工程材料與熱加工基礎(chǔ)第十章鍛壓生產(chǎn)(已修改)
2025-03-20 22:15 本頁面
【正文】 《工程材料與熱加工基礎(chǔ)》 第十章 鍛壓生產(chǎn) ?機(jī)械工程系 ?金工教研室 何為鍛壓 ？ 鍛壓是對坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形、改變尺寸、形狀及改善性能，用以制造機(jī)械零件、工件或毛坯的成形加工方法。它是鍛造與沖壓的總稱，屬于壓力加工的范疇。 鍛壓設(shè)備 第二章 鍛 壓 鍛壓特點(diǎn)： 塑性變形是壓力加工的基礎(chǔ)，凡具有一定塑性的金屬如鋼及大多數(shù)有色金屬，均可進(jìn)行壓力加工。 與鑄造相比，壓力加工的優(yōu)點(diǎn)是：金屬鑄錠經(jīng)塑性變形后，鑄造組織的內(nèi)部缺陷如氣孔、縮孔、微裂紋等得到焊合，再結(jié)晶后可細(xì)化晶粒，金屬的各種力學(xué)性能得到提高。沖壓件又具有重量輕、精度高、剛性好等優(yōu)點(diǎn)。但由于鍛壓件是在固態(tài)成形，金屬的流動受到限制。因此，對于形狀復(fù)雜、尤其是內(nèi)腔形狀復(fù)雜的零件，從制造工藝上鍛件遠(yuǎn)不及鑄件容易實(shí)現(xiàn)。另外，鍛件的成本比鑄件高，材料利用率等方面也不如鑄件。然而，從鍛件力學(xué)性能的提高，鍛造流線更加與受力條件相適應(yīng)，在同樣受力條件下，零件的幾何尺寸可以縮小的角度看，又可以大大降低原材料的使用量，延長零件的使用壽命，節(jié)約金屬。 一、金屬的塑性變形概述 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)，對于單晶體是由于金屬原子某晶面兩側(cè)受切應(yīng)力作用產(chǎn)生相對滑移，或晶體的部分晶格相對于某晶面沿一定方向發(fā)生切變，即滑移理論和孿生理論。 第一節(jié) 金屬的鍛造性能 二、熱鍛、冷鍛、溫鍛、等溫鍛 從金屬學(xué)的觀點(diǎn)劃分鍛壓加工的界限為再結(jié)晶溫度。 1．熱鍛 在金屬再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的鍛造工藝稱為熱鍛。在變形 過程中冷變形強(qiáng)化和再結(jié)晶同時存在，屬于動態(tài)再結(jié)晶。 2．冷鍛 在室溫下進(jìn)行的鍛造工藝稱為冷鍛。冷鍛可以避免金屬加 熱出現(xiàn)的缺陷，獲得較高的精度和表面質(zhì)量，并能提高工件的強(qiáng)度和硬度。但冷鍛變形抗力大，需用較大噸位的設(shè)備，多次變形時需增加再結(jié)晶退火和其它輔助工序。目前冷鍛主要局限于低碳鋼、有色金屬及其合金的薄件及小件加工。 3．溫鍛 在高于室溫和低于再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的鍛造工藝稱為 溫鍛。與熱鍛相比，坯料氧化脫碳少，有利于提高工件的精度和表面質(zhì)量；與冷鍛相比，變形抗力減小、塑性增加，一般不需要預(yù)先退火、表面處理和工序間退火。溫鍛適用于變形抗力大、冷變形強(qiáng)化敏感的高碳鋼、中高合金鋼、軸承鋼、不銹鋼等。 4．等溫鍛 在鍛造全過程中，溫度保持恒定不變的鍛造方法稱為等 溫鍛。 三、鍛造流線和鍛造比 鍛造時，金屬的脆性雜質(zhì)被打碎，順著金屬主要伸長方向呈碎粒狀或鏈狀分布；塑性雜質(zhì)隨著金屬變形沿主要伸長方向呈帶狀分布，這樣熱鍛后的金屬組織就具有一定的方向性，通常稱為鍛造流線，又叫纖維組織。 鍛造比是鍛造時變形程度的一種表示方法。通常用變形前后的截面比、長度比或高度比來表示。 鍛造比對鍛件的鍛透程度和力學(xué)性能有很大影響。