【正文】 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 1 第三篇 金屬壓力加工 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 主要內容： 本篇重點： 1. 了解金屬塑性成型的理論基礎； 2. 掌握 金屬的塑性成型方法及工藝 ； 3. 掌握 薄板沖壓成形工藝，包括各種成形模具結構、基本工序和典形零件的工藝制定 。 第 9章 金屬壓力加工基礎 第 10章 常用的鍛造方法 第 11章 板料沖壓 第 12章 特種壓力加工方法簡介 2023/3/29 2 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 3 概述 一、金屬壓力加工（ 塑性成形 或俗稱“ 打鐵 ”） 金屬在外力作用下產生 塑性變形 ，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機械性能的原材料、毛坯或零件的生產方法，也稱為 壓力加工 。 二、塑性成形的基本生產方式 5． 模鍛 1．軋制 2．擠壓 3．拉拔 4．自由鍛造 6． 板料沖壓 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 4 1．軋制 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 5 軋制產品 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 6 2．擠壓 施加強大壓力作用于模具，迫使放在模具內的金屬坯料產生定向塑性變形并從?？字袛D出，從而獲得所需零件或半成品的加工方法。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 7 擠壓產品 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 8 3．拉拔 將金屬坯料從拉撥模的?？字欣龆冃蔚募庸し椒? 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 9 拉拔產品 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 10 4．自由鍛造 上砥鐵 下砥鐵 坯料 只用簡單的通用性工具．或在鍛造設備的上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需鍛件的鍛造方法。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 11 5． 模鍛 利用 模具 使坯料變形而獲得所需鍛件的鍛造方法。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 12 6． 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 獲得所需零件的工藝方法。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 13 4. 毛坯或零件的精度較高 三、塑性成形（壓力加工）的特點 1．力學性能高 1）組織致密； 2）晶粒細化； 3）壓合鑄造缺陷； 4）正確選用零件的受力方向與纖維組織方向，可以提高零件的抗沖擊性能 2．節(jié)約材料 3．生產率高 金屬塑性成形主要是靠金屬的 體積重新分配 ，而不需要切除金屬 。 金屬塑性成形加工一般是利用 壓力機和模具 進行成形加工。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 第 9章 塑性成型的理論基礎 金屬塑性變形的實質 塑性變形對金屬組織和性能的影響 金屬的可鍛性 重點內容： 1. 金屬塑性成型的原理； 2. 纖維組織的形成及利用； 3. 金屬可鍛性及其影響因素。 主要內容 2023/3/29 14 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 上次課內容的回顧 常用的壓力加工生產方式： 自由鍛、模鍛、板料沖壓、 軋制、擠壓、 拉拔 2023/3/29 15 型砂應具備的性能： 強度、透氣性、耐火性、退讓性 特種鑄造 鑄件壁厚的設計： （ 1） 鑄件壁厚應均勻、避免厚大截面 1 ．鑄件的結構圓角 2 ．避免銳角連接 3 ．厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐步過渡 4 ．減緩筋、輻收縮的阻礙 （ 2）鑄件壁的連接： 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 16 第一節(jié) 金屬塑性變形的實質 1）滑移： 單晶體承受 切應力 時， 晶體會發(fā)生彈性變形，當切應力的數(shù)值超過某一臨界值時，晶體內 的一部分相對 另一部分沿一定的晶面（稱滑移面）和晶向（稱滑移方向） 發(fā)生相對 滑動 。 τ τ τ τ 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 17 但實際金屬的滑移是靠 位錯 的移動來實現(xiàn)的。 實際晶體內部存在大量 缺陷 。其中，以 位錯 對金屬塑性變形的影響最為明顯。由于位錯的存在，部分原子處于 不穩(wěn)定狀態(tài)。在比理論值低得多的切應力作用下，處于高能位的原子很容易從一個相對平衡的位置上移動到另一個位置上，形成 位錯運動 。位錯運動的結果，就實現(xiàn)了整個晶體的塑性變形。