，金属性能呈现异向性,变形程度用锻造比：,Y,拔,=F,0,/F,Y,镦,=H,0,/H,金属在压力加工产生塑性变形时，其晶粒形状和,沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们沿变,形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫作纤维,组织。,应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维,方向重合，最大剪应力方向与纤维方向垂直。,2.1.3,合金的锻造性及影响成形的因素,可锻性,是衡量材料在经受压力加工时获得优质零,件难易程度的工艺性能。,影响因素,一,.,金属的本质,1.,化学成份的影响,2.,金属组织的影响,化学成分,纯金属，良好的锻造性能,;,低碳钢成形比中、高碳钢容易；,碳素钢成形比合金钢容易；,金属组织,纯金属及固溶体容易成形；,碳化物难以成形；,粗晶结构成形和铸态柱状晶组织难以成形。,二、加工条件,1.,变形温度的影响,2.,变形速度的影响,3.,应力状态的影响,4.,坯料表面质量,过高温度使金属氧化、脱碳、过热等，甚至过烧报废,适当,（,4,）坯料表面质量,表面粗糙或有划痕、微裂纹、粗大夹杂等都会产生应力集中，缺陷扩展甚至开裂。,表面预切削,【,2.2,金属塑性成形的工艺方法,】,2.2.1,自由锻,定义,：,利用冲击力或压力使金属在抵铁间中产生,变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件的工艺方,法。,金属在上下砧之间受压（冲击力或静压力）后，在非受力方向自由流动塑性变形，获得锻件。,特点,缺点,适于多品种、单件、小批生产,自由锻是大型锻件的唯一锻造方法，如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、大型重要齿轮等,一、锻造方法,分类：手工锻造和机器锻造,所用设备分类：分为锻锤类、水压机、机械压力,机三类,二、自由锻的基本工序,使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所,需形状和尺寸的工艺过程。,镦粗,拔长,切割,冲孔,弯曲,锻接,错移,镦粗,：使坯料高度减小、横截面增大的工序。用于齿轮 坯、圆盘、凸缘的锻造，以及空心零件冲孔前的准备。,拔长,：使坯料横截面减小、长度增大的工序。用于轴、,杆类锻造。,冲孔,：使坯料具有通孔和盲孔的工序。用于齿轮、套,筒、圆环等空心件的锻造。,弯曲,：使坯料轴线产生一定曲率的工序。,扭转,：使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定,角度的工序。,错移,：使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序。,切割,：分割坯料或去除余量的工序。,锻接,：两件坯料连接成一体的工序。,2.2.2,模膛锻造,定义,:,在高强度金属锻模上，预先制出与锻件形,状一致的模膛，使坯料在模膛内受压成形，从而,获得锻件的工艺方法。,按使用的设备分类：,锤上模锻,胎模锻,压力机上模锻,蒸汽空气模锻锤,2.2.2.1,模锻分类,开式模锻,闭式模锻,多向模锻,2.2.2.2,锤上模锻锻模结构,锻模结构,：,模膛根据其功用不同可分为模锻模膛,和制坯模膛。,制坯模膛,拔长模膛,滚压模膛,弯曲模膛,模锻模膛,预锻模膛,：,使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸,.,圆角和斜度较大,没有飞边槽,形状简单或批量不大时可不用预锻模膛,终锻模膛,：,使坯料变形到所要求的形状和尺寸,形状应和锻件的形状相同,沿模膛四周有飞边槽,具有孔的锻件会留有冲孔连皮,与自由锻比较有如下优点：,生产率高。,模锻尺寸精确，加工余量小。,可以锻造出形状比较复杂的锻件。,可以节省金属材料减少切削加工工作量。,2.2.2.3,胎模锻,在自由锻设备上使用胎膜生产锻件的方法。,胎膜的种类,：,扣模、筒模、合膜,胎模锻与自由锻比较：,胎模锻件的形状和尺寸基本与锻工技术无关，靠模具保证，对工人技术要求不高，操作简便，生产率较高。,胎模锻造的形状准确，尺寸精度较高，因而敷料少，加工余量小。,胎模锻件在胎模内成形，锻件内部组织致密纤维分布更符合性能要求。,胎模与模锻比较有以下特点：,胎模锻造不需采用昂贵设备，并扩大 了自由锻设备的生产范围。,胎模锻造工艺操作灵活，可以局部成形。,胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易，且周期短。,曲柄压力机上模锻,2.2.3,压力机上锻造,摩擦压力机上模锻,平锻上模锻,2.2.4,锻造工艺及结构设计,一,.,绘制锻件图,余块（敷料）：为了简化锻件形状、便于进行锻造而增加的一部分金属。,锻件余量：在零件的加工表面上增加 供切削加工用的金属。,锻件公差：锻件名义尺寸的允许变动量。,自由锻的锻造工艺,二、确定变形工序,三、坯料质量及尺寸计算,质量计算公式,G,坯料,=G,锻件,+G,烧损,+G,料头,密度,X,体积,2%-3%G,锻件,2%-4%G,锻件,坯料尺寸,四、选择锻造设备,五、确定锻造温度,六、填写工艺卡片,分模面：上下锻模在模锻上的分界面。