材料的塑性成形工藝

1、主講人：于美杰 副教授 ：88396181 ： 工程資料與機(jī)械制造根底.第五章 資料的塑性成形工藝本章根本要求塑性變形的微觀機(jī)制塑性變形對(duì)力學(xué)性能的影響影響金屬可鍛性的要素了解幾種常用的鍛造技術(shù)和板料沖壓技術(shù)的工藝特點(diǎn)。 .第五章 目錄 第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底 第二節(jié) 金屬塑性成形方法 第三節(jié) 鍛壓件構(gòu)造工藝性 第四節(jié) 先進(jìn)塑性成形方法什么是塑性成形?在外力作用下利用金屬資料的塑性，使其成形并獲得一定力學(xué)性能的加工方法。也稱塑性加工或壓力加工.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底第五章 資料的塑性成形工藝Theory ofPlastic Deformation分類靜壓力動(dòng)壓

2、力軋制擠壓拉拔自在鍛模鍛沖壓軋制擠壓拉拔自在鍛模鍛沖壓.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation 塑性成形壓力加工的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)構(gòu)造致密，組織細(xì)化，力學(xué)性能提高；少無(wú)切削加工，資料利用率高；消費(fèi)效率高；缺陷普通工藝外表質(zhì)量差氧化；不能構(gòu)成外形復(fù)雜件相對(duì)鑄造；設(shè)備龐大、價(jià)錢昂貴；勞動(dòng)條件差強(qiáng)度高、噪音大；.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation 一、 塑性變形機(jī)理什么是塑性？在外力作用下發(fā)生永久變形而不破壞的才干。金屬并非理想晶體：多晶體，晶粒內(nèi)部有缺陷。塑性變形的本質(zhì)晶內(nèi)變形：滑移為主孿生晶間變形：滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)滑移：在外

3、力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面和晶向相對(duì)于晶體的另一部分發(fā)生挪動(dòng)或切變。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起滑移.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation 留意：多晶體變形以晶內(nèi)滑移為主，晶間轉(zhuǎn)動(dòng)為輔緣由：晶界有妨礙變形的作用，晶界強(qiáng)度高于晶內(nèi)，晶界變形更難晶粒越細(xì)、越多，晶界越多，對(duì)資料起到強(qiáng)化作用。晶粒間的滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng).第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation細(xì)晶強(qiáng)化緣由晶界面積越多，位錯(cuò)妨礙越多，金屬塑性變形的抗力越大，強(qiáng)度、硬度越高。晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越多，塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)展，變形均勻，減少

4、了應(yīng)力集中，使塑性目的提高；晶粒越細(xì)小，晶界面積越多，對(duì)裂紋擴(kuò)展的妨礙作用越大，金屬在斷裂前耗費(fèi)的功越大，使韌性目的提高；回想：固溶強(qiáng)化.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation 二、加工硬化、回復(fù)和再結(jié)晶1. 加工硬化金屬在冷變形時(shí)低于再結(jié)晶溫度，隨塑性變形量的添加，強(qiáng)度和硬度添加，而塑性和韌性下降的景象，也稱“形變強(qiáng)化。強(qiáng)化金屬的重要手段之一緣由：隨變形量添加, 晶格畸變和碎晶，位錯(cuò)密度添加，使變形抗力添加。形變強(qiáng)化的結(jié)果：強(qiáng)硬度提高；使進(jìn)一步塑性變形困難。.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation 2. 回復(fù)

5、和再結(jié)晶金屬經(jīng)變形后, 組織處于不穩(wěn)定形狀, 有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定形狀的傾向。但在常溫下，原子分散才干小, 不穩(wěn)定形狀可長(zhǎng)時(shí)間維持。加熱可使原子分散才干添加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大?；貜?fù)：將冷成形后的金屬加熱至一定溫度后，使原子回復(fù)到平衡位置，晶內(nèi)剩余應(yīng)力大大減小的景象，稱為回復(fù)。 T回0.250.3T熔再結(jié)晶：對(duì)形變強(qiáng)化的金屬加熱到熔點(diǎn)的0.4倍時(shí)，開場(chǎng)以某些碎晶或雜質(zhì)為中心生成新的等軸晶粒，原來(lái)已變形的晶粒消逝，使金屬的強(qiáng)度、硬度降低，塑性和韌性添加，形變強(qiáng)化景象完全消除的景象。T再=0.4T熔 留意:公式中的T單位為K! .第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlasti

