1、1、壓力加工-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。各類鋼和大多數(shù)有色金屬及其合金都具有一定的塑性，都能在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行壓力加工。 第第3章章 金屬的塑性成形金屬的塑性成形軋制擠壓拉拔靜壓力自由鍛模鍛沖壓沖擊力壓力加工分類2、分類3、 壓力加工的特點(diǎn)與鑄造比） （1） 優(yōu)點(diǎn)： a結(jié)構(gòu)致密，組織細(xì)化，力學(xué)性能提高強(qiáng)度、硬度、韌性）； b少無切削加工，材料利用率高； c可以獲得合理的流線分布； d生產(chǎn)效率高。（如：曲軸 、螺釘） （2） 缺陷： a一般工藝表面質(zhì)量差氧化）。 b不能形成形狀復(fù)雜件相對） c設(shè)備龐大、價(jià)格昂貴。 d勞

2、動條件差強(qiáng)度高、噪音大） 第一節(jié) 金屬的塑性變形 一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì) 塑性：金屬在外力作用下，產(chǎn)生永久變形而不破壞的能力。 金屬變形過程： a金屬材料在外力作用下發(fā)生彈性變形，e b當(dāng)外力超過s后產(chǎn)生塑性變形 c外力繼續(xù)加大，發(fā)生斷裂 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)： a晶粒內(nèi)部滑移和孿生單晶體） b晶間滑移和晶粒轉(zhuǎn)動1、單晶體的塑性變形（1單晶體滑移 單晶體受力后，外力在任何晶單晶體受力后，外力在任何晶面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。面上都可分解為正應(yīng)力和切應(yīng)力。正應(yīng)力只能引起彈性變形及脆性斷正應(yīng)力只能引起彈性變形及脆性斷裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶裂。只有在切應(yīng)力的作用下金屬晶體才能產(chǎn)生塑性變形。

3、體才能產(chǎn)生塑性變形。 理論上，整體剛性滑移滑移困難鋅單晶理論計(jì)算：s=350kg/mm2 實(shí)測：s=0.1kg/mm2 實(shí)際上，位錯(cuò)的運(yùn)動引起滑移滑移容易位錯(cuò)的運(yùn)動引起滑移刃位錯(cuò)的產(chǎn)生及運(yùn)動刃位錯(cuò)的產(chǎn)生及運(yùn)動多多 腳腳 蟲蟲 的的 爬爬 行行滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動類似多腳蟲爬行運(yùn)動滑移面上位錯(cuò)的運(yùn)動類似多腳蟲爬行運(yùn)動整體切變與位錯(cuò)移整體切變與位錯(cuò)移動消耗能量對比動消耗能量對比 晶體產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨晶體產(chǎn)生滑移的最小切應(yīng)力稱臨界切應(yīng)力界切應(yīng)力. 通過位錯(cuò)運(yùn)動產(chǎn)生滑移時(shí)，通過位錯(cuò)運(yùn)動產(chǎn)生滑移時(shí)，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，只在位錯(cuò)中心的少數(shù)原子發(fā)生移動，移動距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而移動

4、距離遠(yuǎn)小于一個(gè)原子間距，因而所需臨界切應(yīng)力小。所需臨界切應(yīng)力小?；疲壕w的一部分相對于另一部分沿一定晶面及此晶面上的一定晶向產(chǎn)生相對移動的現(xiàn)象。原子密度最大的晶面和晶向之間原子間距最大，結(jié)合力最弱，產(chǎn)生滑移所需切應(yīng)力最小。 滑移面：原子排列最緊密的面 滑移方向：原子排列最緊密的方向 一個(gè)滑移面和其上的一個(gè)滑移方向構(gòu)成一個(gè)滑移系三種典型金屬晶格的滑移系三種典型金屬晶格的滑移系 滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性越大，塑性也越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。越好，其中滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I(xiàn)比滑移面更大。 金屬的塑性：金屬的塑性： 面心立方晶格面心

5、立方晶格體心立方晶格體心立方晶格密排六方晶格。密排六方晶格。（面心立方）（面心立方）（密排六方）（密排六方） 滑移時(shí)，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍滑移時(shí)，晶體兩部分的相對位移量是原子間距的整數(shù)倍. 滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線，滑移的結(jié)果在晶體表面形成臺階，稱滑移線， 若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。若干條滑移線組成一個(gè)滑移帶。 滑移后滑移后, 滑移面兩側(cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)生變化?；泼鎯蓚?cè)晶體的位向關(guān)系未發(fā)生變化。（2孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面和孿生：在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分產(chǎn)生一定角度的切變。晶向相對于另一部分產(chǎn)生一定角

