第一、二节 概述、金属塑性成形原理.pptVIP

* 第二章 锻压 第一节 概述 锻压 是对金属坯料施加外力，使之产生塑性变形，以改变其形状、尺寸，并改善其内部组织和性能，从而获得所需毛坯或零件的加工方法。是锻造和冲压的总称。 锻造： 通常都将金属坯料加热至高温在塑性状态下进行，按照所用设备和变形方式不同，分为自由锻和模锻两大类。 冲压： 加工的主要对象是金属薄板，一般在常温下进行，又称为板料加工或冷冲压，较厚的板料也可在加热后进行冲压。 第二节 金属塑性成形原理 塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。 优点： 1)改善金属的组织，提高金属的力学性能； 2)节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利用率和经济效益； 3)具有较高的劳动生产率。 4)适应性广。 缺点： 1)锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 2)锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3)需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4)生产现场劳动条件较差。 常用塑性成形加工方法：如图1所示 1)自由锻造 2)模型锻造 3)挤压 4)拉拔 5)轧锻 6)板料冲压 塑性成形主要用于: 主轴、曲轴、连杆、齿轮、飞机零件等力学性能要求高的重要零部件使用锻件。而汽车、拖拉机、机车、仪器、仪表、电器及生活用品的金属制件大多数是冲压件。 第二节 金属塑性成形原理 一、金属塑性成形的实质 具有一定塑性的金属坯料在外力作用下，当内应力达到一定的条件，就会发生塑性变形；由于金属材料都是晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构来说明。 1、单晶体的塑性变形 晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列紧密的晶面作相对滑动。其变形过程如图2 所示。 2、多晶体的塑性变形 多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相同的晶粒所组成，可分为晶内变形和晶间变形。 晶粒内部的塑性变形称为晶内变形；晶粒之间相互移动或转动称为晶间变形。如图3所示。 1、冷变形强化(加工硬化) 指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象，如图2-8所示；变形程度越大，冷变形强化现象越严重。 冷变形强化的原因： 在塑性变形过程中，在滑移面上产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生了畸变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。如图3所示。 二、塑性变形对金属组织与性能的影响 金属塑性变形时，在不同的温度下，对金属组织和性能产生不同的影响。 1)加工硬化作用 强化金属，提高金属强度、硬度和耐磨性 对某些不能通过热处理来强化的金属，可用低温变形来提高金属强度指标，如用冷轧、冷拔和冷挤来提高低碳钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。 在一定程度上提高构件在使用过程中的安全性 2)加工硬化不利方面 在塑性加工中，冷变形强化使塑性变形困难，需进行中间热处理消除加工硬化，从而增加了生产成本，降低了生产率。 1、冷变形强化(加工硬化) 对于纯金属，可用下式计算： 式中 ----金属的绝对回复温度； ----金属的绝对熔化温度； 回复不改变晶粒的形状及晶粒变形时所构成的方向性，也不能使晶粒内部的破坏及晶界间物质的破坏现象得到恢复，只是逐渐消除晶格的扭曲程度。故回复可降低内应力，但机械性能变化不大，强度稍降低，塑性稍提高。如图2-9c所示。 2、回复和再结晶 1)回复: 指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的晶格扭曲的过程，可使内应力减少。 二、塑性变形对金属组织与性能的影响 二、塑性变形对金属组织与性能的影响 2)再结晶 将变形金属加热到更高温度，金属原子获得更高的热能，通过金属原子的扩散，使冷变形强化的结晶构造进行改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，该过程为再结晶。如图2-9d。 再结晶使内应力全部消除，强度降低，塑性增加。如图2-10为金属中塑性变形的同时发生再结晶现象。 纯金属的再结晶力学温度为： 再结晶处理：利用金属再结晶过程消除低温变形后的冷变形强化，恢复金属的良好塑性，以利于后继的冷变形加工。 冷变形：金属在再结晶温度下塑性变形。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷镦、冷轧和冷拔。能获得较高的硬度及表面质量。 热变形：金属在再结晶温度以上塑性变形。如锻造、热挤和轧制等，能消除冷变形强化的痕迹，保持较低的塑性变形抗力和良好的塑性。