6、c Deformation 幾點(diǎn)闡明：回復(fù)只能部分消除加工硬化晶格畸變消除，但晶粒外形不變；再結(jié)晶能消除全部加工硬化晶格畸變消除，晶粒外形改動(dòng)；再結(jié)晶不是恒溫過(guò)程，而是在一定溫度范圍內(nèi)延續(xù)進(jìn)展的過(guò)程。T再再結(jié)晶溫度是開場(chǎng)再結(jié)晶的最低溫度。再結(jié)晶也是晶核構(gòu)成和長(zhǎng)大的過(guò)程，不是相變過(guò)程，再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型和成分完全一樣。晶格畸變晶格畸變消除晶粒外形改動(dòng)第五章 資料的塑性成形工藝.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation3.冷變形、熱變形、溫變形冷變形：在T回復(fù)溫度以下的塑性變形，存在加工硬化, 強(qiáng)度、硬度，塑性、韌性；冷沖壓、冷擠壓、冷軋、冷拔;尺寸精

7、度高、外表質(zhì)量好; 變形不宜過(guò)大，防止破裂；熱變形：在T再溫度以上的塑性變形，形變強(qiáng)化隨時(shí)被再結(jié)晶消除。熱鍛、熱軋、熱擠壓;變形程度大, 缺陷少，組織致密，力學(xué)性能高； 溫變形：在高于回復(fù)溫度和低于再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進(jìn)展的塑性成形過(guò)程，有加工硬化及回復(fù)景象，但無(wú)再結(jié)晶，硬化只得到部分消除。第五章 資料的塑性成形工藝.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Theory ofPlastic Deformation四、鍛造流線纖維組織晶粒被拉長(zhǎng)或壓扁；晶粒破碎產(chǎn)生碎晶。當(dāng)變形量很大時(shí)，晶界上的雜質(zhì)隨晶粒一同沿變形方向被拉長(zhǎng)后呈流線狀分布，這種流線分布形狀的微觀構(gòu)造稱為鍛造流線或纖維組織；力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性平行纖維

8、方向：抗拉強(qiáng)度高、剪切強(qiáng)度低垂直纖維方向：剪切強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度低纖維組織不能用熱處置消除,只能合理運(yùn)用拉應(yīng)力纖維組織 剪切應(yīng)力纖維組織第五章 資料的塑性成形工藝.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底Forging Technology 五、塑性成形根本定律最小阻力定律體積不變定律臨界切應(yīng)力定律鐓粗時(shí)的變形錐.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底六、塑性成形性可鍛性金屬產(chǎn)生塑性變形而不破壞的難易程度塑性好、變形抗力小，可鍛性好影響金屬可鍛性的要素化學(xué)成分：含合金元素少的可鍛性好, 純金屬/低碳組織：?jiǎn)蜗嘟M織純金屬或固溶體比多相好鋼中碳化物少好，呈彌散分布比網(wǎng)狀分布好塑性變形條件：加熱溫度、變形速度、應(yīng)力形狀Theory

9、 ofPlastic Deformation.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底溫度對(duì)可鍛性的影響：加熱溫度高，可鍛性好；溫度過(guò)高，會(huì)過(guò)熱、過(guò)燒始鍛溫度終鍛溫度，如碳素鋼1150/1250800/850高于再結(jié)晶溫度變形速度對(duì)可鍛性的影響：a,速度，可鍛性緣由：熱效應(yīng)使塑性提高Theory ofPlastic Deformation再結(jié)晶消除加工硬化趁熱打鐵普通設(shè)備不會(huì)超越a點(diǎn)，除高速錘上鍛造.第一節(jié) 塑性成形實(shí)際根底 應(yīng)力形狀對(duì)可鍛性的影響：壓應(yīng)力下變形，對(duì)塑性有利，阻止裂紋擴(kuò)展，焊合孔、縫等缺陷；拉應(yīng)力下變形，對(duì)塑性不利，氣孔、裂紋等缺陷處易引起應(yīng)力集中，缺陷擴(kuò)展，導(dǎo)致破裂。擠壓時(shí)金屬的應(yīng)力形狀拉拔

10、時(shí)金屬的應(yīng)力形狀Theory ofPlastic Deformation三向受壓兩向受壓、一向受拉.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology 一、 自在鍛利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得得所需外形和尺寸的鍛件的鍛造方法。特點(diǎn)坯料變形時(shí)，只需部分外表變形遭到限制，其他外表可自在流動(dòng);所用設(shè)備及工具簡(jiǎn)單，順應(yīng)性強(qiáng)，鍛件分量不受限制；由人工控制鍛件的外形和尺寸，鍛件的尺寸精度低，消費(fèi)率低；適用于單件、小批消費(fèi)。是大型鍛件的獨(dú)一鍛造方法。.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology 自在鍛分類手工鍛造機(jī)械鍛造鍛錘自在鍛中小鍛件空氣錘 沖擊

