1、第二章第二章 鍛壓鍛壓第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 鍛壓鍛壓 是對金屬坯料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形，以改變其形是對金屬坯料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形，以改變其形狀、尺寸，并改善其內(nèi)部組織和性能，從而獲得所需毛坯或零狀、尺寸，并改善其內(nèi)部組織和性能，從而獲得所需毛坯或零件的加工方法。是件的加工方法。是鍛造鍛造和和沖壓沖壓的總稱。的總稱。鍛造鍛造： 通常都將金屬坯料加熱至高溫在塑性狀態(tài)下進行，按照所通常都將金屬坯料加熱至高溫在塑性狀態(tài)下進行，按照所用設備和變形方式不同，分為用設備和變形方式不同，分為自由鍛自由鍛和和模鍛模鍛兩大類。兩大類。沖壓沖壓： 加工的主要對象是金屬薄板，一般在常溫下進行，又稱為加

2、工的主要對象是金屬薄板，一般在常溫下進行，又稱為板料加工或冷沖壓，較厚的板料也可在加熱后進行沖壓。板料加工或冷沖壓，較厚的板料也可在加熱后進行沖壓。 第二節(jié)第二節(jié) 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理 塑性成形：塑性成形：指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得所需指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸及力學性能的毛坯或零件的加工方法。形狀、尺寸及力學性能的毛坯或零件的加工方法。優(yōu)點：優(yōu)點： 1)1)改善金屬的組織，提高金屬的力學性能；改善金屬的組織，提高金屬的力學性能； 2)2)節(jié)約金屬材料和切削加工工時，提高金屬材料的利用率和節(jié)約金屬材料和切削加工工時，提高金屬材料的利用率和經(jīng)

3、濟效益；經(jīng)濟效益； 3)3)具有較高的勞動生產(chǎn)率。具有較高的勞動生產(chǎn)率。 4)4)適應性廣。適應性廣。 缺點缺點： 1)1)鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，內(nèi)腔復雜零件難以鍛造；鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，內(nèi)腔復雜零件難以鍛造； 2)2)鍛造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；鍛造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3)3)需重型機器設備和較復雜模具，設備費用與周期長；需重型機器設備和較復雜模具，設備費用與周期長； 4 4) )生產(chǎn)現(xiàn)場勞動條件較差生產(chǎn)現(xiàn)場勞動條件較差。 常用塑性成形加工方法：常用塑性成形加工方法：如圖如圖1 1所示所示 1)1)自由鍛造自由鍛造 2)2)模型鍛造模型鍛造 3)3)擠

4、壓擠壓 4)4)拉拔拉拔 5)5)軋鍛軋鍛 6)6)板料沖壓板料沖壓塑性成形主要用于塑性成形主要用于: 主軸、曲軸、連桿、齒輪、飛機零件等力學性能要求高的主軸、曲軸、連桿、齒輪、飛機零件等力學性能要求高的重要零部件使用鍛件。而汽車、拖拉機、機車、儀器、儀表、重要零部件使用鍛件。而汽車、拖拉機、機車、儀器、儀表、電器及生活用品的金屬制件大多數(shù)是沖壓件。電器及生活用品的金屬制件大多數(shù)是沖壓件。第二節(jié)第二節(jié) 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理一、金屬塑性成形的實質(zhì)一、金屬塑性成形的實質(zhì) 具有一定塑性的金屬坯料在外力作用下，當內(nèi)應力達到一具有一定塑性的金屬坯料在外力作用下，當內(nèi)應力達到一定的條件，就會發(fā)

5、生塑性變形；由于金屬材料都是晶體，故要定的條件，就會發(fā)生塑性變形；由于金屬材料都是晶體，故要說明塑性變形的實質(zhì)，必須從其晶體結(jié)構(gòu)來說明。說明塑性變形的實質(zhì)，必須從其晶體結(jié)構(gòu)來說明。1、單晶體的塑性變形、單晶體的塑性變形 晶體內(nèi)的一部分相對另一部分，沿原子排列緊密的晶面作晶體內(nèi)的一部分相對另一部分，沿原子排列緊密的晶面作相對滑動。其變形過程相對滑動。其變形過程如圖如圖2 所示。所示。 2、多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 多晶體是由大量的大小、形狀、晶格排列位向各不相同多晶體是由大量的大小、形狀、晶格排列位向各不相同的晶粒所組成，可分為的晶粒所組成，可分為晶內(nèi)變形晶內(nèi)變形和和晶間變形晶間變形。

