第五章 金属的压力加工工工艺基础
《金属工艺学》课程笔记
《金属工艺学》课程笔记第一章：绪论，金属材料主要性能一、金属材料的基本概念1. 金属金属是一种具有金属光泽、良好的导电性、导热性和可塑性的物质。
在自然界中，金属以元素形式存在或者以化合物的形式存在。
2. 合金合金是由两种或两种以上的金属，或者金属与非金属通过熔合制成的具有金属特性的物质。
合金的性能通常优于其组成的纯金属。
二、金属材料的分类1. 按化学成分分类- 纯金属：如铁、铜、铝等。
- 合金：如不锈钢、黄铜、青铜等。
2. 按用途分类- 结构材料：用于承受力的材料，如建筑用钢材、飞机用铝合金。
- 功能材料：具有特殊物理、化学或生物功能的材料，如超导材料、形状记忆合金。
3. 按冶金工艺分类- 铸造合金：适用于铸造工艺的合金，如铸铁、铸钢。
- 变形合金：适用于压力加工的合金，如冷轧钢板、热轧型钢。
三、金属材料的主要性能1. 物理性能- 密度：不同金属的密度差异较大，如铁的密度约为7.87 g/cm³，铝的密度约为2.70 g/cm³。
- 熔点：金属的熔点范围很广，如钨的熔点高达3422°C，而汞的熔点为-38.83°C。
- 导电性：金属的导电性通常很好，银的导电性最高，铜和铝也具有良好的导电性。
- 导热性：金属的导热性与其导电性有关，银的导热性最好，其次是铜和铝。
2. 化学性能- 耐腐蚀性：金属在特定环境下的抗腐蚀能力，如不锈钢在空气中具有良好的耐腐蚀性。
- 抗氧化性：金属在高温下抵抗氧化的能力，如镍基合金在高温下具有良好的抗氧化性。
3. 力学性能- 强度：金属抵抗外力作用的能力，分为抗拉强度、抗压强度、抗弯强度等。
- 塑性：金属在受力时产生永久变形而不破裂的能力，如金、银具有良好的塑性。
- 韧性：金属在受到冲击载荷时吸收能量并产生塑性变形的能力，如低碳钢具有较高的韧性。
- 硬度：金属抵抗局部塑性变形的能力，常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度等。
四、影响金属材料性能的因素1. 化学成分：不同元素的加入会改变金属的晶格结构，从而影响其性能。
压力加工及基础
切削加工螺钉
局部镦粗加工螺钉
二、金属的锻造性能
金属的锻造性能是衡量材料经受压力加工难易程度的工 艺性能，它包括塑性和变形抗力两个因素。塑性高，变 形抗力小，则锻造性能好；反之，锻造性能差。 影响金属锻造性能的因素主要包括金属的本质和变形 条件两个方面：
1. 金属的本质
1) 化学成分的影响：
一般纯金属的锻造性能优于合金的锻造性能。 低碳钢比高碳钢好，碳钢比合金钢好。
4) 选择锻压设备：
根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序、设备 的锻造能力等因素，并结合工厂现有设备条件综 合确定锻造设备。
5) 汽车半轴的自由锻造工序：
二、模型锻造
模型锻造是金属在外力作用下产生塑性变形并充满模膛 而获得锻件的方法，
常用模锻设备：模锻锤、热模锻压力机、平锻机和摩擦 压力机等。
过热：
加热温度过高或加热时间过长而引起晶粒粗大 的现象，从而使其锻造性能变坏。可通过反复 锻造和正火来细化晶粒
过烧：
加热温度过高，接近金属的熔点时，使晶界出现 氧化或熔化的现象。过烧后金属失去了锻造性能， 不能挽回。
必须合理控制锻造温度范围：
也就是确定始锻温度与终锻温度范围
始锻温度：锻造所允许的最高加热温度， 不能产生过热和过烧缺陷
按所用设备类型的不同，模型锻造可分为：锤上模锻、 压力机上模锻等。
1. 锤上模锻
锤上模锻所用的设备：蒸汽—空气模锻锤、无砧 座模锻锤和高速锤等。
1) 锻模结构：
