機械制造工藝基礎課件ppt_05模鍛工藝和冷塑性加工基礎

1、機械制造技術基礎鍛壓工藝塑性加工基礎和鍛造工藝李海艷華中科技大學船海學院機械制造工藝基礎鍛壓工藝回顧塑性成形的概念：通過外力使材料產(chǎn)生塑性變形，達到改變材料的形狀、尺寸和機械性能的目的的一類工藝方法稱為塑性成形 。塑性變形的實質(zhì)：金屬在外力超過屈服強度時產(chǎn)生永久性變形的性質(zhì)稱為塑性變形，是金屬鍵的不飽和性的反映。機械制造工藝基礎鍛壓工藝罩=-3- -機械制造工藝基礎鍛壓工藝塑性變形對金屬性能影響：加工硬化：金屬在塑性變形時，隨著變形量的增加，強度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象。加工硬化產(chǎn)生的原因：由于晶體的滑移變形量的增大，位錯及亞晶界的數(shù)量增多，晶格畸變 量增大，使位錯運動困難，滑移無法進

2、行。導致 金屬內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應力 。利：金屬產(chǎn)生加工硬化后，將可以提高強度和硬度，有利于提高材料和零件的承載能力和耐 磨性。弊：導致進一步的塑性變形困難，使塑性成形無法進行或?qū)е聰嗔褭C械制造工藝基礎鍛壓工藝消除加工硬化：再結晶：經(jīng)過塑性變形的金屬，在加熱過程中， 強度和硬度下降，塑性和韌性提高的現(xiàn)象稱為再結晶 。再結晶的實質(zhì)：由于塑性變形后，金屬內(nèi)部存在大量的位錯，亞晶和晶格畸變，所以塑性變形后的金 屬處于高能狀態(tài)，有自發(fā)地向低能態(tài)轉化的傾向，但 在室溫時，原子的活動能力很差，向低能態(tài)轉化需要 很長的時間 。再結晶溫度：塑性變形后的金屬，通常要加熱到某一溫度才開始發(fā)生再結晶，這一溫度稱為再結

3、晶溫 度 。晶粒粗大：溫度再增加，晶粒長大開始長大，晶粒長大的速度很快，導致晶粒過大，使雜質(zhì)富集，導致塑性下降機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響再結晶的因素：純金屬：再結晶溫度為：T再=0.4T熔，所以， 熔點高的金屬，再結晶溫度也高 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響再結晶的因素：變形量：塑性變形量愈大，能態(tài)愈高，再結晶進 行越容易，再結晶溫度愈低 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響再結晶的因素：雜質(zhì)和合金元素：金屬中雜質(zhì)和合金元素越高， 由于雜質(zhì)和合金元素阻礙原子的擴散和晶界的遷移， 使再結晶進行困難，金屬再結晶溫度越高 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響再結晶的因素：加熱和保溫時間：加熱和保溫時間越長，原

4、子的擴散路程越長，再結晶進行越容易，再結晶溫度愈低。機械制造工藝基礎鍛壓工藝塑性變形的類型：冷變形：金屬在再結晶溫度以下的塑性變形稱為冷變形。通常也稱為冷壓力加工。沿變形方向，晶粒被拉長，位錯和亞晶較多，并產(chǎn)生加工硬化 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝塑性變形的類型：冷變形強化：在冷壓力加工中，因產(chǎn)生加工硬化，不利于要求變形大的復雜零件的成形。但可利用冷壓力加工實現(xiàn)非熱處理強化金屬的冷變形強化 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝塑性變形的類型：冷變形產(chǎn)品：冷變形產(chǎn)品具有表面質(zhì)量好、尺寸精度高、機械性能好的特點，一般不需再切削加工。常溫下進行的冷鐓、冷擠、冷軋以及冷沖壓等都屬于冷變形 。機械制造工藝基礎鍛壓工

5、藝塑性變形的類型：熱變形：金屬在再結晶溫度以上的塑性變形稱為熱 變形。通常也稱為熱壓力加工。因在再結晶溫度以上， 原子的活動能力強，位錯，亞晶和晶格畸變消除，晶粒很快長成為無畸變的規(guī)則的再結晶組織。從而消除了加工硬化 。熱變形的利用：熱壓力加工時，金屬變形抗力小，塑性好，可用于大尺寸及塑性較差的材料的塑性成形。 利用熱壓力加工，還可以細化晶粒，分散雜質(zhì)，焊合缺 陷。熱變形產(chǎn)品：由于熱變形是在高溫下進行的，因而金屬在加熱過程中，表面容易形成氧化皮，而且產(chǎn)品尺 寸精度和表面質(zhì)量較低，勞動條件和生產(chǎn)率也較差。自 由鍛、熱模鍛、熱軋等為熱壓力加工 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝塑性變形后的性態(tài)：纖維組織：

