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1、8/25/2020 9:39 AM,第 页,1,第二章 金属的塑性成形,第一节 金属塑性成形的工艺基础,第二节 金属热锻成形工艺,第三节 板料冲压成形工艺,第四节 特种塑性成形技术简介,8/25/2020 9:39 AM,第 页,2,第一节 金属塑性成形的工艺基础,一、金属塑性成形概述,二、金属的塑性成形性能及影响因素,8/25/2020 9:39 AM,第 页,3,利用金属的塑性，用工具对金属材料所进行的加工工艺的总称。目的: 在外力的作用下改变材料的形状和尺寸而不产生切屑，使成为半成品或成品。,一、金属塑性成形概述,1.塑性成形工艺方法及分类,8/25/2020 9:39 AM,第 页,4
2、,二次塑性加工,板料成形,体积成形,冷冲压或板料冲压,锻造,挤压,冲压基本工序有：分离工序和成形工序,热成形、温成形、冷成形,8/25/2020 9:39 AM,第 页,5,用轧辊来轧压金属材料。轧辊上开有一定形状和尺寸的轧槽，材料通过两轧辊之间的轧槽，就形成各种形状和尺寸的横剖面，如各种型式的钢材（圆钢、工字钢、槽钢等）,1）轧制（rolling）,录像1,录像2,示例1,示例2,钢管轧制.swf,8/25/2020 9:39 AM,第 页,6,2）挤压（extruding）,使金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而成形的方法。,正挤压,反挤压,8/25/2020 9:39 AM,第 页,7,3
3、)拉拔（drawing),将较大剖面的金属材料强行拉过拉拔模（它中间有一尺寸较材料稍小的模孔，一端为喇叭口），以获得所要求的剖面形状和尺寸的方法。通常在室温下进行。经过拉拔可得到尺寸精确、表面光洁并具有较好机械性能的线材、型材、管材等。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,8,4)自由锻造（free forging),使金属坯料在锻锤或压力机的上下抵铁（上砧、下砧）间受冲击力或压力而变形的方法。,自由锻造录像,8/25/2020 9:39 AM,第 页,9,5)模锻（die forging),利用装在锻造机器上的锻模，在锤的打击或压力机的压力下，使金属在一定形状和尺寸的模膛内变形的方法
4、。,曲轴锻模,8/25/2020 9:39 AM,第 页,10,6)冲压（pressing),使金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的方法。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,11,1)用压力加工方式制造的产品，具有较高的机械性能,例 抗拉强度（Mpa）屈服强度（Mpa）延伸率（%） ZG45 580 320 12 轧制45 610 360 16 提高百分率 5% 12% 30%,2. 塑性成形工艺的特点：,8/25/2020 9:39 AM,第 页,12,塑性成形工艺特点,（2）材料利用率高； 仅依靠形状变化和体积转移来实现。 （3）生产效率高； 生产自动化、机械化 （4）尺寸精度
5、高。 少、无切削加工，向近净成形发展,8/25/2020 9:39 AM,第 页,13,产品的形状（特别是内腔）不能太复杂。,凡承受重载的机器零件，如机器的主轴、重要齿轮、连杆、炮管和枪管等，通常需采用锻件作毛坯，再经切削加工而制成。,一般用于受力较大的重要零件。,用途：,实例1,实例2,实例3,实例4,实例5,塑性成形工艺不足,8/25/2020 9:39 AM,第 页,14,二、金属的塑性成形性能及影响因素,1.金属的塑性及变形规律 塑性：金属材料在外力作用下，发生永久变形而不开裂的能力。 不同材料塑性不同，而同一材料变形条件不同塑性也不相同。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,
6、15,金属塑性成形的基本规律,（1）最小阻力定律： 即如果物体在变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向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大。 依据该定律： 镦粗矩形截面坯料，最终会成为圆形截面。,图例,8/25/2020 9:39 AM,第 页,16,（2）体积不变规律 由于塑性变形时金属密度变化很小，所以可以认为变形前后的体积相等 实际上在变形中有微小变化。气孔、缩松被压合；氧化及耗损等。 运用此定律，便于估算坯料体积、质量及坯料在各工序中的尺寸；,8/25/2020 9:39 AM,第 页,17,2. 塑性变形对金属组织和性能的影响 （1）变形程
