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1、上次课内容的回顾砂型铸造工艺对铸件结构的要求铸件的外形设计铸件的内腔设计原则：外形设计应便于起模简化造型工艺1.铸件的外形应力求简化，造型时便于起模2.铸件的外形应尽可能使铸件的分型面数目最少。3.在铸件上设计结构斜度合金铸造性能对铸件结构工艺性的要求壁厚的设计铸件壁与壁连接的设计铸件的结构圆角；避免铸件壁的锐角连接；厚壁与薄壁间的连接要逐步过渡；合理设计铸件壁厚1.对于较长易挠曲的梁形铸件，应将其截面设计成对称截面。2.铸件上易产生变形或裂纹的部位，设计加强筋结构，防止变形。其它第三章压力加工主要内容：3.1金属的塑性变形3.2自由锻3.3模锻3.4板料冲压3.5近净成形压力加工3.6快速模
2、具制造技术本章重点：1.了解金属塑性成型的理论基础2.掌握金属的塑性成型方法及工艺3.掌握薄板冲压成形工艺，包括各种成形模具结构、基本工序和典型零件的工艺制定。概述金属塑性成型：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，也称为压力加工。常见的塑性成形方法：锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。轧板轧棒挤压挤压产品拉拔拉拔产品锻造特点：改善金属组织，提高力学性能材料的利用率高较高的生产率毛坯或零件的精度高压力加工所用的金属材料应具有良好的塑性不适合成形复杂的零件金属塑性变形的规律（1）塑性变形前后体积不变的假设变形前物体的体积等于变形变形后
3、的体积（2）最小阻力定律如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动，这就叫做最小阻力定律。圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向。3.1金属的塑性变形金属的塑性变形是进行金属压力加工的理论依据。3.1.1金属塑性变形机理外力作用弹性变形塑性变性金属塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果a)未变形d)塑性变形单晶体滑移变形示意图b)弹性变形c)弹塑性变形一.单晶体的塑性变形方式：单晶体塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果滑移：在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动。位错引起滑移变形示意图d)塑性变形c)弹塑性变形b)弹性变形
4、a)未变形二.多晶体的塑性变形多晶体塑性变形的特征:扭转+滑移多晶体塑性变形示意图1.晶界对塑性变形的影响变形主要在晶内进行而在晶界受阻。2.晶粒位向对塑性变形的影响多晶体不同位向的晶粒按不同的先后顺序变形多晶粒变形的大小也不相同。多晶体的塑性变形中，除晶粒内部的滑移和转动外，晶粒之间也产生滑移和转动，即晶间变形。3.多晶体塑性变形的特点：1）变形的不均匀多晶体的各晶粒间有不同的位向并受晶界的牵制，先后不一，变形大小不同，这种变形的不均匀性导致晶粒内和晶粒单产生内应力。2）变形抗力比单晶体大由于各晶粒位向不同，晶界对变形的牵制，多晶体的塑性变形阻力较大。3）纤维组织和各向异性多晶体塑性变形后，
5、晶粒沿变形方向拉长并向外力方向转动，当变形程度很大（75%），多晶体晶粒将显著地沿同一方向拉长，形成纤维组织。此时，金属的性能出现各向异性。3.1.2塑性变形对组织和性能的影响金属在常温下经塑性变形，内部组织和性能将发生一系列重大变化：晶粒沿变形方向伸长，性能趋向各向异性；晶粒破碎，位错密度增加，产生加工硬化；产生内应力。产生纤维组织形成纤维状组织：晶粒沿变形方向拉长或成纤维状。纤维组织的出现是金属材料由原来的各向同性变形成各向异性。沿着纤维方向的强度大于垂直纤维方向。纯铁在塑性变形后的组织变化a)正火态b)变形40%c)变形80%金属发生冷塑性变形时，随变形程度增加，强度、硬度上升，塑性、韧
6、性下降的现象称为加工硬化，又称冷变形强化。产生原因：随变形量位错密度位错在运动中相遇、缠结位错运动阻力变形抗力强度、硬度。加工硬化作用：a.难以继续变形，需退火软化b.强化手段之一。（如形变铝合金）c.抵抗局部过载d.许多冷成型加工的保证。（如冷拉、冷轧）产生内应力定义：外力去处后，残留且平衡于金属内部的应力。产生原因：各部分及各晶粒之间变形不均匀和晶格畸变所产生的。另外，内应力的存在还会降低材料的抗腐蚀性等，即应力腐蚀。主要表面在处于应力状态的金属腐蚀速度快。变形的钢丝易生锈就是此理内应力分为三类：第一类指由于金属表面与心部变形量不同而形成的平衡于表面与心部之间的宏观内应力（通常0.1%）第
7、二类指晶粒之间或晶内不同区域的变形不均匀而形成的微观内应力（12%之间）；第三类指由晶格缺陷引起的晶格畸变内应力。第一类、二类内应力虽然占的比例不大，但是在一般情况下都会降低材料的性能，而且还会因应力松驰或重新分布而引起材料的变形。3.1.3回复、再结晶将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。特点：使晶格畸变减轻或消除，但晶粒的大小和形状并无改变。消除了晶格扭曲及大部分内应力。力学性能变化不大，强度、硬度稍有降低；塑性略有提高；内应力大大降低。回复处理:低温退火或去应力退火。T回=(0.250.3)T熔（K）二、再结结晶（不是相变变）塑性变
8、形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象，称为再结晶。再结晶温度一般为0.4T熔(K)以上（T回=0.4T熔）特点：再结晶通过形核、长大的方式进行，得到细小均匀等轴晶粒。完全消除了残余应力和加工硬化现象，塑性提高。再结晶退火。晶粒长大：如温度继续升高或保温时间延长，晶粒会长大，使塑性、韧性明显下降。金属回复与再结晶过程组织(a)塑性变形后的组织(b)回复后的组织(C)再结晶组织形变强化金属的回复和再结晶示意图3.1.4金属的热加工由于金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，因此在塑性加工中有冷变形与热变形之分。冷变形：再结晶温度以下的变形。其特征是存在加工硬化现象，可使金属
