金属压力加工ppt课件.ppt
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1、第三篇 金属压力加工,利用外力使金属产生塑性变形,来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。 压力加工的种类有: 轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压 (见附图),1.1 金属塑性变形的实质,弹性变形 在外力作用下,材料内部产生应力,应力迫使原子离开原来的平衡位置,改变了原子间的距离,使金属发生变 形。并引起原子位能的增高,但原子有返回低位能的倾向。当外力停止作用后,应力消失,变形也随之消失。,第一章 金属的塑性变形,塑性变形 内应力超过金属的屈服点后,外力停止作用后,金属的 变形并不完全消失。 滑移面 在切向应力作用下,晶体的一部分相对于另一部分,沿 着一
2、定的晶面产生相对滑移,该面称为滑移面。 位错运动引起塑性变形 近代物理学证明,晶体不是在滑移面上,原子并不是整体 的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。 位错:沿滑移面旧原子对破坏,新原子对形成,图3-2, 多晶体的塑性变形(晶内和晶间变形) 晶内变形:外力作用下,某一晶粒的塑性变形。 晶间变形:晶粒之间的相互位移或转动。 在外力作用下,有的晶粒处于利于塑性变形 位置,则首先塑性变形。有的处于不利于塑 性变形的位置,则暂时不变形。晶粒间会移 动、转动,这种利与不利位置在变化, 塑性变形不断进行。图3-3,1.2 塑性变形对金属组织和性能影响, 金属在常温下经塑性变形后,内部组织将发生变化。 晶
3、粒沿最大变形的方向伸长; 晶格与晶粒发生扭曲,产生内应力; 晶粒产生碎晶。 冷作硬化(见图34) 现象:强度、硬度 上升, 而塑性、韧 性下降。 原因:滑移面附近的 晶粒碎晶块, 晶格扭曲畸变, 增大滑移阻力, 使滑移难以 进行。, 回复与再结晶 回复: 冷作硬化是一种不稳定的现象,具有自发恢复到稳定 状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时,原子 获得热能,热运动加剧,当加热温度T回(用K氏温标) T回=(0.250.3)T熔 使原子回复到正常排列,消除了晶格扭曲,使加工硬 化得到部分消除。, 再结晶: 当加热温度T再: T再=0.4T熔 原子获得更多热能,开始的某些碎晶或杂质为核心构成新晶
4、粒,因为是通过形核和晶核长大方式进行的,故称再结晶。 再结晶后清除了全部加工硬化。 再结晶后晶格类型不变,只改变晶粒外形。 加工硬化的利用、消除 利用:冷加工后使材料强度硬度。如冷拉 钢,不能热处理强化的金属材料。 消除:再结晶退火(P29)650750, 冷变形和热变形 冷变形 在再结晶温度以下的变形; 冷变形后金属强度、硬度较高,低粗糙度值。但 变形程度不宜过大,否则易裂。 热变形 再结晶温度以上变形。 变形具有强化作用,再结晶具有强化消除作用。在热变 形时无加工硬化痕迹。 金属压力加工大多属热变形,具有再结晶组织。 热加工后组织性能变化: 粗大晶粒被击碎成细晶粒组织,改善了机械性能。 铸
5、态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。 晶粒被拉长,非金属杂物被击碎,沿被拉长的晶粒界 分布,形成纤维组织(流线)。,变形程度越大,纤维组织越明显。 压力加工中常用锻造比y来表示变形程度。 拔长时锻造比y拔=A0/A 镦粗时锻造比y镦=H0/H 纤维组织很稳定,不能(难以)用热处理方法来消除。只有经过锻压来改变其方向、形状。,在设计和制造零件时,应使最大正应力的方向于纤维方向重合,最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量使纤维组织不被切断。,1.3 金属的可锻性,金属的可锻性:材料经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。 可锻性的衡量:塑性(断面收缩率,伸长率), 变形抗力。塑性好
