大學(xué)物理第二章

1、第二章第二章 金屬的塑性成形金屬的塑性成形基本要求：了解金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)和常用塑性基本要求：了解金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)和常用塑性 成形工藝。成形工藝。重點難點：模膛鍛造成形工藝和薄板沖壓成形工重點難點：模膛鍛造成形工藝和薄板沖壓成形工 藝，包括各種成形模具結(jié)構(gòu)、基本工序藝，包括各種成形模具結(jié)構(gòu)、基本工序 和典型零件的工藝制訂。和典型零件的工藝制訂。2.1 2.1 金屬塑性成形的工藝基礎(chǔ)金屬塑性成形的工藝基礎(chǔ) 一、概述一、概述定義：定義：利用鍛壓設(shè)備并借助加工模具對坯料施加外力利用鍛壓設(shè)備并借助加工模具對坯料施加外力使其產(chǎn)生塑性變形，從而改變坯料的尺寸和形狀，并使其產(chǎn)生塑性變形，從而改變坯料的

2、尺寸和形狀，并改善其內(nèi)部組織和力學(xué)性能，獲得所需毛坯或零件的改善其內(nèi)部組織和力學(xué)性能，獲得所需毛坯或零件的成形加工方法成形加工方法。常見的塑性成形方法有：鍛造、沖壓、常見的塑性成形方法有：鍛造、沖壓、擠壓、軋制、拉拔等。擠壓、軋制、拉拔等。優(yōu)點：優(yōu)點：（1 1）組織與性能優(yōu)于鑄件和切削加工件。）組織與性能優(yōu)于鑄件和切削加工件。（2 2）材料利用率和經(jīng)濟(jì)效益高。）材料利用率和經(jīng)濟(jì)效益高。（3 3）效率高、成本低。）效率高、成本低。二、金屬塑性變形理論基礎(chǔ)二、金屬塑性變形理論基礎(chǔ)1 1、變形種類變形種類彈性變形：材料在外力作用下會產(chǎn)生變形；當(dāng)外力消彈性變形：材料在外力作用下會產(chǎn)生變形；當(dāng)外力消失后

3、，所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形也消失的變形，稱為彈性變失后，所產(chǎn)生的應(yīng)力和變形也消失的變形，稱為彈性變形。形。塑性變形：當(dāng)外載荷在材料內(nèi)部所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過塑性變形：當(dāng)外載荷在材料內(nèi)部所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過了材料的屈服強(qiáng)度以后，即使去掉外載荷，變形也不能了材料的屈服強(qiáng)度以后，即使去掉外載荷，變形也不能完全消失的變形稱為完全消失的變形稱為塑性變形塑性變形。注意：塑性變形發(fā)生時一定伴隨有彈性變形的存在。當(dāng)注意：塑性變形發(fā)生時一定伴隨有彈性變形的存在。當(dāng)外力去除后，彈性變形必將消失，即發(fā)生外力去除后，彈性變形必將消失，即發(fā)生“彈復(fù)彈復(fù)”現(xiàn)象。現(xiàn)象。彈復(fù)對某些壓力加工件（如彎曲件）的加工質(zhì)量有很大彈復(fù)對某些壓力加工

4、件（如彎曲件）的加工質(zhì)量有很大影響，必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┮员ＷC產(chǎn)品質(zhì)量。影響，必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┮员ＷC產(chǎn)品質(zhì)量。 2 2、金屬塑性變形的實質(zhì)、金屬塑性變形的實質(zhì)1) 1)單晶體塑性變形單晶體塑性變形 在金屬塑性變形過程中，金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生了滑移和孿在金屬塑性變形過程中，金屬的晶粒內(nèi)部產(chǎn)生了滑移和孿生，晶粒間也產(chǎn)生了滑移并轉(zhuǎn)動。生，晶粒間也產(chǎn)生了滑移并轉(zhuǎn)動。 單晶體受正應(yīng)力拉伸單晶體受正應(yīng)力拉伸 單晶體的剛性滑移單晶體的剛性滑移 孿生變形孿生變形 位錯運動位錯運動 2) 2) 多晶體塑變多晶體塑變 多晶體是由許多晶格位向不同的晶粒所組成的，其塑性多晶體是由許多晶格位向不同的晶粒所組成的，

5、其塑性變形可視為各個單晶體塑性變形的綜合效應(yīng)。變形可視為各個單晶體塑性變形的綜合效應(yīng)。三、塑性變形對金屬組織和性能的影響三、塑性變形對金屬組織和性能的影響1 1、冷塑性變形對金屬組織與性能的影響、冷塑性變形對金屬組織與性能的影響冷變形：冷變形：金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形。金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形。1 1）冷塑性變形對金屬組織的影響）冷塑性變形對金屬組織的影響 金屬在外力作用下進(jìn)行塑性變形時，金屬內(nèi)部的晶粒也金屬在外力作用下進(jìn)行塑性變形時，金屬內(nèi)部的晶粒也由原來的等軸晶粒變?yōu)檠丶庸し较蚶L的晶粒，當(dāng)變形度由原來的等軸晶粒變?yōu)檠丶庸し较蚶L的晶粒，當(dāng)變形度增加時，晶粒被顯著拉長成