6、度的切變。 發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，發(fā)生孿生的晶面稱孿發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。生面。 孿生的結(jié)果：使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。孿生的結(jié)果：使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。 與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切與滑移相比：孿生使晶格位向發(fā)生改變；所需切應(yīng)力比滑移大得多應(yīng)力比滑移大得多, 變形速度極快變形速度極快, 接近聲速接近聲速;孿生時(shí)相孿生時(shí)相鄰原子面的相對位移量小于一個(gè)原子間距鄰原子面的相對位移量小于一個(gè)原子間距. 密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。密排六方晶格金屬滑移系少，常以孿生方式變形。體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿

7、生體心立方晶格金屬只有在低溫或沖擊作用下才發(fā)生孿生變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常變形。面心立方晶格金屬，一般不發(fā)生孿生變形，但常發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)發(fā)現(xiàn)有孿晶存在，是由于相變過程中原子重新排列時(shí)發(fā)生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。生錯(cuò)排而產(chǎn)生的，稱退火孿晶。、多晶體的塑性變形 工業(yè)中實(shí)際使用的金屬大多是多晶體。 1多晶體的特征： a晶粒的形狀和大小不等 b相鄰晶粒的位向不同 c多晶體內(nèi)存在大量晶界 2多晶體的塑性變形： 多晶體中單個(gè)晶粒變形與單晶體相似，多晶體變形比單晶體復(fù)雜。 晶界對多晶體變形的影響：晶界對多晶體變形的影響： 多晶體中當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動到晶界附

8、近多晶體中當(dāng)位錯(cuò)運(yùn)動到晶界附近時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來時(shí)，受到晶界的阻礙而堆積起來,稱稱位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行位錯(cuò)的塞積。要使變形繼續(xù)進(jìn)行, 則則必須增加外力必須增加外力, 從而使金屬的變形抗從而使金屬的變形抗力提高。力提高。 晶粒位向?qū)Χ嗑w變形的影響：晶粒位向?qū)Χ嗑w變形的影響： 多晶體中各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，多晶體中各相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個(gè)晶粒發(fā)生塑性變形時(shí)，為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必為了保持金屬的連續(xù)性，周圍的晶粒若不發(fā)生塑性變形，則必以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形便成為塑性變形晶粒的以彈性變形來與之協(xié)調(diào)。這種彈性變形

9、便成為塑性變形晶粒的變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑變形阻力。由于晶粒間的這種相互約束，使得多晶體金屬的塑性變形抗力提高。性變形抗力提高。 多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于多晶體中首先發(fā)生滑移的是滑移系與外力夾角等于或接近于或接近于45的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一的晶粒。當(dāng)塞積位錯(cuò)前端的應(yīng)力達(dá)到一定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處定程度，加上相鄰晶粒的轉(zhuǎn)動，使相鄰晶粒中原來處于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動，從而使滑移由一批于不利位向滑移系上的位錯(cuò)開動，從而使滑移由一批晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶粒發(fā)生滑移后，晶粒傳遞到另一批晶粒，當(dāng)有大量晶

10、粒發(fā)生滑移后，金屬便顯示出明顯的塑性變形。金屬便顯示出明顯的塑性變形。 因此，多晶體的因此，多晶體的塑性變形可以看成是塑性變形可以看成是各個(gè)晶粒內(nèi)部滑移和各個(gè)晶粒內(nèi)部滑移和孿生的總和。各個(gè)晶孿生的總和。各個(gè)晶粒間的變形，是產(chǎn)生粒間的變形，是產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和開裂的原因。內(nèi)應(yīng)力和開裂的原因。晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越晶粒越細(xì)，單位體積內(nèi)同時(shí)參與變形的晶粒數(shù)目越多，滑移系越多，塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)多，滑移系越多，塑性變形可分散在更多的晶粒內(nèi)進(jìn)行，變形越均勻，在斷裂前發(fā)生的塑性變形量越進(jìn)行，變形越均勻，在斷裂前發(fā)生的塑性變形量越大，塑性越好。而且晶粒越細(xì)小，晶界面積越大，大，塑性

11、越好。而且晶粒越細(xì)小，晶界面積越大，位錯(cuò)障礙越多，金屬塑性變形的抗力越大，強(qiáng)度、位錯(cuò)障礙越多，金屬塑性變形的抗力越大，強(qiáng)度、硬度越高；同時(shí)晶界面積越大，對裂紋擴(kuò)展的阻礙硬度越高；同時(shí)晶界面積越大，對裂紋擴(kuò)展的阻礙作用越大，金屬在斷裂前消耗的功越大，韌性就越作用越大，金屬在斷裂前消耗的功越大，韌性就越好，因此細(xì)化晶粒既可以提高材料的強(qiáng)度和硬度，好，因此細(xì)化晶粒既可以提高材料的強(qiáng)度和硬度，又可以提高塑性和韌性。又可以提高塑性和韌性。結(jié)合多晶體的塑性變形過程，解釋為什么細(xì)化晶粒既可以提高材料的強(qiáng)度和硬度，又可以提高塑性和韌性？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、組織、組

