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1、 2004 金工教研室,机械制造基础,机械制造基础,金工教研室 制造科学与工程学院,第三讲 金属塑性变形与锻造工艺方法, 2004 金工教研室,机械制造基础,第三讲 金属塑性变形与锻造工艺方法,压力加工塑性变形冷/热 基本生产方式 轧制、拉拔、挤压 锻造、板料冲压 制作 原材料 金属型材、板材 管材、线材 零件 主轴、齿轮、枪炮管 汽车覆盖件 日用五金, 2004 金工教研室,机械制造基础,本讲内容,一、金属塑性变形 二、锻造方法：自由锻 三、锻造方法：模锻 四、锻造工艺问题 五、锻造结构工艺性 六、板料冲压 七、特种压力加工方法, 2004 金工教研室,机械制造基础,一、金属塑性变形,单晶体
2、滑移变形纯理论设想,未变形,弹性变形,弹塑性变形,塑性变形, 2004 金工教研室,机械制造基础,1、位错运动,晶体内部存在大量 “ 缺陷 ” “位错”为主：使变形抗力增大千倍,未变形,位错运动,塑性变形, 2004 金工教研室,机械制造基础,2、多晶体塑性变形,低温下变形过大会引起金属破坏,a),b),多晶体的塑性变形 a) 变形前 b) 变形后, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、常温下塑性变形：组织与性能,内部组织 晶粒沿最大变形方向伸长 晶格与晶粒扭曲，产生内应力 晶粒间产生碎晶 性能 冷变形强化：阻碍进一步变形 变形增大=强度硬度提高，塑性韧性降低 碎晶、晶格扭曲阻碍变形, 2
3、004 金工教研室,机械制造基础,4、塑性变形与性能的关系,强度硬度提高塑性韧性降低,常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响, 2004 金工教研室,机械制造基础,5、冷变形强化与回复,不稳定=自发回复稳定状态（温度）, 2004 金工教研室,机械制造基础,回复与再结晶温度,回复温度 T回（0.250.3）T熔 产生回复，部分消除冷作硬化现象 0.4T熔时，碎晶位核再结晶 T再0.4T熔 加工硬化会被回复和再结晶完全消除, 2004 金工教研室,机械制造基础,冷变形、热变形与温变形,1.冷变形 金属在回复温度以下进行的塑性变形称为冷变形。变形过程中会出现加工硬化。 2.热变形 在再结晶温度以上进
4、行的塑性变形称为热变形。金属在热变形过程中既有加工硬化又有再结晶，但加工硬化会被回复和再结晶完全消除 3.温变形 即金属在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的塑性成形过程，温变形过程中有加工硬化及回复现象，但无再结晶，硬化只得到部分消除。 再结晶退火：冷变形后进行, 2004 金工教研室,机械制造基础,两种金属的变形,铅（熔点327 ）：0 时的变形 T再0.4T熔0.4（327273）K240K 0 273K：热变形 钨（熔点3380 ） ：1100 时的变形 T再0.4T熔 0.4（3380273）K1461K T回（0.250.3）T熔913K1096K 1100 1373K：温变形
5、 注意：冷变形不是“室温”下的变形, 2004 金工教研室,机械制造基础,6、金属纤维组织,锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为金属纤维，也称锻造流线、流纹 铸锭缺陷=纤维组织=性能方向性=竹竿 纵向塑性韧性提高，横向降低, 2004 金工教研室,机械制造基础,6、金属纤维组织,纵向塑性韧性提高，横向降低 纵向抗拉、横向抗剪 不能用热处理消除, 2004 金工教研室,机械制造基础,7、金属可锻性,压力加工获得优良制品的工艺性能 塑性好、变形抗力小=工艺性好 取决于 金
6、属的本质：碳化物都不好 化学成分：纯金属、含碳量小好 内部组织：纯金属、固溶体、晶粒细好 加工条件 变形温度、变形速度、应力状态, 2004 金工教研室,机械制造基础,8、变形温度,高温=塑性好、易变形=太高=过热、过烧 始锻：AE线以下200 终锻：800, 2004 金工教研室,机械制造基础,9、变形速度,单位时间内的变形程度 对可锻性的影响？ 速度快=强化难以及时消除=可锻性差？ 速度快=热能=提高塑性=可锻性好？ 高速锤才明显变好, 2004 金工教研室,机械制造基础,10、应力状态,三向应力=塑性好 两向应力=塑性差 拉应力不好, 2004 金工教研室,机械制造基础,讨论：“趁热打铁
7、”,铁：能打吗？ （锻造） 工业上 “铁” 即是 “铸铁” 可锻性极差，绝对不能 “ 打 ” 趁热： 锻造温度是有严格限制的, 2004 金工教研室,机械制造基础,二、锻造方法：自由锻,自由：坯料沿各个方向自由变形流动 适应性极强 大型、特大型锻件唯一成形方法 设备 上下各一个抵铁 锤锻（中小型锻件）：锻锤冲击力 液（水）压机（大型锻件）：液压力, 2004 金工教研室,机械制造基础,1、锻造的基本规律,（1）最小阻力定律 金属受外力作用发生塑性变形时，如果某质点有向各种方向移动的可能性时，则质点将沿着阻力最小的方向移动，故宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大，这就叫做最小阻力定律。,（i）圆
