1、第三章第三章 金屬塑性成形（壓力加工）金屬塑性成形（壓力加工）1 壓力加工工藝基礎壓力加工工藝基礎 2 金屬的塑性成形方法金屬的塑性成形方法3 鍛件與沖壓件結構工藝性鍛件與沖壓件結構工藝性第三章第三章 金屬塑性成形（壓力加工）金屬塑性成形（壓力加工）概概 述述 5 5模型鍛造模型鍛造一、壓力加工（金屬塑性成形）一、壓力加工（金屬塑性成形）金屬材料在金屬材料在外力外力作用下產生塑性變形，獲得具有一定作用下產生塑性變形，獲得具有一定形形狀、尺寸和力學性能狀、尺寸和力學性能的毛坯或零件的生產方法。的毛坯或零件的生產方法。二、壓力加工的基本生產方式二、壓力加工的基本生產方式 1 1軋制軋制 2 2擠壓

2、擠壓3 3拉拔拉拔4 4自由鍛造自由鍛造6 6板料沖壓板料沖壓上砥鐵上砥鐵下砥鐵下砥鐵坯料坯料擠壓模擠壓模擠壓筒擠壓筒坯料坯料凸模凸模拉拔模拉拔模坯料坯料1 1）零件大小不受限制；）零件大小不受限制；2 2）生產批量不受限制。）生產批量不受限制。三、壓力加工（塑性成形）的特點三、壓力加工（塑性成形）的特點1 1力學性能高力學性能高1 1）組織致密；）組織致密；2 2）晶粒細化；）晶粒細化；3 3）壓合鑄造缺陷；）壓合鑄造缺陷；4 4）使纖維組織合理分布。）使纖維組織合理分布。2 2節約材料節約材料1 1）力學性能高，承載能力提高；）力學性能高，承載能力提高；2 2）減少零件制造中的金屬消耗（與

3、切削加工相比）。）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比）。 3 3生產率高生產率高4 4適用范圍廣適用范圍廣1 11 1 金屬的塑性變形與再結晶金屬的塑性變形與再結晶 1 壓力加工工藝基礎壓力加工工藝基礎 一、金屬塑性變形的實質一、金屬塑性變形的實質1. 1.單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形1 1）滑移：）滑移：晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發生相對滑動。但實際金屬的滑移是靠位錯的移動來實現的。2 2）孿晶：）孿晶：晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發生相對轉動。晶體的一部分相對一部分沿一定的晶面發生相對轉動。2. 2. 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形晶內變形晶內變形晶間變形晶間變形

4、滑移滑移孿晶孿晶滑動滑動轉動轉動多晶體塑性變形的實質：多晶體塑性變形的實質：晶粒內部發生滑移和孿晶；同時晶晶粒內部發生滑移和孿晶；同時晶粒之間發生滑移和轉動。粒之間發生滑移和轉動。二、塑性變形后金屬的組織和性能二、塑性變形后金屬的組織和性能1. 1.冷變形及其影響冷變形及其影響1 1）組織變化的特征：）組織變化的特征：晶粒沿變形最大方向伸長；晶粒沿變形最大方向伸長；晶格與晶粒均發生畸變；晶格與晶粒均發生畸變；晶粒間產生碎晶。晶粒間產生碎晶。2 2）性能變化的特征：）性能變化的特征：加工硬化：加工硬化：隨著變形程度的增加，其隨著變形程度的增加，其強度和硬度不強度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降

5、。斷提高，塑性和韌性不斷下降。有利：強化金屬材料有利：強化金屬材料不利：進一步的塑性變形帶來困難不利：進一步的塑性變形帶來困難020406080%變形程度36032028024020016012080407006005004003002001000220180160140120延 伸率 %沖 擊韌度/J cm-2HB強度極 限/MPa強度極 限布氏硬度延 伸率 %沖 擊韌度2. 2. 回復回復T T回回 = 0.3T= 0.3T熔熔3. 3. 再結晶再結晶T T再再 = 0.4T= 0.4T熔熔(K)(K)4 . 4 . 熱變形及其影響熱變形及其影響1 1）不產生加工硬化）不產生加工硬化2 2

6、）使組織得到改善，提高了力學性能）使組織得到改善，提高了力學性能 細化晶粒；細化晶粒； 壓合了鑄造缺陷；壓合了鑄造缺陷；3 3）形成纖維組織）形成纖維組織 組織致密。組織致密。T T再再冷變形冷變形熱變形熱變形以上以上以下以下三、三、 纖維組織與鍛造比纖維組織與鍛造比 在熱變形過程中，材料內部的夾雜物及其它非基體物質。沿在熱變形過程中，材料內部的夾雜物及其它非基體物質。沿塑性變形方向所形成的流線組織，稱為纖維（流線）組織。塑性變形方向所形成的流線組織，稱為纖維（流線）組織。（1 1）在）在平行平行于纖維組織的方向上：材料的于纖維組織的方向上：材料的抗拉強度提高抗拉強度提高（2 2）在垂直于纖維