6、晶粒內(nèi)部的塑性變形稱為晶粒內(nèi)部的塑性變形稱為晶內(nèi)變形晶內(nèi)變形；晶粒之間相互移動；晶粒之間相互移動或轉(zhuǎn)動稱為或轉(zhuǎn)動稱為晶間變形晶間變形。如圖如圖3 3所示。所示。 1 1、冷變形強化、冷變形強化( (加工硬化加工硬化) ) 指金屬在低溫下進行塑性變形時，金屬的強度和硬度升高，指金屬在低溫下進行塑性變形時，金屬的強度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象，塑性和韌性下降的現(xiàn)象，如圖如圖2-82-8所示；變形程度越大，冷變所示；變形程度越大，冷變形強化現(xiàn)象越嚴重。形強化現(xiàn)象越嚴重。冷變形強化的原因：冷變形強化的原因： 在塑性變形過程中，在滑移面上產(chǎn)生了許多晶格方向混亂在塑性變形過程中，在滑移面上產(chǎn)生了許多

7、晶格方向混亂的微小碎晶，滑移面附近的晶格也產(chǎn)生了畸變，增加了繼續(xù)的微小碎晶，滑移面附近的晶格也產(chǎn)生了畸變，增加了繼續(xù)滑移的阻力，使繼續(xù)變形困難。滑移的阻力，使繼續(xù)變形困難。如圖如圖3 3所示所示。 二、塑性變形對金屬組織與性能的影響二、塑性變形對金屬組織與性能的影響 金屬塑性變形時，在不同的溫度下，對金屬組織和性能產(chǎn)金屬塑性變形時，在不同的溫度下，對金屬組織和性能產(chǎn)生不同的影響。生不同的影響。1)1)加工硬化作用加工硬化作用 強化金屬，提高金屬強度、硬度和耐磨性強化金屬，提高金屬強度、硬度和耐磨性 對某些不能通過熱處理來強化的金屬，可用低溫變形來提對某些不能通過熱處理來強化的金屬，可用低溫變形

8、來提高金屬強度指標，如用冷軋、冷拔和冷擠來提高低碳鋼、純高金屬強度指標，如用冷軋、冷拔和冷擠來提高低碳鋼、純銅、防銹鋁等所制型材和鍛壓件的強度和硬度。銅、防銹鋁等所制型材和鍛壓件的強度和硬度。 在一定程度上提高構(gòu)件在使用過程中的安全性在一定程度上提高構(gòu)件在使用過程中的安全性 2)2)加工硬化不利方面加工硬化不利方面 在塑性加工中，冷變形強化使塑性變形困難，需進行中間在塑性加工中，冷變形強化使塑性變形困難，需進行中間熱處理消除加工硬化，從而增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)率。熱處理消除加工硬化，從而增加了生產(chǎn)成本，降低了生產(chǎn)率。 1 1、冷變形強化、冷變形強化( (加工硬化加工硬化) )對于純金屬，可

9、用下式計算：對于純金屬，可用下式計算：熔回TT3 . 02 . 0式中式中 -金屬的絕對回復溫度；金屬的絕對回復溫度； -金屬的絕對熔化溫度；金屬的絕對熔化溫度； 回T熔T 回復不改變晶粒的形狀及晶粒變形時所構(gòu)成的方向性，也回復不改變晶粒的形狀及晶粒變形時所構(gòu)成的方向性，也不能使晶粒內(nèi)部的破壞及晶界間物質(zhì)的破壞現(xiàn)象得到恢復，只不能使晶粒內(nèi)部的破壞及晶界間物質(zhì)的破壞現(xiàn)象得到恢復，只是是逐漸消除晶格的扭曲程度逐漸消除晶格的扭曲程度。故回復可降低內(nèi)應力，但機械性。故回復可降低內(nèi)應力，但機械性能變化不大，強度稍降低，塑性稍提高。能變化不大，強度稍降低，塑性稍提高。如圖如圖2-9c2-9c所示。所示。

