金属压力加工

二、回复和再结晶
三、冷变形、热变形和温变形








1．冷变形 金属在回复温度以下的变形称为冷变形，具有加工硬化组织。 冷变形特点： 冷变形可以使工件获得较高的精度和表面质量。冷变形也是强化金属的一 种重要手段。但变形抗力大。变形程度不宜过大。 需要再结晶退火。 2．热变形 金属在再结晶温度以上的变形称为热变形，具有再结晶组织。 热变形特点： 金属在热变形过程中，也产生加工硬化，但随时被再结晶所消除。热变形 时，金属的变形抗力小，塑性好。工件的表面质量低于冷变形。 由于变形速度大，必须提高工作温度，保证再结晶及时消除加工硬化。 3．温变形 金属在回复温度和再结晶温度之间的变形，称为温变形。兼有冷变形、热 变形的综合特点。既有加工硬化，又有回复、再结晶。
§2-3 自由锻工艺规程的制定





2.确定坯料质量和尺寸 (1)确定坯料质量 G坯料＝G锻件+G烧损+G切损 G烧损：第一次加热,2～3％G坯料；以后，1.5~2%G坯料 G切损：冲孔、切端部等，2～3％G锻件 (2)确定坯料尺寸 当采用拔长工序锻造时： F坯料≥YF锻件 以碳素钢锭为坯料, Y≥2.5～3； 以型材为坯料，Y＝1.3～1.5； 以合金结构钢钢锭为坯料，Y≥3～4。 当采用镦粗工序锻造时， （过短不利于镦粗变形）1.25D0≤H0≤2.5D0（易于镦弯）


第二节

锻造方法 - 自由锻


自由锻 利用冲击力或压力，使放在上下砧之间的金属坯 料产生塑性变形，从而得到所需锻件的压力加工方法。 坯料的四周表面为自由表面，变形不受限制。 自由锻分手工锻造和机器锻造两种，目前都采用机器锻造。 自由锻通常采用热变形，常以逐段变形的方式来达到成形 的目的。 自由锻只能锻造形状简单的锻件，生产率低，劳动强度大， 锻件精度差、表面粗糙、加工余量大。 自由锻只适用于单件、小批量生产。 自由锻是大型锻件唯一可能的锻造方法。
2）变形速度


1、随变形速度的增大，加工硬化 严重，可锻性变坏。 2、另一方面，在变形过程中，产 生热效应现象。热效应现象使金 属温度升高，塑性提高，变形抗 力减小，可锻性变好。 超过临界变形速度，热效应显著， 超过再结晶温度，可锻性好。 但是，除了高速锤以外，在普通 锻压设备上都不可能超过临界变 形速度。所以，一般塑性较差的 金属，应以较小的变形速度，在 压力机上进行锻造。
合理利用纤维组织


1、应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维 方向重合。 2、最大切应力方向与纤维方向垂直， 3、纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量不被切断。
§1-4 金属的锻造性能
一、可锻性概念 金属的锻造性能，是指金属材料在压力加工时获得优质产品 难易程度的工艺性能。 衡量指标：金属的塑性和变形抗力。塑性越高，变形抗力越小， 则金属的可锻性越好。 二、影响可锻性的因素 1．金属的本质 化学成分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳和合 金元素的质量分数的增加而变差。 组织结构 固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而化合物（如渗 碳体）差。 金属在单相状态下的可锻性比在多相状态下的好。 细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好，可锻性较好。


3）应力状态



三个方向中压应力的数目越多，则金属的塑性越好。拉应力的 数目越多，则金属的塑性越差。 压应力使各种缺陷受到抑制，不易扩展，故可提高金属的塑性。 在拉应力作用下，气孔、裂纹极易扩展，甚至破坏，使金属失 去塑性。 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。 综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加工 条件。在压力加工过程中，要力求创造最有利的加工条件，提 高塑性，降低变形抗力。


2．压力加工条件 1）变形温度 随着温度的升高，钢的强度下降， 塑性上升，即钢的可锻性变好。因此，压力加 工都力争在高温下进行，即采用热变形。
锻造温度范围 开始锻造的温度称为始锻温度， 指金属在锻造前加热允许的最高温 度。始锻温度过高必将产生过热、 过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。 过热 加热温度过高，导致奥氏 体晶粒急剧长大的现象。该缺陷可 以通过重新的退火、正火热处理消 除。 过烧 加热温度过高（过热之 后），导致晶界严重氧化，甚至局 部熔化的现象。 产生该缺陷后， 性能极脆，不能挽救，只能报废。 停止锻造的温度称为终锻温度，指 金属热变形允许的最低温度。终锻 温度过低，金属的加工硬化严重， 变形抗力急剧增加，加工难于进行。
2、挤压 挤压是利用压力，将金属坯料从挤压模的模孔中挤出而成形的压 力加工方法。 按照金属流动方向与凸模运动方向，分为3种： ①正挤压； ②反挤压； ③复合挤压。 可以生产复杂截面形状的 型材、毛坯、零件。
3、拉拔 拉拔是利用拉力，将金属坯料拉过拉拔模的模孔而成形的压力加 工方法。 常需经多次拉拔，依次通过形状和尺寸逐渐变化的模孔，才能得 到所需截面的产品。 通常在室温下进行，又称冷拉。 主要用于细线材、薄壁管材和特殊形状截面的型材。
§2-2 自由锻的基本工序
根据变形性质和变形程度的不同，自由锻工序可分为辅助工序、 基本工序及修整工序。 辅助工序：便于基本工序操作，预先变形。 压钳口、倒棱、压肩
修整工序：精整锻件形状和尺寸。 变形量小，终锻温度以下。 校直、滚圆、压平

