1、第二章 金屬的塑性成形第一節(jié) 金屬塑性成形的工藝基礎(chǔ)第二節(jié) 金屬熱鍛成形工藝第三節(jié) 板料沖壓成形工藝第四節(jié) 特種塑性成形技術(shù)簡(jiǎn)介1河南工業(yè)大學(xué)第1頁(yè)，共50頁(yè)。第一節(jié) 金屬塑性成形的工藝基礎(chǔ)一、金屬塑性成形概述二、金屬的塑性成形性能及影響因素2河南工業(yè)大學(xué)第2頁(yè)，共50頁(yè)。 利用金屬的塑性，用工具對(duì)金屬材料所進(jìn)行的加工工藝的總稱。目的: 在外力的作用下改變材料的形狀和尺寸而不產(chǎn)生切屑，使成為半成品或成品。一、金屬塑性成形概述1.塑性成形工藝方法及分類3河南工業(yè)大學(xué)第3頁(yè)，共50頁(yè)。二次塑性加工板料成形體積成形冷沖壓或板料沖壓鍛造擠壓沖壓基本工序有：分離工序和成形工序熱成形、溫成形、冷成形4河南

2、工業(yè)大學(xué)第4頁(yè)，共50頁(yè)。 用軋輥來(lái)軋壓金屬材料。軋輥上開有一定形狀和尺寸的軋槽，材料通過(guò)兩軋輥之間的軋槽，就形成各種形狀和尺寸的橫剖面，如各種型式的鋼材（圓鋼、工字鋼、槽鋼等）1）軋制（rolling）坯料軋輥錄像1錄像2示例1示例2鋼管軋制.swf5河南工業(yè)大學(xué)第5頁(yè)，共50頁(yè)。2）擠壓（extruding）使金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？锥尚蔚姆椒āD壓筒擠壓模凸模坯料擠壓筒擠壓模凸模坯料正擠壓反擠壓6河南工業(yè)大學(xué)第6頁(yè)，共50頁(yè)。3)拉拔（drawing) 將較大剖面的金屬材料強(qiáng)行拉過(guò)拉拔模（它中間有一尺寸較材料稍小的?？祝欢藶槔瓤冢?，以獲得所要求的剖面形狀和尺寸的方法。通常在

3、室溫下進(jìn)行。經(jīng)過(guò)拉拔可得到尺寸精確、表面光潔并具有較好機(jī)械性能的線材、型材、管材等。拉拔模坯料7河南工業(yè)大學(xué)第7頁(yè)，共50頁(yè)。4)自由鍛造（free forging) 使金屬坯料在鍛錘或壓力機(jī)的上下抵鐵（上砧、下砧）間受沖擊力或壓力而變形的方法。坯料下砧上砧自由鍛造錄像8河南工業(yè)大學(xué)第8頁(yè)，共50頁(yè)。5)模鍛（die forging) 利用裝在鍛造機(jī)器上的鍛模，在錘的打擊或壓力機(jī)的壓力下，使金屬在一定形狀和尺寸的模膛內(nèi)變形的方法。坯料下模上模曲軸鍛模9河南工業(yè)大學(xué)第9頁(yè)，共50頁(yè)。6)沖壓（pressing)凹模凸模坯料 使金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或變形的方法。10河南工業(yè)大學(xué)第10頁(yè)，

4、共50頁(yè)。1)用壓力加工方式制造的產(chǎn)品，具有較高的機(jī)械性能例 抗拉強(qiáng)度（Mpa）屈服強(qiáng)度（Mpa）延伸率（%）ZG45 580 320 12軋制45 610 360 16提高百分率 5% 12% 30%2. 塑性成形工藝的特點(diǎn)：11河南工業(yè)大學(xué)第11頁(yè)，共50頁(yè)。塑性成形工藝特點(diǎn)（2）材料利用率高； 僅依靠形狀變化和體積轉(zhuǎn)移來(lái)實(shí)現(xiàn)。（3）生產(chǎn)效率高； 生產(chǎn)自動(dòng)化、機(jī)械化（4）尺寸精度高。 少、無(wú)切削加工，向近凈成形發(fā)展 12河南工業(yè)大學(xué)第12頁(yè)，共50頁(yè)。產(chǎn)品的形狀（特別是內(nèi)腔）不能太復(fù)雜。 凡承受重載的機(jī)器零件，如機(jī)器的主軸、重要齒輪、連桿、炮管和槍管等，通常需采用鍛件作毛坯，再經(jīng)切削加工而

