锻压篇金属工艺学

②大型锻件用钢锭作坯料时： G坯 == G锻 + G切 + G烧 + G芯 + G头 + G尾
2) 坯料尺寸的确定： 与锻造过程的第一道基本工序有关. ①镦粗法： 3 V D坯 = (0.8～1.0） 坯
(采用圆坯料时,D为截面直径)
A坯 = (0.75～0.9) 3 V坯
H坯
V坯 = F 坯
(采用方坯料时, A为截面边长)
第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响
一.冷变形后金属的组织和性能： 1.冷变形： 再结晶温度以下进行的塑性变形. 2.加工硬化： 随塑性变形量的增加，金属的σb、HB↑,δ、 ak↓的现象. 晶粒被拉长或压扁,晶格扭曲,产生碎晶块,滑移 阻力↑,继续变形困难. 1）优点： 可强化金属机械性能. 2）缺点： 使δ↓,进一步塑性变形困难,甚至导致裂纹.
2）高合金钢的锻造特点：
①坯料表面不得有裂纹等缺陷.
②加热时低温装炉、缓慢加热. ③锻造温度范围小，需严格控制： 轴承钢1080～800℃，锻造温度范围 280℃. 高速钢1100～1150-900℃，锻造温度范围200-250℃. 普通碳素钢1280～700℃，锻造温度范围580℃. ④锻造工艺应严格控制，变形量应（开始）小—（中间） 大—（最后）小，总锻造比应大，各部分应变形均 匀，避免产生拉应力，锻后应缓慢冷却.
四.金属的变形程度-------即锻造比：
L1 A0 Y拔 = = L0 A
H0 Y镦 = H
一般，碳素结构钢取2～3，合金结构钢取3～4。 对于某些高合金工具钢和特殊性能的合金钢，为促进合 金碳化物分布的均匀化，击碎钢中的碳化物，常采用较 大的锻造比，如高速钢取5-12，不锈钢取4-6。
第三节 金属的可锻性------金属锻压时所表现出来的工
4．锤上模锻：
1）模锻锤：
设备为蒸汽—空气模锻锤. 见教材P112图3-12 设备运动精度高，合模准确，吨位1～16T, 可锻制150㎏以下的锻件.
2）锻模：
见教材P112图3-13
3）锻模模膛分类： 锻模模膛分为制坯模膛和模锻模膛
两大类： ①制坯模膛： 使坯料形状基本接近模锻件形状、使金属能合理分布 并很好地充满模锻模膛前，制坯所需要的模膛. 分为： 拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、切断模膛、镦粗台、 击扁台. 见教材P113图3-15、图3-16、图3-17. ②模锻模膛： ⅰ）预锻模膛： 使坯料变形到接近到锻件的形状和尺寸. ⅱ）终锻模膛： 使坯料最后变形到锻件所需的形状和尺寸. 根据模锻件复杂程度不同，所需模膛数量不等，有单 膛锻模和多膛锻模. 见教材P114图3-18即为多膛锻模.
自由锻造
空气锤
蒸汽－空气自由锻锤
二.模型锻造--------模锻： 1.定义： 金属坯料在冲击力或压力作用下，在锻模模膛内变形， 从而获得锻件的工艺方法，称为模锻. 2．特点： 锻件尺寸精确，加工余量小，形状结构较为复杂，生 产率高. 3．分类： 1）锤上模锻： 最常用,模锻锤及锻模 见教材P112图3-12、 图3-13. 2）曲柄压力机上模锻： 3）摩擦压力机上模锻： 4）胎模锻：
第三篇 金属塑性加工
第一章 金属的塑性变形 第一节 金属塑性变形的实质
一.单晶体的塑性变形： 见教材P103图3-1 和见教材P104图3-2 在切应力作用下的滑移变形和晶内的位错运动. 二.多晶体的塑性变形： 1.晶内变形：符合单晶体塑性变形的规律——滑移变形. 2.晶间变形： 处于易滑移位向排列的晶粒先滑移，处 于不易滑移位向排列的晶粒先转动为易滑移的位向 后才滑移，转动过程中产生“碎晶”, 见教材P104图3-3 3.因晶界上原子排列混乱，滑移很困难，以晶内变形为 主，晶间变形极为困难.
1)变形温度： t℃↑可锻性↑但t℃不可过高,以防过热、过 烧、裂纹. 始锻温度和终锻温度的选择见教材P95图3-8. 2)应变速率： 应变速率↑ 可锻性↓. 3)应力状态： 压应力数目↑ 可锻性↑.
