第九章 金屬壓力加工基礎

1、12/14/2021 1:44 PM12/14/2021 1:44 PM砂型鑄造的工藝設計砂型鑄造的工藝設計上次可內容的回顧上次可內容的回顧鑄件的結構設計鑄件的結構設計鑄造工藝圖的繪制鑄造工藝圖的繪制分型面的選擇分型面的選擇澆注位置的確定澆注位置的確定工藝參數(shù)的確定工藝參數(shù)的確定 鑄件的外形設計鑄件的外形設計 鑄件的內腔設計鑄件的內腔設計 鑄件壁厚的設計鑄件壁厚的設計鑄件壁的連接鑄件壁的連接12/14/2021 1:44 PM第第3 3篇篇 金屬壓力加工（鍛壓）金屬壓力加工（鍛壓） 主要內容：主要內容：本篇重點：本篇重點：1.1. 了解金屬塑性成型的理論了解金屬塑性成型的理論基礎；基礎；2.2

2、. 掌握掌握金屬的塑性成型方法金屬的塑性成型方法及工藝及工藝；3.3. 掌握掌握薄板沖壓成形工藝，薄板沖壓成形工藝，包括各種成形模具結構、包括各種成形模具結構、基本工序和典形零件的工基本工序和典形零件的工藝制定藝制定。第第9章章 金屬壓力加工基礎金屬壓力加工基礎第第10章章 常用的鍛造方法常用的鍛造方法第第11章章 板料沖壓板料沖壓 第第12章章 特種壓力加工方法簡介特種壓力加工方法簡介作業(yè)：作業(yè)：P142 9.3、9.412/14/2021 1:44 PM金屬塑性成型金屬塑性成型：利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變塑性變形形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的，

3、來獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的原材料原材料、毛坯毛坯或或零件零件的生產(chǎn)方法，也稱為的生產(chǎn)方法，也稱為壓力加工壓力加工。概述概述12/14/2021 1:44 PM鍛壓生產(chǎn)方式鍛壓生產(chǎn)方式自由鍛自由鍛生產(chǎn)大型鍛件的唯一方生產(chǎn)大型鍛件的唯一方法法12/14/2021 1:44 PM模鍛模鍛12/14/2021 1:44 PM板料沖壓板料沖壓12/14/2021 1:44 PM金屬塑性成型的基本生產(chǎn)方法金屬塑性成型的基本生產(chǎn)方法軋制軋制12/14/2021 1:44 PM擠壓擠壓正擠正擠反擠反擠復合擠復合擠12/14/2021 1:44 PM拉拔拉拔采用的是：靜壓（拉）力采用的是：靜壓（拉）力

4、設備噸位要大設備噸位要大12/14/2021 1:44 PM第第9 9章章 塑性成型的理論基礎塑性成型的理論基礎9.1 9.1 金屬塑性變形的實質金屬塑性變形的實質 9.2 9.2 塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響 9.3 9.3 金屬的可鍛性金屬的可鍛性 重點內容：重點內容： 1. 金屬塑性成型的原理；金屬塑性成型的原理； 2. 纖維組織的形成及利用；纖維組織的形成及利用； 3. 金屬可鍛性及其影響因素。金屬可鍛性及其影響因素。主要內容主要內容12/14/2021 1:44 PM9.19.1 塑性變形的實質塑性變形的實質（1 1） 最小阻力定律最小阻力定律 如果金

5、屬顆粒在幾個方向上都可移如果金屬顆粒在幾個方向上都可移動，那么金屬顆粒就沿著動，那么金屬顆粒就沿著阻力最小阻力最小的方向的方向移動，這就叫做移動，這就叫做最小阻力定律最小阻力定律。圓形、方形、矩形截面上各圓形、方形、矩形截面上各質點在鐓粗時的流動方向。質點在鐓粗時的流動方向。12/14/2021 1:44 PM 在壓力加工過程中，常用鍛造比在壓力加工過程中，常用鍛造比(Y鍛鍛)來表示變形度。來表示變形度。鍛造比的計算公式與變形方式有關。鍛造比的計算公式與變形方式有關。 拔長時的鍛造比為拔長時的鍛造比為:Y拔拔F0/F, 鐓粗時的鍛造比為鐓粗時的鍛造比為:Y鐓鐓H0/H. 根據(jù)鍛造比即可得出坯料

