金属塑性成形工艺理论基础讲述.ppt

第二篇 金属的塑性成形工艺 第六章 金属塑性成形的理论基础 目的：掌握金属塑性成形的基本原理及影响塑性变形的因素。 要求掌握塑性成形的基本工艺、基本变形理论； 熟悉回复与再结晶、冷变形与热变形、纤维组织、最小阻力定律、体积不变假设、锻造比、锻造性等概念； 了解影响塑性变形的因素。 重点：冷变形、热变形、纤维组织利用原则、锻造性的概念。 难点：金属的回复与再结晶。 金属塑性成形（也称压力加工）： 在外力作用下，金属产生了塑性变形，以此获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件。 外力：冲击力——锤类设备 压 力——轧机、压力机 §6-1 金属塑性成形的基本工艺 1．轧制—-钢板、型材、无缝管材。 2．挤压 应用：低碳钢、非铁金属及其合金。 3．拉拔 应用：各种细线材，薄壁管、特殊 几何形状的型材。 4．自由锻 坯料在上、下砥铁间受冲击力或压力而 变形。 5．模锻 坯料在锻模模腔内受冲击力或压力而变形。 6．板料冲压 金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。 金属的原材料，大部通过轧制、挤压、拉拔等制成。 §6-2 金属的塑性变形 §6-3 塑性变形理论及假设 一、最小阻力定律 定义：受外力作用，金属发生塑性变形时，如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动。 利用此定律，调整某个方向流动阻力，改变金属在某些方向的流动量→成形合理。 最小阻力定律示意图。 在镦粗中，此定律也称最小周边法则。 二、塑性变形前后体积不变的假设 弹性变形：考虑体积变化。 塑性变形：假设体积不变（由于金属材料连续，且致密，体积变化很微小，可忽略） 此假设+最小阻力定律→成形时金属流动模型。 三、变形程度的计算 变形程度：用“锻造比”表示。 拔长时锻造比为： Y拔= S0 /S 镦粗时锻造比： Y镦= H0 /H H0、S0：坯料变形前的高度和横截面积 H、S：坯料变形后的高度和横截面积 要求横向力学性能时： Y锻=2~2.5。 要求纵向力学性能时：Y锻适当增加。 由Y锻可得坯料的尺寸： 如：拔长时，S坯料=Y拔×S锻件 式中，S锻件为锻件的最大截面积； §6-4 影响塑性变形的因素 金属的可锻性：衡量材料在经受压力加工时获得优质零件难易程度的一个工艺性能。 可锻性好适合于压力加工成形； 可锻性差不宜于选用压力加工。 可锻性衡量指标：金属的塑性和变形抗力综合衡量。塑性越大、变形抗力越小，可锻性好。 金属的塑性： ①用截面收缩率ψ、延伸率δ、冲击韧性αk表示； ②ψ、δ、αk↑→塑性↑。 变形抗力：金属对变形的抵抗力。 变形抗力↓→变形中所消耗的能量↓。 金属的可锻性取决于材质和加工条件。 一、材料性质的影响 1．化学成分的影响（录像） 纯金属的可锻性比合金要好； 纯铁 低碳钢 合金钢。 杂质→可锻性↓。 2．金属组织的影响 内部的组织结构不同，可锻性差别很大； 纯金属、固溶体的可锻性好； 碳化物（如渗碳体）的可锻性差； 铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好。 二、加工条件的影响 1．变形温度的影响 提高变形时的温度 → 改善可锻性，并对生产率、产品质量及金属的有效利用均影响大。 但温度过高→过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷→锻件报废。 应严格控制锻造温度——始锻温度和终锻温度间的温度范围（以合金状态图为依据）。 塑性成形应避免脆性区： 2．变形速度的影响（录像） 变形速度：单位时间内的变形程度。 对可锻性的影响是矛盾的： 一方面，由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象→金属塑性↓、抗力↑→可锻性变坏； 另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使温度升高（热效应现象），使塑性↑变形抗力↓→可锻性好， 但热效应现象一般压力加工的变形过程不明显； 故采用较小的变形速度为宜。 3．应力状态的影响 压应力数量↑→塑性好； 拉应力数量↑→塑性差。 挤压时的变形抗力拉拔时的变形抗力。 因此，对塑性较低的金属，应采用挤压工艺，以免产生裂纹； 对塑性较好的金属，应采用拉拨工艺，可减少变形能量的消耗。 结 束