锻压5.30.doc

第八章 锻压成形 锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法，它是锻造与冲压的总称。锻压能改善金属组织，提高力学性能，重要零件应采用锻件毛坯。锻压不足之处是不能加工脆性材料（如铸铁）和形状毛坯。 单晶体的滑移是通过晶体内的位错运动来实现的，而不是沿滑移而所有的原子同时作刚性移动的结果，所以滑移所需要的切应力比理论值低得多。位错运动滑移机制的示意图见图8-2所示。 二、塑性变形对金属组织和性能的影响 1、冷塑性变形后的组织变化 金属在常温下经塑性变形，其显微组织出现晶粒伸长、破碎、晶粒扭曲等特征，并伴随着内应力的产生。 2、冷变形强化 金属在塑性变形过程中，随着变形程度的增加，强度和硬度提高而塑性和韧性下降的现象称为冷变形强化（也称加工硬化）。 冷变形强化在生产中具有重要的意义，它是提高金属材料强度、硬度和耐磨性的重要手段之一。但冷变形硬化后由于塑性和韧性进一步降低，给进一步变形带来困难，甚至导致开裂和断裂，冷变形的材料各向异性，还会引起材料的不均匀变形。 3、回复与再结晶 冷变形强化是一种不稳定状态，具有恢复到稳定状态的趋势。当金属温度提高到一定程度，原子热运动加剧，使不规则原子排列变为规则排列，消除晶格扭曲，内应力大为下降，但晶粒的形状、大小和金属的强度、塑性变形不大，这种现象称为回复。 当温度继续升高，金属原子活动具有足够热运动力时，则开始以碎晶或杂质为核心结晶出新的晶粒，从而消除了冷变形强化现象，这个过程称为再结晶。金属开始再结晶的温度称为再结晶温度，一般为该金属熔点的0.4倍，即 图8-3为冷变形后的金属在加热过程中发生回复与再结晶的组织变化示意图。 通过再结晶后，金属的性能恢复到变形前的水平。金属在常温下进行压力加工，常安排中间再结晶退火工序。在实际生产中为缩短生产周期，通常再结晶退火温度比再结晶温度高100～200℃。 再结晶过程完成后，如再延长加热时间或提高温度，则晶粒会产生明显长大，成为粗晶组织，导致材料力学性能下降，使锻造性能恶化。 三、金属的冷变形和热变形 金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形。如钢在常温下进行的冷冲压、冷轧、冷挤压等。在变形过程中，有冷变形强化现象而无再结晶组织。 冷变形工件没有氧化皮，可获得较高的公差等级，较小的表面粗糙度，强度和硬度较高。由于冷变性金属存在残余应力和塑性差等缺点，因此常常需要中间退火，才能继续变形。 热变形是在再结晶温度以上进行的，变形后只有再结晶组织而无冷变形强化现象。如热锻、热轧、热挤压等。 热变形与冷变形相比，其优点是塑性良好，变形抗力低，容易加工变形，但高温下金属容易产生氧化皮，所以制件的尺寸精度低，表面粗糙。 金属经塑性变形及再结晶，可使原来存在的不均匀、晶粒粗大的组织得以改善，或将铸锭组织中的气孔、缩松等压合，得到更致密的再结晶组织，提高金属的力学性能。 四、锻造流线及锻造比 热变形使铸锭中的脆性杂质粉碎，并沿着金属主要伸长方向呈碎粒状分布，而塑性杂质则随金属变形，并沿着主要伸长方向呈带状分布，金属中的这种杂质的定向分布通常称为铸造流线。 热变形对金属组织和性能的影响主要取决于热变形的程度，而热变形的大小可用锻造比Y来表示。锻造比是金属变形程度的一种表示方法，通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来计算。 拔长锻造比 镦粗锻造比 式中 、、——变形前坯料的截面积、长度和高度； 、、——变形后坯料的截面积、长度和高度。 锻造比愈大，热变形程度愈大，则金属的组织、性能改善愈明显，锻造流线也愈明显。锻造流线使金属的性能呈各向异性。当分别沿着流线方向和垂直流线方向拉伸时，前者有较高的抗拉强度。当分别沿着流线方向和垂直方向剪切时，后者有较高的抗剪强度。 在设计和制造机器零件时，必须考虑锻造流线的合理分布，使零件工作时的正应力与流线方向垂直，并尽量使锻造流线与零件的轮廓相符而不被切断。 图8-4a所示为采用棒料直接切削加工制造的螺栓，受横向切应力时使用性能好，受纵向切应力是埸损坏；若采用图8-4b所示局部镦粗方法制造的螺栓，则其受横向、纵向切应力时使用性能均好。 五、合金的锻造性能 合金的锻造性是指材料在锻压加工时的难易程度。若金属及合金材料在锻压加工时塑性好，变形抗力小，则锻造性好；反之，则锻造性差。因此，金属及合金的锻造性常用其塑性及变形抗力来衡量合金的锻造性主要取决于材料的本质及其变形条件。材料的本质化学成分不同化学成分的合金材料具有不同的锻造性。纯金属比合金的塑性好，变形抗力小，因此纯金属比合金的锻造性好；合金元素的含量越高，锻造性越差，因此低碳钢比高碳钢的锻造性好；相同碳含量的碳钢比合金钢的锻造性好，低合金钢比高合金钢的锻