12、織 （1金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，不僅外形發(fā)生變化，內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁內(nèi)部的晶粒也相應(yīng)地被拉長或壓扁 ； （2當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長為纖維狀，當(dāng)變形量很大時(shí)，晶粒將被拉長為纖維狀，晶界變得模糊不清。晶格、晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)晶界變得模糊不清。晶格、晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；應(yīng)力； （3塑性變形還使晶粒破碎產(chǎn)生碎晶。塑性變形還使晶粒破碎產(chǎn)生碎晶。 工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化工業(yè)純鐵在塑性變形前后的組織變化(a) 正火態(tài)正火態(tài)(b) 變形變形40%(c) 變形變形80% 2、性能：加工硬化 金屬經(jīng)過塑性變形后，強(qiáng)度和硬度上升，而塑性和韌性

13、下降的現(xiàn)象。 是冷軋、噴丸等強(qiáng)化金屬的理論根據(jù)。 緣由：隨變形量增加, 位錯(cuò)密度增加，使變形抗力增加；產(chǎn)生碎晶；空位密度增加；晶格扭曲，增大滑移阻力。 加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要手段之一，對于不能熱處理強(qiáng)化的金屬和合金尤為重要。 3、殘余內(nèi)應(yīng)力 內(nèi)應(yīng)力是指平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。是由于金屬受力時(shí)，內(nèi)部變形不均勻而引起的。金屬發(fā)生塑性變形時(shí)，外力所做的功只有10%轉(zhuǎn)化為內(nèi)應(yīng)力殘留于金屬中。 內(nèi)應(yīng)力分為三類：內(nèi)應(yīng)力分為三類：第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間第一類內(nèi)應(yīng)力平衡于表面與心部之間 (宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力).第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之第二類內(nèi)應(yīng)力平衡于晶粒之間或晶粒內(nèi)不同區(qū)域之

14、間間 (微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力)。第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬強(qiáng)度降低。第一、二類內(nèi)應(yīng)力都使金屬強(qiáng)度降低。第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。是形第三類內(nèi)應(yīng)力是由晶格缺陷引起的畸變應(yīng)力。是形變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬強(qiáng)化的主要原因。變金屬中的主要內(nèi)應(yīng)力，也是金屬強(qiáng)化的主要原因。內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、內(nèi)應(yīng)力的存在，使金屬耐蝕性下降，引起零件加工、淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形淬火過程中的變形和開裂。因此，金屬在塑性變形后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。后，通常要進(jìn)行退火處理，以消除或降低內(nèi)應(yīng)力。 金屬經(jīng)冷變形后金屬經(jīng)冷變形后, 組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)

15、組織處于不穩(wěn)定狀態(tài), 有自發(fā)恢有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。在常溫下，原子擴(kuò)散能力小在常溫下，原子擴(kuò)散能力小,不穩(wěn)定狀態(tài)可長時(shí)間維持。不穩(wěn)定狀態(tài)可長時(shí)間維持。加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、加熱可使原子擴(kuò)散能力增加，金屬將依次發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大。再結(jié)晶和晶粒長大。加熱溫度加熱溫度 黃銅黃銅 4、回復(fù)、回復(fù) 冷變形后的金屬，在加熱過程中，隨溫度的上升，原子熱運(yùn)冷變形后的金屬，在加熱過程中，隨溫度的上升，原子熱運(yùn)動加劇，晶格扭曲被消除，內(nèi)應(yīng)力、電阻率等明顯下降的現(xiàn)象。動加劇，晶格扭曲被消除，內(nèi)應(yīng)力、電阻率等明顯下降的現(xiàn)象。 T回（回（0.250.3T熔熔 回

16、復(fù)只能部分消除加工硬化回復(fù)只能部分消除加工硬化 。 5、再結(jié)晶、再結(jié)晶 冷變形后的金屬，加熱到一定溫度時(shí)，開始以某些碎晶或雜冷變形后的金屬，加熱到一定溫度時(shí)，開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心生長成新的晶粒，加工硬化完全消除。質(zhì)為核心生長成新的晶粒，加工硬化完全消除。 （1再結(jié)晶過程特點(diǎn)再結(jié)晶過程特點(diǎn): a原子熱振動加劇原子熱振動加劇 b以某些質(zhì)點(diǎn)為核心重新結(jié)晶以某些質(zhì)點(diǎn)為核心重新結(jié)晶 c加工硬化全部消除加工硬化全部消除 （2再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度 再結(jié)晶不是恒溫過程，而是自某一溫度開始，在一定溫度范再結(jié)晶不是恒溫過程，而是自某一溫度開始，在一定溫度范圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程。金屬經(jīng)大量塑性變形后開始再結(jié)晶的