7、度的影响 随着变形程度的增加，可以消除铸态粗大树枝晶组织，获得均匀细小的等轴晶组织； 破碎并分散碳化物和非金属夹杂物的分布； 锻合内部孔隙和缩松 强度和抗疲劳性能得以提高，特别是塑性、韧性提高较大。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,18,变形程度的表示方法,锻造比：拔长时，S前/S后； 镦粗时：H前/H后 相对弯曲半径 拉深系数 翻边系数,8/25/2020 9:39 AM,第 页,19,（2)纤维组织的影响 在塑性变形过程中，晶粒和晶间杂质都沿着变形最大方向伸长；再结晶后，晶粒恢复成等轴晶，而杂质仍然保持线状分布。此即纤维组织。,特点：性能出现方向性 顺纤维方向，强度、塑性、韧性
8、较高； 垂直纤维方向，强度、塑性、韧性较低，但抗剪切能力强。,图例,图例,图例,动画,8/25/2020 9:39 AM,第 页,20,锻造流线的化学稳定性很高，用热处理或其 它方法都不能消除，只能通过重新锻压才能改变 其流线方向和分布状况。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,21,如何纤维组织的利用,轴类：最大拉应力方向与纤维方向一致，最大剪应力方向与纤维组织垂直。 容易疲劳剥损的零件：工作表面避免纤维露头，使纤维的分布与零件的外形轮廓相符合。 受力复杂件：不希望明显的纤维组织，减少各向异性。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,22,1）在冷变形（在再结晶温度以下的变形）
9、条件下：,组织：加工硬化组织（晶粒沿变形最大的方向伸长；晶格歪扭；产生碎晶）,（3）冷变形与热变形的影响,8/25/2020 9:39 AM,第 页,23,性能： 随变形程度增加，强度、硬度提高，塑性、韧性下降。（此现象称为加工硬化）,8/25/2020 9:39 AM,第 页,24,2）在热变形（在再结晶温度以上的变形）条件下：,组织：再结晶组织（均匀、细小的晶粒） 性能：具有较高的综合机械性能。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,25,(1)金属的本质 1） 化学成分 如纯铜和纯铁 2） 组织 如钢中 A与Fe3C,问题： 在室温下受力时，含碳量0.1的钢与含碳量1.0的钢相比，
10、哪个容易产生塑性变形？为什么？,3.影响金属塑性变形的因素,8/25/2020 9:39 AM,第 页,26,(2)加工条件 1） 变形温度 变形温度提高，可锻性提高,原因：温度提高，原子动能提高，有利于滑移变形； 温度提高，有可能改变金属组织，如钢，1000 单一 A 组织；,8/25/2020 9:39 AM,第 页,27,锻造温度范围,始锻温度和终锻温度间的温度范围,始锻温度过高，容易产生氧化、脱碳、过热、过烧等缺陷,过热：晶粒过分粗大,过烧：晶界氧化或熔化,(自由锻造录像),8/25/2020 9:39 AM,第 页,28,碳钢的锻造温度范围： 始： AE线下200； 终： 800,8
11、/25/2020 9:39 AM,第 页,29,2） 变形速度 在一定的变形速度以下，可锻性下降； 当超过某一变形速度时，可锻性提高；,原因：,变形,加工硬化,热能,再结晶,变形速度提高，热能增加，再结晶作用增强,问题： 金属在热变形过程中，是否存在加工硬化现象？,8/25/2020 9:39 AM,第 页,30,3）应力状态 压应力数目多，塑性好，有利于成形，但变形抗力提高。,示例,8/25/2020 9:39 AM,第 页,31,b) 拉拔时，压应力数目少，材料容易拉裂，但需要的动力小与挤压,a) 挤压时，压应力数目多，因此材料不容易破裂，但需要很大的挤压力。,返 回,8/25/2020
12、9:39 AM,第 页,32,（3）其他因素,摩擦条件 摩擦力越大，变形不均匀程度越严重，所引起的附加应力也越大，从而导致变形抗力增加，塑性降低。 采取润滑剂。 模具结构 合理设计模具，如圆角 减小金属成形时的流动阻力，避免割断纤维和出现折叠。,8/25/2020 9:39 AM,第 页,33,综上所述，金属的塑性成形性能取决于 内在因素：化学成分，金属组织 外在因素：加工条件（变形温度、变形速度、 应力状态） 其他因素（摩擦条件、模具结构）,8/25/2020 9:39 AM,第 页,34,The End of This Part,8/25/2020 9:39 AM,第 页,35,返 回,8
13、/25/2020 9:39 AM,第 页,36,返 回,锻造曲轴的纤维组织,8/25/2020 9:39 AM,第 页,37,a) 用圆钢棒料直接切制；,b) 用板料（钢板）直接切制；,c) 用棒料锻造镦粗后切制；,d) 轧制成形后再切削；,返 回,8/25/2020 9:39 AM,第 页,38,纤维组织的形成.swf,The End of This Part,返 回,轧制AVI,返 回,轧制AVI,带钢,返 回,图3-15 不同截面的金属流动情况,a)圆形 b)正方形 c)长方形,返回,图3-16 金属镦粗变形,返 回,各种型钢,齿轮与花键轴,曲轴与连杆,传动轴万向节毛坯,拖钩,吊环,斧头,双头呆扳手,双头梅花扳手,镐头,带柄羊角锤,八角锤,瓦刀,活扳手,铜索钳,航空电缆剪,钢丝钳,锉刀,
