金屬體積成型鍛壓

金屬體積成型鍛壓第一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

3.1概述

3.金屬的塑性成型

3.2塑性成型的理論基礎(chǔ)

3.4薄板的沖壓成型

3.5塑性成型新工藝

3.3塑性成型方法及工藝第二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五金屬塑性成型的基本生產(chǎn)方法軋制示意圖擠壓示意圖金屬塑性成型：由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(jī)械性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法，也稱為壓力加工。3.1概述第三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五鍛壓生產(chǎn)方式示意圖第四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.2塑性成型理論的理論基礎(chǔ)3.2.1塑性變形理論及假設(shè)3.2.2金屬變形過程中的組織與性能3.2.3冷變形及熱變形3.2.4影響塑性變形的因數(shù)本節(jié)的重點(diǎn)：1.金屬塑性成型的原理；2.纖維組織的形成及利用；3.金屬可鍛性及其影響因素。第五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.2.1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(diǎn)在鐓粗時的流動方向，方形截面鐓粗后的截面形狀。第六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五方形變柱形動畫模擬第七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

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(jì)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(jì)算2塑性變形前后體積不變的假設(shè)第八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五纖維組織的利用原則：

1、將鑄錠加熱進(jìn)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(xì)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(jī)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。3.2.2金屬變形過程中的組織與性能第九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五

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(jī)械性能不相同。順纖維方向的機(jī)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(jī)械性能的方向性也就越顯著。第十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五當(dāng)采用棒料直接經(jīng)切削加工制造螺釘時，螺釘頭部與桿部的纖維被切斷，不能連貫起來，受力時產(chǎn)生的切應(yīng)力順著纖維方向，故螺釘?shù)某休d能力較弱(如圖示)。當(dāng)采用同樣棒料經(jīng)局部鐓粗方法制造螺釘時(如圖示)，纖維不被切斷且連貫性好，纖維方向也較為有利，故螺釘質(zhì)量較好。實(shí)例：第十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五冷變形

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。

3.2.3冷變形及熱變形第十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五鋼絲變形模擬加工硬化與再結(jié)晶第十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.2.4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)。第十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五材料性質(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(xì)小而又均勻的組織的可鍛性好第十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五加工條件的影響(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(diǎn)，晶界氧化破壞了晶粒間的結(jié)合，使金屬失去塑性，坯料報(bào)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。變形溫度的影響第十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五變形速度的影響

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(diǎn)以后)，可鍛性變好。第十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五應(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。第十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五思考題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?第十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3塑性成型方法及工藝3.3.1模膛鍛造成型工藝3.3.2鍛模模膛及其功用3.3.3制坯模膛3.3.4錘上模鍛成型工藝設(shè)計(jì)3.3.5壓力機(jī)上模膛成型工藝3.3.6模鍛件的缺陷第二十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3.1模膛鍛造成型工藝3.3.1.1胎模鍛造成型工藝及應(yīng)用

胎模鍛造成型是在自由鍛設(shè)備上，使用可移動的胎模具生產(chǎn)鍛件的鍛造方法。胎模成型與自由成型相比，具有較高的生產(chǎn)率，鍛件質(zhì)量好，節(jié)省金屬材料，降低鍛件成本。與固定模膛成型相比，不需要專用鍛造設(shè)備，模具簡單，容易制造。鍛件質(zhì)量不如固定模膛成型的鍛件高，工人勞動強(qiáng)度大，胎模壽命短，生產(chǎn)率低。胎模成型只適用于小批量生產(chǎn)，多用在沒有模鍛設(shè)備的中小型工廠中。第二十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3.1.2胎固定模膛成型工藝的分類及設(shè)備

固定模膛成型工藝主要分為錘上模膛成型工藝和壓力機(jī)上模膛成型工藝。錘上模鍛成型用于大批量鍛件生產(chǎn)。所用設(shè)備有蒸汽-空氣錘、無砧座錘、高速錘等。壓力機(jī)上模膛成型常用的設(shè)備有曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)和平鍛機(jī)、模鍛水壓機(jī)等。第二十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3.2鍛模模膛模膛及其功用3.3.2.1預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛的作用是：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。同時減少了終鍛模膛的磨損，以延長鍛模的使用壽命。

