金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)培訓(xùn)講座

主講內(nèi)容

第六章金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)第一頁，共三十八頁。4/20/20231金屬的塑性成形了解金屬塑性成形的工藝基礎(chǔ)；掌握金屬的塑性成形的方法及工藝；掌握各種成形模具結(jié)構(gòu)、基本工序和典形零件的工藝制定。本章重點：第二頁，共三十八頁。4/20/20232金屬塑性成形加工的概念利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的型材、棒材、線材以及鍛件、沖壓件的加工方法。

1概述第三頁，共三十八頁。4/20/20233

成形條件(1)塑性材料。低碳鋼、鋁、銅合金最好；(2)受力塑性變形、滿足屈服條件：σ>σs（材料屈服強）。第四頁，共三十八頁。4/20/20234金屬塑性加工的分類鍛壓生產(chǎn)方式示意圖第五頁，共三十八頁。4/20/20235自由鍛造模膛鍛造第六頁，共三十八頁。4/20/20236板料沖壓（又稱薄板沖壓和冷沖壓）

第七頁，共三十八頁。4/20/20237冷拔和冷鐓第八頁，共三十八頁。4/20/20238

軋制、擠壓第九頁，共三十八頁。4/20/20239金屬壓力加工的特點力學(xué)性能高；節(jié)省材料；生產(chǎn)率高；不足：固態(tài)下成形，無法獲得截面形狀較復(fù)雜件第十頁，共三十八頁。4/20/2023102金屬塑形成形原理(1)塑性變形理論及假設(shè)(3)金屬變形過程中的組織與性能(4)冷變形及熱變形(5)影響塑性變形的因素本節(jié)的重點：1.金屬塑性成形原理；2.纖維組織的形成及利用；3.金屬可鍛性及其影響因素。(2)金屬塑性變形原理第十一頁，共三十八頁。4/20/202311(1)塑性變形理論及假設(shè)1最小阻力定律

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阻力最小的方向移動，這就叫做最小阻力定律。圓形、方形、矩形截面上各質(zhì)點在鐓粗時的流動方向，方形截面鐓粗后的截面形狀。第十二頁，共三十八頁。4/20/202312

在壓力加工過程中，常用鍛造比(Y鍛)來表示變形度。鍛造比的計算公式與變形方式有關(guān)。拔長時的鍛造比為:Y拔＝F0/F,鐓粗時的鍛造比為:Y鐓＝H0/H.

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F坯料的大小應(yīng)保證滿足技術(shù)要求規(guī)定的鍛造比Y拔，即坯料截面積應(yīng)為：F坯料=Y拔F鍛件

3變形程度的計算2塑性變形前后體積不變的假設(shè)第十三頁，共三十八頁。4/20/2023131.單晶體的塑性變形（正應(yīng)力）晶格彈變斷裂(2)金屬塑性變形原理第十四頁，共三十八頁。4/20/2023142.單晶體的塑性變形（切應(yīng)力）

在切應(yīng)力作用下,晶體的一部分相對于另一部分產(chǎn)生滑動,稱為滑移。發(fā)生滑移的晶面稱為滑移面。晶格彈變彈塑變塑變ττττ第十五頁，共三十八頁。4/20/202315

滑移是由位錯在滑移面上的運動。1’3’4’5’6’6543212’566’5’44’3211’2’3’1234566’5’4’3’2’1’1234561’2’3’4’5’6’1234561’2’3’4’5’6’第十六頁，共三十八頁。4/20/202316攣晶：晶體在外力的作用下，一部分相對另一部分沿攣晶面發(fā)生轉(zhuǎn)動；攀移：從一個晶面攀到另一個晶面；第十七頁，共三十八頁。4/20/202317◆不同位向的晶粒之間先后進行滑移,相互協(xié)調(diào)。ssA3.多晶體的塑性變形 特點：◆晶粒越細，變形抗力就越大。◆晶粒越細，塑性提高。第十八頁，共三十八頁。4/20/202318多晶體塑性變形

許多單個晶粒產(chǎn)生塑性變形的綜合結(jié)果。晶內(nèi)變形（滑移、攣晶）晶間變形（晶粒之間滑動和轉(zhuǎn)動）第十九頁，共三十八頁。4/20/202319金屬塑性變形原理變形方式：滑移、攣晶為主；變形過程：取向有利的晶粒發(fā)生滑移變形，取向不利的晶粒只有通過晶粒轉(zhuǎn)動或攣晶變形后，才能進一步發(fā)生滑移變形；而滑移變形需要各晶粒相互協(xié)調(diào)配合才能進行；塑性變形過程總伴隨著彈性變形的存在，當(dāng)剪應(yīng)力達到一定值后，才產(chǎn)生塑性變形。第二十頁，共三十八頁。4/20/202320纖維組織的利用原則：

1、將鑄錠加熱進行壓力加工后，由于金屬經(jīng)過塑性變形及再結(jié)晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細化的再結(jié)晶組織。2、同時還可以將鑄錠中的氣孔、縮松等結(jié)合在一起，使金屬更加致密，其機械性能會有很大提高。3、此外，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(zhì)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(jié)構(gòu)叫纖維組織。(3)金屬變形過程中的組織與性能第二十一頁，共三十八頁。4/20/202321

使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷；使零件所受的最大拉應(yīng)力與纖維方向一致，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直。

4、具有纖維組織的金屬，各個方向上的機械性能不相同。順纖維方向的機械性能比橫纖維方向的好。金屬的變形程度越大，纖維組織就越明顯，機械性能的方向性也就越顯著。第二十二頁，共三十八頁。4/20/202322纖維組織的利用原則：