11、力液壓機(jī)自在鍛 大型鍛件水壓機(jī) 靜壓力自在鍛的工序鐓粗：餅塊類，盤套類拔長(zhǎng)：適于軸類、桿類沖孔：空心件UpsettingDrawing-outPunching.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology 鐓粗：平砧鐓粗、部分鐓粗、墊環(huán)鐓粗 留意：原始直徑和墊環(huán)直徑的區(qū)別Do=DDoD.第二節(jié) 金屬塑性成形方法第八章 資料成形的工藝設(shè)計(jì)Process design of forging parts自由鍛件工藝設(shè)計(jì)鍛造方法鍛造余量和公差結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鍛件圖變形工序原始坯料尺寸鍛造溫度鍛后熱處置能否能直接鍛出余塊有孔拔長(zhǎng)件留意：先鐓粗、沖孔，再拔長(zhǎng)批量、外形、精度、尺寸 自在鍛工藝規(guī)程制

12、定.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology留機(jī)械加工余量，保證尺寸精度；鍛件公差：鍛件的實(shí)踐尺寸與實(shí)際尺寸之間所允許的偏向值。敷料余塊：針對(duì)有凹槽、臺(tái)階的部位，簡(jiǎn)化鍛件.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology選擇鍛造工序根本工序：用來(lái)改動(dòng)坯料的外形和尺寸的工序輔助工序：為方便根本工序的操作而設(shè)置的工序修整工序：用來(lái)減少鍛件外表缺陷的工序.第二節(jié) 金屬塑性成形方法第八章 資料成形的工藝設(shè)計(jì)Process design of forging parts 例：緊固盤尺寸資料：45數(shù)量：200要求：繪鍛件圖、訂工藝零件分析和鍛造方法加工余量和公差繪鍛件圖.第

13、八章 資料成形的工藝設(shè)計(jì)Process design of forging parts工序：鍛粗沖孔：d沖D/3擴(kuò)孔：1530mm修正計(jì)算原始坯料尺寸坯料體積：V坯(1+%)V鍛高徑比：1.25H0/D0 2.5鍛造溫度 表52熱處置：正火燒損率25第二節(jié) 金屬塑性成形方法.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology二、 模鍛迫使坯料在一定外形的鍛模模膛內(nèi)產(chǎn)生塑性流動(dòng)成形的方法。特點(diǎn)：消費(fèi)效率高；模具制造費(fèi)用高；尺寸精度和外表質(zhì)量比自在鍛高；加工余量少，節(jié)省資料；力學(xué)性能高；鍛件分量小，普通小于150公斤分類錘上模鍛壓力機(jī)上模鍛: 變形緩慢,適于塑性較差的鍛件.鍛模構(gòu)造：下模

14、固定不動(dòng)，上模固定在鍛錘上模膛構(gòu)造：制坯模膛、預(yù)鍛模膛、終鍛模膛.第八章 資料成形的工藝設(shè)計(jì)Process design of forging parts模鍛工藝規(guī)程制定模鍛件工藝設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分型面余量和公差斜度和圓角沖孔連皮鍛件 圖較為復(fù)雜壁不宜過(guò)薄第二節(jié) 金屬塑性成形方法.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology1選取分模面最大截面，且盡量為平面；應(yīng)使鍛件上敷料最少；使模膛淺而寬，便于加工、利于金屬流動(dòng)；2確定加工余量、公差鍛件尺寸大，余量14mm大、公差0.33mm大3鍛模斜度、圓角、沖孔連皮內(nèi)側(cè)斜度外側(cè)斜度23度圓角：利于流動(dòng)充型； 防止應(yīng)力集中；Rr.第八章 資料

15、成形的工藝設(shè)計(jì)Process design of forging parts 工藝參數(shù)模鍛件不能鍛出通孔沖孔連皮：不能太薄或厚800，否那么會(huì)影響模具壽命和鍛件精度) 冷切：鍛件冷卻到室溫后完成切除。需求較大噸位的沖切設(shè)備熱處置：退火或正火外表處置：酸洗法、拋丸法第二節(jié) 金屬塑性成形方法.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Forging Technology三、 胎模鍛在自在鍛設(shè)備上運(yùn)用胎模消費(fèi)模鍛件的工藝方法。胎模普通不固定在鍛錘上。特點(diǎn)操作簡(jiǎn)便，模具簡(jiǎn)單，不需昂貴的模鍛設(shè)備消費(fèi)率高、鍛件精度、允許的復(fù)雜程度介于自在鍛和模鍛之間；胎模構(gòu)造扣模：用于非回轉(zhuǎn)體鍛件的成形或制坯筒模：圓筒形鍛模，主要用于齒輪

