机械工程材料成型及工艺19.pptVIP

第10章 (金属)压力加工 前言 利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。 压力加工的种类有： 轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压 压力加工的特点 与铸造相比，压力加工的特点是： 1.金属铸锭经塑性变形后，金属的各种力学性能得到提高； 2.冲压件又具有重量轻、精度高、刚性好等优点； 3.对于形状复杂、尤其是内腔形状复杂的零件，从制造工艺上锻件远不及铸件容易实现； 4.锻件的成本比铸件高，材料利用率等方面也不如铸件； 5.然而，从锻件力学性能的提高，锻造流线更加与受力条件相适应，在同样受力条件下，零件的几何尺寸可以缩小的角度看，又可以大大降低原材料的使用量，延长零件的使用寿命，节约金属。 ● 金属塑性变形理论，对于单晶体是由于金属原子某晶面两侧受切应力作用产生相对滑移，或晶体的部分晶格相对于某晶面沿一定方向发生切变，即滑移理论和孪生理论。 热加工后组织性能变化： ⒈粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。 ⒉铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。 ⒊晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界分布，形成纤维组织（流线）。 在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向于纤维方向重合，最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量使纤维组织不被切断。 金属的塑性变形规律 1．体积不变条件 由于塑性变形时金属密度的变化很小，所以可认为变形前后的体积相等。此假设称为体积不变条件。2．最小阻力定律 最小阻力定律是描述塑性变形流动规律的一种理论，如果物体在变形过程中其质点有向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向着阻力最小的方向移动。一般，金属内某一质点流动阻力最小的方向是通过该质点向金属变形部分的周边所作的法线方向。 金属的可锻性 ●金属的可锻性：材料经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。 ●可锻性的衡量：塑性（断面收缩率ψ，伸长率δ）， 变形抗力。塑性好，变形抗力小则可锻性好。 ●可锻性取决于：金属本质和加工条件。 一、金属的本质 ⒈化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；有些元素可使可锻性显著下降（如铬，钨，钒等）。钢的含碳量越低，可锻性越好， ⒉金属组织的影响 ＊组织不同，可锻性有很大差异； ＊纯金属、固溶体（如奥氏体）可锻性好； 碳化物可锻性差； ＊铸态柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀。 二、加工条件 ⒈变形温度的影响 ＊ 温度↑→原子的运动能力↑→容易滑移→塑性↑→ 变形抗力↓→可锻性改善. 过热：超过一定温度，晶粒急剧长大，锻造性能↓， 机械性能↓。已过热工件可通过锻造，控制冷 却速度，热处理，使晶粒细化。 过烧：接近材料熔化温度，晶间的低熔点物质开始熔 化，且晶界上形成氧化层。金属失去锻造性 能，一击便碎，无法挽回。 ＊ 锻造温度： 始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右 终锻温度：800C°过低难于锻造 ，若 强行锻造，将导致锻件破裂 报废。 ⒉变形速度的影响 变形速度--单位时间的变形程度 ＊变形速度u =dε/dt ε—变形程度 ＊变形速度u↑ ⒊应力状态影响 三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。 常用锻造方法 一、自由锻 ＊ 自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个 砧铁之间变形。从而获得所需形状及尺寸的锻件。 在重型机械中，自由锻是生产大型锻件和特大型 锻件唯一成型的方法。 ＊ 金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。 ＊ 自由锻设备： 锻锤 依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。 液压机： 依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。其 中水压机可产生很大作用力，是重型机械厂锻 造生产的主要设备。 自由锻工序 ⑴ 基本工序 镦粗：适于饼块类，盘套类 拔长：适于轴类、杆类 拔长、镦粗经常交替反复使用。 有时一头镦粗，另一头拔长。 （通孔、盲孔）冲孔，常用方法：镦粗—冲孔 镦粗—冲孔—扩孔 弯曲：工件轴线产生一定曲率。 扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。 错移：坯料的一部分相对于另一部分平移