6、的尺寸。例如采用拔長鍛根據(jù)鍛造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔長鍛造時，坯料所用的截面造時，坯料所用的截面F坯料坯料的大小應保證滿足技術要求的大小應保證滿足技術要求規(guī)定的鍛造比規(guī)定的鍛造比Y拔拔，即坯料截面積應為：，即坯料截面積應為：F坯料坯料 = Y拔拔F鍛件鍛件(3) (3) 變形程度的計算變形程度的計算（2） 塑性變形前后體積不變的假設塑性變形前后體積不變的假設 變形前物體的體積等于變形后的體積。變形前物體的體積等于變形后的體積。12/14/2021 1:44 PM塑性變形機理塑性變形機理外力作用外力作用彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形金屬塑性變形的實質是：金屬塑性變形的實質是：晶體內部

7、產(chǎn)生滑移的結果晶體內部產(chǎn)生滑移的結果在切應力的作用下，晶體的一部分相對在切應力的作用下，晶體的一部分相對另一部分沿著一定的晶面產(chǎn)生相對滑動，另一部分沿著一定的晶面產(chǎn)生相對滑動，（位錯運動）（位錯運動）造成晶體的塑性變形造成晶體的塑性變形晶粒內部缺陷：位錯對晶粒內部缺陷：位錯對塑性變形影響最為顯著塑性變形影響最為顯著12/14/2021 1:44 PM 1、將鑄錠加熱進行壓力加工后，由于金屬經(jīng)過塑性變形及再、將鑄錠加熱進行壓力加工后，由于金屬經(jīng)過塑性變形及再結晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細化的結晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細化的再結晶組織再結晶組織。9.2 9.2 金屬變形過程中的組

8、織與性能金屬變形過程中的組織與性能2、同時還可以將鑄錠中的氣孔、縮松等壓合在一起，使金、同時還可以將鑄錠中的氣孔、縮松等壓合在一起，使金屬屬組織更加致密組織更加致密，其力學性能會有很大提高。，其力學性能會有很大提高。3、鑄錠在壓力加工中產(chǎn)生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和、鑄錠在壓力加工中產(chǎn)生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉沿晶界分布的雜質形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉長，呈纖維形狀。這種結構叫長，呈纖維形狀。這種結構叫纖維組織纖維組織。目的目的9.2.1 纖維組織變化纖維組織變化12/14/2021 1:44 PM 使纖維分布

9、與零件的輪廓相使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷；符合而不被切斷； 使零件所受的最大拉應力與使零件所受的最大拉應力與纖維方向一致，最大切應力與纖維方向一致，最大切應力與纖維方向垂直。纖維方向垂直。 4、具有纖維組織的金屬，、具有纖維組織的金屬，各個方向上的力學性能不相同各個方向上的力學性能不相同。順纖。順纖維方向的力學性能比橫纖維方向的好。維方向的力學性能比橫纖維方向的好。分析：分析： 采用棒料直接經(jīng)切削加工制造螺釘采用棒料直接經(jīng)切削加工制造螺釘 采用同樣棒料經(jīng)局部鐓粗方法制造螺釘采用同樣棒料經(jīng)局部鐓粗方法制造螺釘纖維組織的利用原則纖維組織的利用原則12/14/2021 1:44 PM9.