當(dāng)鍛造比達(dá)到 2時，隨著金屬內(nèi)部組織的致密化，鍛件縱向和橫向的力學(xué)性能均有顯著提高；當(dāng)鍛造比為 25時，由于流線化的加強(qiáng)，力學(xué)性能出現(xiàn)各向異性，縱向性能雖仍略提高，但橫向性能開始下降，鍛造比超過 5后，因金屬組織的致密度和晶粒細(xì)化度均已達(dá)到最大值，縱向性能不再提高，橫向性能卻急劇下降。因此，選擇適當(dāng)?shù)腻懺毂认喈?dāng)重要。一般，碳素結(jié)構(gòu)鋼取 23，合金結(jié)構(gòu)鋼取 34。對于某些高合金工具鋼和特殊性能的合金鋼，為促進(jìn)合金碳化物分布的均勻化，擊碎鋼中的碳化物，常采用較大的鍛造比，如高速鋼取 512，不繡鋼取 46。 鍛造比越大，鍛造流線越明顯；鍛造流線的穩(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。 四、金屬的鍛造性能 是指金屬經(jīng)受鍛壓加工時成形的難易程度的工藝性能。其優(yōu)劣常用塑性和變形抗力綜合衡量。塑性高、變形抗力小則鍛造性能好。它決定于金屬的本質(zhì)和變形條件。 （一）金屬的本質(zhì) 1．化學(xué)成分 純金屬一般具有良好的鍛造性能。碳鋼隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鍛造性能逐漸變差。合金元素的加入會劣化鍛造性能 2．金屬組織 純金屬及固溶體鍛造性能好，而碳化物的鍛造性能差。鑄態(tài)柱狀晶組織和粗晶結(jié)構(gòu)不如細(xì)小而又均勻晶粒結(jié)構(gòu)的金屬鍛造性能好。 （二）變形條件 1．變形溫度 變形溫度低，金屬的塑性差、變形抗力大，不但鍛壓困 難，而且容易開裂。提高金屬變形時的溫度，可使原子動能增加，原子間的結(jié)合力消弱，使塑性提高，變形抗力減小。 鍛造溫度范圍是指鍛件由始鍛溫度到終鍛溫度的間隔。鍛造溫度范圍的確定以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。 2．變形速度 變形速度指單位時間內(nèi)的變形程度，變形速度低時，金 屬的回復(fù)和再結(jié)晶能夠充分進(jìn)行，塑性高、變形抗力小；隨變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時消除冷變形強(qiáng)化，使金屬塑性下降，變形抗力增加，鍛造性能變差。常用的鍛壓設(shè)備不可能超過臨界變形速度。 （二）變形條件 3．應(yīng)力狀態(tài) 采用不同的變形方法，在金屬中產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)是不同的。應(yīng)力狀態(tài)對于塑性的影響為：壓應(yīng)力數(shù)目越多，塑性越好；拉應(yīng)力數(shù)目越多，塑性越差；應(yīng)力狀態(tài)對于變形抗力的影響為：同號應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號狀態(tài)下的變形抗力。所以，在選擇變形方法時，對于塑性高的金屬，變形時出現(xiàn)拉應(yīng)力有利于減少能量消耗；對于塑性低的金屬應(yīng)盡量采用三向壓應(yīng)力以增加塑性，防止裂紋。 4．坯料表面質(zhì)量 表面粗糙或有劃痕、微裂紋、粗大夾雜都會在變形過程中產(chǎn)生應(yīng)力集中，使缺陷擴(kuò)展甚至開裂。故塑性加工前應(yīng)對坯料表面進(jìn)行清理消除缺陷，有時甚至需要進(jìn)行表面預(yù)切削去掉坯料的表層金屬。 五、金屬的塑性
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