17、最低圍內(nèi)連續(xù)進(jìn)行的過程。金屬經(jīng)大量塑性變形后開始再結(jié)晶的最低溫度，稱為再結(jié)晶溫度。溫度，稱為再結(jié)晶溫度。 T再再=0.4T熔熔 鐵素體變形鐵素體變形80%670加熱加熱650加熱加熱塑性變形的工業(yè)純鐵塑性變形的工業(yè)純鐵再結(jié)晶后的組織變化再結(jié)晶后的組織變化 再結(jié)晶也是晶核再結(jié)晶也是晶核形成和長大的過程，形成和長大的過程，但不是相變過程。但不是相變過程。再結(jié)晶前后晶粒的晶再結(jié)晶前后晶粒的晶格類型和成分完全相格類型和成分完全相同。同。冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化冷變形黃銅組織性能隨溫度的變化 由于再結(jié)晶后由于再結(jié)晶后組織復(fù)原，因而金組織復(fù)原，因而金屬的強(qiáng)度、硬度下屬的強(qiáng)度、硬度下降，塑性、韌性提降

18、，塑性、韌性提高，加工硬化消失。高，加工硬化消失。 生產(chǎn)中，把消生產(chǎn)中，把消除加工硬化的熱處除加工硬化的熱處理稱為再結(jié)晶退火。理稱為再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火溫度比再結(jié)晶退火溫度比再 結(jié) 晶 溫 度 高再 結(jié) 晶 溫 度 高100200。（3影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素： a變形程度 實(shí)質(zhì)上是變形均勻 程度的影響 當(dāng)變形度很小時(shí)，晶格畸變小，不足以引起再結(jié)晶； 當(dāng)變形達(dá)到210%時(shí)，只有部分晶粒變形，變形極不均勻，再結(jié)晶晶粒大小相差懸殊，易互相吞并和長大,再結(jié)晶后晶粒特別粗大，這個(gè)變形度稱臨界變形度。 當(dāng)超過臨界變形度后，隨變形程度增加，變形越來越均勻，再結(jié)晶時(shí)形核量大而均勻，使再結(jié)晶后晶粒細(xì)而均勻

19、，達(dá)到一定變形量之后，晶粒度基本不變。 b再結(jié)晶后狀態(tài) 金屬在高溫下停留，晶粒長大，力學(xué)性能變差 三、冷變形和熱變形三、冷變形和熱變形 1、冷變形冷加工）：在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行、冷變形冷加工）：在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的變形。的變形。 （1生產(chǎn)方法：冷沖壓、冷擠壓、冷軋、冷生產(chǎn)方法：冷沖壓、冷擠壓、冷軋、冷拔等拔等 （2特點(diǎn)：特點(diǎn)： a位錯(cuò)密度上升位錯(cuò)密度上升顯著加工硬化，強(qiáng)度、硬顯著加工硬化，強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降；度上升，塑性、韌性下降； b尺寸精度高、表面質(zhì)量好；尺寸精度高、表面質(zhì)量好； c變形程度不宜過大，避免破裂。變形程度不宜過大，避免破裂。冷變形后的工件若繼續(xù)進(jìn)行冷加工，要進(jìn)冷

20、變形后的工件若繼續(xù)進(jìn)行冷加工，要進(jìn)行再結(jié)晶退火，因此金屬壓力加工主要采用熱變行再結(jié)晶退火，因此金屬壓力加工主要采用熱變形來進(jìn)行。形來進(jìn)行。 2、熱變形熱加工）：在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行、熱變形熱加工）：在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的變形。的變形。 如如 Fe 的熔點(diǎn)的熔點(diǎn)1538，其再結(jié)晶溫度為，其再結(jié)晶溫度為451，其在其在400以下的加工仍為冷加工。而以下的加工仍為冷加工。而 Pb (熔點(diǎn)為熔點(diǎn)為327) 的再結(jié)晶溫度為的再結(jié)晶溫度為-33，則其在室溫下的加工，則其在室溫下的加工為熱加工。為熱加工。 熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的熱加工時(shí)產(chǎn)生的加工硬化很快被再結(jié)晶產(chǎn)生的軟化所抵消，因而熱加工

21、不會帶來加工硬化效果。軟化所抵消，因而熱加工不會帶來加工硬化效果。 （1生產(chǎn)方式：熱鍛、熱軋、熱擠壓生產(chǎn)方式：熱鍛、熱軋、熱擠壓 （2特點(diǎn)：特點(diǎn)： a a加工硬化和再結(jié)晶同時(shí)發(fā)生；加工硬化和再結(jié)晶同時(shí)發(fā)生；b b冶金缺陷得到改善或消除；冶金缺陷得到改善或消除；c c最終得到細(xì)小的等軸晶；最終得到細(xì)小的等軸晶；d d組織致密，力學(xué)性能顯著提高組織致密，力學(xué)性能顯著提高e e變形程度大。變形程度大。四、纖維組織 1、組織特征 金屬在塑性變形過程中，晶界上的雜質(zhì)隨晶粒一起沿變形方向被拉長后呈流線狀分布，這種流線體現(xiàn)的組織稱纖維組織。 a脆性雜質(zhì)，被打碎并順著金屬主要伸長方向呈碎粒狀或鏈狀分布 b塑性

