工程材料论文之塑性材料的结构工艺性 ppt

影响塑性加工零件结构工艺性 的因素及改善措施
制片人—鲜 雄 机设12-4 120123401170
塑性变形产生的条件：金属（以低碳钢为例）在外力（载荷）的作用下，首 先发生弹性变形。载荷增加到一定值以后，除了发生弹性变形外，同时还发生塑 性变形，即弹塑性变形。继续增加载荷，塑性变形也将逐渐增大，直至金属发生 断裂。由此可见，金属在外力作用下的变形过程可以分为三个连续的阶段：弹性 变形阶段、弹塑性变形阶段和断裂阶段。由此可见，塑性变形发生在作用在材料 上的载荷大于屈服极限（即图1 中的σs）时。
碳素钢的始锻温度和终锻温度的以铁碳合金状态图为依据。碳钢的始锻温度 和终锻温度如右图所示。始锻温度比AE低200度，终锻温度约为800度左右。终锻 温度过低，金属的形变强化严重，变形抗力增加，使加工难于进行，强行锻造， 将导致锻件破坏报废
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金属塑性加工的种类很多,根据加工时工件的受 力和变形方式,基本的塑性加工方法有锻造,轧制,挤 压,拉拔,拉深,弯曲,剪切等几类。（……⑤） 锻件是靠锻压机的锻锤锤击工件产生压缩变形 产生所需零件,有自由锻和模锻两种方式。自由锻不 需专用模具，靠平锤和平砧间工件的压缩变形，使 工件镦粗或拔长，其加工精度低，生产率也不高,主 要用于轴类,曲柄和连杆等单件的小批生产。模锻通 过上和下锻模模腔拉制工作的变形，可加工形状复 杂械零件制造上实现少切削或无切 削加工的重要途径。
为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单，平直和对称。尽 力避免零件横切面差别过大，或具有薄壁，高筋，凸起等结构。下图a所示零件 的最小截面与最大截面之比小于0.5就不宜采用模锻方法制造。此外，该零件的 凸缘薄而高，中间凹下很深也难于用模锻方法锻造。下图b所示零件 扁而薄，模 锻时薄的部分金属容易冷却，不易充满模膛。下图c所示零件有一个高而薄的凸 缘，模锻的制造和取出锻件都很困难。假如对零件功用无影响，可改为下图d的 形状，锻制成形就很容易了。
4. 锻件横切面复杂时，可考虑用相应的简单锻件通过焊接或机械连 接的方式组合成所需零件
在模锻中，设计时要满足以下几个模锻特点和工艺要求：1. 零件必 须有个合适的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出，敷料最少，锻 模容易制造；2. 由于模锻件尺寸精度高和表面粗糙度低，因此零件上只 有与其他机件配合的表面才进行机械加工，其他表面均应设计为非加工 面。零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非加工 表面所形成的角度都应按模锻圆角设计。
金属的塑性加工性能是衡量金属材料通过塑性加工获得优质零件的 难易程度。塑性加工性能好，表明该金属适合于塑性加工成形，如铝合 金；塑性加工性能差，表明该金属不适合于塑性加工成形，如铸铁。 在实际生产中，塑性加工性能的影响因素可分为两大类：金属的本 质，加工条件。五小类：金属所含化学成分，金属本身内部组织，加工 时变形温度，加工时的变形速度，应力状态。所以，在塑性加工过程中， 要求创造最有利的变形条件，充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使 功耗最小，变形进行充分，达到加工目的。以锻件的设计为例。在实际 锻件的设计中，应在满足应用条件的基础上，应选用塑性好，晶体细小 且均匀的合理材料，避免由材料本身所引起的加工缺陷；同时，应注意 温度对锻件成形的影响，结合相应的相图确定一个合适的加工温度范围 并严格控制加工温度的范围；设计时，应尽量避免锥体和斜面以及不对 称结构，让零件在变形速度不一的影响降到最低；明确成形时零件所受 应力，避免由于不恰当的应力作用引起工件非要求状态下的变形。
在自由锻中，锻件的设计有几个要求：1. 应该尽量避免锥体或斜面 的结构，因为此结构需要制造专用工具，锻件成形也比较困难，使工艺 过程复杂化，操着不方便，影响设备的使用效率
2. 数个简单几何体组成锻件时，相互的交接处应用平面与圆柱，平 面与平面相接，消除不易使锻件成形的空间曲线结构
3. 设计时要避免出现难以用自由锻方法获得的加强筋，凸台，工字 形截面或空间曲线形表面结构
4. 满足要求的前提下，应避免设计的模件有深孔或多孔结构，如下图的4 个直径为20mm孔就不能锻出，只能机械加工成型，
5. 条件允许的前提下，应采用锻—焊结合工艺，以减少敷料，简化 模锻工艺。