金属工艺学 3锻压-1

3.2.4.1 材料性质的影响(内因)
化学成分的影响
纯金属的可锻性比合金的可锻性好。 钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越 差，变形抗力越大。 例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次 下降的。
金属组织的影响
纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。而碳化物 (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
钢丝变形模拟
加工硬化与再结晶
3.2.4 影响塑性变形的因素
可锻性——常用金属材料在经受压力加工产 生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是 以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。 塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变 形，而不破坏其完整性的能力。 变形抗力是指金属对变形的抵抗力。
金属的可锻性取决于材料的性质(内因)和加工 条件(外因)。
3.3.4.1 模锻件图的制定
模锻分模面：上下锻模在模锻件上 的分界面。
要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应 选在模锻件最大尺寸的截面上。 最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。这 样可使金属很容易充满模膛，便于取出锻件，并 有利于锻模的制造。 按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿 分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产 中容易发现错模现象。
3.金属的塑性成型
本章主要内容： 3.1 概述 3.2 塑性成型的理论基础 本章重点：
1. 了解金属塑性成型的理论 基础； 2. 掌握金属的塑性成型方法 及工艺； 3. 掌握薄板冲压成形工艺， 包括各种成形模具结构、 基本工序和典形零件的工 艺制定。
3.3 塑性成型方法及工艺
3.4 薄板的冲压成型 3.5 塑性成型新工艺
3.2.4.4 应力状态的影响
挤压时为三向受压状态。 拉拔时为两向受压一向受拉的状态。 压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增 大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。
思考题
1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的 力学性能有何影响?
2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料 冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有 何不同?
3.2.4.2 加工条件的影响(外 因)
变形温度的影响
在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动 能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可 锻性。 若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降 低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点， 晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料 报废，这一现象称为“过烧”。 金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。 不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造 的温度称终锻温度。
3.3.4.2 模锻工步的确定及模膛种类的选择
长轴类锻件 如台阶轴、曲轴、
连杆、弯曲摇臂等；一般为拔长、滚挤、 预锻、弯曲、预锻、终锻成型。
盘类模锻件 如齿轮、法兰盘
等。一般为镦粗、预锻、终锻成型。
模锻工步确定以后，再根 据已确定的工步选择相应的制 坯模膛和模锻模膛。
3.3.4.3 模锻成型件的结构工艺性
作业: P96 (3)、(4); P111（4）、 （6）；P124（2）、（6）
3.1 概述
金属塑性成型：利用金属在外力作用下所产生的塑性变 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，也称为压力加工。
锻压生产方式
模锻
自由锻
生产大型锻件的唯一方法
板Байду номын сангаас冲压
金属塑性成型的基本生产方法
3.2.4.3 变形速度的影响
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，金属则表现出塑性下降、变形抗 力增大，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，使金属温度升高 (称为热效应现象)。变形速度越 大，热效应现象越明显，使金属 的塑性提高、变形抗力下降(图 中a点以后)，可锻性变好。
3.2 塑性成型的理论基础
3.2.1 塑性变形理论及假设 3.2.2 金属变形过程中的组织与性能 3.2.3 冷变形及热变形 3.2.4 影响塑性变形的因数
本节的重点： 1. 金属塑性成型的原理； 2. 纤维组织的形成及利用； 3. 金属可锻性及其影响因素。
3.2.1 塑性变形理论及假设
（1） 最小阻力定律
最好使分模面为一个平面， 使上下锻模的模膛深度基本 一致，差别不宜过大，以便 于制造锻模。
确定模锻件的机械加工余量及公差 机械加工余量一般为1～4 mm， 锻造公差一般取在±0.3～3 mm之间。
标注模锻斜度 当模膛宽度b小而深度h大时， 模锻斜度要取大些。内壁斜度要略大 于外壁斜度(a 2> a 1)。
内圆角半径R是外圆 角半径r的３－４倍
内壁斜度β应比外 壁斜度α大一级