22、雜質(zhì)，隨著金屬變形沿主要伸長方向呈帶狀分布 c晶粒，顯著地沿同一方向被拉長。 2、性能特點(diǎn)：具有各向異性 a縱向平行于纖維方向），抗拉強(qiáng)度提高 b橫向垂直于纖維方向），塑性、韌性降低但抗剪切能力顯著增強(qiáng) 3、纖維組織的應(yīng)用 纖維組織穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法消除，只有經(jīng)過鍛壓使金屬變形，才能改變其方向和形狀。 為提高零件機(jī)械性能，纖維組織的分布應(yīng)遵循的原則： （1零件最大拉應(yīng)力方向應(yīng)與纖維組織平行； （2零件最大剪切應(yīng)力方向應(yīng)與纖維組織垂直； （3零件外形輪廓應(yīng)與纖維組織的分布相符合，纖維組織不被切斷。滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織吊鉤中的纖維組織五

23、、金屬的可鍛性 可鍛性是金屬經(jīng)受塑性成型的難易程度，是綜合衡量材料在壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)零件的一項(xiàng)工藝性能。塑性好、變形抗力小，金屬的可鍛性就好 影響金屬可鍛性的因素：1化學(xué)成分 a純金屬比合金的可鍛性好 b含合金元素少的合金比多的好 2組織 a單相組織純金屬或固溶體比多相好 b鋼中碳化物呈彌散分布比網(wǎng)狀分布好 c晶粒細(xì)化組織比粗大組織好變形條件 （1加熱溫度 a滑移力減小 加熱溫度高： b再結(jié)晶過程加速 可鍛性好 c多相狀態(tài)向單相轉(zhuǎn)變 但是，溫度過高，會引起過燒或過熱。過燒會破壞晶粒間的連接，過熱會使晶粒過分長大。 始鍛溫度：鍛造溫度的上限 終鍛溫度：鍛造溫度的下限 碳素鋼的鍛造溫度范圍115

24、0/1250-800/850度區(qū)）（2變形速度：金屬材料在單位時(shí)間內(nèi)的變形程度 一方面隨變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)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，可鍛性下降。 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)，可鍛性提高。（3應(yīng)力狀態(tài) 擠壓時(shí)，金屬呈三向壓應(yīng)力；拉拔時(shí)，變形材料呈兩向壓應(yīng)力和一向拉應(yīng)力。 壓應(yīng)力下變形，對塑性有利，阻止裂紋擴(kuò)展，焊合孔、縫等缺陷； 拉應(yīng)力下變形，對塑性不利，氣孔、裂紋等缺陷處易引起應(yīng)力集中，缺陷擴(kuò)展，

25、導(dǎo)致破裂。 a壓應(yīng)力越多，材料的塑性越好； b拉應(yīng)力越多，塑性越差 。第二節(jié)第二節(jié) 鍛造技術(shù)鍛造技術(shù)一、金屬塑性變形的流動規(guī)律一、金屬塑性變形的流動規(guī)律1、最小阻力定律、最小阻力定律 在金屬塑性變形過程中，質(zhì)點(diǎn)流動總是沿在金屬塑性變形過程中，質(zhì)點(diǎn)流動總是沿著阻力最小的方向進(jìn)行變形功最小）。著阻力最小的方向進(jìn)行變形功最?。?。 確定金屬變形中質(zhì)點(diǎn)的移動方向確定金屬變形中質(zhì)點(diǎn)的移動方向運(yùn)用：運(yùn)用： 控制金屬坯料變形的流動方向控制金屬坯料變形的流動方向 降低能耗，提高生產(chǎn)率。降低能耗，提高生產(chǎn)率。 2、體積不變定律、體積不變定律 金屬在塑性變形前后的體積相等，即體積金屬在塑性變形前后的體積相等，即體積

26、為常數(shù)，也稱為不可壓縮定律。為常數(shù)，也稱為不可壓縮定律。3、臨界切應(yīng)力定律、臨界切應(yīng)力定律 晶體滑移的驅(qū)動力是外力在滑移系上的分晶體滑移的驅(qū)動力是外力在滑移系上的分切應(yīng)力。只有當(dāng)滑移系上分切應(yīng)力切應(yīng)力。只有當(dāng)滑移系上分切應(yīng)力()達(dá)到一達(dá)到一定值時(shí)，該滑移系才能開動。定值時(shí)，該滑移系才能開動。二、自由鍛二、自由鍛 利用沖擊力或壓力使金屬在上、下砧鐵之間產(chǎn)利用沖擊力或壓力使金屬在上、下砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得得所需形狀和尺寸的鍛件的鍛造生變形，從而獲得得所需形狀和尺寸的鍛件的鍛造方法。方法。 1、自由鍛的特點(diǎn)、自由鍛的特點(diǎn)（1坯料變形時(shí)，只有部分表面變形受到限制，其坯料變形時(shí)，只有部分表面變形受