6、纖維狀，這種組織稱為冷加工增加時，晶粒被顯著拉長成纖維狀，這種組織稱為冷加工纖維組織。平行于纖維組織方向上強(qiáng)度、塑性和韌性就相纖維組織。平行于纖維組織方向上強(qiáng)度、塑性和韌性就相應(yīng)提高，而垂直于纖維方向上塑性和韌性則降低。應(yīng)提高，而垂直于纖維方向上塑性和韌性則降低。(1)(1)加工硬化：加工硬化：金屬材料經(jīng)冷塑性變形后，隨變形度的增金屬材料經(jīng)冷塑性變形后，隨變形度的增加，其強(qiáng)度、硬度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。加，其強(qiáng)度、硬度提高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。 加工硬化對金屬組織性能的影響：加工硬化對金屬組織性能的影響：壓力加工中，加工硬化增大了材料繼續(xù)變形的阻力。壓力加工中，加工硬化增大了材料繼續(xù)變

7、形的阻力。通過加工硬化可以提高金屬強(qiáng)度、硬度和耐磨性。通過加工硬化可以提高金屬強(qiáng)度、硬度和耐磨性。加工硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)加工硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。定狀態(tài)的傾向。 2 2）冷塑性變形對金屬性能的影響）冷塑性變形對金屬性能的影響 (2)(2)晶粒擇優(yōu)取向，形成變形織構(gòu)晶粒擇優(yōu)取向，形成變形織構(gòu) ，使金屬具有各向異性。，使金屬具有各向異性。 隨著變形程度的增加，各晶粒的晶格位向會沿變形方向發(fā)隨著變形程度的增加，各晶粒的晶格位向會沿變形方向發(fā)生轉(zhuǎn)動，當(dāng)變形量很大時，金屬中每個晶粒位向大體趨于一生轉(zhuǎn)動，當(dāng)變形量很大時，金屬中每個晶粒位向大體趨于一

8、致，此種現(xiàn)象稱為致，此種現(xiàn)象稱為擇優(yōu)取向擇優(yōu)取向，所形成的結(jié)構(gòu)稱為，所形成的結(jié)構(gòu)稱為變形織構(gòu)變形織構(gòu)。織構(gòu)現(xiàn)象使金屬呈現(xiàn)各向異性，這對金屬材料的加工和使用織構(gòu)現(xiàn)象使金屬呈現(xiàn)各向異性，這對金屬材料的加工和使用性能帶來不利影響。例如織構(gòu)板材冷沖筒形制品時，由于不性能帶來不利影響。例如織構(gòu)板材冷沖筒形制品時，由于不同方向上的性能差異，變形不一致，沖出的產(chǎn)品壁厚不均勻，同方向上的性能差異，變形不一致，沖出的產(chǎn)品壁厚不均勻，邊緣不整齊，形成所謂制耳。邊緣不整齊，形成所謂制耳。 殘余內(nèi)應(yīng)力：殘余內(nèi)應(yīng)力：是指去除外力后，殘留在是指去除外力后，殘留在金屬內(nèi)部的應(yīng)力，它主要是由于金屬在外金屬內(nèi)部的應(yīng)力，它主要是

9、由于金屬在外力作用下變形不均勻而造成的，內(nèi)應(yīng)力是力作用下變形不均勻而造成的，內(nèi)應(yīng)力是一種彈性應(yīng)力，在整個工件中，它處于一一種彈性應(yīng)力，在整個工件中，它處于一種暫時平衡狀態(tài)，在壓應(yīng)力附近必有一拉種暫時平衡狀態(tài)，在壓應(yīng)力附近必有一拉應(yīng)力與之相平衡。應(yīng)力與之相平衡。 2 2、冷變形后金屬再加熱時組織與性能變化、冷變形后金屬再加熱時組織與性能變化 1) 1)回復(fù)回復(fù) 隨著溫度的升高，已產(chǎn)生加工隨著溫度的升高，已產(chǎn)生加工硬化的金屬其晶格的扭曲程度減硬化的金屬其晶格的扭曲程度減小，內(nèi)應(yīng)力降低，但金屬組織還小，內(nèi)應(yīng)力降低，但金屬組織還沒有顯著變化的現(xiàn)象。沒有顯著變化的現(xiàn)象。2)2)再結(jié)晶再結(jié)晶 隨著溫度的進(jìn)

10、一步升高，已發(fā)隨著溫度的進(jìn)一步升高，已發(fā)生回復(fù)的金屬開始以某些碎晶或生回復(fù)的金屬開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心形成新的晶粒，從而雜質(zhì)為核心形成新的晶粒，從而消除了加工硬化的現(xiàn)象。消除了加工硬化的現(xiàn)象。 T T再再=0.4T=0.4T熔熔1 1）熱變形）熱變形：指金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形。：指金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形。金屬在熱變形過程中，同時存在加工硬化和再結(jié)晶兩個金屬在熱變形過程中，同時存在加工硬化和再結(jié)晶兩個過程，但其加工硬化隨時被再結(jié)晶所消除，因而在此過過程，但其加工硬化隨時被再結(jié)晶所消除，因而在此過程中表現(xiàn)不出加工硬化現(xiàn)象。程中表現(xiàn)不出加工硬化現(xiàn)象。 3 3、熱變形和溫?zé)?/p>