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 18 2）孿生： 晶體的一部分相對另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生相對 轉動 。 2. 多晶體的塑性變形 晶內變形 晶間變形 滑移 孿生 滑動 轉動 多晶體塑性變形的實質： 晶粒內部發(fā)生滑移和孿生；同時晶粒之間發(fā)生滑移和轉動。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 19 第二節(jié) 塑性變形對金屬組織和性能的影響 1. 金屬在常溫下經(jīng)塑性變形后，內部組織將發(fā)生變化： ① 晶粒沿變形最大方向伸長； ② 晶格與晶粒均發(fā)生畸變； ③ 晶粒間產生碎晶。 2. 加工硬化： 隨著變形程度的增加，其強度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。 有利 ：強化金屬材料 不利 ：進一步的塑性變形帶來困難 原因： 滑移面附近的晶粒碎晶塊，晶格扭曲畸變，增大滑移阻力，使滑移難以進行。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 20 3. 回復 T回 = （ ~） T熔 (K) 加工硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。對具有加工硬化現(xiàn)象的金屬加熱，使原子獲得熱能，當加熱溫度 T回 (用 K氏溫標 )并使原子恢復正常排列，消除晶格扭曲，使加工硬化現(xiàn)象得到 部分消除 。 經(jīng)過回復處理能使冷變形后的金屬在具備高強度的同時，減少脆性，適當提高其塑性。 注：開爾文溫度（絕對溫度） (T) 單位 :開爾文 (K) 換算關系 :T=t+273℃ 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 21 對具有加工硬化現(xiàn)象的金屬加熱，使原子獲得熱能，當加熱溫度 T再 (用 K氏溫標 )并使某些碎晶或雜質為核心構成新晶粒，從而 消除了全部加工硬化 現(xiàn)象。 經(jīng)過回復處理能使冷變形后的金屬恢復良好的塑性。 4. 再結晶 T再 = T熔 (K) 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 22 金屬的回復和再結晶示意圖 5 . 冷變形及熱變形 （ 1）冷變形： 在再結晶溫度以下的變形； 冷變形后金屬強度、硬度較高，低粗糙度值。但變形程度不宜過大，否則易裂。 （ 2）熱變形： 再結晶溫度以上變形。 變形具有強化作用，再結晶具有強化消除作用。在熱變形時無加工硬化痕跡。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 3/29/2023 6:04 PM 將鑄錠加熱進行壓力加工后，由于金屬經(jīng)過塑性變形及再結晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細化的 再結晶組織 。 同時鑄錠中的氣孔、縮松等 經(jīng)熱塑變形后被壓實或焊合 在一起，使金屬 組織更加致密 ，其力學性能會有很大提高。 鑄錠在壓力加工中產生塑性變形時，基體金屬的 晶粒形狀 和沿晶界分布的 雜質形狀 都發(fā)生了變形，它們將 沿著變形方向被拉長，呈纖維形狀 。這種結構叫 纖維組織 。 具有纖維組織的金屬， 各個方向上的力學性能不相同 。順纖維方向的力學性能比橫纖維方向的好。 金屬壓力加工大多屬 熱變形 ，具有再結晶組織，熱加工后組織性能變化： 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 24 6 . 纖維組織 變形程度越大，纖維組織越明顯。 壓力加工中常用鍛造比 y來表示變形程度。 拔長時鍛造比 y拔 =A0/A 鐓粗時鍛造比 y鐓 =H0/H 纖維組織很穩(wěn)定，不能（難以）用熱處理方法來消除。只有經(jīng)過鍛壓來改變其方向、形狀。 鑄錠熱變形前后的組織 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 25 在設計和制造零件時，應使最大正應力的方向于纖維方向重合，最大切應力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。 （ 1）在 平行 于纖維組織的方向上： 材料的 抗拉 強度提高 （ 2）在 垂直 于纖維組織的方向上： 材料的 抗剪 強度提高 螺栓的冷鐓 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 26 第三節(jié) 金屬的可鍛性 一、可鍛性 金屬材料在壓力加工時成形的難易程度?？慑懶缘膬?yōu)劣是以金屬的 塑性 和 變形抗力 來綜合評定的。 1 . 可鍛性的衡量指標 * 1）塑性： 2）變形抗力： 材料的塑性越好，其可鍛性越好。 材料的變形抗力越小，其可鍛性越好。 塑性 是指金屬材料在外力作用下產生永久變形，而不破壞其完整性的能力。 變形抗力 是指金屬對變形的抵抗力。 2 . 影響可鍛性的因素 金屬的可鍛性取決于 材料的性質 (內因 )和 加工條件 (外因 )。 金屬工藝學 第三篇 金屬塑性加工 2023/3/29 27 1）金屬的本質（內在因素） ① 化學成分： 純金屬的可鍛性比合金好；有些元素可使可鍛性顯著下降（如鉻，鎢，釩等）。鋼的含碳量越低，可鍛性越好。 ② 組織狀態(tài)： 純金屬 和 固溶體 具有良好的可鍛性。 2）加工條件 （外在因素） ① 變形溫度： T溫 越高，材料的可鍛性越好。 溫度 ↑→原子的運動能力 ↑→容易滑移 →塑性 ↑→變形抗力 ↓→可鍛性改善 . 過熱：