預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的區(qū)別是前者的圓角和斜度較大，沒有飛邊槽。第二十三頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3.2.2終鍛模膛終鍛模膛的作用是：是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應(yīng)和鍛件的形狀相同。終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個收縮量。鋼件收縮量取1.5%沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬充滿模膛，同時容納多余的金屬。終鍛后在孔內(nèi)留下一薄層金屬，稱為沖孔連皮。第二十四頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3.3制坯模膛拔長模膛——用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。滾壓模膛——用來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。主要是使金屬按模鍛件形狀來分布。第二十五頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五彎曲模膛——對于彎曲的桿類模鍛件，需用彎曲模膛來彎曲坯料。

切斷模膛——上模與下模的角部組成的一對刀口，用來切斷金屬。第二十六頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3.4錘上模鍛成型工藝設(shè)計(jì)錘上模鍛成型的工藝過程一般為：切斷毛坯→加熱坯料→模鍛→切除模鍛件的飛邊→校正鍛件→鍛件熱處理→表面清理→檢驗(yàn)→成堆存放。錘上模鍛成型的工藝設(shè)計(jì)包括制定鍛件圖、計(jì)算坯料尺寸、確定模鍛工步(選擇模膛)、選擇設(shè)備及安排修整工序等。其中最主要的是鍛件圖的制定和模鍛工步的確定。第二十七頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五選擇模鍛件的分模面分模面即是上下鍛模在模鍛件上的分界面。制訂模鍛鍛件圖時，必須按以下原則確定分模面位置：要保證模鍛件能從模膛中取出，分模面應(yīng)選在模鍛件最大尺寸的截面上。按選定的分模面制成鍛模后，應(yīng)使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，以便在安裝鍛模和生產(chǎn)中容易發(fā)現(xiàn)錯模現(xiàn)象，及時調(diào)整鍛模位置。最好把分模面選在模膛深度最淺的位置處。這樣可使金屬很容易充滿模膛，便于取出鍛件，并有利于鍛模的制造。選定的分模面應(yīng)使零件上所加的敷料最少。最好使分模面為一個平面，使上下鍛模的模膛深度基本一致，差別不宜過大，以便于制造鍛模。3.3.4.1模鍛件圖的制定第二十八頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五確定模鍛件的機(jī)械加工余量及公差機(jī)械加工余量一般為1～4mm，鍛造公差一般取在±0.3～3mm之間。標(biāo)注模鍛斜度當(dāng)模膛寬度b小而深度h大時，模鍛斜度要取大些。內(nèi)壁斜度要略大于外壁斜度(a2>a1)。標(biāo)注模鍛圓角半徑鍛件上所有轉(zhuǎn)角處都應(yīng)做成圓角(圖8-10)。一般內(nèi)圓角半徑（R）應(yīng)大于其外圓半徑（r）。留出沖孔連皮鍛件上直徑小于25mm的孔，一般不鍛出，或只壓出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模鍛出通孔，而必須在孔內(nèi)保留一層連皮。沖孔連皮的厚度s與孔徑d有關(guān)，當(dāng)d=30～80mm時，s=4～8mm。第二十九頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五模鍛圓角半徑內(nèi)圓角半徑R是外圓角半徑r的３－４倍內(nèi)壁斜度β應(yīng)比外壁斜度α大一級第三十頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五齒輪坯的模鍛鍛件圖第三十一頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五長軸類鍛件，如臺階軸、曲軸、連桿、彎曲搖臂等(圖8-12)；一般為拔長、滾擠、預(yù)鍛、彎曲、預(yù)鍛、終鍛成型。

盤類模鍛件，如齒輪、法蘭盤等(圖8-13)。一般為鐓粗、預(yù)鍛、終鍛成型。

模鍛工步確定以后，再根據(jù)已確定的工步選擇相應(yīng)的制坯模膛和模鍛模膛。3.3.4.2模鍛工步的確定及模膛種類的選擇第三十二頁，共三十八頁，編輯于2023年，星期五3.3.4.3模鍛成型件的結(jié)構(gòu)工藝性模鍛零件必須具有一個合理的分模面，以保證模鍛件易于從鍛模中取出、敷料最少、鍛模容易制造。零件上與錘擊方向平行的非加工表面，應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛斜度。非加工表面所形成的角都應(yīng)按模鍛圓角設(shè)計(jì)。為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，零件外形力求簡單、平直和對稱，盡量避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、凸起等結(jié)構(gòu)。在零件結(jié)構(gòu)允許的條件下，設(shè)計(jì)時盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。

在可能條件下，應(yīng)采用鍛-焊組合工藝，以減少敷料，簡化模鍛工藝。第三十三頁，共三十