11、變形、熱變形和溫?zé)嶙冃?特點：特點：（1 1）金屬的致密度提高，鑄件進(jìn)行熱變形加）金屬的致密度提高，鑄件進(jìn)行熱變形加工后，鑄件中的氣孔、縮松等被壓合在一起，使金屬工后，鑄件中的氣孔、縮松等被壓合在一起，使金屬的致密度提高。的致密度提高。（2 2）組織細(xì)化、力學(xué)性能提高。）組織細(xì)化、力學(xué)性能提高。 熱變形能使坯料粗熱變形能使坯料粗大的鑄態(tài)組織碎化，然后轉(zhuǎn)化為細(xì)化的再結(jié)晶組織，大的鑄態(tài)組織碎化，然后轉(zhuǎn)化為細(xì)化的再結(jié)晶組織，從而提高力學(xué)性能。從而提高力學(xué)性能。（3 3）出現(xiàn)鍛造流線，金屬性能呈現(xiàn)異向性。）出現(xiàn)鍛造流線，金屬性能呈現(xiàn)異向性。 熱變形時，金屬的脆性雜質(zhì)被打碎，順著金屬主要伸熱變形時，金屬

12、的脆性雜質(zhì)被打碎，順著金屬主要伸長方向呈碎粒狀或鏈狀分布，塑性雜質(zhì)隨金屬變形沿主長方向呈碎粒狀或鏈狀分布，塑性雜質(zhì)隨金屬變形沿主要伸長方向呈帶狀分布再結(jié)晶過程中，晶粒形狀發(fā)生要伸長方向呈帶狀分布再結(jié)晶過程中，晶粒形狀發(fā)生改變，而夾雜物卻仍然保留原來的分布形態(tài)，使金屬熱改變，而夾雜物卻仍然保留原來的分布形態(tài)，使金屬熱變形后的細(xì)小均勻再結(jié)晶組織內(nèi)留有明顯的夾雜物痕跡，變形后的細(xì)小均勻再結(jié)晶組織內(nèi)留有明顯的夾雜物痕跡，稱為稱為鍛造流線鍛造流線或鍛造流紋，它使金屬呈現(xiàn)異向性。鍛造或鍛造流紋，它使金屬呈現(xiàn)異向性。鍛造流線的明顯程度與金屬的變形程度有關(guān)，變形程度越大，流線的明顯程度與金屬的變形程度有關(guān)，變

13、形程度越大，鍛造流線越明顯。變形程度常用鍛造比鍛造流線越明顯。變形程度常用鍛造比Y Y表示：表示：拔長時的鍛造比為拔長時的鍛造比為 Y Y拔拔FoFo/F /F 鐓粗時的鍛造比為鐓粗時的鍛造比為 Y Y鐓鐓Ho/H Ho/H 式中式中FoFo/F/F分別為坯料變形前后的橫截面積；分別為坯料變形前后的橫截面積； Ho/HHo/H分別為坯料變形前后的高度。分別為坯料變形前后的高度。 生產(chǎn)實踐表明，當(dāng)生產(chǎn)實踐表明，當(dāng)Y Y鍛鍛2 2時，鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔被時，鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔被壓合，組織得到細(xì)化，工件縱向和橫向的力學(xué)性能均有顯著壓合，組織得到細(xì)化，工件縱向和橫向的力學(xué)性能均有顯著提高。當(dāng)提

14、高。當(dāng) Y Y鍛鍛2 25 5時，工件鍛造流線明顯，呈各向異性，時，工件鍛造流線明顯，呈各向異性，縱向力學(xué)性能略有提高，但橫向的力學(xué)性能開始下降。當(dāng)縱向力學(xué)性能略有提高，但橫向的力學(xué)性能開始下降。當(dāng)Y Y鍛鍛 55時，工件縱向力學(xué)性能不再提高，而橫向力學(xué)性能急時，工件縱向力學(xué)性能不再提高，而橫向力學(xué)性能急劇下降。因此，以鋼錠為坯料進(jìn)行鍛造時，應(yīng)按零件的力學(xué)劇下降。因此，以鋼錠為坯料進(jìn)行鍛造時，應(yīng)按零件的力學(xué)性能要求選擇合適的鍛造比。如拉桿等主要在流線縱向受力性能要求選擇合適的鍛造比。如拉桿等主要在流線縱向受力的零件，鍛比選的零件，鍛比選2.52.55 5；而吊鉤、曲軸等主要在流線橫向受；而吊鉤

15、、曲軸等主要在流線橫向受力的零件，鍛比選取力的零件，鍛比選取2 22.52.5。若用鋼材為坯料進(jìn)行鍛造，因。若用鋼材為坯料進(jìn)行鍛造，因鋼材在軋制過程中已經(jīng)產(chǎn)生了鍛造流線，鍛造時主要考慮流鋼材在軋制過程中已經(jīng)產(chǎn)生了鍛造流線，鍛造時主要考慮流線與零件輪廓的符合程度，故鍛比取線與零件輪廓的符合程度，故鍛比取1.31.31.51.5即可。即可。 a)螺釘頭 b)曲軸 c)吊鉤鍛造流線的合理分布2)2)溫?zé)嶙冃螠責(zé)嶙冃?介于冷變形和熱變形之間的塑性介于冷變形和熱變形之間的塑性變形。變形。 溫?zé)嶙冃沃屑扔屑庸び不钟谢貜?fù)或再溫?zé)嶙冃沃屑扔屑庸び不?，又有回?fù)或再結(jié)晶現(xiàn)象；用溫?zé)嶙冃蔚玫降墓ぜ?，其?qiáng)度結(jié)晶現(xiàn)

