第2章--金属的塑性成形08081-82.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，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、拉拔、挤压、,锻造（自由锻 模锻）、板料冲压,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,拉抜金属坯料被拉过拉拔模的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,弹性变形,塑性变形,等轴晶粒,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,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、熔化、再结晶温度,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。,3.热变形后金属的组织与性能,（1）金属的致密度提高,（2）组织细化，力学性能提高,（3）出现锻造流线，金属性能呈现异向性,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。,变形程度用,锻造比：,Y,拔,=F,0,/F,Y,镦,=H,0,/H,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,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,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,(1)适于多品种、单件、小批生产,(2)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。,生产中常采用的有,镦粗：使坯料高度减小、横截面增大的工序。,拔长：使坯料横截面减小、长度增大的工序。,冲孔：使坯料具有通孔和盲孔的工序。,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、压力机上模锻等。,2.2.2.1 模锻分类,1、开式模锻,2、闭式模锻,3、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,1、制坯模膛,（1）拔长模膛,（2）滚压模膛,（3）弯曲模膛,2、模锻模膛,（1）预锻模膛：作用是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,（2）终锻模膛：作用是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：,1、生产率高。,2、模锻尺寸精确，加工余量小。,3、可以锻造出形状比较复杂的锻件。,4、可以节省金属材料减少切削加工工作量。,、曲柄压力机上模锻,、摩擦压力机上模锻,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有以下特点：,(1)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,(2)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,(3)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：,(1)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,(2)胎模锻造工艺操作灵活，可以局部成 形,(3)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,2.2.4 锻造工艺及结构设计,一.绘制锻件图,1、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。,2、锻件余量 在零件的加工表面上增加 供切削加工用的金属。,3、锻件公差 锻件名义尺寸的允许变动 量。,、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。,二.坯料质量及尺寸计算,尺寸计算公式,G,坯料,=G,锻件,+G,烧损,+G,料头,三、锻造工序的确定,长轴类模锻件,短轴类模锻件,四、锻造工艺规程中的其他内容,锻造温度范围、加热规范、冷却规范、锻造设备,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。,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。,2.3 薄板冲压成型工艺,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,特点：,可冲复杂零件，且废品少,表面质量、互换性好,操作简单、工艺过程便于机械化、自动化，生产率高。,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),冲落部分为成品，周边为废料。,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。,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、拉深过程,拉深系数,2、拉深,中的,废品,凸凹模的圆角半径,凸凹模间隙,拉深系数,润滑,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,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.成型：利用局部变形使坯料或半成品改变 形状的工序。,2.3.2 冲模的分类及结构,一、简单冲模,二、连续冲模,三、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,2、对弯曲件的要求,3、对拉深件的要求,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,