材料工程基础 第三章精要.ppt

第三章 金属的压力加工 压力加工：固态金属在高温或常温下，在外力作用下，产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及机械性能的毛坯或零件的工艺方法 压力加工方法：锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压 锻造：将固态金属加热到再结晶温度以上的压力 加工方法 冲压（冷冲压、薄板冲压）：利用模具对板料进行冲压，并使之分离或变形的加工方法 一、锻压加工基础 1.金属塑性变形中组织与性能变化 （1）金属在冷加工变形中的组织与性能变化 冷加工变形：再结晶温度以下（通常在回复温度以下） 组织：晶粒被拉长、碎化、纤维组织、变形织构 性能：加工硬化、产生内应力 注： 由于加工硬化，变形程度不易过大 b.表面质量好，尺寸精度高，机械性能好 c.冷变形后金属，随加热温度不同，会产生相应变化： 回复：消除部分内应力 再结晶：完全消除加工硬化 晶粒长大：使性能降低 （2）金属在热加工变形中的组织与性能变化 热加工变形：再结晶以上 组织：细小等轴晶、夹杂物与第二相破碎及拉长、纤维组织（流线） 性能：加工硬化同时再结晶又能充分进行 注： a.可加工尺寸大的零件或较复杂的零件 b. 表面质量差，精度较低 c.纤维组织与冷变形中不同，设计时应使纤维方向与承受最大拉应力方向一致 （3）金属在温加工变形中的组织与性能 温加工变形：介于冷、热加工之间温度范围内进行的加工 兼有冷、热加工某些特点： 表面光洁度、尺寸精度比热加工好； 工模具寿命比热加工长； 塑性比冷加工好； 变形抗力比冷加工好 自身特点 应用：奥氏体不锈钢、高速钢、铬钢等加工硬化显著材料及塑性低的硅钢更适于温加工 2.金属的可锻性 （1）可锻性：衡量材料经受压力加工变形的难易程度，用塑性和变形抗力两个因素来综合衡量。 塑性越好，变形抗力越小，可锻性越好。 （2）影响因素 1）金属本质的影响 化学成分 纯金属比合金好 钢中碳含量、合金元素含量越高，成分越复杂，可锻性越差 组织结构的影响 纯金属和单相固溶体较好 化合物差 细晶优于粗晶 2）变形条件的影响 变形温度 一般温度越高，可锻性越好； 但温度太高，易产生过热、过烧、氧化脱碳 变形速度 变形方式 压应力数目增加，塑性增加，但变形抗力增加； 拉应力数目增加，塑性降低，但变形抗力降低 3.锻件的加热和冷却 （1）锻造温度范围 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的间隔 碳钢锻造温度范围 合金钢锻造温度范围 比碳钢小，且含合金元素越多，范围越小 （2）锻件冷却 空冷、坑冷、炉冷 4.金属的塑性变形规律 （1）体积不变条件（不可压缩条件） （2）最小阻力定律 二、自由锻造 加热后放在铁砧上 冲击力或压力 自由变形 1.设备 （1）空气锤 电动机驱动 几十公斤小锻件 （2）蒸汽空气锤（蒸空锤） 6~9大气压的蒸汽或压缩空气为动力 两吨以下中小型件 （3）水压机 高压水为动力 钢锭为坯料的大件 2.工艺规程 规定产品或零件制造过程和操作方法等的工艺文件 （1）绘制锻件图 考虑加工余量、锻造公差、工艺余块等后将零件图绘成锻件图 余块：为简化形状便于锻造而添加的金属 （2）计算坯料的重量和尺寸 坯料重量=锻件重量+坯料损耗量 坯料尺寸：根据坯料重量且考虑锻造比等要求来确定 锻造比：表示变形程度 镦粗时：Y=H0/H 盘类H/D?2.5 拔长时：Y=F0/F 轴类F坯?Yfmax 锻造比要适当 (3)确定变形工序 基本工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、切断、错移、扭转等 镦粗：H/D?2.5 纵向裂纹 应用：得到比坯料横截面大的锻件 冲孔前序 提高长轴类零件锻造比 拔长 L合适 应用：长轴类零件 冲孔 镦粗后坯料上冲通孔、不通孔 冲通孔时，翻面 大孔用空心冲子 扭转 弯曲 切割 错移 （4）确定所需设备与工具 （5）确定火次、加热和锻后冷却以及热处理规范 （6）填写工艺卡 3.自由锻件的结构工艺性 形状简单规则、锻造方便、节约金属、提高生产率 4.自由锻特点和应用 设备简单通用，生产率低，劳动强度的大，技术水平要求高，金属损耗大。适于小批量生产精度和复杂程度不高