16、象；用溫?zé)嶙冃蔚玫降墓ぜ鋸?qiáng)度和尺寸精度比熱變形高，而變形抗力比冷變和尺寸精度比熱變形高，而變形抗力比冷變形低。如溫?zé)釘D壓、半熱鍛等。形低。如溫?zé)釘D壓、半熱鍛等。 四、金屬的鍛造性能四、金屬的鍛造性能1 1、鍛造性能的概念、鍛造性能的概念 鍛造性能是指金屬材料鍛壓成形的難易程度，亦稱鍛造性能是指金屬材料鍛壓成形的難易程度，亦稱可鍛性。金屬的鍛造性能常用可鍛性。金屬的鍛造性能常用塑性塑性和和變形抗力變形抗力來綜合來綜合衡量。通常認(rèn)為材料的塑性大、變形抗力小，則其鍛衡量。通常認(rèn)為材料的塑性大、變形抗力小，則其鍛造性能好；反之則為差。造性能好；反之則為差。2 2、影響鍛造性能的因素、影響鍛造性能的

17、因素影響鍛造性能的因素有金屬的本質(zhì)和工藝條件。影響鍛造性能的因素有金屬的本質(zhì)和工藝條件。金屬的本質(zhì)金屬的本質(zhì) (1)(1)化學(xué)成分：不同化學(xué)成分的金屬鍛造性能不同。純化學(xué)成分：不同化學(xué)成分的金屬鍛造性能不同。純金屬的鍛造性能比合金要好；合金元素的種類、含量越金屬的鍛造性能比合金要好；合金元素的種類、含量越多，鍛造性能越差。如純鐵、低碳鋼的鍛造性能很好，多，鍛造性能越差。如純鐵、低碳鋼的鍛造性能很好，高碳鋼的鍛造性能比較差，高合金鋼鍛造性能更差。高碳鋼的鍛造性能比較差，高合金鋼鍛造性能更差。 (2) (2)金屬組織：同一成分的合金，當(dāng)組織結(jié)構(gòu)不同時，金屬組織：同一成分的合金，當(dāng)組織結(jié)構(gòu)不同時，其

18、鍛造性能也不同。固溶體組織的鍛造性能好于化合物其鍛造性能也不同。固溶體組織的鍛造性能好于化合物組織；單相組織的鍛造性能比多相組織好；鑄態(tài)的柱狀組織；單相組織的鍛造性能比多相組織好；鑄態(tài)的柱狀晶和粗晶組織不如細(xì)晶粒的鍛造性能好。晶和粗晶組織不如細(xì)晶粒的鍛造性能好。工藝條件工藝條件(1)(1)變形溫度變形溫度 溫度越高，原子活動能力越大，滑移所需的應(yīng)力越小，溫度越高，原子活動能力越大，滑移所需的應(yīng)力越小，因而變形抗力降低、塑性增加，故加熱有助于提高鍛造因而變形抗力降低、塑性增加，故加熱有助于提高鍛造性能。但加熱不當(dāng)（溫度過高或時間過長）會產(chǎn)生氧化、性能。但加熱不當(dāng)（溫度過高或時間過長）會產(chǎn)生氧化、

19、脫碳、過熱等缺陷，甚至造成過燒使產(chǎn)品報廢。所以金脫碳、過熱等缺陷，甚至造成過燒使產(chǎn)品報廢。所以金屬的變形必須嚴(yán)格控制在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。屬的變形必須嚴(yán)格控制在規(guī)定的溫度范圍內(nèi)。常用金屬的鍛造溫度范圍可以參考表常用金屬的鍛造溫度范圍可以參考表2-22-2。鍛造溫度的選擇鍛造溫度的選擇 （2 2） 變形速度變形速度 變形速度是指單位時間內(nèi)的變形程度。變形速度是指單位時間內(nèi)的變形程度。隨著變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時克服硬化現(xiàn)隨著變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時克服硬化現(xiàn)象，金屬的塑性下降，變形抗力增加；象，金屬的塑性下降，變形抗力增加；隨著變形的進(jìn)一步增加，金屬的溫升（熱效應(yīng)）使可鍛性

20、隨著變形的進(jìn)一步增加，金屬的溫升（熱效應(yīng)）使可鍛性得到改善，變形速度越大越明顯。得到改善，變形速度越大越明顯。（3 3）應(yīng)力狀態(tài)）應(yīng)力狀態(tài)拉應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性越差，壓應(yīng)力的數(shù)目越多，拉應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性越差，壓應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性越好。塑性越好。同號應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號的變形抗力。同號應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號的變形抗力。 對各種壓力加工方法的影響對各種壓力加工方法的影響： 金屬在擠壓、模鍛時三向受壓，表現(xiàn)出較高的塑性金屬在擠壓、模鍛時三向受壓，表現(xiàn)出較高的塑性和較大的變形抗力，且三向壓應(yīng)力相差越小，變形抗和較大的變形抗力，且三向壓應(yīng)力相差越小，變形抗力越大；適合于塑性較低的金屬

21、的壓力加工；力越大；適合于塑性較低的金屬的壓力加工； 金屬在金屬在拉拔拉拔時兩向受壓，一向受拉，表現(xiàn)出較低的時兩向受壓，一向受拉，表現(xiàn)出較低的塑性和較小的變形抗力；適合于塑性好的金屬的壓力塑性和較小的變形抗力；適合于塑性好的金屬的壓力加工。加工。擠壓擠壓拉拔拉拔3 3、金屬的加熱、金屬的加熱1 1) )金屬加熱的目的金屬加熱的目的 加熱金屬，可以提高塑性，降低變形抗力，減小設(shè)備噸加熱金屬，可以提高塑性，降低變形抗力，減小設(shè)備噸位，以利于金屬的變形和獲得良好的鍛后組織。位，以利于金屬的變形和獲得良好的鍛后組織。2)2)鋼加熱時產(chǎn)生的缺陷鋼加熱時產(chǎn)生的缺陷 氧化氧化 在高溫下，鋼的表面與爐氣中的氧