16、、法蘭盤等回 轉(zhuǎn)體和盤類鍛件合模：由上下模組成，主要用于消費(fèi)外形較復(fù)雜 的非回轉(zhuǎn)體鍛件.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Sheet Stamping Technology四、 板料沖壓利用沖模使板料產(chǎn)生變形或分別，從而獲得具有一定外形和尺寸的鍛件的工藝方法。室溫 冷沖壓設(shè)備：沖床、剪床常見沖壓資料：低碳鋼、有色金屬、低碳低合金鋼等塑性高的資料。特點(diǎn)：外表質(zhì)量高、尺寸精度高；產(chǎn)生形變強(qiáng)化，可獲得強(qiáng)度高的沖壓件操作簡(jiǎn)單、消費(fèi)效率高適于大批量消費(fèi)。.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Sheet Stamping Technology板料沖壓工序分別變形切斷落料沖孔彎曲拉深起伏滾壓翻邊旋壓橡膠成形CuttingBlan

17、kingPunchingbendingdeep formingroll formingfoldingspinningrubber bulging.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Sheet Stamping Technology分別工序 模具有鋒利刃口、凹凸模間隙小沖孔：被分別的部分為廢料，周邊是廢品落料：被分別的部分為工件，周邊為廢料 沖裁變形過(guò)程：彈性變形塑性變形斷裂留意二者尺寸與凹模凸模的關(guān)系:沖孔：由凸模尺寸決議，隨凸模的磨損而減小落料：由凹模尺寸決議，隨凹模的磨損而增大.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Sheet Stamping Technology變形工序 模具有圓角，而非鋒利刃口1彎曲：坯料的

18、一部分相對(duì)于另一部分彎曲成一定角度的工序。 外側(cè)受拉，內(nèi)側(cè)受壓彎曲半徑：越小，越易彎裂。最小彎曲半徑rmin=(0.251), 為板料厚度彎曲方向：彎曲時(shí)盡能夠使彎曲線與毛坯的纖維方向垂直即彎曲軸線回彈：由于資料的彈性所致，使被彎曲的角度變大，措施：模具角度廢品件?；貜椊牵?10.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Sheet Stamping Technology2拉深：利用拉深模將板料沖壓成一端開口的空心件的工序。拉深件最危險(xiǎn)部位是直壁與底部的過(guò)渡圓角處凸凹模圓角半徑：不可太鋒利，否那么易拉裂凸凹模間隙：稍大于板料厚度，過(guò)小會(huì)使摩擦力增大；過(guò)大會(huì)起皺，尺寸精度降低。單邊間隙z=(1.11.2) , 為

19、板材厚度拉深系數(shù)：m=d/D，0.50.8，越小，變形程度越大光滑劑：減少模具磨損褶皺：壓邊圈拉穿：添加凸凹圓角、 添加拉深次數(shù)常見缺陷.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Sheet Stamping Technology3起伏滾壓成形：加強(qiáng)筋和花紋4橡膠成形脹形：適于較薄板材.第二節(jié) 金屬塑性成形方法Sheet Stamping Technology5翻邊：在帶孔的平坯料上用擴(kuò)孔的方法獲得凸緣的工序。6旋壓：旋壓機(jī)，用于空心回轉(zhuǎn)體。翻邊系數(shù)：k=do/d.第三節(jié) 鍛壓件構(gòu)造工藝性Forging Technology一、自在鍛件的構(gòu)造工藝性盡量防止錐體或斜面、曲面銜接；外形不易復(fù)雜；不應(yīng)帶筋；防止凸臺(tái)；

20、.Sheet Stamping Technology三、沖壓件的構(gòu)造工藝性沖裁件：零件外形力求簡(jiǎn)單對(duì)稱凹凸部位不能過(guò)深、過(guò)窄轉(zhuǎn)角處應(yīng)設(shè)圓角充分利用資料不合理的構(gòu)造第三節(jié) 鍛壓件構(gòu)造工藝性.Sheet Stamping Technology變形件彎曲：最小彎曲半徑 (防止開裂) rmin=(0.251)彎曲帶孔零件時(shí)，應(yīng)留意孔的位置彎曲軸線垂直于纖維組織方向彎曲邊高H2S為防止孔的變形，孔的邊緣距彎曲中心應(yīng)有一定的間隔, L1.52s第三節(jié) 鍛壓件構(gòu)造工藝性.Sheet Stamping Technology變形件拉深外形應(yīng)簡(jiǎn)單、對(duì)稱，高度不易過(guò)大轉(zhuǎn)彎處應(yīng)有過(guò)渡圓角第三節(jié) 鍛壓件構(gòu)造工藝性.一、