7、組織的方向上：材料的）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強度提高抗剪強度提高鍛造比：鍛造比： Y=F坯坯/F鍛鍛Y=H坯坯/H鍛鍛拔長：拔長：鐓粗：鐓粗： 一般，一般，Y=25 Y=25 時，在變形金時，在變形金屬中開始形成纖維組織，縱向的屬中開始形成纖維組織，縱向的強度、塑性和韌性提高；橫向強度、塑性和韌性提高；橫向（垂直纖維方向）同類性能下降，（垂直纖維方向）同類性能下降，力學性能出現各向異性。力學性能出現各向異性。Y5 Y5 時，時，力學性能不再提高，各向異性則力學性能不再提高，各向異性則進一步增加。進一步增加。一、金屬的可鍛性一、金屬的可鍛性是金屬材料在壓力加工時成形的難易程度。是金

8、屬材料在壓力加工時成形的難易程度。1 . 1 . 可鍛性的衡量指標可鍛性的衡量指標1 1）塑性：）塑性：2 2）變形抗力：）變形抗力：材料的材料的塑性越好塑性越好，其可鍛性越好。，其可鍛性越好。材料的材料的變形抗力越小變形抗力越小，其可鍛性越好。其可鍛性越好。2 . 2 . 影響可鍛性的因素影響可鍛性的因素1 1）金屬的本質）金屬的本質化學成分：化學成分：MeMe越低，材料的可鍛性越好。越低，材料的可鍛性越好。組織狀態：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。組織狀態：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。 12 12 壓力加工工藝基礎壓力加工工藝基礎2 2）變形條件）變形條件變形溫度：變形溫度：應力狀態：

9、應力狀態：變形速度：變形速度：v塑塑性、性、變變形形抗抗力力塑性塑性變形抗力變形抗力cvT T溫溫越高，材料的可鍛性越好。越高，材料的可鍛性越好。V V變變越小，材料的可鍛性越好。越小，材料的可鍛性越好。三向壓應力三向壓應力塑性最好、變形抗力最大。塑性最好、變形抗力最大。三向拉應力三向拉應力塑性最差、變形抗力最大。塑性最差、變形抗力最大。三、金屬的變形規律三、金屬的變形規律1. 1. 體積不變定律體積不變定律2. 2. 最小阻力定律最小阻力定律二、鍛造溫度范圍二、鍛造溫度范圍始鍛溫度：始鍛溫度：終鍛溫度：終鍛溫度：過熱、過燒過熱、過燒 缺陷缺陷加工硬化加工硬化45: 1200 8002 2 金

10、屬的塑性成形方法金屬的塑性成形方法2-1 2-1 自由鍛造自由鍛造一、自由鍛設備一、自由鍛設備鍛錘鍛錘壓力機壓力機空氣錘空氣錘蒸汽蒸汽空氣錘空氣錘水壓機水壓機油壓機油壓機65750Kg630Kg5T落下部分總重量落下部分總重量 = = 活塞活塞+ +錘頭錘頭+ +錘桿錘桿滑塊運動到下始點時所產生的最大壓力滑塊運動到下始點時所產生的最大壓力鍛錘噸位鍛錘噸位 = =壓力機噸位壓力機噸位 = =二、自由鍛基本工序二、自由鍛基本工序基本工序基本工序 完成鍛件基本變形和成形的工序。完成鍛件基本變形和成形的工序。H完全礅粗局部礅粗，S S1.25H0/D02.53. 3. 沖孔：沖孔：4. 4. 彎曲彎曲

11、：5. 5. 扭轉：扭轉：6. 6. 錯移：錯移：1. 1. 礅粗：礅粗：2. 2. 拔長：拔長：， S SL L芯軸拔長芯軸擴孔三、自由鍛工藝規程的制定三、自由鍛工藝規程的制定1. 1. 鍛件圖的繪制鍛件圖的繪制1 1）機械加工余量）機械加工余量2 2）公差）公差3 3）敷料）敷料2. 2. 坯料重量和尺寸的計算坯料重量和尺寸的計算G坯坯 = （1+k）G鍛鍛G坯坯 = G鍛鍛+G料頭料頭+G芯料芯料+G燒燒K K 消耗系數消耗系數（1/31/41/31/4）余量）余量Y=F坯坯/F鍛鍛Y=H坯坯/H鍛鍛拔長：拔長：鐓粗：鐓粗：1.25H0/D02.5max鍛坯YFF圓截面坯料圓截面坯料：坯