27、到限制，其余表面可自由流動；余表面可自由流動； （2所用設(shè)備及工具簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，鍛件重量不所用設(shè)備及工具簡單，適應(yīng)性強(qiáng)，鍛件重量不受限制；受限制； （3由人工控制鍛件的形狀和尺寸，鍛件的精度低，由人工控制鍛件的形狀和尺寸，鍛件的精度低，生產(chǎn)率低；生產(chǎn)率低； （4適用于單件、小批生產(chǎn)。是大型鍛件的唯一鍛適用于單件、小批生產(chǎn)。是大型鍛件的唯一鍛造方法。造方法。 2、自由鍛的分類 （1手工鍛造 （2機(jī)器鍛造 a鍛錘自由鍛 利用沖擊力使坯料產(chǎn)生塑性變形，只能鍛造中小鍛件 常用設(shè)備有： 空氣錘，鍛件重量范圍是50-1000公斤； 蒸汽-空氣錘，鍛件重量范圍是20-1500公斤。 b液壓機(jī)自由鍛 利用靜

28、壓力使坯料變形，可加工大型鍛件 常用設(shè)備是水壓機(jī)，適用于大型鍛件。 3、自由鍛的幾個(gè)主要工序 1） 鐓粗：使坯料的橫截面增大，高度減小的工序。適于餅塊類，盤套類 運(yùn)用 a小截面變成大截面，高度減小件。 b沖孔前，平整端面。 c提高機(jī)械性能細(xì)化組織、破碎碳化物）（與拔長配合） 2） 拔長：鍛造時(shí)使坯料的長度增加，橫截面減小的工序。適于軸類、桿類 運(yùn)用 a減小截面，增加長度。 b提高機(jī)械性能與鐓粗反復(fù)進(jìn)行） 3） 沖孔： 利用沖頭在坯料上沖出通孔或盲孔的工序。 運(yùn)用：主要用于鍛造空心件。 4、自由鍛工藝規(guī)程的制訂、自由鍛工藝規(guī)程的制訂自由鍛工藝規(guī)程包括以下內(nèi)容：自由鍛工藝規(guī)程包括以下內(nèi)容：自由鍛工

29、藝規(guī)程工藝性分析參數(shù)選擇繪制鍛件圖選擇設(shè)備確定工序坯料質(zhì)量鍛后熱處理加熱規(guī)范1自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)工藝性： 選用自由鍛加工零件時(shí)，在保證使用要求的性能、結(jié)構(gòu)的條件下，應(yīng)充分考慮自由鍛設(shè)備和工藝特點(diǎn)，使所設(shè)計(jì)的零件具有較好的自由鍛工藝性，以達(dá)到鍛造方便、節(jié)約金屬、保證質(zhì)量及提高生產(chǎn)率的效果。鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則：（1盡量避免錐體或斜面；（2鍛件由幾個(gè)簡單幾何體構(gòu)成時(shí)，交接處不應(yīng)形成空間曲線；避免交接處形成空間曲線避免錐體或斜面（3鍛件不應(yīng)設(shè)計(jì)凸臺、筋板；（4避免橢圓形、工字形等；（5截面變化不宜太大；（6外表面不宜復(fù)雜。橫截面有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，橫截面有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)成有幾個(gè)簡單件構(gòu)

30、成的組合體，應(yīng)設(shè)計(jì)成有幾個(gè)簡單件構(gòu)成的組合體，再進(jìn)行焊接或機(jī)械連接再進(jìn)行焊接或機(jī)械連接避免凸臺、筋板2） 繪制鍛件圖鍛件圖1. 敷料(余塊)為簡化鍛件形狀、便于進(jìn)行鍛造而增加的一部分金屬。2. 加工余量為保證切削加工的精度而增加的尺寸。3. 鍛件公差允許鍛件尺寸的變化范圍。鍛件圖3） 坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算 質(zhì)量：G坯料=G鍛+G燒+G料頭 按鍛造比、坯料截面形狀及尺寸確定鍛件截面及尺寸。 鍛造比：金屬的變形程度。 Y拔 = F0 /F Y鐓 = H0 / H 鍛造比選擇合適時(shí)，則毛坯內(nèi)部缺陷被壓合，樹枝晶被打碎，晶粒顯著細(xì)化，力學(xué)性能得到提高。 鍛造比過小，達(dá)不到性能要求；過大則增大工作量，引起

