課題名稱鍛壓課次29教學(xué)目的與要求知識目標(biāo)：1.熟悉鍛壓的概念、分類、特點(diǎn)及應(yīng)用；2.掌握金屬的塑性變形及加工硬化現(xiàn)象；3.掌握冷塑性變形金屬在加熱過程中的變化；4.掌握金屬的可鍛性；5.掌握金屬變形速度、溫度幾應(yīng)力；能力目標(biāo)：1.能夠根據(jù)鍛壓的特點(diǎn)合理進(jìn)行鍛壓工藝過程設(shè)置。重點(diǎn)、難點(diǎn)重點(diǎn)：⑴鍛壓的概念、特點(diǎn)及應(yīng)用；⑵金屬的冷塑性變形及在加熱過程中的變化。難點(diǎn)：金屬的可鍛性及在鍛造過程中的變形速度、變形溫度及變形應(yīng)力。教學(xué)設(shè)計(jì)（方法、教具、手段、內(nèi)容）教學(xué)方法：討論法、板書講解、實(shí)例分析、簡圖教學(xué)用具：教材、教案、PPT、動畫教學(xué)內(nèi)容：課題引入一、鍛壓簡介；二、鍛造原理；三、金屬的可鍛性。課外作業(yè)何為鍛壓？金屬的塑性變形的基本類型；冷塑性變形過程中熱加工的變化。授課教案鍛壓教案一、鍛壓簡介1.概念鍛壓是鍛造和沖壓的合稱，是利用鍛壓機(jī)械的錘頭、砧塊、沖頭或通過模具對坯料施加壓力，使之產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的制件的成型加工方法。2.鍛壓歷史人類在新石器時代末期，已開始以錘擊天然紅銅來制造裝飾品和小用品。中國約在公元前2000多年已應(yīng)用冷鍛工藝制造工具，如甘肅武威皇娘娘臺齊家文化遺址出土的紅銅器物，就有明顯的錘擊痕跡。春秋后期出現(xiàn)的塊煉熟鐵，就是經(jīng)過反復(fù)加熱鍛造以擠出氧化物夾雜并成型的。最初，人們靠掄錘進(jìn)行鍛造，后來出現(xiàn)通過人拉繩索和滑車來提起重錘再自由落下的方法鍛打坯料。14世紀(jì)以后出現(xiàn)了畜力和水力落錘鍛造。1842年，英國的內(nèi)史密斯制成第一臺蒸汽錘，使鍛造進(jìn)入應(yīng)用動力的時代。夾板錘最早應(yīng)用于美國內(nèi)戰(zhàn)(1861～1865)期間，用以模鍛武器的零件，隨后在歐洲出現(xiàn)了蒸汽模鍛錘，模鍛工藝逐漸推廣。20世紀(jì)初期，隨著汽車開始大量生產(chǎn)，熱模鍛迅速發(fā)展，成為鍛造的主要工藝。近年來，鍛造行業(yè)發(fā)展的趨勢—鍛件精密化模具制造數(shù)字化，鍛造設(shè)備智能化，鍛造生產(chǎn)線自動化。隨著中、厚板材產(chǎn)量增長和液壓機(jī)、機(jī)械壓力機(jī)的發(fā)展，沖壓加工也開始機(jī)械化。1905年美國開始生產(chǎn)成卷的熱連軋窄帶鋼，1926年開始生產(chǎn)寬帶鋼，以后又出現(xiàn)冷連軋帶鋼。同時隨船舶、鐵路車輛、鍋爐、容器、汽車、制罐等生產(chǎn)的發(fā)展，沖壓成為應(yīng)用最廣泛的成型工藝之一。3.分類鍛壓按成型方式可分為鍛造和沖壓兩大類。鍛壓的生產(chǎn)方式主要有自由鍛、模鍛、擠壓、板料沖壓、軋制和拉拔。4.特點(diǎn)及應(yīng)用⑴特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：改善金屬組織，提高力學(xué)性能；金屬利用率高節(jié)約材料；生產(chǎn)率較高。加工精度高，主要生產(chǎn)承受重載荷零件的毛坯。缺點(diǎn)：不適合加工脆性材料和形狀復(fù)雜的零件。