锻模有带有燕尾的上模和下模组成。 燕尾和斜楔配合分别安装在锤头和模座上； 键槽和键配合，起定位作用，防止锻模前后移动； 锁扣与上模凹入的部分配合，防止锤击时上、下模产生 错移； 起重孔是为安装锻模方便而设置的。
金属压力加工车间设计05设备选择
主电机参数 1）主电机型式 交流/直流 2）传动方式
单独传动：方便，动态速降大 集体传动：动态速降影响小 分组传动
3）额定功率和转速
铸铁辊
a=0.6-0.8
钢辊
a=0.8-1.0
合金钢辊 a=1.0-1.2
d为辊颈直径，或支撑辊辊颈直径
一般参考同类车间预选 轧制力矩、总力矩计算、功率计算、 电机选型、额定转速确定，校核
d. 轧辊辊型
平辊：负凸度（热轧）、正凸度（冷轧）；倒角 CVC辊型
金属压力加工车间设计 05设备选择
2020/8/22
第5章 设备选择
5.1 主要设备选择
➢ 熔铸设备选择 ➢ 轧机的选择 ➢ 挤压机的选择 ➢ 拉拔机的选择
5.1 主要设备选择
主要设备选择的原则：
满足产品方案的要求，保证获得高质量的产品；（产品角度）
满足生产方案及生产工艺流程的要求；
（工艺角度）
二消辊除中工厚板作轧辊机与：支L/D撑=辊1.间85~的3.有50害接触，
二支辊撑中辊薄板之轧辊机身：长L/D度=应1.比5~工2.2作辊略小。
型材轧机：
L/D = 1.5~2.5
2）四对辊于轧机C工VC作等辊：工作L/D辊=横2.5移~4类.0轧机，工
四作辊辊轧辊机支身撑长辊应：增L/加D =两1倍.8~之2.7横0 移量。
5.1 主要设备选择（轧机设备）
轧机选择 -轧机的布置形式
单机架布置
轧机布置
多机架布置
横列式 （a） 顺列式 （b） 棋盘式 （c） 半连续式（d） 3/4连续式 全连续式 （e）
5.1 主要设备选择（轧机设备）
轧机选择–轧机主要参数
机架数 一般参照年产量相近的同类厂家
(完整版)金属工艺学(压力加工)
锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。 曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴 工作时不易断裂。
第三节 金属的可锻性
金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。
转体锻件。
第二节 锻造工艺规程的制订
一、绘制锻件图
锻件图是以零件图为基础，结 合锻造工艺特点绘制而成。
1.敷料、余量及公差
敷料:为了简化零件的形状和 结构、便于锻造而增加的 部分金属。
加工余量：在零件的加工表面 上，为切削加工而增加的 尺寸。
锻件公差:是锻件名义尺寸允 许的变动量。金工动画\锻 件图.exe
二、常用的压力加工方法：
a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻
金工动画\压力加工\视 频\挤压.avi
金工动画\压力加工\视频\镦粗.avi
三、压力加工的特点 （1）改善金属的组织、提高力学性能。 （2）材料的利用率高。 （3）较高的生产率。 （4）毛坯或零件的精度较高。 钢和非铁金属可以在冷态或热态下压力 加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零 件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。
可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属 的本质和加工条件。
一、 金属的本质
1.化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性