10、2 2、回復和再結(jié)晶、回復和再結(jié)晶1)1)回復回復: : 指當溫度升高時，金屬原子獲得熱能，使冷變形時處于高位指當溫度升高時，金屬原子獲得熱能，使冷變形時處于高位能的原子回復到正常排列，消除由于變形而產(chǎn)生的晶格扭曲的能的原子回復到正常排列，消除由于變形而產(chǎn)生的晶格扭曲的過程，可使內(nèi)應力減少。過程，可使內(nèi)應力減少。 二、塑性變形對金屬組織與性能的影響二、塑性變形對金屬組織與性能的影響二、塑性變形對金屬組織與性能的影響二、塑性變形對金屬組織與性能的影響2)2)再結(jié)晶再結(jié)晶 將變形金屬加熱到更高溫度，金屬原子獲得更高的熱能，將變形金屬加熱到更高溫度，金屬原子獲得更高的熱能，通過金屬原子的擴散，使冷變

11、形強化的結(jié)晶構(gòu)造進行改變，成通過金屬原子的擴散，使冷變形強化的結(jié)晶構(gòu)造進行改變，成長出許多正常晶格的新晶粒，該過程為長出許多正常晶格的新晶粒，該過程為再結(jié)晶再結(jié)晶。如圖如圖2-9d2-9d。 再結(jié)晶使內(nèi)應力全部消除，強度降低，塑性增加。如再結(jié)晶使內(nèi)應力全部消除，強度降低，塑性增加。如圖圖2-2-1010為金屬中塑性變形的同時發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象。為金屬中塑性變形的同時發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象。 純金屬的再結(jié)晶力學溫度為：純金屬的再結(jié)晶力學溫度為： 熔再TT4 . 0再結(jié)晶處理：再結(jié)晶處理：利用金屬再結(jié)晶過程消除低溫變形后的冷變形利用金屬再結(jié)晶過程消除低溫變形后的冷變形強化，恢復金屬的良好塑性，以利于后繼的冷變

12、形加工。強化，恢復金屬的良好塑性，以利于后繼的冷變形加工。冷變形：冷變形：金屬在再結(jié)晶溫度下塑性變形。如冷沖壓、冷彎、金屬在再結(jié)晶溫度下塑性變形。如冷沖壓、冷彎、冷擠、冷鐓、冷軋和冷拔。能獲得較高的硬度及表面質(zhì)量。冷擠、冷鐓、冷軋和冷拔。能獲得較高的硬度及表面質(zhì)量。熱變形：熱變形：金屬在再結(jié)晶溫度以上塑性變形。如鍛造、熱擠和金屬在再結(jié)晶溫度以上塑性變形。如鍛造、熱擠和軋制等軋制等，能消除冷變形強化的痕跡，保持較低的塑性變形抗，能消除冷變形強化的痕跡，保持較低的塑性變形抗力和良好的塑性。力和良好的塑性。 3、纖維組織和鍛造流線纖維組織和鍛造流線 1)1)纖維組織：纖維組織： 金屬塑性變形時，晶粒

13、沿變形方向伸長或壓扁。如果變形量金屬塑性變形時，晶粒沿變形方向伸長或壓扁。如果變形量很大，則晶粒沿變形方向伸長或壓扁成纖維狀，這種晶粒組織很大，則晶粒沿變形方向伸長或壓扁成纖維狀，這種晶粒組織稱為稱為纖維組織纖維組織。2)2)鍛造流線：鍛造流線： 變形后晶間夾雜物也沿變形方向排列變形后晶間夾雜物也沿變形方向排列, ,這種按照一定方向分這種按照一定方向分布的晶界夾雜物稱為布的晶界夾雜物稱為鍛造流線鍛造流線。 通過再結(jié)晶，晶粒可細化，但通過再結(jié)晶，晶粒可細化，但鍛造流線鍛造流線不能被消除或改變，不能被消除或改變，如圖如圖6 6。纖維組織和。纖維組織和鍛造流線使金屬的機械性能呈現(xiàn)鍛造流線使金屬的機械