⑵應(yīng)用軋制、擠壓、拉拔—金屬型材、板材、線材等。②自由鍛、模鍛—承受重載的機(jī)械零件，如機(jī)器主軸、重要齒輪、連桿、炮管、槍管等。③板料沖壓—汽車制造、電器、儀表及日用品。二、鍛造的原理1.金屬的塑性變形塑性變形主要分為三個階段，彈性變形、塑性變形和斷裂。當(dāng)應(yīng)力超過σe后，應(yīng)力與應(yīng)變的直線關(guān)系被破壞，出現(xiàn)屈服平臺，若卸載試樣的變形只能部分恢復(fù)，而保留一部分殘余變形，即塑性變形。產(chǎn)生塑性變形的原因是金屬原子的滑移錯位。金屬塑性變形的基本方式有兩種：滑移和孿生，最主要的是滑移?；疲壕w一部分沿一定晶面和一定晶向與另一部分產(chǎn)生相對滑動。孿生：晶體一部分相對于另一部分在切應(yīng)力作用下沿特定晶面與晶向產(chǎn)生一定角度的均勻切變。實(shí)際使用的材料通常是由多晶體組成的，多晶體中每個晶粒變形的基本方式與單晶體相同，由于相鄰晶粒之間取向不同，以及晶界的存在，多晶體的塑性變形較為復(fù)雜。晶內(nèi)變形：滑移和孿晶。晶間變形：晶粒之間的微量相互位移或轉(zhuǎn)動。2.冷變形強(qiáng)化（加工硬化）隨塑冷塑性變形的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度上升，而塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為金屬的冷塑性變形或加工硬化。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是滑移面附近的晶粒碎晶塊，晶格扭曲畸變，增大滑移阻力，使滑移難以進(jìn)行。冷變形強(qiáng)化在生產(chǎn)中很有實(shí)用意義主要有，可利用冷變形強(qiáng)化來強(qiáng)化金屬；冷變形強(qiáng)化也是工件能夠用塑性變形方法成形的重要因素；冷變形強(qiáng)化還可以在一定程度上提高構(gòu)件使用的安全性；但在多次加工中，會由于冷變形強(qiáng)化造成后續(xù)加工的困難。3.回復(fù)與再結(jié)晶（加工硬化的消除）冷變形強(qiáng)化是一種內(nèi)部能量較高、不穩(wěn)定狀態(tài)，具有回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢。當(dāng)溫度升高，將經(jīng)歷回復(fù)-再結(jié)晶-晶粒長大三個階段，從而消除晶格畸變和殘余應(yīng)力。冷變形強(qiáng)化的金屬可以通過熱加工的方式進(jìn)行消除，根據(jù)熱加工過程的不同可以將其分為回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大三個階段?；貜?fù)階段金屬加熱到消除晶格扭曲和內(nèi)應(yīng)力。組織性能變化不大，只能部分消除加工硬化的影響。當(dāng)加熱溫度繼續(xù)升高，原子獲得更多熱能，開始的某些碎晶或雜質(zhì)為核心構(gòu)成新晶粒，故稱再結(jié)晶，再結(jié)晶階段材料的強(qiáng)度硬度下降，塑形和韌性升高。再結(jié)晶之后溫度繼續(xù)升高，晶粒不斷長大，材料的力學(xué)性能下降。再結(jié)晶只是改變了晶粒的形狀，消除了變形產(chǎn)生的某些晶體缺陷，整個過程中晶格類型不變，無相變過程。