10、2.2 金屬的加工硬化與回復、再結晶金屬的加工硬化與回復、再結晶金屬在常溫下經(jīng)過塑性變形后，內部組織將發(fā)生變化：金屬在常溫下經(jīng)過塑性變形后，內部組織將發(fā)生變化：晶粒沿最大變形的方向伸長；晶粒沿最大變形的方向伸長；晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內應力；晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內應力；晶粒間產(chǎn)生碎晶。晶粒間產(chǎn)生碎晶?；貜停夯貜停簻囟雀邷囟雀?原子熱能增加原子熱能增加 原子排列回復到正常狀態(tài)原子排列回復到正常狀態(tài) 消除了晶格扭曲消除了晶格扭曲 加工硬化得到部分消除。加工硬化得到部分消除。 T回回(0.250.3) T熔熔再結晶：再結晶：溫度繼續(xù)升高到該金屬熔點絕對溫度的溫度繼續(xù)升高到該金屬熔點絕對溫度

11、的0.4倍時，以碎倍時，以碎晶或雜質為核心，按變形前的晶格結構結晶成新的晶粒，消除了晶或雜質為核心，按變形前的晶格結構結晶成新的晶粒，消除了全部冷變形強化現(xiàn)象。全部冷變形強化現(xiàn)象。 T再再0.4T熔熔加工硬化：加工硬化：隨變形程度增大，強隨變形程度增大，強度和硬度上升而塑性下降的現(xiàn)象稱度和硬度上升而塑性下降的現(xiàn)象稱為冷變形強化，又稱加工硬化。為冷變形強化，又稱加工硬化。12/14/2021 1:44 PM冷變形冷變形 變形溫度低于回復溫度時，金屬在變形變形溫度低于回復溫度時，金屬在變形過程中只有過程中只有加工硬化加工硬化而無而無回復回復與與再結晶再結晶現(xiàn)象，現(xiàn)象，變形后的金屬只具有加工硬化組織

12、，這種變變形后的金屬只具有加工硬化組織，這種變形稱為形稱為冷變形冷變形。 T回回=（0.250.3）T熔熔熱變形熱變形 變形溫度在再結晶溫度以上時，變形溫度在再結晶溫度以上時，變形變形產(chǎn)生的產(chǎn)生的加工硬化加工硬化被隨即發(fā)生的再結晶所抵被隨即發(fā)生的再結晶所抵消，變形后金屬具有再結晶的等軸晶粒組消，變形后金屬具有再結晶的等軸晶粒組織，而無任何加工硬化痕跡，這種變形稱織，而無任何加工硬化痕跡，這種變形稱為為熱變形熱變形。 T再再=0.4T熔熔9.2.3 9.2.3 冷變形及熱變形冷變形及熱變形如何利用如何利用 ？舉例？舉例12/14/2021 1:44 PM上次可內容的回顧上次可內容的回顧最小阻力定

13、律最小阻力定律體積不變的假設體積不變的假設金屬塑性變形的實質是：金屬塑性變形的實質是： 晶體內部產(chǎn)生滑移的結果晶體內部產(chǎn)生滑移的結果金屬經(jīng)過塑性變形及再結晶，從而改變了粗大的鑄造組織，金屬經(jīng)過塑性變形及再結晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細化的獲得細化的再結晶組織再結晶組織。將鑄錠中的氣孔、縮松等壓合在一起，使金屬將鑄錠中的氣孔、縮松等壓合在一起，使金屬組織更加致組織更加致密密，其力學性能會有很大提高。，其力學性能會有很大提高。金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質形狀都發(fā)生了變形，金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質形狀都發(fā)生了變形，沿著變形方向被拉長，呈纖維形狀。這種結構叫沿著變形方向被拉長，呈纖

14、維形狀。這種結構叫纖維組織纖維組織。目的目的具有纖維組織的金屬，具有纖維組織的金屬，各個方向上的力學性能不相同各個方向上的力學性能不相同。加工硬化：加工硬化：強度和硬度上升而塑性下降的現(xiàn)象稱為加工硬強度和硬度上升而塑性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。化?；貜突貜蜏囟雀?，消除了晶格扭曲溫度高，消除了晶格扭曲 加工硬化得到部分消除。加工硬化得到部分消除。冷變形及熱變形冷變形及熱變形再結晶溫度（上、下）再結晶溫度（上、下）再結晶再結晶溫度到該金屬熔點絕對溫度的溫度到該金屬熔點絕對溫度的0.4倍時，消除了全部冷變倍時，消除了全部冷變形強化現(xiàn)象。形強化現(xiàn)象。 特點特點12/14/2021 1:44 PM鋼絲變形