越好。 2.金属组织的影响
纯金属及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的 晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好 。
二、加工条件
1.变形温度的影响 热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱
金属压力加工工艺基础知识
金属压力加工工艺基础知识金属压力加工是一种常见的金属加工方式，广泛应用于机械制造、汽车、航空航天、建筑等行业。
它通过机械设备对金属材料施加力量，使其在受力作用下发生形变，并得到所需要的形状和尺寸。
以下是金属压力加工的基础知识。
1. 金属压力加工的主要方法金属压力加工主要包括锻造、轧制、挤压和拉伸等方法。
锻造是利用锤敲或机械压力对金属进行加工，使其在高温或室温下发生形变；轧制是通过辊轧机将金属材料压制为所需的形状；挤压是将金属放置在模具内，施加压力使其通过模具孔径形成所需形状；拉伸是将金属材料拉伸成细丝或薄板。
2. 金属材料的选择金属压力加工时，要选择适合的金属材料，常见的金属材料有钢、铁、铝、铜、镁等。
选择材料应考虑其机械性能、成本、可加工性等因素。
3. 加工工艺参数金属压力加工的工艺参数包括温度、压力、形变速度等。
不同工艺需要不同的参数，它们直接影响到成品的质量和性能。
4. 加工设备金属压力加工需要相应的设备，如锻压机、辊轧机、挤压机、拉伸机等。
这些设备具有不同的结构和功能，适用于不同的加工方式和材料。
5. 金属压力加工的优点金属压力加工具有高效、高精度、高稳定性等优点。
它能够生产各种复杂形状的金属制品，能够提高材料的机械性能和物理性能。
6. 金属压力加工的应用领域金属压力加工广泛应用于各个行业。
例如，锻造常用于制造航空发动机零件、汽车零件等；轧制常用于制造金属板材、管材等；挤压常用于制造铝合金门窗、铝合金型材等；拉伸常用于制造线材、薄板等。
总之，金属压力加工是一种重要的金属加工方式，掌握其基础知识对于从事相关行业的人员来说是很重要的。
只有了解金属压力加工的方法、材料选择、工艺参数、设备和应用领域等方面的知识，才能更好地进行金属加工，满足各种工业领域对金属制品的需求。
金属压力加工是一项复杂而重要的工艺，对于金属制品的制造起着至关重要的作用。
在金属压力加工领域，有许多基础知识需要了解和掌握，下面将进一步介绍金属压力加工的相关内容。
材料成形工艺基础最新精品课件第五章金属塑性成形理论基础
2. 多晶体的塑性变形
多晶体的塑性变形是由于晶界的存在和 各晶粒晶格位向的不同，其塑性变形过程比 单晶体的塑性变形复杂得多。在外力作用下， 多晶体的塑性变形首先在晶格方向有利于滑 移的晶粒A内开始，然后，才在晶格方向较 为不利的晶粒B、C内滑移。由于多晶体中 各晶粒的晶格位向不同，滑移方向不一致， 各晶粒间势必相互牵制阻扰。为了协调相邻 晶粒之间的变形，使滑移得以继续进行，便 图5-4 多晶体塑性变形过程示意图 会出现晶粒彼此间相对的移动和转动。因此， 多晶体的塑性变形，除晶粒内部的滑移和转 动外，晶粒与晶粒之间也存在滑移和转动。
图5-6 回复和再结晶示意图
（3）晶粒长大 在结晶退火后的金属组织一般为细小均匀的等 轴晶。如果温度继续升高，或延长保温时间，则在结晶后的晶粒 又会长大而形成粗大晶粒，从而使金属的强度、硬度和塑性降低。 所以要正确选择再结晶温度和加热时间的长短。
5.2.2 冷变形和热变形后金属的组织与性能
金属在再结晶温度以下进行的塑性变形称为冷变形，在再结晶以 上进行的塑性变形称为热变形。
图5-7 冲压件的制耳