5、制成。一般用于受力較大的重要零件。用途：實(shí)例1實(shí)例2實(shí)例3實(shí)例4實(shí)例5塑性成形工藝不足13河南工業(yè)大學(xué)第13頁(yè)，共50頁(yè)。二、金屬的塑性成形性能及影響因素1.金屬的塑性及變形規(guī)律塑性：金屬材料在外力作用下，發(fā)生永久變形而不開裂的能力。不同材料塑性不同，而同一材料變形條件不同塑性也不相同。14河南工業(yè)大學(xué)第14頁(yè)，共50頁(yè)。 金屬塑性成形的基本規(guī)律 （1）最小阻力定律： 即如果物體在變形過(guò)程中某質(zhì)點(diǎn)有向各種方向移動(dòng)的可能性時(shí)，則物體各質(zhì)點(diǎn)將向阻力最小的方向移動(dòng)。故宏觀上變形阻力最小的方向上變形量大。 依據(jù)該定律：鐓粗矩形截面坯料，最終會(huì)成為圓形截面。圖例15河南工業(yè)大學(xué)第15頁(yè)，共50頁(yè)。（2）

6、體積不變規(guī)律 由于塑性變形時(shí)金屬密度變化很小，所以可以認(rèn)為變形前后的體積相等實(shí)際上在變形中有微小變化。氣孔、縮松被壓合；氧化及耗損等。運(yùn)用此定律，便于估算坯料體積、質(zhì)量及坯料在各工序中的尺寸；16河南工業(yè)大學(xué)第16頁(yè)，共50頁(yè)。2. 塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響（1）變形程度的影響隨著變形程度的增加，可以消除鑄態(tài)粗大樹枝晶組織，獲得均勻細(xì)小的等軸晶組織；破碎并分散碳化物和非金屬夾雜物的分布；鍛合內(nèi)部孔隙和縮松強(qiáng)度和抗疲勞性能得以提高，特別是塑性、韌性提高較大。17河南工業(yè)大學(xué)第17頁(yè)，共50頁(yè)。變形程度的表示方法鍛造比：拔長(zhǎng)時(shí)，S前/S后； 鐓粗時(shí)：H前/H后相對(duì)彎曲半徑拉深系數(shù)翻邊系數(shù)18

7、河南工業(yè)大學(xué)第18頁(yè)，共50頁(yè)。（2)纖維組織的影響 在塑性變形過(guò)程中，晶粒和晶間雜質(zhì)都沿著變形最大方向伸長(zhǎng)；再結(jié)晶后，晶粒恢復(fù)成等軸晶，而雜質(zhì)仍然保持線狀分布。此即纖維組織。特點(diǎn)：性能出現(xiàn)方向性 順纖維方向，強(qiáng)度、塑性、韌性較高； 垂直纖維方向，強(qiáng)度、塑性、韌性較低，但抗剪切能力強(qiáng)。 圖例圖例圖例動(dòng)畫19河南工業(yè)大學(xué)第19頁(yè)，共50頁(yè)。 鍛造流線的化學(xué)穩(wěn)定性很高，用熱處理或其它方法都不能消除，只能通過(guò)重新鍛壓才能改變其流線方向和分布狀況。20河南工業(yè)大學(xué)第20頁(yè)，共50頁(yè)。如何纖維組織的利用軸類：最大拉應(yīng)力方向與纖維方向一致，最大剪應(yīng)力方向與纖維組織垂直。容易疲勞剝損的零件：工作表面避免纖維

8、露頭，使纖維的分布與零件的外形輪廓相符合。受力復(fù)雜件：不希望明顯的纖維組織，減少各向異性。21河南工業(yè)大學(xué)第21頁(yè)，共50頁(yè)。1）在冷變形（在再結(jié)晶溫度以下的變形）條件下：組織：加工硬化組織（晶粒沿變形最大的方向伸長(zhǎng)；晶格歪扭；產(chǎn)生碎晶）（3）冷變形與熱變形的影響22河南工業(yè)大學(xué)第22頁(yè)，共50頁(yè)。性能： 隨變形程度增加，強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降。（此現(xiàn)象稱為加工硬化）23河南工業(yè)大學(xué)第23頁(yè)，共50頁(yè)。2）在熱變形（在再結(jié)晶溫度以上的變形）條件下：組織：再結(jié)晶組織（均勻、細(xì)小的晶粒）性能：具有較高的綜合機(jī)械性能。24河南工業(yè)大學(xué)第24頁(yè)，共50頁(yè)。(1)金屬的本質(zhì) 1） 化學(xué)成分 如純