6、純金屬塑性變形后，晶粒沿變形方向 被拉長，微觀上呈纖維形狀，稱為纖維組織 。流線：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，微觀上呈纖維形狀而宏觀 上呈流線形狀，這種結構叫流線 。特點：順纖維和流線方向的機械性能比橫纖維和流線方向的好。金屬的變形程度越大，纖維組織和流線 就越明顯，機械性能的方向性也就越顯著。流線的化學 穩(wěn)定性強，通過熱處理是不能消除的，只能通過不同方 向上的鍛壓才能改變流線的分布狀況。而纖維組織可通 過再結晶退火的熱處理消除機械制造工藝基礎鍛壓工藝塑性變形后的性態(tài)：流線組織的利用：使流線分布與零件的輪廓相

7、符合而不被切斷，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垂直 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝金屬的可鍛性：可鍛性的概念：金屬材料在經(jīng)受壓力加工時產(chǎn)生塑性變形的工藝性能。金屬的可鍛性好， 表明該金屬適合于經(jīng)受壓力加工成型?？慑懶?差，說明該金屬不宜于選用壓力加工方法成型 ?？慑懶缘脑u定指標：可鍛性的優(yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來綜合評定的。塑性高， 則金屬變形不易開裂；變形抗力小，則鍛壓省 力。兩者綜合起來，金屬材料就具有良好的可鍛性。 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)。機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響可鍛性的因素：合金成分：純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。鋼

8、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。例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的 。組織：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構不如晶粒細小而又均勻的組織的可鍛性好 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響可鍛性的因素：溫度：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 。過熱：加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬機械性 能降低的現(xiàn)象 。過燒：加熱溫度接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間 的結合，使金屬失去塑性，坯料報廢的現(xiàn)象機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響可鍛性的因素：始鍛

9、溫度：金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為始鍛溫度 。終鍛溫度：引起加工硬化甚至開裂的最低溫度稱為終鍛溫度 。鍛造溫度范圍：始鍛溫度與終鍛溫度之間的區(qū)間稱為鍛造溫度范圍。機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響可鍛性的因素：變形速度：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)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、 變形抗力增大；但金屬在變形過程中，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。當變形 速度很高時，金屬的塑性提高、變形抗力下降，可鍛性 變好 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝影響可鍛性的因素：高 。應力狀態(tài)：壓應力的數(shù)量愈多，則其塑性愈好； 拉應力的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。壓應力使金屬內(nèi)部

10、原子間距減小，又不易使缺陷擴展，故金屬的塑性會增機械制造工藝基礎鍛壓工藝鍛造的應用：主軸類零件：大多數(shù)受力較大或受交變載荷作用 的機械主軸都采用鍛造方法生產(chǎn) 。連桿：大多數(shù)受力較大或受交變載荷作用的連桿 都采用鍛造方法生產(chǎn) 。齒輪：大多數(shù)重載荷齒輪都用鍛造方法生產(chǎn) 。大梁：汽車大梁要求有高的機械性能，常用冷彎成形 。槍炮管：槍炮管要求機械性能和耐磨性能高，一 般用擠壓方法生產(chǎn) 。其他：塑性成形也廣泛用于電器、儀表及日用品 工業(yè)中的外殼制造 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝鍛造工藝：自由鍛：金屬在人為控制下，通過改變受力的點位置和力的大小，而改變其形狀，并最終獲得所需尺寸 的坯件的成形方法。也稱為自由

11、成形 。胎模鍛：在自由鍛設備上，使用可移動的胎模具生產(chǎn)鍛件的鍛造方法稱為胎膜鍛。一般先將坯料經(jīng)過自 由鍛預鍛成近似鍛件的形狀，然后用胎模終鍛成型。固定模膛模鍛：通過塑性變形迫使坯料在鍛模型 槽內(nèi)成型生產(chǎn)鍛件的鍛造方法稱為模鍛或固定模膛成形。主要分為錘上模鍛和壓力機上模鍛 。沖壓分離：使坯料的一部分與另一部分相互分開的工序稱為分離工序。如落料、沖孔、切斷、精沖等 。沖壓變形：只允許產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，不允許產(chǎn)生微裂紋。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛工藝規(guī)程的制定：錘上模鍛成形的工藝過程：切斷毛坯加熱坯料模鍛切除模鍛件的飛邊校正鍛件表面清理檢 驗入庫 。鍛件圖的繪制： 合理選擇模鍛件的分 模面；

12、確定模鍛件的 機械加工余量；標注 模鍛斜度；標注模鍛 圓角；留出沖孔連皮。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛工藝規(guī)程的制定：模鍛工步的確定： 長軸類：下料拔長 滾壓彎曲預鍛終鍛。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛工藝規(guī)程的制定：模鍛工步的確定：圓盤類：下料鐓粗預鍛終鍛。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛件的結構工藝性合理的分型面：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 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛件的結構工藝性拔模斜度和圓角：與錘擊方向平行的非加工表面，應設計出模鍛斜度。非加工表面所形成的角都應按模鍛圓角設計 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛件的結構工藝性截面差不