（4）残余内应力 残余内应力是指去除外力后，残留在金属内 部的应力，它主要是由于金属在外力作用下变形不均匀而造成的。 残余内应力的存在，使金属原子处于一种高能状态，具有自发恢 复到平衡状态的倾向。在低温下，原子活动能力较低，这种恢复 现象难以觉察，但是，当温度升高到某一程度后，金属原子获得 热能而加剧运动。金属组织和性能将会发生一系列变化。
1. 锻造比 锻造比是锻造生产中代表金属变形程度大小的一个参数，一 般是用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示（Y）。如拔长时， 锻造比Y拔=F0/F；镦粗时，锻造比Y镦=H0/H。（式中，H0、F0分别为坯 料变形前的高度和横截面积，H、F分别为坯料变形后的高度和横截面 积）。
金属压力加工
第三章 板料冲压
＊板料冲压又叫冷冲，但δ > 8～10mm时用热冲 ＊特点 ：
(1)可冲形状复杂的零件，且废料少。 (2)高精度，低粗糙度，零件互换性好。
(3)重量轻，耗材少，强度刚度较好。
(4)操作简单，生产率高。
＊常用的材料 ： 低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。
＊常用设备 ： 剪床和冲床。 ＊基本工序 ：
1、分离工序 2、变形工序。
§3.1分离工序
一、落料及冲孔（统称冲裁）
＊落料——落下部分为成品。 ＊冲孔——落下部分为废品。
1、冲裁变形过程
(1)弹性变形阶段
(2)塑性变形阶段
板料中的应力值达到屈服极限，板料金属产生塑性变形，产生 硬化，凹凸模刃口处硬化加剧，出现裂纹。
(3)断裂分离阶段
▪ 上下裂缝重合，板料分离。
四、锻造工艺规程中的其它内容 ＊ 始锻温度和终煅温度(P95图3-8 ) ＊ 加热规范、冷却规范、对高合金钢尤为重要， 以防因热应力引起变形或开裂。
§2.3 锻件结构的工艺性
一、自由锻件的结构工艺性 自由锻件不要有锥体，或斜面结构图3-33 轴类锻件结构
几何体的交接处不应形成空间曲线图3-34 杆类锻件结构
⑵ 制坯模膛 ＊ 对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状,使金属能合理分布
和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。 i) 拔长模膛 增加某一部分长度。 ii)滚压模膛 减小某部分横截面积,以增大另一部分横截面积，坯料长度基本
不变。 iii)弯曲模膛 弯曲工件。 iv)切断模膛 切断金属。
自由锻件上不应设计出 加强筋、凸台、工字形 截面或空间曲线形表面 图3-35 盘类锻件结构
《材料工程基础》课件——第五章 金属的塑性加工(第5、6、7节)
3.5.4 拉拔工具
拉拔工具主要包括拉拔模和芯头。此二者的结构、 形状尺寸、表面质量与材质对制品的质量、产量、 成本等具有重要影响。
拉拔模
拉拔模
旋转模
辊式模 普通模（应用最多 ）
弧线模：只用于细线的拉拔
锥形模：管、棒、型材和较粗的 线材拉拔
图 普通拉拔模的基本结构 （a）锥形模 （b）弧线模
空拉时壁厚增加或减少，主要取决于两个因素：
①圆周方向压应力：促使金属沿径向流动，导致管材壁厚增 加
②轴向拉应力：促使金属产生轴向延伸，并导致壁厚减薄。
这两个因素作用的强弱取决于各种变形条件。
③固定短芯头拉拔变形
变形分三部分：
AB C D
AB段：空拉区，主要是减径 变形，壁厚一般有所增加， 又称减径区。应力应变特点 与空拉时一样。 BC段：减壁区，此阶段外径 减小，内径不变，壁厚减薄。 应力应变特点与棒材拉拔时 一样。 CD段：定径区，为弹性变形 区。