标注模锻圆角半径 锻件上所有转角处 都应做成圆角。一般内 圆角半径（R）应大于 其外圆半径（r）。
留出冲孔连皮 锻件上直径小于25mm的孔，一般不锻出，或只压 出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模锻出通 孔，而必须在孔内保留一层连皮。 冲孔连皮的厚度s与 孔径d有关，当d =30～80mm时，s =4～8mm。
塑性变形机理
弹性变形
外力作用
塑性变形 金属塑性变形的实质是： 晶体内部产生滑移的结 果
在切应力的作用下，晶体的一部分相对 晶粒内部缺陷：位错对 另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动， 塑性变形影响最为显著 （位错运动）造成晶体的塑性变形
3.2.2 金属变形过程中的组织与性能
目的
1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再 结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织。 2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使 金属组织更加致密，其力学性能会有很大提高。
模锻成型件的结构
截面相差 过大 过扁、过薄
自由锻件的结构工艺性
避免锥体和斜面结构
几何体间的交接处 不应形成空间曲线
改成平面与圆柱、 平面与平面
自由锻件的结构工艺性
截面变化大的锻件， 采用组合连接
自由锻件上不应设计 出加强筋、凸台、工字形截面
3.3.5 模锻件的缺陷
1．错模 锤头导轨的间隙过大、模具缺少 平衡导锁以及模具安装不合理等原因 都可能产生错模，如图所示。 2．欠压 即上、下模分模面未打靠，也称 “锻不足”。 3．局部充不满 由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使 锻件上的凸筋、外圆角等部位因模槽未充满 而欠缺，这种缺陷一般无法修正。
模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻 模中取出、敷料最少、锻模容易制造。 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都应按模锻圆角设计。
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，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、 凸起等结构。 在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构。 在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模 锻工艺。
自由锻工序：基本工序；辅助工序
（在前）；精整工序（在后）
自由锻造缺点： 1.生产效率低，对操作工人的技艺要求高，工人的劳动强度大； 2.锻件精度差，后续机械加工量大； 国外工业发达国家的中小型自由锻件在其锻件总产量的比重只有20％～40％。
3.3.1 模膛锻造成型工艺
3.3.1.1 胎模锻造成型工艺及应用
3.3.4 锤上模锻成型工艺设计
锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯→加 热坯料→模锻→切除模锻件的飞边→校正锻件→锻件 热处理→表面清理→检验→成堆存放。
锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、 计算坯料尺寸、确定模锻工步(选择模膛)、选择设 备及安排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制 定和模锻工步的确定。
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，这就叫做最小阻力定律。
圆形、方形、矩形截面上 各质点在镦粗时的流动方 向。
（2） 塑性变形前后体积不变的假设
变形前物体的体积等于变形后的体积。
(3) 变形程度的计算
在压力加工过程中，常用锻造比(Y锻)来表示变形度。 锻造比的计算公式与变形方式有关。 拔长时的锻造比为:Y拔＝F0/F, 镦粗时的锻造比为:Y镦＝H0/H. 根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔长锻 造时，坯料所用的截面F坯料的大小应保证满足技术要求 规定的锻造比Y拔，即坯料截面积应为：F坯料 = Y拔F锻件
4．折纹 由于操作不当或模槽设计不合理等原因，锻 件表面产生金属重叠称为折纹。由于折纹处之金 属已经氧化，因此一般无法修正。 5．凹坑 由于模槽中未吹除的氧化皮被压入锻件中， 锻件清理后氧化皮脱落即形成凹坑或麻点。 6．残留毛刺 由于切边模的间隙过大或间隙不均以及切边凹 模刃口变钝等原因常导致锻件切边后在分模面处出 现残留毛刺。残留毛刺过大时需要砂轮磨掉。
3.3 塑性成型方法及工艺
3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 3.3.5 模膛锻造成型工艺 锻模模膛及其功用 制坯模膛 锤上模锻成型工艺设计 模锻件的缺陷
金属塑性成型方法
• 金属塑性成型方法主要分为无模自由 成型(也称为自由锻)和模膛塑性成型( 也称为模锻)。 • 自由锻造优点：
1.使用的工具简单、通用； 2.生产准备周期短，灵活性大，所以使用范 围广，特别适用于单件、小批量生产。 3.自由锻是大型件唯一的锻造方法。
沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促 使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。
终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮。
3.3.3
制坯模膛
拔长模膛——用来减小坯料某部分的 横截面积，以增加该部分的长度。 滚压模膛——用来减小坯料某部分的 横截面积，以增大另一部分的横截面积。 主要是使金属按模锻件形状来分布。 弯曲模膛——对于弯曲的 杆类模锻件，需用弯曲模膛来 弯曲坯料。 切断模膛——上模与下模 的角部组成的一对刀口，用来 切断金属。