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《金属工艺学》第14章 金属压力加工 本章知识点 1．金属压力加工的实质、特点和应用； 2．金属塑性变形的实质。； 3．自由锻的特点和应用。 4．模锻的特点和应用、模锻的变形工艺和模锻模膛； 5．板料冲压的特点和应用。 6．其他压力加工方法及新技术新工艺。 概述 金属压力加工是指在外力作用下，坯料产生塑性变形，改变形状、尺寸，改善性能，获得型材、棒材、板材、线材或锻压件等的加工方法。 特点： 1． 改善金属内部组织，提高力学性能 2． 生产率较高 3． 节省金属材料 二、冷变形强化(加工硬化) 随着冷变形程度的增加，金属材料的所有强度和硬度指标都有所提高，但塑性、韧性有所下降，这种现象称为冷变形强化或加工硬化。 三、回复与再结晶 1． 回复 当加热温度不高时，原子的扩散能力很低，冷变形金属的显微组织无显著变化，只能消除一些晶格畸变，使内应力明显减小，强度、硬度略有下降，塑性、韧性有所回升。 2． 再结晶 当加热温度较高时，原子的活动能力增大，冷变形金属的显微组织将发生明显的变化。由破碎、拉长或压扁的晶粒将转变为新的均匀细小的等轴晶粒，从而消除了加工硬化和内应力，力学性能得到恢复。 3． 冷变形和热变形 由于金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，因此塑性变形分为冷变形和热变形两类。再结晶温度以下的变形称为冷变形。再结晶温度以上的变形称为热变形 锻造工艺 1． 锻造流线 锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属的主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形，沿主要伸长方向呈带状分布。这种热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常称为锻造流线。 在设计和制造机械零件时，为得到较高的力学性能，必须考虑锻造流线的合理分布。 金属的可锻性及其影响因素 1． 金属的本质 ⑴ 化学成分 金属中合金元素的含量越多，成分越复杂，其锻造性能越差。纯金属一般具有良好的锻造性能。碳钢随碳的质量分数的增加，锻造性能逐渐变差。合金元素的加入会劣化锻造性能 ⑵ 组织结构 纯金属及单相固溶体（如奥氏体）具有良好的锻造性能。合金中金属化合物相增多会使其锻造性能迅速恶化。 2． 变形条件 ⑴ 变形温度 在一定的温度范围内，金属材料随着温度的升高，金属的塑性增加，变形抗力减小。 ⑵ 变形速度 变形速度是指单位时间内的变形程度。若变形速度增大，回复和再结晶来不及克服冷变形强化现象，使塑性下降，变形抗力增加，可锻性变差。 ⑶ 应力状态 用不同的锻压方法使金属变形时，其内部产生的应力状态是为不同的，因而表现出不同的可锻性。 金属的加热 1． 加热目的 加热的目的是提高金属的塑性，降低变形抗力，以改善其可锻性，获得良好的锻后组织。 2． 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之间的温度间隔。始锻温度是指开始锻造的温度，也是允许的最高加热温度。终锻温度是指停止锻造的温度。 3． 烧损与脱碳 钢在加热时，铁元素与炉气中的氧化性介质会发生氧化反应，生成氧化铁皮。 4． 过热与过烧 过热是指将金属加热到过高温度或高温下保持时间过长而引起晶粒粗大的现象。 基本工序 基本工序是使金属产生一定程度塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程。 (1) 镦粗 (2) 拔长 (3) 冲孔 (4) 切割 ⑸ 弯曲 ⑹ 锻接 ⑺ 错移 ⑻ 扭转 扣模和套模 4）余块是指在锻件的某些部位添加一部分的金属，以简化锻件的外形， （四）选择锻造设备 自由锻的主要设备有空气锤、蒸汽一空气锤、水压机等，选用时主要根据锻件材料、质量和尺寸，及锻件的基本工序进行选择。锻件质量小于100 kg时，可选择空气锤；锻件质量在100~1000 kg时，可选择蒸汽一空气锤；锻件质量在l000 kg以上时，可选择水压机。 （五）确定锻造温度范围锻后处理规范 坯料的锻造温度主要根据坯料的材料、技术要求和实际生产条件确定。锻造后冷却方式的选择要根据锻件的材质、尺寸、形状及技术要求等进行。 模锻件的设计要求 根据模锻特点和工艺要求，模锻件结构设计应符合下列原则： ⑴ 设计时应考虑便于金属充满模膛，便于锻件出模，便于制模及有利于延长锻模寿命等。 ⑵ 模锻件应具有合理的分模面、模锻斜度和圆角。 ⑶ 锻件的外形力求简单、平直、对称，避免截面差过大、薄壁、高肋和高台等结构。 ⑷ 应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构。 ⑸ 对复杂锻件，在条件许可下，可用锻—焊组合结构，以简化工艺。 板料的冲裁过程 弯曲时的纤维方向 拉伸过程 金属变形时的应力状态 非合金钢的锻造温度范围 镦粗变形 拔长变