②空拉时的应力与变形
应力状态：与圆棒拉拔时类似，即：周向、径向为
压，轴向为拉，但 ，且有
。
径向压应力的数值由管材外表面至内表面逐渐减小， 在内表面上为零。
周向应力由外表面向内逐渐增大。
轴向应力由变形区入口为零逐渐增加，在变形区出
口(模孔出口)处达到最大。
变形
按目的不同有： 减径空拉：目的是减径，主要用于中间道次，一般 认为拉拔后壁厚不变； 整径空拉：目的是精确控制制品的尺寸，减径量不 大（0.5～1），一般在最后道次进行； 定型空拉：目的是控制形状，主要用于异型管材拉 拔，即用于圆截面向异型截面过渡拉拔。
拉拔加工的特点
①拉拔制品的尺寸精度高，表面粗糙度低 ②工具与设备简单，维护方便，一机多用 ③适用于连续高速生产断面尺寸小的长尺产品（Al、
压力加工知识培训资料
一、什么叫压力加工？1、定义：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，称为压力加工。
2、材料要求：塑性好（碳钢，合金钢，有色金属）二、压力加工的基本生产方式1、轧制2、挤压3、拉拔4、自由锻5、模锻6、板料冲压三、金属塑性变形1 金属塑性变形实质：1）弹性变形：在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变形，并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾向。
当外作用力停止以后，应力消失，变形也随之消失。
2）塑性变形：内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的变形并不完全消失（弹塑性共存）。
3）滑移面：在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿着一定的晶面产生相对滑移，该面称之为滑移面。
2 塑性变形后金属的组织和性能1）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。
2）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，（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。
四、冷变形金属的回复、再结晶塑性变形后的金属发生组织改变、产生了大量晶体缺陷，同时，变形金属中还储存了相当数量的弹性畸变能，因此冷加工金属的组织和性能处于亚稳定状态。
室温下，原子扩散能力低，这种亚稳状态可一直维持下去。
储能是促使冷变形金属发生变化的驱动力。
观察冷变形金属加热时的变化，从储能释放及组织结构和性能的变化来分析，可分为回复、再结晶和晶粒长大三个阶段。
1 回复：所谓回复是指冷变形金属加热时，在新的无畸变晶粒出现之前，所产生的亚结构与性能变化的过程。
1）回复动力学特点：（1）回复过程没有孕育期；（2）在一定温度下，初期的回复速率很大，以后逐渐变慢，直到最后回复速率为零：（3）每一温度的回复程度都有一极限值，退火温度愈高，这个极限值也愈高，而达到此极限值所需时间则愈短；（4）回复不能使金属性能恢复到冷变形前的水平。
工程材料与成形工艺基础 课件说明 各章思考题及思考题答案_OK
• 答：参見教材P33。
• 4-12.什么是回火?回火工艺的分类、目的、组织与应用是什么?
• 答：参見教材P27。
• 4-13. 什么叫调质处理?调质处理获得什么组织?
• 答：参見教材P34。
• 4-14. 什么叫表面热处理?常用的表面热处理有哪些?
• 答：参見教材P34。
• 4-15.什么叫火焰加热表面淬火?目的是什么?有哪些特点?用于什么场合?
