第5章塑性成形工艺

第一节 塑性成形理论基础
加工硬化、 二、加工硬化、回复和再结晶
1.加工硬化(Process Induration) 加工硬化(Process 金属在冷变形（低于再结晶温度）加工时， 金属在冷变形（低于再结晶温度）加工时，随 着变形量的增加，金属材料的强度、硬度提高， 着变形量的增加，金属材料的强度、硬度提高，但 塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。 塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。如图5所示。 3所示。 回复(Revert)和再结晶(Recrystal) (Revert)和再结晶 2.回复(Revert)和再结晶(Recrystal) (1) 回复 将冷成形后的金属加热至一定温度 使原子回复到平衡位置， 后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减 小的现象，称为回复， 所示。 小的现象，称为回复，如图5-4c所示。回复温度约 25)T熔 为(0.25-0.3)T熔（K）。 (2) 再结晶 塑性变形后金属被拉长了的晶粒 出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象， 出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象，称为 再结晶， 所示。再结晶温度一般为0 再结晶，如图5-4d所示。再结晶温度一般为0.4T熔 (K)以上 以上。 (K)以上。
第二节 金属塑性成形方法
（二）自由锻工艺规程的制定
1.绘制锻件图 典型的锻件图如图 16所示 所示。 典型的锻件图如图5-16所示。 （ 1 ） 加工余量 自由锻件表面留有供机械加工 用的金属层，称为加工余量。 用的金属层，称为加工余量。 在实际生产中， （ 2 ） 锻造公差 在实际生产中 ， 由于各种因素 的影响， 的影响，锻件的实际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸 允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。 ，允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。 （ 3 ） 余块 为了简化锻件外形或根据锻造工艺 需要， 需要，在零件的某些地方添加一部分大于余量的金属 这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余块。 ，这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余块。 2.确定锻造成形工艺方案
第二节 金属塑性成形方法
第二节 金属塑性成形方法
Forging） 一、自由锻（Free Forging） 自由锻（
锻造是在加压设备及工（ 具的作用下， 锻造是在加压设备及工 （ 模 ） 具的作用下 ， 通过 金属体积的转移和分配，使坯料、 金属体积的转移和分配， 使坯料、铸锭产生局部或全 部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、 部的塑性变形 ，以获得具有一定几何尺寸、形状和质 量的锻件的加工方法。自由锻是在自由锻设备上利用 量的锻件的加工方法。 简单的通用性工具（如砧子、型砧、胎模等） 简单的通用性工具（ 如砧子、型砧、 胎模等）使坯料 变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工 方法。 方法。 自由锻的工序包括基本工序、 自由锻的工序包括基本工序 、辅助工序和修整工 工序简图见表 序。工序简图见表5-1。 常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽—空气自由锻 常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽 空气自由锻 液压机等。 锤、液压机等。
第二节 金属塑性成形方法
3. 计算毛坯重量和尺寸
(1)计算毛坯重量 毛坯重量为锻件重量与锻造时各种金属损 耗的重量之和。计算公式如下： 耗的重量之和。计算公式如下： m坯=m锻+m损=m锻+m烧+m芯+m切 =m锻+m损=m锻+m烧+m芯+m切 （ 5-2） 式中的m 坯 、、m 烧 、 m 芯 、 m 切分别是坯料 式中的 m 、、 m 锻件、 加热时坯料表面氧化而烧损、 、 锻件 、 加热时坯料表面氧化而烧损 、 冲孔时 芯料和修切部分的重量。 芯料和修切部分的重量。m锻等于锻件的体积与 金属比重的乘积。 金属比重的乘积。
第五章 塑性成形工艺
第五章 塑性成形工艺
塑性成形(Plasticity Forming)是金属材料成形 塑性成形 (Plasticity Forming) 是金属材料成形 方法之一。它是指对金属材料施加外力作用，利用金 方法之一。 它是指对金属材料施加外力作用， 属的塑性使其产生塑性变形， 属的塑性使其产生塑性变形， 从而获得具有一定的形 尺寸、组织和性能的工件或毛坯的加工方法， 状 、尺寸、组织和性能的工件或毛坯的加工方法 ，也 称为塑性加工或压力加工。常见的塑性成形方法有： 称为塑性加工或压力加工 。常见的塑性成形方法有： 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等( 锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等(图5-1)。
第二节 金属塑性成形方法
