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1、金属工艺学,主讲 申良机,第三篇 金属塑性成型,概 述,5模型锻造,一、金属塑性成形（压力加工）,金属材料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形 状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的生产方法。,二、塑性成形的基本生产方式,1轧制,2挤压,3拉拔,4自由锻造,6板料冲压,1）零件大小不受限制；2）生产批量不受限制。,三、塑性成形（压力加工）的特点,1力学性能高,1）组织致密； 2）晶粒细化； 3）压合铸造缺陷； 4）使纤维组织合理分布。,2节约材料,1）力学性能高，承载能力提高； 2）减少零件制造中的金属消耗（与切削加工相比）。,3生产率高,4适用范围广,1 金属的塑性成形原理,各种压力加工方法，
2、都是通过对金属材料施加外力，使之产生塑性变形来实现的。单晶体的塑性变形形式主要有滑移。,第一章 金属塑性成形工艺基础,一、金属塑性变形的实质,1.单晶体的塑性变形,滑移：,晶体的一部分相对一部分沿一定的晶面发生相对滑动。,要实现上述钢性滑移，从理论上计算所需的外力比实际上测得的要大几千倍。 所以实际金属的滑移是靠位错的移动来实现的。,位错运动引起塑性变形的示意图,2. 多晶体的塑性变形,晶内变形,晶间变形,滑移,滑动,转动,多晶体塑性变形的实质：,晶粒内部发生滑移；同时晶粒之间发生滑移和转动。,二、塑性变形后金属的组织和性能,1.冷变形及其影响,1）组织变化的特征：,晶粒沿变形最大方向伸长；,
3、晶格与晶粒均发生畸变；,晶粒间产生碎晶。,2）性能变化的特征：,加工硬化：,随着变形程度的增加，其强度和硬度不断提高，塑性和韧性不断下降。,有利：强化金属材料,不利：进一步的塑性变形带来困难,2. 回复,T回 = （0.250.3）T熔,3. 再结晶,T再 = （0.350.4）T熔,T再,冷变形,热变形,(K),(K),4 . 热变形及其影响,1）不产生加工硬化,2）使组织得到改善，提高了力学性能, 细化晶粒；, 压合了铸造缺陷；,3）形成纤维组织, 组织致密。,5 . 纤维组织,（1）在平行于纤维组织的方向上：材料的抗拉强度提高,（2）在垂直于纤维组织的方向上：材料的抗剪强度提高,2 金属
4、塑性成形工艺基础,一、金属的可锻性,是金属材料在压力加工时成形的难易程度。,1 . 可锻性的衡量指标,1）塑性：,2）变形抗力：,材料的塑性越好，其可锻性越好。,是指压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力，材料的变形抗力越小，其可锻性越好。,2 . 影响可锻性的因素,1）金属的本质,化学成分：Me越低，材料的可锻性越好。,组织状态：纯金属和固溶体具有良好的可锻性。,2）变形条件,变形温度：,应力状态：,变形速度：,T温越高，材料的可锻性越好。,V变越小，材料的可锻性越好。,三向压应力 塑性最好、变形抗力最大。,三向拉应力 塑性最差、变形抗力最大。,三、金属的变形规律,1. 体
5、积不变定律,2. 最小阻力定律,二、锻造温度范围,始锻温度：,终锻温度：,过热、过烧 缺陷,加工硬化,45: 1200800,第二章 金属的塑性成形方法,2-1 自由锻造,一、自由锻设备,锻锤,压力机,空气锤,蒸汽空气锤,水压机,油压机,65750Kg,630Kg5T,落下部分总重量 = 活塞+锤头+锤杆,滑块运动到下始点时所产生的最大压力,锻锤吨位 =,压力机吨位 =,二、自由锻基本工序,基本工序 完成锻件基本变形和成形的工序。,H,完全礅粗,局部礅粗,，S,1.25H0/D02.5,3. 冲孔：,4. 弯曲：,5. 扭转：,6. 错移：,1. 礅粗：,2. 拔长：,，S,L,芯轴拔长,芯轴
6、扩孔,三、自由锻工艺规程的制定,1. 锻件图的绘制,1）余量：在零件加工表面上为切削加工而增加的尺寸。,2）公差,3）敷料：为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。,2. 坯料重量和尺寸的计算,G坯 = G锻+G料头+G芯料+G烧,是锻件名义尺寸的允许变动量（1/31/4）余量,四、自由锻件结构工艺性,1. 避免斜面和锥度,2. 避免曲面相交,3. 避免加强筋和凸台,4. 采用组合工艺,2-2 模型锻造,模型锻造 将金属坯料放在具有一定形状的模锻模膛 内受压、变形，获得锻件的方法。,特点：,1）生产率高；,2）锻件的尺寸精度和表面质量高；,3）材料利用率高；,4）可锻造形状较复杂
7、的零件；,5）模具成本高、设备昂贵；,6）锻件不能任意大。一般不得超过150kg。,一、锤上模锻,（一）锤上模锻设备,蒸汽空气模锻捶,（二）锻模结构,锻模,模膛,飞边槽, 形成锻件基本形状和尺寸的空腔。, 容纳多余的金属。,（三）模膛的分类,模膛,模锻模膛,制坯模膛,终锻模膛,预锻模膛,延伸模膛,滚压模膛,弯曲模膛,切断模膛,（四）锻模工艺规程的制定,1. 绘制锻件图,1）分模面的选择,分模面应选在锻件的最大截面处；,分模面的选择应使模膛浅而对称；,分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；,分模面应最好是平直面。,2)确定加工余量、公差和敷料,加工余量：14mm,公差：0.33mm,3）设计模锻斜