15、模擬鋼絲變形模擬加工硬化與再結晶加工硬化與再結晶12/14/2021 1:44 PM9.3 9.3 金屬的可鍛性金屬的可鍛性 可鍛性可鍛性常用金屬材料在經(jīng)受壓力加工產(chǎn)常用金屬材料在經(jīng)受壓力加工產(chǎn)生塑性變形的工藝性能來表示。可鍛性的優(yōu)劣是生塑性變形的工藝性能來表示。可鍛性的優(yōu)劣是以金屬的以金屬的塑性塑性和和變形抗力變形抗力來綜合評定的。來綜合評定的。 塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形，而不破壞其完整性的能力。形，而不破壞其完整性的能力。 變形抗力變形抗力是指金屬對變形的抵抗力。是指金屬對變形的抵抗力。金屬的可鍛性取決于金屬的可鍛性取決于材料的性質材料

16、的性質(內因內因)和和加工加工條件條件(外因外因)。12/14/2021 1:44 PM9.3.1 材料性質的影響材料性質的影響( (內因內因) )化學成分的影響化學成分的影響 純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。 鋼中合金元素含量越多，合金成分越復雜，其塑性越鋼中合金元素含量越多，合金成分越復雜，其塑性越差，變形抗力越大。差，變形抗力越大。 例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的。下降的。金屬組織的影響金屬組織的影響 純金屬及固溶體純金屬及固溶體(如奧氏體如奧氏體)的可鍛性好。而碳化物的可鍛性好。而碳化物

17、(如滲碳體如滲碳體)的可鍛性差。的可鍛性差。 鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結構不如晶粒細小而又均鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結構不如晶粒細小而又均勻的組織的可鍛性好勻的組織的可鍛性好12/14/2021 1:44 PM9.3.2 加工條件的影響加工條件的影響( (外因外因) ) 在一定的變形溫度范圍內，隨著溫度升高，原子動在一定的變形溫度范圍內，隨著溫度升高，原子動能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。鍛性。 若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學性能降若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學性能降低，這種現(xiàn)象稱為低，這種現(xiàn)象稱為“過熱過熱”。若加

18、熱溫度更高接近熔點，若加熱溫度更高接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間的結合，使金屬失去塑性，坯料晶界氧化破壞了晶粒間的結合，使金屬失去塑性，坯料報廢，這一現(xiàn)象稱為報廢，這一現(xiàn)象稱為“過燒過燒”。 金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為始鍛溫度始鍛溫度。不能再鍛，否則引起加工硬化甚至開裂，此時停止鍛造不能再鍛，否則引起加工硬化甚至開裂，此時停止鍛造的溫度稱的溫度稱終鍛溫度終鍛溫度。變形溫度的影響變形溫度的影響12/14/2021 1:44 PM9.3.3 變形速度的影響變形速度的影響 一方面由于變形速度的增大，回一方面由于變形速度的增大，回復和再結晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)復和再結晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大，可鍛性變壞。力增大，可鍛性變壞。 另一方面，金屬在變形過程中，另一方面，金屬在變形過程中，消耗于塑性變形的能量有一部分消耗于塑性變形的能量有一部分轉化為熱能，使金屬溫度升高轉化為熱能，使金屬溫度升高(稱為熱效應現(xiàn)象稱為熱效應現(xiàn)象)。變形速度越。變形速度越大，熱效應現(xiàn)象越明顯，使金屬大，熱效應現(xiàn)象越明顯，使金屬的塑性提高、變形抗力下降的塑性提高、變形抗力下降(圖圖中中a點以后點以后)，可鍛性變好。，可鍛性變好。12/14/2021 1:44 PM9.3.4