31、各向異性。 一般情況下，鑄錠作為坯料時(shí)，鍛造比不小于2.53；軋制型材作為坯料時(shí)，鍛造比選擇1.31.5。4） 選擇鍛造工序 基本工序：用來改變坯料的形狀和尺寸的工序輔助工序：為完成基本工序而進(jìn)行的預(yù)先變形工序修整工序：用來減少鍛件表面缺陷的工序 根據(jù)鍛件技術(shù)要求，坯料情況，生產(chǎn)批量等確定鍛造工序。 一般情況下 盤類：鐓粗、（或拔長、鐓粗沖孔。 軸類：拔長拔+鐓粗）、壓肩。 筒類：鐓粗鐓+拔）、沖孔、在心軸上拔長。 環(huán)類：鐓粗拔+鐓）、沖孔。 5選擇鍛造設(shè)備 根據(jù)鍛件的尺寸、外形、材料等條件來選擇設(shè)備種類及其規(guī)格，既保證鍛透工件、有較高的生產(chǎn)率，又不浪費(fèi)動力，并使操作方便 。三、模鍛 使金屬坯

32、料在鍛模模膛內(nèi)產(chǎn)生塑性流動，獲得與模膛形狀相符的鍛件的加工方法。1、模鍛的特點(diǎn) a鍛件形狀復(fù)雜，尺寸精確，表面光潔； b加工余量小，節(jié)約材料和工時(shí)； c鍛造流線分布符合外形結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能高； d生產(chǎn)效率高。 e模具費(fèi)用高，生產(chǎn)周期長； f鍛件重量小，一般小于150公斤。 2、分類 按所用設(shè)備不同可分為錘上模鍛、壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛和旋轉(zhuǎn)壓力機(jī)上模鍛等。 3、錘上模鍛 工作原理與自由鍛相似，區(qū)別在于上模固定在鍛錘上。（1鍛模結(jié)構(gòu)與模膛 a鍛模一般由上模和下模兩部分組成，上下模合攏形成模膛。 b模膛按其功用不同分為制坯模膛、預(yù)鍛模膛和終鍛模膛。 預(yù)鍛模膛：使坯料變形接近鍛件的形狀和尺寸，有利

33、于坯料充滿終鍛模膛，并減少終鍛模膛磨損，延長終鍛模膛的使用壽命。 終鍛模膛：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸。 尺寸比鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量，鋼件約為1.5%。 四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出阻力，促使金屬充滿模膛，容納多余的金屬。飛邊由專門的切邊模切除。 制坯模膛：對形狀復(fù)雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀,使金屬能合理分布并能很好地充滿模鍛模膛，首先在制坯模鏜內(nèi)制坯，因而設(shè)制坯模膛。 i) 拔長模膛：增加某一部分長度。 ii)滾壓模膛：減小某部分橫截面積,以增大另一部分橫截面積，坯料長度基本不變。 iii)彎曲模膛：彎曲工件。 iv)切斷模膛：切斷金屬。 此外還有成型

34、模鏜，鐓粗臺，擊扁面等制坯模鏜。4、模鍛工藝規(guī)程制定：1根據(jù)鍛件類型及具體生產(chǎn)條件確定合理工藝方案。2由零件圖及工藝方案繪制鍛件圖。（1分模面是上下鍛模在模鍛件上的分界面。關(guān)系到出模、成型、材料利用率等。選擇原則：a 保證鍛件能完整地從模膛中取出；b 使模膛淺而寬，便于加工、利于金屬流動；c 應(yīng)使上、下模膛沿分模面的輪廓一致，便于檢查上、下模錯(cuò)移；d 分模面應(yīng)使鍛件上敷料最少；e 分模面盡量選平面；f 有流線要求時(shí)，依受載情況確定。（2） 確定敷料、余量、公差敷料-為了簡化零件的形狀和結(jié)構(gòu)、便于鍛造而增加的一部分金屬。余量-在零件的加工表面上為切削加工而增加的尺寸。余量的大小與零件的形狀、尺寸

35、、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和鍛造方法有關(guān)。一般14mm。 鍛件公差-是鍛件名義尺寸的允許變動量。其數(shù)值按鍛件形狀、尺寸、鍛造方法等因素查表確定，普通0.33mm （3） 確定模鍛斜度 模鍛件上平行于錘擊方向(垂直于分模面)的表面必須具有斜度，以便于從模膛中取出鍛件。 斜度大小與鍛件形狀尺寸、材料性質(zhì)摩擦系數(shù)）、鍛造方法等有關(guān)。一般鋼件外模鍛斜度 =515內(nèi)斜度比外斜度大 23內(nèi)壁斜度內(nèi)壁斜度2應(yīng)比外應(yīng)比外壁斜度壁斜度1大大 （4確定模鍛圓角：鍛件兩平面交接處均要做成圓角。作用： a. 金屬易于充滿模膛； b. 避免鍛模凹角處應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋； c. 減輕尖角處磨損，提高模具壽命； d. 避免拉斷流線；