9、获得较高的硬度和精度，提高产品性能，但变形程度不宜过大。热变形：再结晶温度以上的变形。其特征是加工硬化和再结晶过程同时存在，没有加工硬化痕迹。能以较小的功完成较大的变形，同时获得力学性能较高的再结晶组织。再结晶温度T再=0.4T熔纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关，变形程度越大，纤维组织越明显。工程常用锻造比Y表示变形程度。拔长锻造比：镦粗锻造比：纤维组织的形成使金属在性能上具有方向性。纤维组织的稳定性很高，纤维组织不能热处理消除，只能通过锻压改变其形状和方向。如图a所示的曲轴，纤维组织分布合理。而如图b所示是用切削加工出拐颈，纤维组织被切断，使用时容易沿轴肩断裂。曲轴中的纤维组织分布a)
10、锻造的拐颈b)切削的拐颈3.1.5金属的可锻性可锻性常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。变形抗力是指金属对变形的抵抗力。金属的可锻性取决于材料的性质(内因)和加工条件(外因)。1.材料性质的影响(内因)化学成分的影响纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。金属组织的影响纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。而碳化物(如渗碳体)的可锻性差。铸态柱状组织和
11、粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好2.加工条件的影响(外因)1）变形温度的影响在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。碳素结构钢，加热温度超过A3线，组织为单一A，适宜塑性加工锻造温度范围的确定：始锻温度：固相线以下200左右终锻温度：A1线以上800
12、750之间2）变形速度的影响一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降(图中a点以后)，可锻性变好。3）应力状态的影响挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。1.纤维组织是怎样形成的它对金属的力学性能有何影响2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能
13、有何不同思考题上次课内容的回顾塑性变形理论及假设塑性变形机理：晶体内部产生滑移的结果，（位错运动）造成晶体的塑性变形金属变形过程中的组织与性能获得细化的再结晶组织；气孔、缩松等被压合；形成纤维组织；特点：各个方向上的力学性能不相同冷变形及热变形冷变形：只有加工硬化而无回复与再结晶现象热变形：变形温度在再结晶温度以上，无任何加工硬化影响塑性变形的因数塑性和变形抗力内因：化学成分的影响；金属组织的影响外因：变形温度的影响；变形速度的影响；应力状态的影响锻造3.2自由锻3.3模锻重点内容：1.初步掌握自由锻和模锻的基本工序、特点及应用。2.能够根据自由锻和模锻设备、工具及工艺特点，合理地设计自由锻和
14、模锻件结构。定义:只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的锻件，这种方法称为自由锻。锻造坯料准备1锻造用坯料：镦粗时，为避免锻弯，坯料的高径（H0D0）不得超过2.5，为了下料方便，坯料高径比还应该大于1.25。2坯料的加热:(1)加热目的:坯料加热的目的是提高金属的塑性，降低变形力，以改善金属的锻造性能，使之易于流动成形并获得良好的锻后组织。（2）锻造温度:金属坯料是在一定的温度范围内进行锻造的。3.2自由锻自由锻的特点（1）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余可自由流动；（2）所用设备及工具简单，适应性强，锻件重量不受限制；（3）由人工控制锻件的形状和尺寸
15、，锻件的精度低，生产率低；（4）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯一锻造方法。自由锻的方法（1）手工锻造（2）机器锻造a）锻锤自由锻利用冲击力使坯料产生塑性变形常用设备有：空气锤，锻件重量范围是50-1000公斤；蒸汽-空气锤，锻件重量范围是20-1500公斤。b）液压机自由锻利用静压力使坯料变形常用设备是水压机（能加工300t质量的锻件，是重型机械厂锻造生产的主要设备）。空气锤双柱拱式蒸汽-空气锤水压机自由锻的工序工序基本工序，辅助工序和修整工序基本工序：用来改变坯料的形状和尺寸的主要工序，主要包括：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割。1.镦粗：使坯料高度减小，横断面积增大的锻造工序
16、称为镦粗。a)平砧间镦粗b)局部锻粗2.拔长：使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序称为拔长。3.冲孔：在坯料上冲出通孔或盲孔的锻造工序称为冲孔。1）双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2334深度时，取出冲头，翻转坯料，再用冲头从反面对准位置，冲出孔来。2）单面冲孔法。厚度小的坯料可采用单面冲孔法。冲孔时，坯料置于垫环上，一略带锥度的冲头大端对准冲孔位置，用锤击方法打入坯料，直至孔穿透为止。单面冲孔4.弯曲：采用一定的工模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，称为弯曲。5.切割是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序6.扭转是将毛料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法。7.错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但
