第3章 金属塑性成形工艺

5 锻出凸肩
3.3 体积成形——自由锻
4、锻件结构工艺性
工艺要求 圆锥体的锻造需用专门工具， 锻造比较困难，因此锻件上应尽量 避免锥体或斜面结构。
合理结构
圆柱体与圆柱体交接处锻造很 困难，应改为平面与圆柱体交接。
避免椭圆形、工字形或其他非 规则形状截面及非规则外形。
不合理结构
3.3 体积成形——自由锻
2)最小阻力定律 变形过程中，某金属质点有几种流动方向的可能时， 它将沿阻力最小的方向流动。根据这一定律，可指导 工艺设计。
镦粗前
镦粗后
3.2 塑性成形理论基础
1、塑性成形基本规律
3)临界切应力定律
晶体滑移的驱动力是外力在滑 移系上的分切应力
只有当滑移系上分切应力达到 一定值时，该滑移系才能开动 产塑性变形。
3）塑性变形对固态相变有影响，影响金属的组织和性能。 4）塑性变形通常是不均匀的，它对金属组织和性能的影响
具有双重性。
3.2 塑性成形理论基础
3、锻造比
锻造可以改善铸态金属组织结构和性能，改善的程度取 决于塑性变形度，采用锻造比表示。
镦粗锻造比 Y墩 F / F0
拔长锻造比
Y拔 F0 / F
F0——坯料锻前的横截面积； F0——坯料锻后的横截面积。
它的选择应根据金属材料的种类和锻件尺寸及所需性 能、锻造工序等多方面因素进行选择。
3.2 塑性成形理论基础
4、金属的锻造性能
金属的锻造性能是指金属经受锻造成形的能力，通常用 塑性与变形抗力来评价。金属的塑性越高，变形抗力越低， 则其锻造性能越好，越有利于加工成形。 1）化学成分影响。通常，纯金属的锻造性能比合金好，低碳
模锻
冲压
挤压
轧制
拉拔
3.1 塑性成形概述
2、塑性成形的特点
1）能改善金属的组织，提高金属的力学性能。塑性加工能消 除铸锭内部缩孔和树枝晶等缺陷，产生细小的再结晶，得 到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。
2）可提高材料的利用率。塑性成形时使金属改变形状，使其 体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。
钢锻造性能优于高碳钢，碳钢锻造性能优于合金钢，低合 金钢锻造性能优于高合金钢。。 2）金属组织影响。单相固溶体合金比多相合金具有更好的塑 性和锻造性能。第二相的性能、数量、形状、分布等对多 相合金的锻造性能有重要作用。
3.2 塑性成形理论基础
4、金属的锻造性能
3）变形应力状态影响。压应力使金属密实，防止或减少裂 纹产生，阻止或减小晶间变形，提高塑性。应力数目越 多，塑性越好，金属塑性变形越容易；拉应力使金属内 部微孔及微裂纹处产生应力集中，使其扩展，促使晶间 变形，加速晶界破坏，塑性下降。拉应力数目越多，塑 性越差。
为热能，热效应明显，可锻性
上升。
速率对塑性及变形抗力的影响
3.3 体积成形——锻造工艺
将金属坯料放在上、下砧铁或锻模之间，使之受到冲击 力或压力而变形的加工方法叫锻造。
可以分为自由锻造和模型锻造两种类型。 自由锻：利用压力，使金属 在上、下砧铁之间，产生塑性变 形一种加工方法。 模锻：利用锻模，使金属坯 料在模膛内受压产生塑性变形的 加工方法。
4、锻件结构工艺性
工艺要求
合理结构
加强筋和表面凸台等结构是难 以用自由锻造方法获得的，应避免 加强筋和凸台等结构。
3）具有较高的生产率。塑性成形加工一般是利用压力机和模 具进行成形加工的，生产效率高。
4）可获得精度较高的毛坯或零件。塑性加工时，坯料经过塑 性变形可获得较高的精度。
3.2 塑性成形理论基础
1、塑性成形基本规律
1)体积不变原则 金属塑性变形前的体积等于塑性变形后的体积。 弹性恢复和内部空隙消失被忽略
4)塑性变形时伴随有弹性变形的定律
变形金属是由弹性变形和塑性 变形所组成。
当卸载后，弹性变形部分消失 ，总应变量减小
金属拉伸变形曲线
3.2 塑性成形理论基础
2、塑性变形对组织和性能的影响
1）塑性变形可使金属强化（加工硬化），具有加工硬化的 组织在一定温度下将发生恢复和再结晶，使材料软化。
2）热塑性变形可以改善铸态组织——破碎树枝状组织，焊 合内部孔隙，在主伸长变形方向形成金属纤维组织。
制造工艺基础
第三章 金属塑性成形工艺
本章提纲
3.1 塑性成形概述 3.2 塑性成形理论基础 3.3 体积成形工艺 3.4 薄板成形工艺 3.5 先进塑性成形技术
3.1 塑性成形概述
1、定义
利用金属所具有的塑性能力，在外力作用下通过塑性变 形获得具有一定形状、尺寸和性能零件或毛坯的加工方法。
自由锻
挤压
拉拔
自由锻
V形砧 圆形砧
3.2 塑性成形理论基础
4、金属的锻造性能
4）变形温度。变形温度低，金属塑性差，变形抗力大，锻
造性能差。高温变形，动态再结晶可随时消除冷变形强
化效应，使变源自文库抗力减少，有利于塑性变形。
5）变形速率。速率增大，再结晶
不能及时克服加工硬化，塑性
下降，变形抗力上升，可锻性
下降；速率增大，变形能转化
3.3 体积成形——自由锻
1、基本工序
3.3 体积成形——自由锻
1、基本工序
实际生产中最常用的是镦粗、拔长、冲孔3个基本工序。
1）镦粗 使坯料高度减小、横截面积增大的 工序，是最常用工序，适用于盘套类锻件。
2）拔长 使坯料横截面积减小、长度增加的 工序，适用于轴类锻件。
3）冲孔 在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。 对圆环类锻件。
①同轴类工序 ②弯曲
实例
法兰、齿轮叶轮、 模块等
传动轴、齿轮轴、 连杆
圆筒、套、空心 轴
圆环、齿圈、法 兰等
各种曲轴、偏心 轴
吊钩、弯接头等
3.3 体积成形——自由锻
3、自由锻工艺规程实例
表3-5 压盖自由锻工艺
序号 工序名称
简图
备注
1
压肩
2 拔长一端
3 局部镦粗
4
冲孔
压肩长度55是根据压盖下部圆筒形的体积计算 确定的 为便于下一步放入漏盘，故拔长至φ120 考虑到冲孔和锻出凸肩时，锻件高度还会缩小， 故镦粗高度为85 为防止冲孔时φ130外径胀大，漏盘不取下
3.3 体积成形——自由锻
2、自由锻工序选择
3.3 体积成形——自由锻
2、自由锻工序选择
类别
图例
1 盘类锻件
2 轴类锻件
3 筒类件
4 环类件
5
曲轴类锻 件
6
弯曲类锻 件
变形工序方案
镦粗或局部镦粗 冲孔
①拔长-压肩-墩台阶 ②镦粗-拔长
镦粗 拔长 心轴拔长 镦粗 冲孔 心轴上扩孔 拔长 错移 锻台阶 扭转