再結(jié)晶是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，再結(jié)晶溫度：T再≈（0.35～0.4）T熔。為消除加工硬化而進(jìn)行的退火熱處理稱為再結(jié)晶退火。根據(jù)再結(jié)晶溫度將壓力加工分為熱加工和冷加工兩種。再結(jié)晶溫度以上的加工為熱加工，再結(jié)晶溫度以下的加工為冷加工。4.熱變形對金屬組織的影響熱變形可使金屬鑄錠中的縮孔、縮松、氣泡等壓合，較大的柱狀晶粒和枝晶變成均勻細(xì)小的等軸晶粒，提高金屬的力學(xué)性能。熱變形可以形成流線組織（熱加工流線），因鋼液不可能完全純凈，所以鋼錠的晶界上分布著一些雜質(zhì)。經(jīng)鍛造、軋制后晶粒被拉長或壓扁，塑性雜質(zhì)也沿著晶粒伸長方向被拉長而呈帶狀分布，保留下來呈現(xiàn)出一條條連續(xù)或斷續(xù)的細(xì)線，這就是纖維組織，即熱加工流線。纖維組織使金屬的力學(xué)性能在不同方向上產(chǎn)生了明顯的差異。鍛件在平行于纖維的方向上塑性和韌性增加，而在垂直于纖維方向上塑性和韌性降低。應(yīng)使流線合理分布，使流線與零件服役時的最大應(yīng)力方向一致，與切應(yīng)力或沖擊力方向垂直。用鍛壓方法制造零件時零件工作時的最大正應(yīng)力方向與纖維方向平行，最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直，纖維組織的分布與零件外形輪廓相符而不被切斷。三、金屬的可鍛性1.可鍛性金屬在鍛壓成形時，獲得優(yōu)質(zhì)鍛件的難易程度稱為可鍛性，衡量材料可鍛性的指標(biāo)主要有塑性和變形抗力，材料的塑性越好，可鍛性越好；材料的變形抗力越小，可鍛性越好。影響材料可鍛性的主要因素有化學(xué)成分、金相組織、變形溫度、變形速度及應(yīng)力狀態(tài)等。2.變形溫度溫度變越高，材料的可鍛性越好。因此鍛造常在高溫下進(jìn)行，隨著變形溫度的升高，原子動能增加，原子間的結(jié)合力減弱，金屬的塑性增加而變形抗力減小，但溫度不能過高，溫度過高易產(chǎn)生過熱、過燒。過熱是指過分晶粒粗大，可再次熱處理補(bǔ)救。過燒是指晶界氧化甚至局部熔化，一旦產(chǎn)生，只能報費(fèi)。鍛造用料主要是各種成分的碳素鋼和合金鋼，其次是鋁、鎂、銅、鈦等及其合金。材料的原始狀態(tài)有棒料、鑄錠、金屬粉末和液態(tài)金屬。金屬在變形前的橫斷面積與變形后的橫斷面積之比稱為鍛造比。選擇合適的鍛造比、合理的始鍛溫度和終鍛溫度、變形速度是材料鍛造的基礎(chǔ)。鋼在鍛造過程中的鍛造溫度是根據(jù)合金狀態(tài)圖確定，WC越小，Me%越小材料的可鍛性越好，例如低碳鋼比高碳鋼的可鍛性好；碳素鋼比合金鋼的可鍛性好。3.變形速度當(dāng)v＜vc時，再結(jié)晶速度起主要作用；V越小，再結(jié)晶速度越高，塑性越大，變形抗力越小，金屬可鍛性越高。合金鋼比低碳鋼塑性差，再結(jié)晶溫度高，再結(jié)晶速度緩慢，應(yīng)在變形速度低的壓力機(jī)上鍛造。低碳鋼塑性好，小件也易鍛透，多采用變形速度快的鍛錘鍛打。變形中，部分塑性變形轉(zhuǎn)化為熱能，使鍛件溫度升高的現(xiàn)象為熱效應(yīng)。熱效應(yīng)使金屬的塑性提高，變形抗力降低，可鍛性變好。當(dāng)v＞vc時，熱效應(yīng)起主要作用；v越大，塑性越小，變形抗力越小，可鍛性越大。4.應(yīng)力狀態(tài)變形方式