22、化性氣體（如在高溫下，鋼的表面與爐氣中的氧化性氣體（如OO2 2、COCO2 2、H H2 2OO及及SOSO2 2等）反應(yīng)，生成氧化皮，造成金屬的燒等）反應(yīng)，生成氧化皮，造成金屬的燒損和增加壓力加工設(shè)備的磨損。損和增加壓力加工設(shè)備的磨損。 脫碳脫碳 鋼的表面層的碳元素被燒損，含碳量降低的現(xiàn)象。鋼的表面層的碳元素被燒損，含碳量降低的現(xiàn)象。 脫碳使零件表面的機(jī)械性能降低，因而脫碳層深度不能脫碳使零件表面的機(jī)械性能降低，因而脫碳層深度不能大于加工余量；加熱溫度越高，時間越長，脫碳層就越深。大于加工余量；加熱溫度越高，時間越長，脫碳層就越深。 過熱過熱 當(dāng)鋼的加熱超過某一溫度，且在此溫度下停留時間過

23、當(dāng)鋼的加熱超過某一溫度，且在此溫度下停留時間過長，鋼的晶粒迅速增大，形成粗大晶粒的現(xiàn)象。長，鋼的晶粒迅速增大，形成粗大晶粒的現(xiàn)象。 過熱使材料的晶粒粗大，機(jī)械性能下降；過熱使材料的晶粒粗大，機(jī)械性能下降； 過熱的鋼件可以通過多次鍛造及熱處理方法來消除，過熱的鋼件可以通過多次鍛造及熱處理方法來消除，但對于不產(chǎn)生相變重結(jié)晶的鋼種（如但對于不產(chǎn)生相變重結(jié)晶的鋼種（如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti），不），不能用熱處理來細(xì)化晶粒，消除過熱。能用熱處理來細(xì)化晶粒，消除過熱。 過燒過燒 鋼被加熱到接近熔點時，爐氣中的氧化性氣體滲入到晶界，鋼被加熱到接近熔點時，爐氣中的氧化性氣體滲入到晶界，使晶界

24、的物質(zhì)氧化，形成易熔的共晶氧化物，嚴(yán)重地破壞了使晶界的物質(zhì)氧化，形成易熔的共晶氧化物，嚴(yán)重地破壞了晶粒之間的聯(lián)接，鍛造時易造成崩碎的現(xiàn)象。晶粒之間的聯(lián)接，鍛造時易造成崩碎的現(xiàn)象。過燒的鋼件只能報廢回爐重新冶煉。過燒的鋼件只能報廢回爐重新冶煉。 熱應(yīng)力與內(nèi)部裂紋熱應(yīng)力與內(nèi)部裂紋 熱應(yīng)力：鋼錠或鋼材在加熱時，因表面的溫度高于中心熱應(yīng)力：鋼錠或鋼材在加熱時，因表面的溫度高于中心的溫度，這一溫差使表面的熱膨脹大于心部的熱膨脹，在的溫度，這一溫差使表面的熱膨脹大于心部的熱膨脹，在中心產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，這種由溫差引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。中心產(chǎn)生三向拉應(yīng)力，這種由溫差引起的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。鋼錠或鋼材在加熱時，由

25、于產(chǎn)生的熱應(yīng)力與坯料中的殘余鋼錠或鋼材在加熱時，由于產(chǎn)生的熱應(yīng)力與坯料中的殘余應(yīng)力疊加，超過了鋼的強(qiáng)度極限將產(chǎn)生裂紋。鋼的導(dǎo)熱性應(yīng)力疊加，超過了鋼的強(qiáng)度極限將產(chǎn)生裂紋。鋼的導(dǎo)熱性差（如高合金鋼），坯料斷面尺寸大，加熱速度快，則表差（如高合金鋼），坯料斷面尺寸大，加熱速度快，則表里溫差大，熱應(yīng)力也大。里溫差大，熱應(yīng)力也大。2.2 2.2 鍛造鍛造一、自由鍛造一、自由鍛造 只采用通用工具或直接在鍛造設(shè)備的上、只采用通用工具或直接在鍛造設(shè)備的上、下砥鐵間使坯料變形獲得鍛件的方法稱為下砥鐵間使坯料變形獲得鍛件的方法稱為自由鍛。自由鍛。1 1、自由鍛造的主要設(shè)備及工序、自由鍛造的主要設(shè)備及工序1 1）自

26、由鍛的設(shè)備）自由鍛的設(shè)備 鍛錘是以沖擊力使坯料變形的，設(shè)備規(guī)格以落下部分鍛錘是以沖擊力使坯料變形的，設(shè)備規(guī)格以落下部分的重量來表示。常用的有空氣錘和蒸汽的重量來表示。常用的有空氣錘和蒸汽- -空氣錘。空氣錘空氣錘?？諝忮N的噸位較小，只有的噸位較小，只有50050010000N10000N，用于鍛，用于鍛100Kg100Kg以下的以下的鍛件；蒸汽鍛件；蒸汽- -空氣錘的噸位較大，可達(dá)空氣錘的噸位較大，可達(dá)101050KN50KN，可鍛，可鍛1500Kg1500Kg以下的鍛件。以下的鍛件。 液壓機(jī)是以液體產(chǎn)生的靜壓力使坯料變形的，設(shè)備規(guī)液壓機(jī)是以液體產(chǎn)生的靜壓力使坯料變形的，設(shè)備規(guī)格以最大壓力來表