36、 （5沖孔連皮：模鍛無法鍛出通孔，需在孔中留出沖孔連皮以保護(hù)模具和設(shè)備 3確定工步，進(jìn)行模膛設(shè)計(jì)和工步設(shè)計(jì)4計(jì)算毛坯質(zhì)量、尺寸、確定設(shè)備噸位5設(shè)計(jì)鍛模6確定切邊、沖孔工序并設(shè)計(jì)相應(yīng)模具7加熱、冷卻、熱處理規(guī)范8） 確定校正、清理工藝及設(shè)備5、模鍛零件結(jié)構(gòu)工藝性： 設(shè)計(jì)模鍛件時(shí)，應(yīng)根據(jù)模鍛特點(diǎn)和工藝要求，使零件結(jié)構(gòu)符合下列原則，以便于模鍛生產(chǎn)，降低成本。（1） 必須具有合理的分模面鍛件易取出，敷料少，鍛模易加工）；（2 ）模鍛斜度、圓角；（3） 非加工面尺寸精度要符合模鍛生產(chǎn)工藝，加工面留余量；（4鍛件形狀盡量簡單對稱，各截面差不可太大。（5盡量避免深孔、多孔簡化模具制造、提高壽命）；（6） 若

37、形狀復(fù)雜，用鍛焊結(jié)構(gòu)，減少敷料。 采用組合件，簡化鍛件結(jié)構(gòu)四、胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法。胎模一般不固定在鍛錘上。 與自由鍛比較具有的特點(diǎn)：（1操作簡便，生產(chǎn)率高，對工人技術(shù)要求不高。（2鍛件形狀、尺寸精度高，敷料少、加工余量小。（3內(nèi)部組織致密，纖維組織分布更符合性能要求。 與模鍛比較具有的特點(diǎn)：（1設(shè)備簡單。（2工藝靈活，可以局部成形。（3胎具簡單，制造容易。 按胎模的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為： （1扣模：用于非回轉(zhuǎn)體鍛件的成形或制坯 （2筒模 ：圓筒形鍛模，主要用于齒輪、法蘭盤等回轉(zhuǎn)體和盤類鍛件 （3合模：由上下模組成，主要用于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件第三節(jié)第三節(jié)

38、 板料沖壓板料沖壓 板料沖壓板料沖壓- -利用沖模使板料產(chǎn)生變形或利用沖模使板料產(chǎn)生變形或分離，從而獲得具有一定形狀和尺寸的鍛分離，從而獲得具有一定形狀和尺寸的鍛件的工藝方法。件的工藝方法。 加工范圍加工范圍- -冷態(tài)下冷態(tài)下8 8毫米；毫米； 熱態(tài)沖壓熱態(tài)沖壓8-108-10毫米。毫米。 設(shè)備及模具設(shè)備及模具- -沖床、剪床沖床、剪床 常見沖壓材料常見沖壓材料- -低碳鋼、銅合金、鋁合低碳鋼、銅合金、鋁合金、鎂合金及塑性高的合金鋼。非金屬材金、鎂合金及塑性高的合金鋼。非金屬材料如橡膠、皮革、毛氈、硬紙板等料如橡膠、皮革、毛氈、硬紙板等一、板料沖壓的特點(diǎn)：（1可以沖壓出形狀復(fù)雜的零件，廢料少；

39、（2） 產(chǎn)品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度；（3能獲得質(zhì)量輕、材料消耗少、強(qiáng)度和剛度較高的零件；（4 ）操作簡單，便于自動化，生產(chǎn)率高。（5 ） 模具復(fù)雜，適于大批量生產(chǎn)。 二、板料沖壓的基本工序1、分離工序-使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序。落料、沖孔、切斷1落料及沖孔：使坯料沿封閉輪廓分離的一種工序 落料：被分離的部分為工件，周邊為廢料 沖孔：被分離的部分為廢料，周邊是成品 （1沖裁變形過程：a彈性變形階段：沖頭接觸后，繼續(xù)向下運(yùn)動，產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸、彎曲等。b塑性變形階段： s 產(chǎn)生塑變（冷態(tài)加工硬化，b 微裂紋c斷裂分離階段：沖頭繼續(xù)壓入，裂紋上、下擴(kuò)展，重合。(2凸凹模刃口尺寸的確定： 落料模： 凹模刃口尺寸 = 工件要求尺寸； 凸模刃口尺寸 = 凹模刃口尺寸 - 間隙值 沖孔模： 凸模刃口尺寸 = 工件要求尺寸； 凹模刃口尺寸 = 凸模刃口尺寸 + 間隙值2)切斷-用剪床或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。2、變形工序-使板料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的