（2）确定毛坯尺寸 采用镦粗方法锻造时， 采用镦粗方法锻造时， 为避免镦粗时产生弯 曲现象， 毛坯高径比（ Ho／ Do） 不得超过2 曲现象 ， 毛坯高径比 （ Ho ／ Do ） 不得超过 2.5 ， 同时为了在下料时便于操作，毛坯高径比（Ho／ 同时为了在下料时便于操作， 毛坯高径比（ Ho／ Do）还应大于1 25， Do）还应大于1.25，即： 1.25 Do≤Ho ≤2.5Do （ 5-3） 由于毛坯重量已知，便可算出毛坯体积V 由于毛坯重量已知，便可算出毛坯体积V坯 V坯=G坯／ρ （ 5-4） 钢的密度（ 式中 ρ——钢的密度（kN／m3）。 钢的密度 kN／ 4. 确定锻造温度范围 17为碳钢的锻造温度范围 为碳钢的锻造温度范围。 图 5-17为碳钢的锻造温度范围。 常用金属的 始锻温度与终锻温度见表 始锻温度与终锻温度见表5-2。 5. 制订自由锻工艺规程卡
第二节 金属塑性成形方法
（一）自由锻基本工序
1. 镦粗 使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序 称为镦粗， 10所示 所示。 11为圆柱坯料镦粗变形 称为镦粗，如图5-10所示。图5－11为圆柱坯料镦粗变形 分布。 分布。 2.拔长 使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序叫拔 12所示 所示。 长，如图5－12所示。 （1）拔长变形的特点 拔长方法矩形断面拔长如图 12所示 所示。 （2）拔长方法矩形断面拔长如图5-12所示。圆形断面拔 长如图 13所示 所示。 长如图5-13所示。 （3）影响拔长质量的工艺因素 1）送进量的影响 。 2）压下量的影响 。 14为拔长砧子形状及其 3）砧子形状的影响 ，图5－14为拔长砧子形状及其 对变形区分布的影响。 对变形区分布的影响。 3.冲孔 将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。 将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。 实心冲子冲孔过程如图 15所示 所示。 实心冲子冲孔过程如图5-15所示。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二节 金属塑性成形方法
（2）模锻件图的制订 1）分模面位置的选择 2）加工余量、公差和余块的确定 加工余量、 为便于锻件从模膛中取出， 3）模锻斜度的选择 为便于锻件从模膛中取出， 模锻件上垂直于分模面的侧壁要有一定的斜度， 模锻件上垂直于分模面的侧壁要有一定的斜度，称为 模锻斜度， 20。 模锻斜度，见图5-20。 4）圆角半径的确定 为了便于金属在模膛中流动 ，防止锻模开裂，保证锻造流线的连续性，提高锻模 防止锻模开裂， 保证锻造流线的连续性， 寿命，锻件上所有尖锐棱角都必须做成圆弧， 寿命，锻件上所有尖锐棱角都必须做成圆弧，圆弧的 半径称为圆角半径（ 21） 半径称为圆角半径（图5-21）。 5）冲孔连皮 具有通孔的锻件在模锻时不能锻出 通孔，故孔内必须留有一定厚度的金属， 通孔，故孔内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连 22） 皮（图5-22）。 6）锻件图的技术条件
第一节 塑性成形理论基础
四、锻造比与锻造流线
1.锻造比 在塑性成形时，常用锻造比(Y)来表示变形程度。 (Y)来表示变形程度 在塑性成形时 ， 常用锻造比 (Y) 来表示变形程度 。 锻 造比的计算公式与变形方式有关， 造比的计算公式与变形方式有关，通常用变形前后的截面 长度比或高度比来表示： 比、长度比或高度比来表示： 拔长时的锻造比： 拔长时的锻造比：Y拔=F0／F （ 5-1） 镦粗时的锻造比： 镦粗时的锻造比：Y镦=H0／H （ 5-2） 式中 F0、F--毛坯变形前后的截面积； H0、H--毛坯 --毛坯变形前后的截面积； --毛坯 毛坯变形前后的截面积 变形前后的高度。 变形前后的高度。 2.锻造流线 锻造时，金属的脆性杂质被打碎， 锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长 方向呈碎粒状或链状分布； 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， 伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定 的方向性，通常称为锻造流线，也称流纹。 的方向性，通常称为锻造流线，也称流纹。 如图5-5所示 为两种加工方法加工的曲轴的流线分布比较。 。 图5－6为两种加工方法加工的曲轴的流线分布比较。
第一节 塑性成形理论基础
五、塑性成形基本定律
1.最小阻力定律 金属受外力作用发生塑性变形时， 金属受外力作用发生塑性变形时，如果某质点有 向各种方向移动的可能性时， 向各种方向移动的可能性时，则质点将沿着阻力最小 的方向移动， 的方向移动，故宏观上变形阻力最小的方向上变形量 最大，这就叫做最小阻力定律。 最大，这就叫做最小阻力定律。 中的a) b)、 c)分别为圆形 方形、 a)、 分别为圆形、 图 5-7 中的 a) 、 b) 、 c) 分别为圆形 、 方形 、 矩形 截面上各质点在镦粗时的流动方向， 截面上各质点在镦粗时的流动方向 ， d) 是矩形截面 镦粗后的截面形状。 镦粗后的截面形状。 2.体积不变条件 由于塑性变形时金属密度的变化很小，物体主要 由于塑性变形时金属密度的变化很小， 发生形状的改变，虽然体积也有微量的变化， 发生形状的改变，虽然体积也有微量的变化，但与塑 性变形相比是很小的，可以忽略不计， 性变形相比是很小的，可以忽略不计，可认为变形前 后的体积相等，这就是塑性变形时的体积不变条件。 后的体积相等，这就是塑性变形时的体积不变条件。
第二节 金属塑性成形方法
模型锻造（ Forging） 二、模型锻造（Model Forging）
利用模具使毛坯变形获得锻件的锻造方法称 为模型锻造。 为模型锻造。 模锻成形的典型零件如图 18所示 所示。 模锻成形的典型零件如图5-18所示。 1. 锤上模锻 在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻， 在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻，见 图519。 19。 （1）锻模结构 常见的模膛形式见表 常见的模膛形式见表5-3。