27、示。常用的有油壓機(jī)和水壓機(jī)。水壓格以最大壓力來表示。常用的有油壓機(jī)和水壓機(jī)。水壓機(jī)的壓力大，可達(dá)機(jī)的壓力大，可達(dá)5000500015000KN15000KN，是鍛造大型鍛件的，是鍛造大型鍛件的主要設(shè)備。主要設(shè)備。2 2）自由鍛造的主要工序）自由鍛造的主要工序自由鍛工序分為基本工序、輔助工序、精整工序三類。自由鍛工序分為基本工序、輔助工序、精整工序三類?；竟ば蚧竟ば蚴侵稿懺爝^程中直接改變坯料形狀和尺寸的工是指鍛造過程中直接改變坯料形狀和尺寸的工藝過程，主要包括鐓粗、拔長、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、扭藝過程，主要包括鐓粗、拔長、沖孔、擴(kuò)孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)等；轉(zhuǎn)等；輔助工序輔助工序是為方便基本工序的操作而預(yù)

28、先使坯料產(chǎn)生某是為方便基本工序的操作而預(yù)先使坯料產(chǎn)生某些局部變形的工序，如鋼錠的倒棱、拔長前的壓肩等；些局部變形的工序，如鋼錠的倒棱、拔長前的壓肩等；精整工序精整工序是按圖紙要求修整鍛件的最后形狀和尺寸、消是按圖紙要求修整鍛件的最后形狀和尺寸、消除表面不平和歪斜的工序，如修整鼓形、平整端面、校除表面不平和歪斜的工序，如修整鼓形、平整端面、校直等。直等。（1 1）鐓粗）鐓粗作用作用: :制得所需形狀、尺寸的毛坯；使之具有較好的制得所需形狀、尺寸的毛坯；使之具有較好的內(nèi)部質(zhì)量，提高性能。內(nèi)部質(zhì)量，提高性能。類型：類型： 平砧間鐓粗平砧間鐓粗 在帶孔的墊板間鐓粗在帶孔的墊板間鐓粗 在漏盤或模子內(nèi)局部

29、鐓粗在漏盤或模子內(nèi)局部鐓粗變形特點：變形特點： 變形不均勻變形不均勻 在塑性成形中，當(dāng)金屬質(zhì)點有向幾個方向移動的可在塑性成形中，當(dāng)金屬質(zhì)點有向幾個方向移動的可能時，它向阻力最小的方向移動。能時，它向阻力最小的方向移動。 三個變形區(qū)三個變形區(qū)： 區(qū)：難變形區(qū)區(qū)：難變形區(qū) 區(qū)：大變形區(qū)區(qū)：大變形區(qū) 區(qū)：小變形區(qū)區(qū)：小變形區(qū) 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍：只適用于高度較小的盤類零件的毛坯鍛只適用于高度較小的盤類零件的毛坯鍛造。即造。即H Ho o/ /D Do o2.52.5。若長或高（。若長或高（H Ho o）徑（）徑（D Do o）比）比太大，鐓粗易太大，鐓粗易彎曲彎曲或形成或形成雙鼓形雙鼓形。 （2 2

30、）拔長）拔長使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造工序稱為使坯料橫截面減小而長度增加的鍛造工序稱為拔長拔長。作用：用于軸桿類鍛件成形；改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。作用：用于軸桿類鍛件成形；改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。變形特點：變形特點：鍛比鍛比坯料變形前后的截面積之比。即當(dāng)送進(jìn)量太大坯料變形前后的截面積之比。即當(dāng)送進(jìn)量太大時時, ,拔長效率拔長效率低低, ,甚至拔不長。但送進(jìn)量也不能過小甚至拔不長。但送進(jìn)量也不能過小, ,因為過因為過小會產(chǎn)生小會產(chǎn)生折疊折疊，增加壓下次數(shù)，增加壓下次數(shù), ,這在一定程度上將降低拔長這在一定程度上將降低拔長效率效率。拔長時坯料每送進(jìn)壓下一次拔長時坯料每送進(jìn)壓下一次, ,其變形情況與鐓粗變

31、形有類其變形情況與鐓粗變形有類似特征似特征, ,即側(cè)表面產(chǎn)生鼓形即側(cè)表面產(chǎn)生鼓形, ,內(nèi)部形成不均勻變形。所不同內(nèi)部形成不均勻變形。所不同之處是：拔長時之處是：拔長時坯料要反復(fù)翻轉(zhuǎn)壓縮坯料要反復(fù)翻轉(zhuǎn)壓縮，因此，難變形區(qū)和，因此，難變形區(qū)和小變形區(qū)得到反復(fù)交換而使變形趨于均勻。小變形區(qū)得到反復(fù)交換而使變形趨于均勻。（3 3） 沖孔沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔。采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔。方法方法: : 實心沖子沖孔實心沖子沖孔 空心沖子沖孔空心沖子沖孔 在墊環(huán)上沖孔在墊環(huán)上沖孔 （4 4）彎曲）彎曲（5 5）扭轉(zhuǎn)）扭轉(zhuǎn)（6 6）切割）切割（7 7）錯移）

