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第8章 金属固态塑性成形技术 1、金属固态塑性成形技术理论基础 1）金属固态塑性成形原理及工艺流程等 锻压的原理、实质、工艺流程、特点与应用： 锻压的原理：金属固态塑变成形； 实质：在外力作用下金属材料通过塑性变形，以获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或者零件。 工艺流程：锻压的工艺方法有许多，但其基本工序及流程相同。 特点与应用： ①能改善金属的内部组织，提高或改善其力学性能等； ②材料的利用率高； ③较高的生产率； ④多数工艺方法生产的产品精度较高。 缺点是不能压力加工脆性材料（如铸铁，铸铝合金等）和形状特别复杂（尤其是内腔形状复杂）或体积特别大的毛坯或零件，另外，多数压力加工工艺的投资较大等。 主要用于原材料的生产、承受冲击或交变应力的重要零件（如机床 主轴、齿轮、曲轴、连杆等）毛坯及薄壁件生产等。 锻压是锻造和冲压的统称。它是通过金属在I茸态下发生塑性变形实现的，是制造机械 2）金属（固态）塑性变形理论基础 要对金属材料进行固态塑性成形，则须对金属在工业上实现这类过程的可能性和局限性作出正确的评价，以便于掌握和运用。 有关金属材料塑性变形的知识在工程材料学的第3章已有详细的叙述，这里不再重复。 （1）金属的可锻性及影响因素 金属的可锻性决定于金属本身的塑性(δ、Ψ)和变形抗力，金属的塑性越好，变形抗力越小，则可锻性越好。 金属的可锻性除与金属的本质有关外，还决定于变形（加工）条件，其中最重要的因素是温度。应选择适当的始锻、终锻温度。变形速度的影响有双重性，一般而言，提高变形速度，金属的再结晶来不及消除加工硬化，使金属的塑性下降，变形抗力增加，从而使可锻性降低； 但当变形速度达到某一临界值后，由于塑性变形的热效应，而导致温度升高，从而又使可锻性提高，高速锤锻造就是利用这个原理；常用的各种锻造方法，变形速度都低于临界速度，对塑性差的材料，宜采用减慢变形速度的工艺，以防断裂。应力状态对可锻性也有影响，出现拉应力会引起金属内部缺陷的扩展，因而在各向受拉时，金属呈现较小的塑形，而各向受压时，则呈现较大的塑性。 （2）金属塑性变形的基本规律 金属的塑性变形属固态成形，其遵循的基本规律主要有体积不变规律、最小阻力定律和加工硬化等。掌握和应用这些基本规律，以便优质高效的生产出锻（压）件。 （3）金属塑性变形对组织和性能的影响 a.冷变形(又叫冷成形)过程及其影响 冷变形的特征是金属塑性变形后具有加工硬化现象，即金属的强度、硬度升高，塑性和韧度下降；冷变形制成的产品尺寸精度高、表面质量好；对于那些不能或不易用热处理方法提高强度、硬度的金属构件(特别是薄壁细长件)，利用金属在冷成形过程中的加工硬化来提高构件的强度和硬度不但有效，而且经济。例如各类冷冲压件、冷轧 冷挤型材、冷卷弹簧、冷拉线材、冷镦螺栓等等，故冷变形 加工在各行各业中应用广泛。 由于冷变形过程中的加工硬化现象，使金属材料的塑性 变差，给进一步塑性变形带来困难，故冷变形需重型和大功 率设备；对加工坯料要求其表面干净、无氧化皮、平整等； 另外，加工硬化使金属变形处电阻升高，耐蚀性降低等。 b.热变形(又叫热成形)过程及其影响 金属在热变形中始终保持着良好的塑性，可使工件进行 大量的塑性变形，又因高温下金属的屈服强度较低，故变形 抗力低，易于变形；热变形使金属材料内部的缩松、气孔或 空隙被压实，粗大(树枝状)的晶粒组织结构被再结晶细化， 从而使金属内部组织结构致密细小，力学性能(特别是韧度) 明显改善和提高；热变形使金属材料内部晶粒间的杂质和偏 析元素沿金属流动的方向呈线条状分布，再结晶后，晶粒的 形状改变了，但定向伸长的杂质并不因再结晶的作用 而消除，形成了纤维组织，使金属材料的力学性能具 有方向性，且纤维组织形成后，不能用热处理方法消 除，只能通过锻造方法使金属在不同方向变形，才能 改变纤维的方向和分布。 热变形广泛应用于大变形量的热轧、热挤以及高 强度高韧度毛坯的锻造生产等；但热变形中，金属表 面氧化较严重，工件精度和表面品质较冷变形的低； 另外，设备维修工作量大，劳动强度也较大。 2、常用金属固态塑性成形技术 金属塑性成形技术的选择和实施，与材料、 成形件的几何形状、工艺过程的实施条件(压力、 温度、速度等)等有着密切关系。机械制造业中， 人们充分利用冷、热塑性变形及其相应工艺的优 点，生产出各类毛坯或零件。 1）自由锻造（简称自由锻） （1）自由锻工艺特点及应用： ①成形过程中坯料整体或局部塑性成形，除与上、下砧 铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料在水平方向能