第二章
锻造
利用冲击力或压力使金属在锻造设备的上、下砧之间或锻模中 变形,从而获得所需形状和尺寸的锻件,这类工艺方法称为锻造。 锻造是金属零件的重要成型方法之一,锻件具有较好的力学性能。
5．曲柄压力机上模锻： 6．摩擦压力机上模锻： 7．胎模锻：
不常用，在此不讲，同学们可自学. 不常用，在此不讲，同学们可自学.
在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的锻造方法. 较为常用. 是介于自由锻和模锻之间的一种过渡性的模锻工艺. 1)特点： ①优点：胎模结构简单，锻件精度较高，不需昂贵的模锻锤. ②缺点：胎模易損坏，比模锻件精度低，劳动强度大. ③应用：只适于无模锻设备的中小型工厂生产中小批量的锻 件. 2)分类： ①扣模：见教材P117图3-22. 用来对坯料进行全部或局部扣形，生产长杆非回转体锻件. ②筒模： 见教材P117图3-23. 分镶块筒模、带模垫筒模、组合筒模三种. 用于锻造齿轮、发兰盘等盘类锻件. ③合模：由上、下模组成，并有导向结构. 见教材P118图3-24. 用于生产形状复杂、精度较高的非回转体锻件.
三.热变形后金Βιβλιοθήκη Baidu的组织与性能：
1.热变形：变形温度在再结晶温度以上的塑性变形. 2.热变形后金属的组织与性能： 1)粗大晶粒细化为等轴的细小球状晶粒. 2)气孔、裂纹等缺陷被压合,组织更致密. 3)原晶界上的夹杂物在变形过程中被拉长(沿变形方 向),形成了纤维组织, 见教材P106图3-6. 4)机械性能较变形前全面提高(σb 、HB、δ、ak均↑) 3.纤维组织的合理利用： 各向异性. 使纤维组织的分布与零件的外形轮廓一致而不被切断. 使零件所受的最大正应力方向与纤维方向一致、最大 切应力与纤维方向垂直。 例：教材P106图3-7 螺钉.
b
a
c d
a
c d
b 分模面选择比较 a-a面锻件无法取出；b-b面金属不易充满模膛， 且不利于锻模制造和敷料较多（因孔不能锻出），浪 费金属，增加加工工时；c-c面易发生错模现象；d-d 面最合理。 返回
2.绘制模锻件图： 1)确定合理的分模面. 见教材P120图3-26 讲清确定分模面的5 条原则. 2)确定余块、加工余量和锻造公差. 均较自由锻时小,可查手册. 3)确定模锻斜度： 见教材P120图3-27. 外壁斜度(5～7°)﹤内壁斜度(7～12°) 4)确定圆角半径： 见教材P120图3-28 作用：便于金属流动和充满模膛,减少模具磨損,提高模具 寿命. 外圆角半径r = 1.5～4㎜. 内圆角半径R = (3～4)r 5)确定冲孔连皮：见教材P112图3-14中3所示. 孔锻出条件： d≧30. 孔深h﹤2d 连皮厚度可查锻工手 册. 6)确定飞边槽尺寸：见教材P112图3-13中3所示. 作用：强制金属充满模膛(阻流作用)、缓冲锤击、容纳多 余金属. 具体可查锻工手册.
(采用圆坯料时：H坯 = (采用方坯料时：H坯 =
4 F坯 π
V坯 F坯
） ）
以上算得的D坯 (或A坯 必须按照国家标准钢材直径 或边长数值进行圆整). 4.确定锻造设备： 可查有关手册中的表. 5.确定锻造工序和锻造温度范围： 6.编制锻造工艺卡. 7.估算锻件的外协价格或生产成本. 二.模锻工艺规程的制订： 1.模锻件的结构工艺性分析： 1)应有一个合理的分模面. 2) 应有模锻斜度和模锻圆角. 3)外形应力求简单、平直和对称,避免截面间差别过大,避免薄壁、 高筋、高台. 见教材P125图3-37中a.b.c均为不合理结构,d为合理结构. 4)避免深孔和多孔结构. 见教材P125图3-38即为不合理结构. 5)复杂件可采用锻—焊联合结构. 见教材P125图3-39
第一节 锻造方法 一.自由锻：
定义：利用冲击力或压力使金属在锻造设备的上、 下砧之间产生变形,从而获得所需形状和尺寸 的锻件的锻造方法,称为自由锻. 即：锻造时金属在上下方向的变形受上下砧的限制, 而向四周各方向的塑性变形不受任何限制,变形是自 由的.