使正應(yīng)力順纖維方向 切應(yīng)力橫纖維方向 并盡量保持纖維完整不被切斷第二十三頁，共三十八頁。4/20/202323鍛造毛胚切削的齒輪板材切削加工的齒輪鍛造的曲軸切削加工的曲軸完全鍛造的齒輪第二十四頁，共三十八頁。4/20/202324塑性變形后組織和性能的變化組織：晶粒沿變形最大的方向伸長；晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；晶粒間產(chǎn)生碎晶。性能：強度、硬度升高，塑性、韌性降低加工硬化（不穩(wěn)定現(xiàn)象）的概念：通常將鋼和其他金屬材料的力學(xué)性能隨內(nèi)部變形程度的增加，強度、硬度不斷升高，塑性、韌性不斷降低的現(xiàn)象；第二十五頁，共三十八頁。4/20/202325回復(fù)與再結(jié)晶 ————消除

加工硬化，恢復(fù)塑性

的方法第二十六頁，共三十八頁。4/20/202326

(2)再結(jié)晶

T再=0.4T熔(T為絕對溫度)

金屬的畸變晶粒經(jīng)過形核與長大重新變?yōu)樾碌牡容S晶粒，性能又恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。內(nèi)應(yīng)力晶粒大小強度塑性回復(fù)再結(jié)晶晶粒長大加熱溫度(1)回復(fù)

既可消除其內(nèi)應(yīng)力，又可保持其加工硬化性能。(3)晶粒長大第二十七頁，共三十八頁。4/20/202327加工硬化在高溫下不穩(wěn)定回復(fù)：晶格扭曲室溫下不能消除，如果提高溫度，原子獲得熱能，熱運動加劇，使原子得以恢復(fù)正常排列，消除晶格扭曲，可使加工硬化得到部分消除，該過程為回復(fù)；再結(jié)晶：當(dāng)溫度進一步提高，金屬原子獲得更多熱能，則開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心結(jié)晶成新的晶粒，加工硬化全部消除，這一過程為“再結(jié)晶”。第二十八頁，共三十八頁。4/20/202328冷變形

變形溫度低于回復(fù)溫度時，金屬在變形過程中只有加工硬化而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，變形后的金屬只具有加工硬化組織，這種變形稱為冷變形。熱變形

變形溫度在再結(jié)晶溫度以上時，變形產(chǎn)生的加工硬化被隨即發(fā)生的再結(jié)晶所抵消，變形后金屬具有再結(jié)晶的等軸晶粒組織，而無任何加工硬化痕跡，這種變形稱為熱變形。

(4)冷變形及熱變形第二十九頁，共三十八頁。4/20/202329(5)影響塑性變形的因素

可鍛性——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?？慑懶缘膬?yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來綜合評定的。

塑性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。

變形抗力是指金屬對變形的抵抗力。金屬的可鍛性取決于材料的性質(zhì)(內(nèi)因)和加工條件(外因)。第三十頁，共三十八頁。4/20/202330材料性質(zhì)的影響(內(nèi)因)化學(xué)成分的影響

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(fù)雜，其塑性越差，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下降的。金屬組織的影響

純金屬及固溶體(如奧氏體)的可鍛性好。而碳化物(如滲碳體)的可鍛性差。鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結(jié)構(gòu)不如晶粒細小而又均勻的組織的可鍛性好第三十一頁，共三十八頁。4/20/202331加工條件的影響(外因)

在一定的變形溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，原子動能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學(xué)性能降低，這種現(xiàn)象稱為“過熱”。若加熱溫度更高接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間的結(jié)合，使金屬失去塑性，坯料報廢，這一現(xiàn)象稱為“過燒”。金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為始鍛溫度。不能再鍛，否則引起加工硬化甚至開裂，此時停止鍛造的溫度稱終鍛溫度。變形溫度的影響第三十二頁，共三十八頁。4/20/202332變形速度的影響

一方面由于變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)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、變形抗力增大，可鍛性變壞。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轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬溫度升高(稱為熱效應(yīng)現(xiàn)象)。變形速度越大，熱效應(yīng)現(xiàn)象越明顯，使金屬的塑性提高、變形抗力下降(圖中a點以后)，可鍛性變好。第三十三頁，共三十八頁。4/20/202333應(yīng)力狀態(tài)的影響

擠壓時為三向受壓狀態(tài)。拉拔時為兩向受壓一向受拉的狀態(tài)。壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈好，變形抗力增大；拉應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。第三十四頁，共三十八頁。4/20/202334思考題1.纖維組織是怎樣形成的?它對金屬的力學(xué)性能有何影響?2.試分析用棒料切削加工成形和用棒料冷鐓成形制造六角螺栓的力學(xué)性能有何不同?第三十五頁，共三十八頁。4/20/202335復(fù)習(xí)題(1)說明金屬塑性成形的條件和方法。(2)何謂金屬冷變形和熱變形？(3)同種金屬材料分別經(jīng)過冷、熱變形，其組織和性能有何差異？何謂金屬再結(jié)晶？(4)說明金屬鍛造性的意義，有哪些影響因素？(5)什么是鍛造流線（即）？在設(shè)計和制造零件時應(yīng)如何分布鍛造流線？(6)金屬鍛造時，為什么要加熱？鋼的鍛造溫度大致限制在什么范圍內(nèi)？第三十六頁，共三十八頁。4/20/202336謝謝大家第三十七頁，共三十八頁。4/20/202337內(nèi)容總結(jié)主講內(nèi)容。4/5/2023。4/5/2023。低碳鋼、鋁、銅合金最好。在切應(yīng)力作用下