6、,变形抗力小则可锻性好。 可锻性取决于:金属本质和加工条件。,一、金属的本质 化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好;有些元素可使可锻性显著下降(如铬,钨,钒等)。钢的含碳量越低,可锻性越好, 金属组织的影响 组织不同,可锻性有很大差异: 纯金属、固溶体(如奥氏体)可锻性好; 碳化物可锻性差; 铸态柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀。,二、加工条件 变形温度的影响 温度原子的运动能力容易滑移塑性 变形抗力可锻性改善. 过热:超过一定温度,晶粒急剧长大,锻造性能, 机械性能。已过热工件可通过锻造,控制冷 却速度,热处理,使晶粒细化。 过烧:接近材料熔化温度,晶间的低熔点物质开始熔 化,且晶界上形成
7、氧化层。金属失去锻造性 能,一击便碎,无法挽回。, 锻造温度: 始锻温度:碳钢比AE线低200C左右 终锻温度:800C过低难于锻造 ,若 强行锻造,将导致锻件破裂 报废。图3-8,变形速度的影响 变形速度-单位时间的变形程度 变形速度u =d/dt 变形程度 变形速度u 应力状态影响 三向应力中,压力应力数目愈多,则塑性越好。,塑性.变形抗力,热能塑性,变形抗力,第二章 锻造,一、自由锻 自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个 抵铁之间变形。从而获得所需形状及尺寸的锻件。 在重型机械中,自由锻是生产大型锻件和特大型 锻件唯一成型的方法。 金属沿变形方向可以自由流动,不受限制。 自由锻设备
8、: 锻锤 依靠冲击力使金属变形,只能锻造中小锻件。 液压机: 依靠静压力使金属变形,可加工大型锻件。其 中水压机可产生很大作用力,是重型机械厂锻 造生产的主要设备。,2.1 锻造方法,自由锻工序 基本工序 镦粗:适于饼块类,盘套类 拔长:适于轴类、杆类 拔长、镦粗经常交替反复使用。 有时一头镦粗,另一头拔长。 (通孔、盲孔)冲孔,常用方法:镦粗冲孔 镦粗冲孔扩孔 弯曲:工件轴线产生一定曲率。 扭转:某一部分相对于另一部分转一定角度。 错移:坯料的一部分相对于另一部分平移 错开的工序,例如曲轴。 切割:分割坯料,或去除锻件余量的工序。 辅助工序: 在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。 精
9、整工序: 完成基本工序之后,用以提高锻件尺寸和形状精度的工序。 锻件分类及基本工序方案(表3-1 锻件分类及所需锻造工序),二、模锻 在压力或冲击力作用下,金属坯料在锻模模膛内 变形,从而获得锻件的工艺方法。此法生产的锻件 尺寸精确、加工余量较小,结构也可较复杂,生产 率高。 按使用设备不同分为:锤上模锻、胎模锻等。 (见下页图) 锤上模锻 锤上模锻所用设备为模锻锤。通常为蒸气-空气 锤。对形状复杂锻件,先在制坯模膛内初步成 形,然后在模锻模膛内锻造。, 模锻模膛 i)终锻模膛 作用:使坯料最后变形到锻件所要求的形状、尺寸。 尺寸比锻件尺寸放大一个收缩量,钢件约为1.5%。 四周有飞边槽,用以
10、增加金属从模膛中流出阻力,促 使金属充满模膛,容纳多余的金属。 冲孔连皮:无法加工通孔而留下的一薄层金属。 ii) 预锻模膛 作用:使坯料变形到接近于锻件的形状尺寸,使终锻 时,金属容易充满终锻模膛。延长终锻模膛的使用寿命。 批量不大,形状简单时可不设预锻模膛。 区别:预锻模膛的圆角、斜度较大,没有飞边槽。 终锻模膛的圆角、斜度较小,有飞边槽。, 制坯模膛 对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状,使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛,就必须预先在制坯模镗内制坯,因而设制坯模膛。 i) 拔长模膛 增加某一部分长度。 ii)滚压模膛 减小某部分横截面积,以增大另一部分横截面积,坯料长度
11、基本 不变。 iii)弯曲模膛 弯曲工件。 iv)切断模膛 切断金属。 此外还有成型模镗,镦粗台, 击扁面等制坯模镗。, 模膛可分为单膛及多膛,图3-18是多镗模锻。 曲柄压力机上模锻,摩擦压力机上模锻,胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法, 一般采用自由锻方法制坯,然后在胎模中成型。 扣模 图3-22 筒模 图3-23 合膜 图3-24,2.2 锻造工艺规程的制订,一、绘制锻件图 绘制锻件图是以零件图为基础, 结合锻造工艺特点绘制而成的。 敷料、余量及公差 敷料:为简化零件的形状和结构,便于 锻造而增加的一部分金属为敷料。 余量:零件表面为切削加工而增加的尺 寸称余量。
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