8、度,外壁斜度：57 0,内壁斜度：712 0,4）设计模锻圆角,外圆角：r = 1.512mm,内圆角：R=（23）r,5）确定冲孔连皮,2. 确定模锻工序,1）基本工序,2）修正工序,切边；,冲孔；,校正；,热处理；,清理。,（五）模锻件结构工艺性,1. 易于从锻模中取出锻件；,2. 零件的外形应力求简单、对称、平直；,3. 避免薄壁、高筋、凸起等结构；,4. 避免设计深孔、多孔结构；,5. 采用锻焊组合工艺。,二、胎模锻造,利用自由锻设备在活动模具上生产模锻件的方法。,1. 扣模,2. 筒模,3. 合模,应用：没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产。,3 板料冲压,利用冲模对金属板料施加压力
9、，使其产生分离或变形获 得所需零件的工艺方法。,冷冲压：,t 8 mm,拖拉机：400多个。,三米收割机：1000多个。,一、冲压设备,1. 剪床：,2. 冲床：,下料设备,冲压设备,1）开式冲床,2）闭式冲床,二、冲压基本工序及变形特点,（一）分离工序,使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。,（冲孔、落料、修正、剪切、切边等）,1. 冲裁（落料、冲孔）,1）冲裁的变形过程,弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂、分离阶段,使坯料沿封闭轮廓分离的工序。,2）冲裁模设计及冲裁工艺特点, 凸凹模要具有锋利的刃口, 凸凹模间隙要合理,Z = （5%10%）t,凸凹模刃口尺寸要正确,落料：以凹模为设计基
10、准,D凹 = d落,D凸= D凹 - Z,D凸 = d孔,D凹 = D凸 + Z,冲孔：以凸模为设计基准, 排样要合理,排样：冲裁件在板料上的布置方式。,有接边排样,少无接边排样,2 . 修正,利用修正模沿冲裁件外缘或 内孔刮削一薄层金属，切掉 剪裂带和毛刺。提高其尺寸 精度降低表面粗糙度。,IT9-IT7 Ra = 1.6-0.8 m,（二）变形工序,使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的工序。,（拉深、弯曲、翻边、成形等）,1 . 拉深,使坯料在凸模的作用下压入凹模， 获得空心体零件的冲压工序。,1）拉深变形过程,2）拉深废品, 拉裂（拉穿）, 起皱,3）拉深模设计及工艺特点, 凸凹
11、模的工作部分必须具有一定的圆角；,r凹=10t r凸=（0.6-1）r凹, 凸凹模间隙要合理,Z =（1.1-1.2）t,Z 单边间隙, 控制拉深系数（m）,m = d/D =（0.5-0.8）,D=100,d=20；h=42,d1=55,d2=32,32/55=0.58,d3=20,20/32=0.628, 设置压边圈, 涂润滑油,2. 弯曲,将平直板料弯成一定的 角度或圆弧的工序。,1）弯曲的变形特点, 变形区域主要在圆角部位；, 外层金属受拉应力，内层金属受压应力。,2）弯曲缺陷,弯裂,3）弯曲工艺特点,弯曲半径 rrmin=（0.25-1）t ；, 弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；,
12、“回弹”问题,a）设计补偿角,b）对工件进行退火,c）设计加强筋,3. 翻边、成形,1）翻边,在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。,2）成形,包括：起伏、胀形、压印等,三、冲模的分类及结构,1. 简单冲模,2. 连续冲模,3. 复合冲模,冲床在一次行程中只完成一个冲压工序。,冲床在一次行程中在不同的工位同时只完成两个以上的 冲压工序。,冲床在一次行程中在同一工位同时完成两个以上的冲压 工序。,四、冲压件结构工艺性,1. 冲压方法对结构工艺性的要求,1）对冲裁件的要求, 冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用；, 应避免细长槽和细长臂结构；, 冲裁件的内外转角处，应尽量避免尖角。,冲裁件最小圆角半径, 冲裁件孔的尺寸,2）对弯曲件的要求, 弯曲件的形状应力求简单、对称，并考虑材料纤维方向；, 弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径；, 弯曲高度H2t。, 带孔件的弯曲：,3）对拉深件的要求, 弯曲件的形状应力求简单、对称，并不宜太高；, 拉深件的圆角半径应满足：rdt、R 2t；,2. 改进结构可简化工艺及节省材料,1）采用冲焊结构,2）采用冲口工艺,3）尽量简化冲压件的结构,
