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金属工艺学-3
第三章 金属塑性成形 金属塑性成形加工包括锻造、冲压、拉拔、轧制等,是利用金属的塑性,使坯料改变形状、尺寸和改善性能,以获得型材、棒材、板材、线材或锻压件的加工方法。 金属塑性成形加工的主要方法有轧制、拉拔、挤压、锻造、冲压等。其中轧制、拉拔、挤压主要用于生产各种板材、管材、线材等;锻造主要生产重要的、承受重载荷的机器零件或毛坯;冲压则是主要用于加工板料,故又叫板料冲压。下面是金属塑性成形加工的示意图。 先讲讲塑性成形的基本规律 1.体积不变定律—金属塑性变形前后的体积相等,即体积为常数,也称为“不可压缩定律”; 2.临界切应力定律—晶体滑移的驱动力是外力在滑移系上的分切应力。只有当滑移系上分切应力(τ)达到一定值时,则该滑移系才能开动; 3.最小阻力定律—在变形过程中,如果金属质点有可能向各个不同方向移动,则每一质点将沿着阻力最小方向移动 。(质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部分周边的法线方向。) 一、自由锻 自由锻(造)是利用锻压设备的上、下砧块和一些简单的工具,使坯料在压力作用下产生塑性变形。坯料在锻造过程中,除与上下抵铁或其它辅助工具接触的部分表面外,都是自由表面,变形不受限制,锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保证,所用设备与工具通用性强。 自由锻主要用于单件、小批生产,也是生产大型锻件的唯一方法。 1.自由锻设备 自由锻设备常用的有锻锤和压力机。 ①空气锤:它由电动机直接驱动,打击速度快,锤击能量小,适用于小型锻件。 ②蒸汽—空气锤:利用蒸汽或压缩空气作为动力,适用于中小型锻件。 ③水压机:以压力代替锤锻时的冲击力,适用于锻造大型锻件;其工作过程包括空程、工作行程、回程、悬空。 水压机 模锻锤 蒸汽-空气自由锻锤 2.自由锻工序 根据作用与变形要求的不同,可分为基本工序、辅助工序和精整工序。 ①基本工序:改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序,包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。 ②辅助工序:为了方便基本工序的操作,而使坯料预先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。 ③精整工序:修整锻件的最后尺寸和形状,消除表面的不平和歪扭,使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。 (基本工序见下面各示意图。) 镦粗工序示意图 拔长工序示意图 冲孔工序示意图 错移工序示意图 扩孔工序示意图 曲轴流线分布 a:锻造变形 b:切削加工 吊钩中的纤维组织 二、模锻 模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内,在锻压力的作用下迫使坯料变形而获得锻件的一种加工方法。坯料变形时,金属的流动受到模膛的限制和引导,从而获得与模膛形状一致的锻件。 1.与自由锻相比,模锻的优点是: ①由于有模膛引导金属的流动,锻件的形状可以比较复杂; ②锻件内部的锻造流线比较完整,从而提高了零件的力学性能和使用寿命。 ③锻件表面光洁,尺寸精度高,节约材料和切削加工工时; ④生产率较高; ⑤操作简单,易于实现机械化; ⑥生产批量越大成本越低。 2.模锻的缺点: ①模锻是整体成形,摩擦阻力大,故模锻所需设备吨位大,设备费用高; ②锻模加工工艺复杂,制造周期长,费用高。故只适用于中小型锻件的成批或大批生产。 模锻广泛应用于国防工业和机械制造业,按质量计算模锻件在飞机上占85%,坦克占70%,汽车占80%,机车占60%。 按使用设备不同,模锻可分为:锤上模锻、胎模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻等。 3.锤上模锻 锤上模锻即在模锻锤上的模锻。模锻锤的构造和锻模结构由带有燕尾的上模和下模组成。 模膛根据其功能不同可分为制坯模膛和模锻模膛两大类: (1)制坯模膛。用于
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