《工程材料与成形工艺基础》 课件
课件主编：赵海霞 付平 技术支持：张丽敏 主 审：孟庆东
化学工业出版社
1
《工程材料与成形工艺基础》
• 开本：16开 • 定价：28.00元 • 2008年9月化学工业出版社出版 • 编辑联系方式 化学工业出版社 机械电气分社 王清颢（hao） 地址：北京东城区青年湖南街13号
胜(各章学习指导；试题庫)。 另外，张丽敏、滕腾也参加了课件中部分图、表的校正，汇总等工作。 课件由孟庆东教授审阅。在编写过程中得到各位编者所在学校领导、老师的大力支持，参阅、借用了许多
同类课件的资料，在此一一表示衷心的感谢。 编者企望电子课件能对采用此教材的师生的教与学有所邦助。但由于编者水平有限，经验不足，加之时间
的目的及适用范围。
• 10.表面热处理的概念。
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思考题与习题
• 4-1.什么是热处理？热处理的目的是什么? • 答：参見教材P27。 • 4-2.马氏体与贝氏体转变有哪些异同点? • 答：参見教材P31。 • 4-3.试述影响C曲线形状和位置的主要因素。 • 答：参見教材P30。 • 4-4.马氏体的硬度主要取决于什么?说明马氏体具有高硬度的原因。 • 答：参見教材P31-32。 • 4-5.珠光体、贝氏体和马氏体的组织和性能有什么区别? • 答：参見教材P30-32。 • 4-6.什么是残余奥氏体?它会引起什么问题? • 答：参見教材P27。 • 4-7.什么是退火热处理?常用的退火分为哪几种?各有何特点? • 答：参見教材P27。
金属压力加工工艺基础知识
金属压力加工材料性能
04
金属材料在外力作用下发生永久变形而不破坏其完整性的能力。
塑性定义
塑性指标
影响因素
包括延伸率、断面收缩率和弯曲试验等，用于评估金属材料的塑性性能。
金属材料的化学成分、组织结构、温度和应变速度等都会影响其塑性。
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02
01
金属材料在外力作用下发生弹性变形，当外力去除后能够恢复原状的能力。
分类
根据加工方式的不同，锻造工艺可分为自由锻和模锻两种类型。自由锻是利用锤击或压力机等设备使金属自由变形，而模锻则是将金属放入模具中，通过施加压力使其按照模具的形状变形。
应用
锻造工艺广泛应用于航空、汽车、船舶、电力、石油化工等领域，用于制造各种重要构件和零部件。
01
02
03
04
总结词：冲压是一种利用冲压模具对金属板材施加压力，使其变形或分离的加工工艺。
尺寸偏差是金属压力加工过程中出现的一种常见缺陷，它会影响产品的精度和性能。
总结词
尺寸偏差是由于加工过程中的误差累积或工艺参数控制不当而引起的。尺寸偏差的存在可能会导致产品的尺寸不符合要求，影响其装配和使用性能。为了减小尺寸偏差，需要加强工艺参数的控制和精度测量，同时采用高精度的加工设备和工艺方法。
家用电器的元件制造
家用电器的元件如电热器、电风扇的叶轮等部件通过锻造和轧制工艺制造。
高强度钢的应用
随着高强度钢的研发和应用，金属压力加工工艺需要适应新的材料特性，如更高的强度和更好的韧性。
复合材料的应用
复合材料的广泛应用对金属压力加工工艺提出了新的挑战和机遇，如碳纤维增强塑料等材料的加工和连接技术。
温度控制对产品质量的影响
在金属压力加工中，温度的控制至关重要。通过合理的温度控制，可以改善材料的加工性能，提高产品的质量和合格率。
金属压力加工工艺基础知识
2．确定坯料尺寸 根据塑性加工过程中体积不变原则和采用的基
本工序类型（如拔长、镦粗等）的锻造比、高度与 直径之比等计算出坯料横截面积、直径或边长等尺 寸，坯料的尺寸计算与坯料的种类和锻造工序有关。
1.轧制 轧制材料在旋转
轧辊的压力作用下产 生连续塑性变形，获 得所要求的截面形状 并改变其性能的加工 方法
2.挤压 将截面积减小，长度增加，形成所需产 品的加工方法，适合于加工有色金属和低碳钢等 3.拉拔