,模锻斜度：模锻件上平行于锤击方向的斜度。,模锻圆角半径：模锻件上所有两平面的交角。,冲孔连皮：模锻时无法冲通那部分金属。,台阶：其直径大于相邻部分的直径的那段轴。,凹档：其直径小于相邻部分的直径的那段轴。,法兰：长度小于直径的,0.5,倍，且其直径大于相邻部分直径的,1.5,倍时的台阶。,模锻的锻造工艺,一、绘制锻件图,分模面,余量和公差,模锻斜度,模锻圆角半径,冲孔连皮,齿轮坯模锻锻件图,二、确定模锻工步,三、后续工序,图,1,图,2,图,3,四、其他,2.2.4.3,锻件的结构设计,1.,锻件上具有锥体或斜面的结构，从工艺角度衡量是不合理的，应,改斜为平。,2.,锻件由数个简单几何体构成时，几何体的交接处不应形成空间曲线，应,改曲为直。,自由锻结构设计原则,3.,锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面，应加厚去筋，,改凸为平。,4.,锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，应化整为零设计成由几个简单件构成的组合体部件，每个简单件锻制成形后再用焊接或机械,连接方式构成整体零件。,模锻结构设计原则,1.,合理的分模面,:,金属易于充满模膛、易于取模、敷料最少、容易制造。,2.,合理的模锻斜度和圆角,:,与分模面垂直的非加工表面均应设计斜度，且无内凹形状。,3.,合理的外型,:,外形力求平直对称，避免截面积差别过大，或具有薄壁、高肋、高台等不良结构。,4.,避免深孔多孔结构,:,直径小于,30mm,或深度大于两倍直径的孔难以锻出，需采用机加工。,5.,锻焊结构,:,减少敷料，简化工艺。,定义：,利用冲模使板料产生分离或变形的加工方,法。,冷冲压,用途：,板料冲压广泛应用于制造金属成品的工业,部门。在汽车、航空、电器、仪表及国防等工业,中占有极重要的地位,【,2.2,薄板冲压成型工艺,】,特点：,可以生产形状复杂的零件或毛坯。,具有较高的精度、较低的表面粗糙度，质量稳定，互换、性能好。,材料消耗少、重量轻、强度高和刚度好的特点。,操作简单生产率高，易于实现机械化和自动化。,冲模精度要求高，结构较复杂，生产周期较长，制造成本较高，故只适用于大批量生产场合。,冲压工序分类,:,分离工序：板料一部分与另一部份分离。,变形工序：坯料产生塑性变形而不破裂。,2.3.1,冲压成形基本工序,2.3.1.1,分离工序,使坯料的一部分与另一部分相分离的工序。,一、落料及冲孔,(,统称冲裁,),落料：从板料上冲出一定外型的零件或坯料。,冲落部分为成品，周边为废料。,冲孔：从板料上冲出孔。冲落部分为废料，周,边为成品。,1,、冲裁变形过程,2,、凸凹模间隙,Z=m,断面质量,模具寿命,卸料力,冲裁力,尺寸精度,3,、凸凹模刃口尺寸的确定,落料时：,最小零件尺寸凹模刃口尺寸,凸模刃口尺寸凹模刃口尺寸,Z,冲孔时：,最大零件尺寸凸模刃口尺寸,凹模刃口尺寸凸模刃口尺寸,Z,4,、冲裁力计算,F=,KL,F:,冲裁力,N,K:,系数,L:,冲裁件周边长度,mm,:,坯料厚度,mm,：材料抗剪强度,MPa,5,、冲裁件的排样,修整：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉存留的剪裂带和毛刺。,三,.,切断：用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。,三,.,精密冲裁,2.3.1.2,变形工序,使坯料的一部分相对于另一部分,产生位移而不破裂的工序。如拉,深、弯曲、翻边等。,一、拉深,:,利用模具使坯料变形成开口空心,零件的工序。,1,、拉深变形,2,、拉深废品及缺陷,拉伸系数,缺陷防止,二、弯曲,坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度,的工序。,1,、弯曲变形,弯曲半径,2,、弯曲回弹,三,.,翻边：在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得,凸缘的工序。,四,.,胀形：利用模具使空心件或管状件由内向,外扩张。（硬橡胶芯或高压液体）,五,.,压肋：拉伸坯料某一局部，可在坯料上获得凸起。,六,.,缩口：利用模具使空心件或管状件的口径缩小。,2.3.2,冲模的分类及结构,简单冲模,连续冲模,复合冲模,2.3.3,冲压形成件的结构工艺性,一、冲压件的形状及尺寸,1,、对落料件和冲孔件的要求,形状力求简单、规则、对称，便于合理排料。,两边交接处用圆弧连接，避免尖角。,避免长槽、细长悬臂结构，孔径孔间距有最小限值。,2,、对弯曲件的要求,弯曲半径不小于最小弯曲半径，过小时应采用减小弯曲区厚度法。,形状尽量对称，弯曲部与边缘及孔的距离有最小限值。,尽可能沿板料纤维方向弯曲，如果为多向弯曲，则应设止裂孔、槽。,3,、对拉深件的要求,形状力求简单；尽量避免高径比过大。,拉伸件圆角半径，底部或者凸缘上的孔边到侧壁的距离有最小值限制。,凸缘尺寸要合理。,二、简化工艺及节省材料的设计,三、冲压件的厚度,2.4,金属塑性成形新技术简介,