12、坯坯DHDV45 . 2438 . 0坯坯VD所以：所以：長軸類鍛件：長軸類鍛件：max鍛坯DYD3 . 3 . 鍛造工序的選擇鍛造工序的選擇軸、桿類零件：鐓粗、拔長軸、桿類零件：鐓粗、拔長盤類、環類零件：鐓粗（拔長及鐓粗）、盤類、環類零件：鐓粗（拔長及鐓粗）、 沖孔（芯軸上擴孔）沖孔（芯軸上擴孔）筒類零件：鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長筒類零件：鐓粗、沖孔、在芯軸上拔長4 . 4 . 鍛造溫度范圍及加熱火次的確定鍛造溫度范圍及加熱火次的確定5 . 5 . 鍛造設備的選擇鍛造設備的選擇6 . 6 . 確定工時確定工時 7 . 7 . 填寫工藝卡填寫工藝卡2-2 2-2 模型鍛造模型鍛造模型鍛造模型鍛

13、造 將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛將金屬坯料放在具有一定形狀的模鍛模膛 內受壓、變形，獲得鍛件的方法。內受壓、變形，獲得鍛件的方法。特點：特點：1 1）生產率高；）生產率高； 2）鍛件的尺寸精度和表面質量高；3 3）材料利用率高；）材料利用率高；4 4）可鍛造形狀較復雜的零件；）可鍛造形狀較復雜的零件；5 5）模具成本高、設備昂貴；）模具成本高、設備昂貴；6 6）鍛件不能任意大。）鍛件不能任意大。一般不得超過一般不得超過150kg150kg。一、錘上模鍛一、錘上模鍛（一）錘上模鍛設備（一）錘上模鍛設備蒸汽蒸汽空氣模鍛捶空氣模鍛捶（二）鍛模結構（二）鍛模結構鍛模鍛模模膛模膛飛邊槽飛邊槽橋部

14、橋部倉部倉部 形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔。 容納多余的金屬。容納多余的金屬。 增加金屬流動的阻力，促使金屬充滿模膛。增加金屬流動的阻力，促使金屬充滿模膛。（三）模膛的分類（三）模膛的分類模膛模膛模鍛模膛模鍛模膛制坯模膛制坯模膛終鍛模膛終鍛模膛預鍛模膛預鍛模膛延伸模膛延伸模膛滾壓模膛滾壓模膛彎曲模膛彎曲模膛切斷模膛切斷模膛（四）鍛模工藝規程的制定（四）鍛模工藝規程的制定1. 1. 繪制鍛件圖繪制鍛件圖1 1）分模面的選擇）分模面的選擇分模面應選在鍛件的分模面應選在鍛件的最大截面處最大截面處；分模面的選擇應使模膛分模面的選擇應使模膛淺而對稱淺而對稱；分模面的選擇應使

15、鍛件上所分模面的選擇應使鍛件上所加敷料最少加敷料最少；分模面應最好是分模面應最好是平直面平直面。aaccddbb2)2)確定加工余量、公差和敷料確定加工余量、公差和敷料加工余量：14mm公差：0.33mm3 3）設計模鍛斜度）設計模鍛斜度外壁斜度：57 0內壁斜度：712 04 4）設計模鍛圓角）設計模鍛圓角外圓角：r = 1.512mm內圓角：R=（23）r5 5）確定沖孔連皮）確定沖孔連皮2. 2. 確定模鍛工序確定模鍛工序1 1）基本工序）基本工序圓盤類零件：鐓粗圓盤類零件：鐓粗 預鍛預鍛 終鍛終鍛長桿類零件：制坯長桿類零件：制坯 預鍛預鍛 終鍛終鍛2 2）修正工序）修正工序切邊；沖孔； 校正； 熱處理；清理。汽車凸輪軸汽車凸輪軸工序：拔長、滾擠、預鍛、工序：拔長、滾擠、預鍛、終鍛、切邊。終鍛、切邊。二、胎模鍛造二、胎模鍛造利用自由鍛設備在活動模具上生產模鍛件的方法。1. 1. 扣模扣模2. 2. 筒模筒模3. 3. 合模合模應用：沒有模鍛設備的中、小型鍛件的批量生產。2-3 2-3 板料沖壓板料沖壓利用沖模對金屬板料施加壓力，使其產生分離或變形獲利用沖模對金屬板料施加壓力，使其產生分