第四章 锻压工艺 ★第四章 锻压工艺 ☆★.doc

第四章 锻压工艺 第一节 概述 质量不变工艺通常称为金属成形工艺，就是通过材料的塑性变形把材料加工成所需的几何形状。 金属成形工艺的种类较多，应用也日益广泛。本章主要介绍锻压工艺。 锻压是利用锻压设备并借助工、模具对坯料施加外力使其产生塑性变形，从而改变坯料的尺寸和 形状，并改善其内部组织和力学性能，获得所需毛坯或零件的成形加工方法。 锻压属于金属压力加工的范畴，包括锻造和冲压，其本质都是利用金属塑性变形的原理使材料成 形的。因此，供锻压用的金属材料应首先具有良好的塑性。如：低碳钢、铜及铜合金、铝及铝合金等 都是常用的锻压材料；而铸铁是脆性材料，不能锻压。 锻压不仅是一种材料成形的加工方法，还是一种改善材料性能的加工方法。与其他方法相比，锻 压具有以下特点： 1. 锻件组织致密、晶粒细化 通过锻压加工，铸锭中原有的粗大的柱状晶被打碎，缩孔、气孔、微裂纹等缺陷被压合，非金属 夹杂物被分散而呈规律性的流线分布。因而锻件组织致密、晶粒细化、成分均匀，金属材料的力学性 能得到显著提高。 材料的利用率高锻压主要通过坯料体积的重新分配获得所需的形状和尺寸，成形中材料的损耗小，因而采用锻压 制坯后再经切削加工获取零件比直接切削加工要节省大量的金属材料，并减少切削加工工时。 3. 难以获得形状复杂的产品 由于锻压生产是在固态下进行的，成形较困难，与铸造相比，锻压件的形状较为简单。 锻压生产的特点使锻压在工业生产中占有举足轻重的地位，在航天、航空、汽车、机械、电器等 工业领域中得到了广泛的应用。 如：飞机上的锻压件重量约占85%，坦克上的锻压件重量占70%，大炮、枪支上的大部分零件也 都是锻制而成的。随着科学技术和社会文明的不断进步，古老的锻压工艺也在不断地改革和创新，涌 现了许多少切削、无切削的新工艺、新方法，锻件精度和表面质量越来越高，已达到甚至超过机械加 工的一般水平。 如：冷镦、冷挤压所生产的螺钉、螺母等标准件以及精密锻造的齿轮、叶片等不需要切削加工即 可直接装机使用，生产效率和材料利用率大幅提高。同时，锻压设备的高速化与自动化以及生产过程 的计算机控制有效地改善了生产环境、减轻了工人的劳动强度。所有这一切进步，都为锻压在现代材 料成形和产品制造中的应用开辟了广阔的前景。 固态材料的质量不变工艺的特点 一 金属的塑性变形 当外力作用在金属上时，金属内部要产生应力。当应力超过一定值时，会迫使原子离开原来的平 衡位置，从而改变原子间的距离，使金属发生变形，并引起原子位能升高。处于高位能的原子具有返 回到低位能平衡位置的倾向，因而当外力停止作用时，应力消失。如果此时变形也随之消失，则这种 变形称为弹性变形。但外力增大到使应力超过该金属的屈服极限后，外力停止作用时，变形并不消失，这种变形称为塑性变形。 塑性变形的实质 所有的金属都是晶体结构。工业上常用的金属材料都是由很多晶粒组成的多晶体。多晶体的塑性 变形的过程比较复杂，因此，在分析多晶体塑性变形的实质前，首先分析单个晶粒或单晶体的塑性变 形实质。 单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种方式：滑移与孪晶。其主要方式是滑移，只有当滑移过程很难进行时， 才有可能发生孪晶变形。 滑移——晶体在切应力τ的作用下，其中一部分相对另一部分沿着晶面作相对滑动。 单晶体塑性变形的过程： Ⅰ：晶体在没有受到外力作用时，晶格内的原子处在平衡位置的状态。 Ⅱ：当晶体在外力（切应力τ）作用下，内部产生了应力。应力迫使原子离开了原来的平衡位置，改变了原子间的相互位置，产生了变形。并引起某些原子的位能增高。但处于高位能的原子具有返回 原来低位能平衡位置的倾向。当切应力τ去掉后，应力消失，变形也随之消失。这种变形就是弹性变形。 Ⅲ：当切应力τ继续增加，晶体内滑移面上的切应力τ超过屈服极限σs 时，晶体的一部分相对 另一部分发生滑移。此时的变形为弹、塑性变形。 Ⅳ：晶体发生滑移后，除去外力，晶体也不能全部回复到原始状态，滑移后的原子在新的位置上 重新平衡下来。这就产生了塑性变形。 我们在解释单晶体的塑性变形时，将每个晶格中原子的排列都看作是非常完整而且是有规律的。 但在实际上，由于种种原因（如：结晶条件、压力加工等）其局部区域原子的排列往往受到干扰和破 坏，呈现不完整性，通常将这种不完整性的原子排列称为晶体的缺陷。 晶体的缺陷有点缺陷、线缺陷、面缺陷三种。我们要讨论的是线缺陷——位错。 位错——在晶体中某处有一列或若干列原子发生有规律的错排现象。 Ⅰ：晶体内存在着线缺陷——位错。 Ⅱ、 Ⅲ： 由于位错的存在，使部分原子处于不稳定状态，在切应力τ的作用下，处于高位能的 原子很容易地从一个相对平衡的位置上移动