1）镦粗部分的长度与直径比应小于2.5，否则容易镦弯。 2）镦粗力要足够大，否则会形成细腰形或夹层。
第三章 金属压力加工



金属压力加工是利用外力， 使金属坯料产生塑性变形， 从而获得具有一定形状、 尺寸和力学性能的原材料、 毛坯或零件的加工方法。 压力加工方法分类 1、轧制 轧制是借助于 摩擦力和压力使金属坯料 通过两个旋转的轧辊间的 空隙而变形的压力加工方 法。 轧制主要用于生产各种规 格的钢板、型钢和钢管等 钢材。


控制金属流动的方法 接触面的摩擦力、工具形状、坯料用材。 改变工具与坯料接触面形状、尺寸，可以控制金属流动。 V型砧拔长，可以限制展宽，促进伸长变形。
塑性变形后金属的组织和性能

一、加工硬化 金属在室温下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，强度和 硬度不断提高，塑性和冲击韧性不断降低，这种现象称为加工 硬化。 加工硬化的金属内部组织变化特点： 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长，排列位向趋于一致； 2、位错密度增加，晶格严重扭曲，产生内应力； 3、滑移面和晶粒间产生碎晶。






实际晶体的滑移不象理想晶体那样，而是通过位错运动实现的。 位错：晶体内部存在的原子错排缺陷。 二、多晶体的塑性变形 首先在滑移面与外力成45度角的晶粒开始。 受到周围晶粒的阻力，同时促进周围晶粒滑动、转动，产生滑移。 逐批进行的晶内滑移和晶粒转动——多晶体塑性变形。 变形特点： 1、每个晶粒变形不均匀； 2、晶粒间也产生滑动和转动； 3、变形抗力大。 晶粒越小，变形抗力越大，塑性越好。同等变形分散到 更多晶粒中，变形更为均匀，适于压力加工。



绘制锻件图 计算坯料质量及尺寸 确定变形工序，选择锻造设备和工具 确定锻造温度范围和加热、冷却及热处理规范 提出锻件技术要求及验收要求 填写工艺卡等
§2-3 自由锻工艺规程的制定




1.绘制锻件图 绘制锻件图应考虑以下几个 因素： 敷料 为了简化零件形状、 便于锻造而增加的一部分金 属称为敷料(也称为余块)。 机械加工余量 零件的加工 表面上为机械加工而增加的 一层金属。 锻件公差 锻件的实际尺寸 与名义尺寸之间所允许的偏 差，称为锻件公差。
四、金属锻件的特点



1、金属更加致密。铸造缺陷如气孔、缩松等被压合。 2、获得细化的再结晶组织。因此，金属的力学性能得到很大 提高。 3、形成纤维组织，或称流线。 纤维组织 金属晶界上的夹杂物随晶粒沿变形最大方向被拉长 得到的组织。
纤维组织的特点






变形程度越大，纤维组织越明显。 常用锻造比Y表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为： Y=F0/F 式中F0 为坯料拔长前的横截面积； F为坯料拔长后的横截面积。 Y>2，开始出现纤维组织；y>5，纤维组织非常明显。 纤维组织使金属在性能上具有方向性。 纵向（平行于纤维方向）上的塑性、韧性提高， 横向（垂直于纤维方向）上的塑性、韧性则降低。 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理或其它方法加以消除， 只有经过塑性变形，才能改变其方向和形状。

拔长过程中应作90°翻转， 较重锻件常采用锻打完一面再翻转90°锻打另一面； 较小锻件则采用来回翻转90°的锻打方法，

圆形截面坯料拔长时，先锻成方形截面，在拔长到边长直 径接近锻件直径时，锻成八角形截面，最后倒棱滚打成圆 形截面。这样拔长效率高，且能避免引起中心裂纹。
自由锻工艺规程的制定


大锻件品种主要是电站锻件（火电和核电用汽轮机高 中低压转子、发电机主轴、护环）、船用低速柴油机 组合曲轴、轧辊（大型支承辊、要求较高的热轧和冷 轧工作辊）、部份高压容器筒体等。
我国重要战略装备项目——15000吨水 压机在中国第一重型机械集团2006年 12月一次热负荷试车成功。

上海重型机器厂自行研制、 世界最大的1.65万吨自由 锻造油压机和操作机2009 年8月在上海重型机器厂有 限公司全面投运，标志着 我国大型铸锻件极端制造 能力跻身世界一流水平。




塑性变形的基本规律 1、体积不变


2、最小阻力
金属流动沿着阻力最小的方向进行。


3、变形不均匀性
变形时，工具与金属接触面存在摩擦力。造成内应力和变形不 均匀。影响制件内部组织和性能。 圆柱体镦粗： I区——难变形区。 II区——剧烈变形区。 III区——变形介于I、II区。