坯料在牵引力作用下通过模孔拉出，横截面积 减小，长度增加，形成所需产品
孪生后晶体转至新位向，产生有利于滑移位向 的新滑移系，提高晶体的塑性变形能力
τ
τ
a)未变形
bτ )弹性变形
τc)弹塑性变形
单晶体滑移τ变形示意图
d)塑性变形
a)未变形
b)弹性变形
c)弹塑性变形
理想晶体结构：锌单晶理 论计算：σs=350MPa 实σs=0.1MPa
τ 位错引起滑移变形示意图
d)塑性变形
水压机：利用高压水为动力进行工作。靠静压力工 作。以压力代替锤锻时的冲击力，常用吨位为5~150 吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯一设备， 金属变形过程中无振动，可达到较大锻造深度，由 固定和活动系统组成。
二、自由锻工序
分为：基本工序；辅助工序和精整工序三大类。 1.基本工序
使金属材料产生一定程度塑性变形，改变坯料 的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序 （1）墩粗
三、自由锻工艺规程制订 制订工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生
产必不可少的技术准备工作，自由锻工艺规程是组 织生产、规范操作、控制和检查产品质量的依据。 制订工艺规程遵守三原则： • 充分了解和掌握生产的实际状况 • 确保满足对锻件的技术条件要求 • 保证生产工艺上的可行性、可靠性和经济性
金属和成型及金属压力加工基本知识
钢
❖ 钢也是铁碳合金，通常是指碳含量在0.04%~2%之 间的铁碳合金，钢是用生铁或废钢为主要原料，根 据不同性能要求，配加一定的合金元素冶炼而成。 分为碳素钢和合金钢。
❖ 碳素钢：碳含量在0.04%~1.35%，并有硅、锰、硫、 磷及其他残余元素的铁碳合金，其产量占全部钢产 量90%。
❖ 合金钢：在钢水中特意加入不同化学元素的合金化 过程，获得特殊的工艺性能和使用性能稳定、优良 的钢。钢的合金化过程：改变了钢的组织和结构， 改变了钢的物理和化学性能。
优点：得到尺寸精确，表面光洁，形状复杂产 品
缺点：原料消耗多，能量消耗大，成本高、生 产效率较低，对金属结构和性质没有改善。
增加质量的成型方法
❖ 由小质量的金属逐渐积累成大质量的产品， 属于这种方法有铸造、电解沉积、焊接与铆 接、烧结与胶结等。
❖ 优点：形状更为复杂、成型过程中除技术因 素外没有产生废品的条件，原料消耗少，比 较经济；
比重 ❖ 连铸钢坯取代初轧钢坯 ❖ 大力发展新工艺、新技术
第四节 金属压力加工在国民经济中的作用及其发展
❖ 金属压力加工产品在国民经济中应用极为广 泛：铁路、汽车。拖拉机、农业机械、航空 和航天、机械制造等领域。
❖ 冶炼出来的钢，除少量的钢是用铸造的方法 制成零件外，绝大多数是经过压力加工制成 产品。
❖ 除轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压等几种普 遍应用的压力加工方法，还有爆炸成型、液 态铸轧、粉末加工、液态冲压以及引拔、振 动加工 、以及各种加工方法的联合等。
❖ 缺点：机械性能低、存在难以消除的缺陷。
挖砂造型
金属型铸造
熔模铸造
压力铸造
离心铸造
质量保持不变的成型方法
❖ 金属本身不分离出多余的质量，也不积累增加质量 的成型方法。
压力加工课(简单)
晶粒尺寸对力学性能的影响
在2mm内的伸长率（%） 5 10 15 20
晶粒3 晶粒5 晶粒4 晶粒2 晶粒1
s 0 Kd
1 2
0
0
多晶体的塑性变形过程
5
10
15
20
25
30
35
40
位置/mm
加工过程中的硬化和软化
● 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。 ⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。 ● 加工硬化(见图3－4) ＊ 现象：强度、硬度 上升， 而塑性、韧 性下降。 ＊ 原因：滑移面附近的 晶粒碎晶块， 晶格扭曲畸变， 增大滑移阻力， 使滑移难以 进行。