8、形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向 （ii）矩形截面镦粗后的截面形状。, 2004 金工教研室,机械制造基础,1、锻造的基本规律,（2）体积不变条件 由于塑性变形时金属密度的变化很小，物体主要发生形状的改变，虽然体积也有微量的变化，但与塑性变形相比是很小的，可以忽略不计，可认为变形前后的体积相等，这就是塑性变形时的体积不变条件。, 2004 金工教研室,机械制造基础,1、锻造的基本规律,（3） 锻造比 在塑性成形时，常用锻造比(Y)来表示变形程度。锻造比的计算公式与变形方式有关，通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示： 拔长时的锻造比：Y拔=F0F 镦粗时的锻造比：Y镦=H0H
9、 式中 F0、F-毛坯变形前后的截面积； H0、H-毛坯变形前后的高度。, 2004 金工教研室,机械制造基础,2、自由锻基本设备：空气锤, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研
10、室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔
11、长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004
12、 金工教研室,机械制造基础,3、自由锻工序基本工序,镦粗 拔长 冲孔 弯曲 扩孔 错移 切割 扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,4、锻造工艺：盘类锻件,拔长镦粗冲孔, 2004 金工教研室,机械制造基础,4、锻造工艺：轴类锻件,镦粗拔长切肩锻台阶, 2004 金工教研室,机械制造基础,4、锻造工艺：筒类锻件,镦粗拔长冲孔在芯轴上拔长, 2004 金工教研室,机械制造基础,4、锻造工艺：环类锻件,镦粗拔长冲孔在芯轴上扩孔, 2004 金工教研室,机械制造基础,4、锻造工艺：曲轴类锻件,镦粗拔长错移锻台阶扭转, 2004 金工教研室,机械制造基础,4、锻造工艺：弯曲类锻件,拔长弯曲, 2
13、004 金工教研室,机械制造基础,三、锻造方法：模锻,在锻模模膛内变形 变形流动受限 锻件尺寸精确、结构可较复杂、生产率高 按设备分类 锤上模锻 曲柄压力机上模锻 摩擦压力机上模锻 胎模锻, 2004 金工教研室,机械制造基础,1、锤上模锻, 2004 金工教研室,机械制造基础,（1）锻模, 2004 金工教研室,机械制造基础,（1）锻模,1锤头 2上模 3飞边槽 4下模 5模垫 6/7/10楔铁 8分模面 9模膛, 2004 金工教研室,机械制造基础,（2）锤上模锻过程, 2004 金工教研室,机械制造基础,（3）模锻模膛,模锻模膛分为预锻模膛和终锻模膛两种。,预锻模膛：,目的是使坯料变形到
14、接近于锻件的形状和尺寸，以便在终锻成形时金属充型更加容易，同时减少终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。,终锻模膛：,可使坯料变形到热锻件所要求的形状和尺寸。待冷却收缩后即达到冷锻件的形状和尺寸。终锻模膛的分模面上有一圈飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。模锻件的飞边须在模锻后切除。, 2004 金工教研室,机械制造基础,（4）模锻件, 2004 金工教研室,机械制造基础,（5）实例：制坯模膛拔长, 2004 金工教研室,机械制造基础,（5）实例：制坯模膛滚压, 2004 金工教研室,机械制造基础,（5）实例：制坯模膛 弯曲和切断, 2004 金工教研室
15、,机械制造基础,（5）实例：弯曲连杆的锻造过程, 2004 金工教研室,机械制造基础,2、曲柄压力机, 2004 金工教研室,机械制造基础,曲柄压力机用的锻模, 2004 金工教研室,机械制造基础,3、摩擦压力机, 2004 金工教研室,机械制造基础,摩擦压力机, 2004 金工教研室,机械制造基础, 2004 金工教研室,机械制造基础,（1）扣模, 2004 金工教研室,机械制造基础,（2）筒模, 2004 金工教研室,机械制造基础,（3）合模, 2004 金工教研室,机械制造基础,三种胎模锻模具彩图, 2004 金工教研室,机械制造基础,四、锻造工艺问题,1、自由锻件的工艺方案制订 （1）
16、余量、公差、敷料 加工余量：自由锻件表面留有供机械加工用的金属层，称为加工余量。 锻造公差：在实际生产中，由于各种因素的影响，锻件的实际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸，允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。 敷料（余块）：为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件的某些地方添加一部分大于余量的金属，这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余块。, 2004 金工教研室,机械制造基础,敷料、余量、公差, 2004 金工教研室,机械制造基础,四、锻造工艺问题,1、自由锻件的工艺方案制订 （2）确定锻造成形工艺方案 （3）计算毛坯重量和尺寸 (a)计算毛坯重量 毛坯重量为锻件重量与锻造时各种金属损耗的重量之和。计算公式如下： G坯=G锻+G损=G锻+