14、性能呈現(xiàn)各向異各向異性性，平行于纖維方向塑性和韌性增加，垂直于纖維方向則下降。平行于纖維方向塑性和韌性增加，垂直于纖維方向則下降。 3)鍛造比鍛造比：被鍛造工件在變形前后的截面面積比、長度比或高：被鍛造工件在變形前后的截面面積比、長度比或高度比，用符號度比，用符號Y Y表示。它表示金屬在鍛造中的變形程度。表示。它表示金屬在鍛造中的變形程度。1001HHAAy鐓0110LLAAy拔3、纖維組織和鍛造流線纖維組織和鍛造流線4)4)鍛造比對金屬的組織和性能的影響鍛造比對金屬的組織和性能的影響 增加鍛造比，可使金屬組織細密化，提高鍛件的力學性能，增加鍛造比，可使金屬組織細密化，提高鍛件的力學性能，但當

15、鍛造比過大，金屬組織的緊密程度和晶粒細化程度已到極但當鍛造比過大，金屬組織的緊密程度和晶粒細化程度已到極限，故力學性能不再升高，而增加各向異性。限，故力學性能不再升高，而增加各向異性。鍛造比越大，鍛鍛造比越大，鍛造流線越明顯，其力學性能的方向性越明顯造流線越明顯，其力學性能的方向性越明顯. . 當當Y=2Y=2時，工件在各個方向上的力學性能有顯著提高；時，工件在各個方向上的力學性能有顯著提高； 當當Y=2-5Y=2-5時，工件組織中流線明顯，力學性能各向異性；時，工件組織中流線明顯，力學性能各向異性； 設計和制造易受沖擊載荷的零件時須考慮鍛造流線的方向設計和制造易受沖擊載荷的零件時須考慮鍛造流

16、線的方向, ,使流線方向與零件所受的最大正應力方向一致，而與最大切應使流線方向與零件所受的最大正應力方向一致，而與最大切應力方向垂直；使鍛造流線的分布與零件的外形輪廓相符合，而力方向垂直；使鍛造流線的分布與零件的外形輪廓相符合，而不被切斷。如教材圖不被切斷。如教材圖2-122-12，如圖如圖6 6所示的拖鉤，所示的拖鉤， 三、金屬的塑性成形性能三、金屬的塑性成形性能 是用來衡量金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度。是用來衡量金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度。常用金屬的常用金屬的塑性塑性和和變形抗力變形抗力兩個因素來綜合衡量，塑性越好，兩個因素來綜合衡量，塑性越好，變形抗力越小，則變形抗

17、力越小，則塑性成形塑性成形能越好。影響金屬鍛造性能的因素能越好。影響金屬鍛造性能的因素有：金屬的本質(zhì)和金屬的變形條件。有：金屬的本質(zhì)和金屬的變形條件。 第二節(jié)第二節(jié) 金屬塑性成形原理金屬塑性成形原理圖圖1 各種塑性成形方法各種塑性成形方法圖圖2-3 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 未受外界作用時，晶格內(nèi)的原子處在平衡位置的狀態(tài)；晶體受到未受外界作用時，晶格內(nèi)的原子處在平衡位置的狀態(tài)；晶體受到外力作用時，原子離開平衡位置，晶格發(fā)生彈性的歪曲，若去除外力，外力作用時，原子離開平衡位置，晶格發(fā)生彈性的歪曲，若去除外力，晶格將回復到原始狀態(tài)，此為彈性變形階段；但外力繼續(xù)增加時，晶晶格將回復到原始狀態(tài)，此為彈性變形階段；但外力繼續(xù)增加時，晶體內(nèi)滑移面上的切應力達到一定值后，晶體的一部分相對另一部分發(fā)體內(nèi)滑移面上的切應力達到一定值后，晶體的一部分相對另一部分發(fā)生滑動，此時為彈塑性變