21、精細(xì)模鍛 精細(xì)模鍛是在模鍛設(shè)備上鍛造出外形復(fù)雜、高精度鍛件的模鍛工藝。圖5-63是TS12差速齒輪鍛件圖。 工藝過(guò)程 精細(xì)模鍛的工藝過(guò)程是： (1)先將原始坯料經(jīng)普通模鍛成中間坯料； (2)再對(duì)中間坯料進(jìn)展嚴(yán)厲的清理，除去氧化皮或缺陷； (3)最后采用無(wú)氧化或少氧化加熱后精鍛。第四節(jié) 先進(jìn)塑性成形方法.精細(xì)模鍛工藝特點(diǎn) 準(zhǔn)確計(jì)算原始坯料的尺寸，嚴(yán)厲按坯料質(zhì)量下料，否那么會(huì)增大鍛件尺寸公差，降低精度。 需求精細(xì)清理坯料外表，除凈坯料外表的氧化皮、脫碳層及其它缺陷等。 為提高鍛件的尺寸精度和降低外表粗糙度，應(yīng)采用無(wú)氧化或少氧化加熱法，盡量減少坯料外表構(gòu)成的氧化皮。 精細(xì)模鍛的鍛件精度在很大程度上取

22、決于鍛模的加工精度。 模鍛時(shí)要很好地進(jìn)展光滑和冷卻鍛模。 精細(xì)模鍛普通都在剛度大、運(yùn)動(dòng)精度高的模鍛設(shè)備上進(jìn)展，如曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)或高速錘等。第四節(jié) 先進(jìn)塑性成形方法.二、擺動(dòng)碾壓 擺動(dòng)輾壓即上模的軸線與被輾壓工件的軸線傾斜一個(gè)角度，模具一面繞軸心旋轉(zhuǎn)，一面對(duì)坯料進(jìn)展緊縮(每一瞬時(shí)僅緊縮坯料橫截面的一部分)的加工方法，如圖5-64所示。擺動(dòng)輾壓可用于坯料的鐓粗、鉚接、縮口、擠壓等，如圖5-65所示。三、軋制新工藝 碾環(huán)、輥鍛、螺旋斜軋(圖5-64)第四節(jié) 先進(jìn)塑性成形方法.四、液態(tài)模鍛 液態(tài)模鍛實(shí)踐上是鑄造和鍛造工藝的組合，是把液態(tài)金屬直接澆入金屬模內(nèi)，然后在一定時(shí)間內(nèi)以一定的壓力作用于液

23、態(tài)或半液態(tài)金屬上，使之成形，并在此壓力下結(jié)晶和塑性流動(dòng)。1液態(tài)模鍛的工藝過(guò)程 圖5-66 液態(tài)模鍛的工藝過(guò)程是把一定量的金屬液澆入下模凹模型腔中，然后當(dāng)熔液還處在熔融或半熔融形狀處于液固兩相區(qū)時(shí)便施加壓力，迫使金屬充溢形腔的各個(gè)部位構(gòu)成工件。 液態(tài)模鍛工藝流程：原資料配制熔煉澆注加壓成形脫?；铱永鋮s熱處置檢驗(yàn)入庫(kù)。 第四節(jié) 先進(jìn)塑性成形方法.液態(tài)模鍛工藝的主要特點(diǎn) ()在成形過(guò)程中，液態(tài)金屬在壓力下完成結(jié)晶凝固。 ()己凝固的金屬在壓力作用下，產(chǎn)生塑性變形，使制件外側(cè)璧緊貼模膛璧，液態(tài)金屬自始至終獲得等靜壓。 ()液態(tài)模鍛對(duì)資料的選擇范圍很寬，鋁、銅等有色金屬以及黑色金屬的液態(tài)模鍛已大量用于實(shí)踐消費(fèi)中。第四節(jié) 先進(jìn)塑性成形方法.五、徑向鍛造 徑向鍛造又稱旋轉(zhuǎn)鍛造，是對(duì)軸向旋轉(zhuǎn)送進(jìn)的棒料或管料施加徑向脈沖打擊力，鍛成沿軸向具有不同橫截面制件的工藝方法，其任務(wù)原理如圖5-67所示。徑向鍛造的工件運(yùn)動(dòng)方式有三種，如圖5-68所示。第