1.简单轧制与非简单轧制
所谓简单轧制过程是指比较理想的轧制过程。通常将
具有下列条件的轧制过程称为简单轧制。
（1）两个轧辊都被电动机带动，且两轧辊直径相同，转速
相等，轧辊为刚性；
（1）质量减少的方法：
车、刨、铣、磨、钻、剪切、气割、电切、蚀刻等；
（2）质量增加的方法：
铸造、电解沉积、焊接与铆接、烧结与胶结等；
（3）质量保持不变的方法：
金属压力加工（轧制、锻造、冲压、拉拔、挤压）。
3.金属压力加工的方法
★金属压力加工：
金属在受到外力作用并不破坏自身完整性的条件下， 稳定改变其几何形状与尺寸，从而获得所需要的几何形状 与尺寸的加工方法。
1. 体积不变定律 Volume Constance 金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常 数，也称为不可压缩定律。 V0=Vn=常数 HBL=hbl 例题：P139
10.2.2. 最小阻力定律 Least Resistance
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二：塑性变形对合金金相组织与性能的影响
随着变形的进行，正常晶粒受到变形、破碎， 随着变形的进行，正常晶粒受到变形、破碎， 形成亚结构组织（小变形量）、纤维组织（50～ 形成亚结构组织（小变形量）、纤维组织（ ～ ）、纤维组织 70%变形量）、形变织构（70～90%变形量）。 变形量）、形变织构（ ～ 变形量）。 变形量）、形变织构 变形量 如亚结构组织、纤维组织、形变织构图 亚结构组织、纤维组织、形变织构图 如塑性变形对合金金相组织与性能的影响图 塑性变形对合金金相组织与性能的影响图
第二节
始锻温度过高： 始锻温度过高：
金属的加热-2 金属的加热
引起“过热” 即晶粒非正常长大， 引起“过热” ，即晶粒非正常长大，塑性反而降 低，锻件机械性能下降；如温度进一步升高，引起 锻件机械性能下降；如温度进一步升高， “过烧”，即氧化性气体渗入晶界，使晶界氧化或局 过烧” 即氧化性气体渗入晶界， 部熔化，造成锻件脆裂报废。在产生“过热” 部熔化，造成锻件脆裂报废。在产生“过热”、 “过 烧”的同时，还会发生严重“脱碳”现象。 的同时，还会发生严重“脱碳”现象。 “脱碳”过程： Fe C+O =CO+Fe 脱碳”过程： 脱碳 3 2 O2+CO=CO2
第五章 塑形成形
金属的压力加工工工艺基础-1 金属的压力加工工工艺基础
在外力作用下使金属坯料发生塑形变 形，从而获得具有一定形状尺寸的毛坯 或零件的加工工艺方法。 或零件的加工工艺方法。
塑形成形低分类
压力 加工
型材 制造
饼块类零 件成型
板材及管 料成型
分离
接合
整形
第五章
板材及 管料 成型
金属的压力加工工工艺基础-3 金属的压力加工工工艺基础
分离
拉深
弯曲
旋压
剪切
剥皮
剁切
修切
第五章
金属的压力加工工工艺基础
锻压
自由锻
模锻
冲压 板料） （板料）
挤压
第一节 塑性变形理论与假设
二：塑性变形能力
可锻性： 可锻性： 是金属在塑性变形过程中塑性的好坏与变形抗力 大小的一个综合性能。塑性好，变形抗力小， 大小的一个综合性能。塑性好，变形抗力小，则可锻 性好；反之，可锻性差。 性好；反之，可锻性差。 塑性： 塑性： 物体在外力作用下，保持完整条件下的变形能力。 物体在外力作用下，保持完整条件下的变形能力。 变形抗力 物体在外力作用下抵抗变形的能力
第一节 塑性变形理论与假设
3：温度 ： 温度 塑性 变形抗力 可锻性
4：变形速度 ： 如变形速度对可锻性的影响图 变形速度对可锻性的影响图 5：应力状态 ： 一般金属在拉应力状态的塑性低于压应力状 一般金属在拉应力状态的塑性低于压应力状 态，如在三向压应力状态下大理石变形量可达 60%。原由：压应力状态下裂纹不易扩展。 。原由：压应力状态下裂纹不易扩展。