9、銅和純鐵 2） 組織 如鋼中 A與Fe3C AA+LA+Fe3CIIA+FAEP+Fe3CIIP+F問(wèn)題： 在室溫下受力時(shí)，含碳量0.1的鋼與含碳量1.0的鋼相比，哪個(gè)容易產(chǎn)生塑性變形？為什么？3.影響金屬塑性變形的因素25河南工業(yè)大學(xué)第25頁(yè)，共50頁(yè)。(2)加工條件 1） 變形溫度 變形溫度提高，可鍛性提高原因：溫度提高，原子動(dòng)能提高，有利于滑移變形； 溫度提高，有可能改變金屬組織，如鋼，1000 單一 A 組織；溫度 Cb400AA+LA+Fe3CIIA+FAEP+Fe3CIIP+F26河南工業(yè)大學(xué)第26頁(yè)，共50頁(yè)。鍛造溫度范圍始鍛溫度和終鍛溫度間的溫度范圍 始鍛溫度過(guò)高，容易產(chǎn)生氧化

10、、脫碳、過(guò)熱、過(guò)燒等缺陷過(guò)熱：晶粒過(guò)分粗大過(guò)燒：晶界氧化或熔化(自由鍛造錄像)27河南工業(yè)大學(xué)第27頁(yè)，共50頁(yè)。碳鋼的鍛造溫度范圍：始： AE線下200；終： 80028河南工業(yè)大學(xué)第28頁(yè)，共50頁(yè)。2） 變形速度 在一定的變形速度以下，可鍛性下降； 當(dāng)超過(guò)某一變形速度時(shí)，可鍛性提高；變形速度變形抗力塑 性原因：變形加工硬化熱能 再結(jié)晶 變形速度提高，熱能增加，再結(jié)晶作用增強(qiáng)問(wèn)題： 金屬在熱變形過(guò)程中，是否存在加工硬化現(xiàn)象？ 29河南工業(yè)大學(xué)第29頁(yè)，共50頁(yè)。3）應(yīng)力狀態(tài) 壓應(yīng)力數(shù)目多，塑性好，有利于成形，但變形抗力提高。示例30河南工業(yè)大學(xué)第30頁(yè)，共50頁(yè)。b) 拉拔時(shí)，壓應(yīng)力數(shù)目少

11、，材料容易拉裂，但需要的動(dòng)力小與擠壓a) 擠壓時(shí)，壓應(yīng)力數(shù)目多，因此材料不容易破裂，但需要很大的擠壓力。返 回31河南工業(yè)大學(xué)第31頁(yè)，共50頁(yè)。（3）其他因素摩擦條件 摩擦力越大，變形不均勻程度越嚴(yán)重，所引起的附加應(yīng)力也越大，從而導(dǎo)致變形抗力增加，塑性降低。 采取潤(rùn)滑劑。模具結(jié)構(gòu) 合理設(shè)計(jì)模具，如圓角 減小金屬成形時(shí)的流動(dòng)阻力，避免割斷纖維和出現(xiàn)折疊。32河南工業(yè)大學(xué)第32頁(yè)，共50頁(yè)。綜上所述，金屬的塑性成形性能取決于內(nèi)在因素：化學(xué)成分，金屬組織外在因素：加工條件（變形溫度、變形速度、 應(yīng)力狀態(tài)） 其他因素（摩擦條件、模具結(jié)構(gòu)）33河南工業(yè)大學(xué)第33頁(yè)，共50頁(yè)。The End of Th

12、is Part34河南工業(yè)大學(xué)第34頁(yè)，共50頁(yè)。返 回35河南工業(yè)大學(xué)第35頁(yè)，共50頁(yè)。返 回鍛造曲軸的纖維組織36河南工業(yè)大學(xué)第36頁(yè)，共50頁(yè)。a) 用圓鋼棒料直接切制；b) 用板料（鋼板）直接切制；c) 用棒料鍛造鐓粗后切制；d) 軋制成形后再切削；返 回37河南工業(yè)大學(xué)第37頁(yè)，共50頁(yè)。纖維組織的形成.swf38河南工業(yè)大學(xué)第38頁(yè)，共50頁(yè)。The End of This Part39河南工業(yè)大學(xué)第39頁(yè)，共50頁(yè)。返 回軋制AVI40河南工業(yè)大學(xué)第40頁(yè)，共50頁(yè)。返 回軋制AVI41河南工業(yè)大學(xué)第41頁(yè)，共50頁(yè)。帶鋼返 回42河南工業(yè)大學(xué)第42頁(yè)，共50頁(yè)。圖3-15 不同截面的金屬流動(dòng)情況a)圓形 b)正方形 c)長(zhǎng)方形 第43頁(yè)，共50頁(yè)。返回圖3-16 金屬鐓