32、錯移2.2.自由鍛工藝規(guī)程的制定自由鍛工藝規(guī)程的制定（1 1）繪制鍛件圖：）繪制鍛件圖：工藝規(guī)程中的核心內(nèi)容。工藝規(guī)程中的核心內(nèi)容。以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點繪制而成。以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合自由鍛工藝特點繪制而成。 敷料：簡化鍛件形狀，便于進(jìn)行鍛造而增加的敷料：簡化鍛件形狀，便于進(jìn)行鍛造而增加的一部分材料，亦稱為一部分材料，亦稱為“余塊余塊”。余量：零件的加工表面上增加供切削加工用的余量：零件的加工表面上增加供切削加工用的材料，具體數(shù)值結(jié)合生產(chǎn)的實際條件查表確定。材料，具體數(shù)值結(jié)合生產(chǎn)的實際條件查表確定。公差：鍛件名義尺寸的允許變動量。根據(jù)鍛件公差：鍛件名義尺寸的允許變動量。根據(jù)鍛件形狀

33、、尺寸并考慮到生產(chǎn)實際情況加以選取。形狀、尺寸并考慮到生產(chǎn)實際情況加以選取。鍛件圖的繪制方法鍛件圖的繪制方法鍛件圖上的鍛件形狀用粗實線描繪，零件的形狀在鍛件圖上的鍛件形狀用粗實線描繪，零件的形狀在鍛件圖內(nèi)用雙點劃線繪制，鍛件的公稱尺寸和公差鍛件圖內(nèi)用雙點劃線繪制，鍛件的公稱尺寸和公差注在尺寸線的上面，零件公稱尺寸注在尺寸線下面注在尺寸線的上面，零件公稱尺寸注在尺寸線下面并加括號。并加括號。 （2 2）確定坯料重量和尺寸）確定坯料重量和尺寸質(zhì)量計算：質(zhì)量計算： 式中：式中：G G坯料坯料坯料質(zhì)量；坯料質(zhì)量； G G鍛件鍛件鍛件質(zhì)量；鍛件質(zhì)量； G G燒損燒損加熱時坯料表面氧化而燒損的質(zhì)量。（第加

34、熱時坯料表面氧化而燒損的質(zhì)量。（第一次加熱時取被加熱金屬的一次加熱時取被加熱金屬的2%2%3%3%，以后各次加熱取，以后各次加熱取1.5%1.5%2%2%；）；） G G料頭料頭在鍛造過程中沖掉或切掉的金屬的質(zhì)量。在鍛造過程中沖掉或切掉的金屬的質(zhì)量。如沖孔時坯料中部的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。如沖孔時坯料中部的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。料頭燒損鍛件坯料GGGG（3 3）選擇鍛造工序）選擇鍛造工序根據(jù)工序特點和鍛件形狀進(jìn)行選擇。根據(jù)工序特點和鍛件形狀進(jìn)行選擇。盤類件：鐓粗盤類件：鐓粗( (或拔長及鐓粗或拔長及鐓粗) )、沖孔；、沖孔；軸類鍛件：拔長軸類鍛件：拔長( (或鐓粗及拔長或鐓粗及拔長

35、) )、切肩和鍛臺階；、切肩和鍛臺階；筒類鍛件：鐓粗筒類鍛件：鐓粗( (或拔長及鐓粗或拔長及鐓粗) )、沖孔、在心軸上拔長；、沖孔、在心軸上拔長；環(huán)類鍛件：鐓粗環(huán)類鍛件：鐓粗( (或拔長及鐓粗或拔長及鐓粗) )、沖孔、在心軸上擴(kuò)孔；、沖孔、在心軸上擴(kuò)孔；曲軸類鍛件：拔長曲軸類鍛件：拔長( (或鐓粗及拔長或鐓粗及拔長) )、錯移、鍛臺階、扭轉(zhuǎn)；、錯移、鍛臺階、扭轉(zhuǎn)；彎曲類鍛件：拔長、彎曲等。彎曲類鍛件：拔長、彎曲等。復(fù)雜形狀的鍛件：各種工序的組合。復(fù)雜形狀的鍛件：各種工序的組合。 3 3、自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計、自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則：自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則：(1)(1)形狀簡單形狀簡

36、單 (2)(2)避免曲面交接避免曲面交接 (3)(3)避免鍛肋避免鍛肋 (4)(4)凹坑代凸臺凹坑代凸臺二、模膛鍛造二、模膛鍛造 模膛鍛造簡稱為模鍛，是將加熱到鍛造溫度的金屬坯模膛鍛造簡稱為模鍛，是將加熱到鍛造溫度的金屬坯料放到固定在模鍛設(shè)備上的鍛模模膛內(nèi)，使坯料受壓變料放到固定在模鍛設(shè)備上的鍛模模膛內(nèi)，使坯料受壓變形，從而獲得鍛件的方法。模鍛特點：形，從而獲得鍛件的方法。模鍛特點： 生產(chǎn)率較高；生產(chǎn)率較高；鍛件尺寸精確，加工余量小；鍛件尺寸精確，加工余量小；可鍛出形狀復(fù)雜鍛件；可鍛出形狀復(fù)雜鍛件；材料利用率高；而且生產(chǎn)率高，材料利用率高；而且生產(chǎn)率高，模鍛件流線組織合理、力學(xué)性能好等優(yōu)點，金