13、可太大：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、高筋等結構。為了使金屬容易充滿模膛和減少工序，零件的最小截面與最大截面之比如小于0.5就不宜采用模鍛方法制造 。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛件的結構工藝性避免高筋、薄壁機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛件的結構工藝性避免凸緣、多孔機械制造工藝基礎鍛壓工藝自由鍛鍛件的結構工藝性錐體或斜面：防止鍛件上出現(xiàn)具有錐體或斜面的結構、因為錐體或斜面很難鍛制，應改為圓柱體或平面機械制造工藝基礎鍛壓工藝自由鍛鍛件的結構工藝性相貫面：與防止鍛件出現(xiàn)圓柱面與圓柱面相慣的結構，因為相慣線為空間曲線，無法鍛制， 應改為平面相交機械制造工藝基礎鍛壓

14、工藝自由鍛鍛件的結構工藝性避免非規(guī)則結構：防止鍛件出現(xiàn)橢圓形、工字形或其它非規(guī)則形狀截面及非規(guī)則外形的結構，因為 非規(guī)則形狀截面及非規(guī)則外形，鍛制困難，應改為規(guī) 則外形和規(guī)則形狀截面機械制造工藝基礎鍛壓工藝自由鍛鍛件的結構工藝性避免肋板和凸臺：防止鍛件出現(xiàn)肋板和凸臺的結構，因為自由鍛無法鍛制高筋和凸臺。應將肋板改 為鍛后焊接，凸臺改為沉頭孔機械制造工藝基礎鍛壓工藝自由鍛鍛件的結構工藝性避免鍛件形狀復雜：防止鍛件出現(xiàn)截面急劇變化或形狀復雜的結構，因為自由鍛無法鍛制截面急劇 變化或形狀復雜的結構。應將工件分段鍛制，鍛后焊 接或機械連接組成整體。機械制造工藝基礎鍛壓工藝模鍛復習題并繪制其鍛件圖和給出

15、鍛造工步。機械制造工藝基礎鍛壓工藝2.4 冷塑性加工基礎冷塑性加工：是指在再結晶溫度以下的塑性加工工藝板料沖壓是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的工藝方法。也成為冷沖壓。的原理及分類： 用沖模使板料產(chǎn)生變形或分離的成形方法。 板料厚度小于8mm時，在室溫下進行，稱冷沖壓。要求材料塑性好，常用的沖壓材料為低碳鋼、銅、鋁、鎂合金及不銹鋼等。機械制造工藝基礎鍛壓工藝2、板料沖壓的特點及應用：（1） 特點：1） 可制出形狀復雜的零件，且廢料少。2） 產(chǎn)品精度高，表面粗糙度小，互換性好。3） 產(chǎn)品質(zhì)輕，強度和剛度高。4） 工藝和操作簡單，便于實現(xiàn)機械化與自動化。5） 沖模制造復雜，適于大批大量生產(chǎn)。（2）

16、應用：汽車、拖拉機和飛機的外殼、箱體、容器等。機械制造工藝基礎鍛壓工藝機械制造工藝基礎鍛壓工藝1、落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）：1) 沖裁變形過程：(1)彈性變形階段：(2）塑性變形階段：(3）斷裂分離階段：機械制造工藝基礎鍛壓工藝2) 凸凹模間隙： 當當Z間過間隙小隙合，過適裂大時紋時，擴，如展斷圖受面到9-光3限b面）制減，所小上示，下，塌裂這角紋時間與光將斜面產(chǎn)度增約大生占，二板形次厚成剪的厚切1/而，2大外1的表/3尺拉左寸長右略毛，有刺切增，斷大且面，難的內(nèi)以塌腔去角尺除、寸，毛同刺時略和沖有斜裁縮度的小均翹（很曲彈小現(xiàn)性。象回零復嚴件）重的。尺凸外寸凹形幾模尺乎間寸與的縮摩模小擦具，增一

17、內(nèi)腔致尺大，寸。完增光全大面可，寬以模度滿具增足壽加使，命用塌較要角高求、。毛刺、斜度等都有所減小，工件質(zhì)量較高。機械制造工藝基礎鍛壓工藝3) 凸凹模刃口尺寸的確定： 在沖裁件尺寸的測量和使用中，都是以光面的尺寸為基準。 落料件的光面是因凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的，而孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的。 設計落料模時，應先按落料件確定凹模刃口尺寸， 取凹模作設計基準件，然后根據(jù)間隙Z確定凸模尺寸（即用縮小凸模刃口尺寸來保證間隙值）。 落料凹?；境叽鐟」ぜ叽绻罘秶鷥?nèi)的較小的尺寸。機械制造工藝基礎鍛壓工藝3) 凸凹模刃口尺寸的確定： 設計沖孔模時，先按沖孔件確定凸模尺寸，取凸 模作設計基準件，然后根據(jù)間隙Z確定凹模尺寸（即用擴大凹模刃口尺寸來保證間隙值）。 沖孔凸?；境叽鐟」ぜ叽绻罘秶鷥?nèi)的較大尺寸。f1021f101-ZZ/2f101 f50.5Z/2f50.5+Z機械制造工藝基礎鍛壓工藝4) 沖裁件的排樣： 兩種類型：有搭邊排樣及無搭邊排樣。機械制造工藝基礎鍛壓工藝2、修整： 修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一