37、屬消耗模鍛件流線組織合理、力學(xué)性能好等優(yōu)點，金屬消耗少，模鍛件重量不超過少，模鍛件重量不超過150150公斤，只適合批量、大批生產(chǎn)。公斤，只適合批量、大批生產(chǎn)。1 1、錘上模鍛錘上模鍛 采用模鍛錘進(jìn)行模鍛采用模鍛錘進(jìn)行模鍛 （1 1）設(shè)備：）設(shè)備：蒸汽空氣錘；無砧座錘；蒸汽空氣錘；無砧座錘； 高速錘模鍛蒸汽空氣錘高速錘模鍛蒸汽空氣錘 原理：原理：( (與自由鍛蒸汽空氣錘相比與自由鍛蒸汽空氣錘相比) )錘頭大，打擊剛度大；錘頭大，打擊剛度大；錘頭運動精度高，上下模間錯移量??；錘頭運動精度高，上下模間錯移量??；錘頭行程不固定，工藝適應(yīng)性強(qiáng)，錘頭行程不固定，工藝適應(yīng)性強(qiáng)，模鍛錘一般均由一名工人操縱模

38、鍛錘一般均由一名工人操縱 。（2 2）分類：）分類：開式模鍛：開式模鍛：兩模間間隙的方向與模具運動方向兩模間間隙的方向與模具運動方向垂直，在模鍛過程中間隙不斷減小。具有飛邊。垂直，在模鍛過程中間隙不斷減小。具有飛邊。 閉式模鍛：閉式模鍛：兩模間間隙的方向與模具運動方兩模間間隙的方向與模具運動方向平行，在模鍛過程中間隙大小變化不大。向平行，在模鍛過程中間隙大小變化不大。 沒有飛邊，適合低塑性合金變形。沒有飛邊，適合低塑性合金變形。 （3 3）模鍛模具）模鍛模具 材料要求材料要求：錘上模鍛模具在高溫下具有足夠的強(qiáng)度、韌：錘上模鍛模具在高溫下具有足夠的強(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性，良好的導(dǎo)熱性、耐熱疲勞

39、性、回火穩(wěn)性、硬度和耐磨性，良好的導(dǎo)熱性、耐熱疲勞性、回火穩(wěn)定性和抗氧化性。尺寸較大模具還應(yīng)具有高的淬透性和較定性和抗氧化性。尺寸較大模具還應(yīng)具有高的淬透性和較小的變形。小的變形。 鍛模結(jié)構(gòu)鍛模結(jié)構(gòu)：包括上、下模；模膛；分模面。：包括上、下模；模膛；分模面。模膛分類：模膛分類： 制坯模膛：制坯模膛： 形狀復(fù)雜的模鍛件，使金屬能合理分布，接近鍛件形狀復(fù)雜的模鍛件，使金屬能合理分布，接近鍛件形狀，更容易地充滿模膛。形狀，更容易地充滿模膛。 拔長模膛：拔長模膛：減少坯料某部分的橫截面積，以增加該部減少坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度，模鍛件沿軸向橫截面積相差較大時使用。分的長度，模鍛件沿軸向

40、橫截面積相差較大時使用。 滾壓模膛：滾壓模膛：減少坯料某一部分的橫截面積，以增加另減少坯料某一部分的橫截面積，以增加另一部分的橫截面積。一部分的橫截面積。 彎曲模膛：彎曲模膛：對于彎曲的桿類模鍛件進(jìn)行彎曲。對于彎曲的桿類模鍛件進(jìn)行彎曲。模鍛模膛模鍛模膛預(yù)鍛模膛：預(yù)鍛模膛：使坯料變形到接近鍛件的形狀和尺寸。進(jìn)行終使坯料變形到接近鍛件的形狀和尺寸。進(jìn)行終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。減小終鍛模膛磨損，延長鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。減小終鍛模膛磨損，延長壽命，斜度、圓角大。壽命，斜度、圓角大。終鍛模膛：終鍛模膛：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，模膛形狀

41、應(yīng)和鍛件的形狀相同；鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛形狀應(yīng)和鍛件的形狀相同；鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個收縮量。有飛邊槽，斜模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個收縮量。有飛邊槽，斜度、圓角小。度、圓角小。2 2 、錘上模鍛的工藝設(shè)計、錘上模鍛的工藝設(shè)計 （1 1） 模鍛工藝分析模鍛工藝分析模鍛工藝方法與鍛件外形緊密相關(guān)。形狀相似的鍛件，模鍛工藝方法與鍛件外形緊密相關(guān)。形狀相似的鍛件，其模鍛工藝及鍛模結(jié)構(gòu)基本相同。其模鍛工藝及鍛模結(jié)構(gòu)基本相同。a. a.鍛件類型鍛件類型 長軸類鍛件；長軸類鍛件；短軸類（圓餅類）；短軸類（圓餅類）；復(fù)合類型鍛件。復(fù)合類型鍛件。b.b.工藝分析工藝分析、長軸類模鍛件、長軸類模鍛件 鍛件長度與寬度之比較大，鍛造過程中錘擊方鍛件長度與寬度之比較大，鍛造過程中錘擊方向垂直于鍛件的軸線。向垂直于鍛件的軸線。 常采用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等。常采用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等。、圓餅類模鍛件、圓餅類模鍛件 長、寬比近似為長、寬比近似為1 1的鍛件，常選用鐓粗、終鍛等的鍛件，常選用鐓粗、終鍛等工步。工步。（2 2）鍛件圖的繪制）鍛件圖的繪制 確定分模面：確定分模面：上下鍛模在模鍛件上的分界面（表上下鍛模在模鍛件上的分界面（表示方法：示方法：a aa a）分模面的選擇原則：分模面的選擇原則：確保模鍛件能從模膛中取出，應(yīng)選