2.特点： 1）所用工具简单,通用性强. 2）可以生产各种大小、重量(1～300T)的形状简单的锻件. 3.分类： 1）锤锻：手工锤锻、空气锤、蒸汽---空气自由锻锤---------产生冲击力. 2）液压机：水压机 --------------------------------------------------产生静压力. 4）自由锻工序： 1）基本工序：使金属胚料实现主要的变形要求,达到或基本达到所需形状 和尺寸的工序. 有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割、锻焊共八种. 2）辅助工序：进行基本工序之前的预变形工序, 如：压钳口、倒棱、压肩等. 3）精整工序：在完成基本工序之后, 用以提高锻件尺寸及位置精度的工序. 坯料 锻件分类及基本工序方案： 见教材P111表3-1. 有盘类、轴类、筒类、环类、曲轴类、弯曲类 六类零件的锻造基本工序方案.
艺性能.包括金属的塑性和金属的变形抗力. δ↑ 变形抗力↓ 则可锻性越好.
影响因素有：
1.金属的本质：
1）化学成分：合金低于纯金属
含碳量↑ 可锻性↓ 合金元素含量↑ 可锻性↓
2）金属组织：面心立方晶格可锻性优于体心立方晶 格.
单相组织的可锻性优于多相组织. 细晶粒组织的可锻性优于粗晶粒组织.
2.加工条件：
扣模
第二节 锻造工艺规程的制订 一.自由锻工艺规程的制订： 1.锻件的工艺分析：
1）自由锻件的结构工艺性：
①避免锥体和斜面结构，用圆柱面和平面代替. 见教材P123图3-33 ②锻件上的相贯线应为平面相交曲线. 见教材P123图3-34 ③外形应尽量简化，避免凸台、凹槽、加强筋、耳. 见教材P124图3-35 ④复杂件应采用锻—焊联合结构. 见教材P124图3-36
3.确定坯料质量和尺寸： 1) 坯料质量的确定： ①中小型锻件用型钢作坯料时： G坯 == G锻 + G芯 + G切 + G烧
G锻---------依锻件图计算出锻件体积再乘以比重. (dm3×㎏╱dm3) G芯-------------实心冲子冲孔. G芯 = (1.18～1.57)d2H. (d----孔径. dm) (H----孔高. dm) G切--------------切除料头质量. G烧--------------氧化烧損的质量.
2.绘制锻件图：
1）确定锻件形状： 该加敷料的必须加，以简化形状，便于锻造. 如：零件上的凹槽、台阶、凸肩、法兰、内孔等不便锻造 时均需加敷料. 2）确定加工余量和锻造公差： 锻件公称尺寸 = 零件公称尺寸＋加工余量 3）不需切削加工的表面就不需加余量，称为“黑皮”. 考虑锻造公差的原因：热态下测量困难，终锻温度不一 致，工具磨損、设备精度、工人技术水平的差异.不但加工 面需有公差，黑皮也同样需有公差.
晶粒变形
二.回复与再结晶：见教材P105图3-5
1.回复： 将加工硬化后的金属重新加热到某一温度以上时,通过 晶格内原子的少量扩散,使晶格扭曲消除,内应力显著 降低,此过程称为回复. T回 =(0.25～0.3)T熔 回复后金属变形后金属的组织与性能：σb、δ变化 不大. 2.再结晶： 将加工硬化后的金属加热到某一温度以上时,金属内 部就会以某些碎晶和杂质为晶核重 新结晶,形成新的晶粒,从 而彻底消除了加工硬化现象(使金属性能完全恢复加工硬化前的 性能),这一过程称为再结晶. T再 =0.4 T熔 实际再结晶温度要比这一理论再结晶温度高100～200℃. 再结晶退火与普通退火的区别是：前者无相变,后者有相变.
3）锻件图的绘制： 根据零件公称尺寸、锻造公差、加工余量、敷料， 算出各部分尺寸. 绘图要点有： ①锻件形轮廓线用粗实线，零件形状用双点划线. ②锻件公称尺寸、公差标注在尺寸线上面，零件公 称尺寸标注在尺寸线下面，并加括号. ③在图上无法标注的，如：锻造比、硬度、氧化缺 陷、脱碳层深度等，可采用技术条件方式予以注 明.
1—工艺余块
2—余量
7)模锻件图的技术条件： 包括： 模锻斜度、圆角半径、沿中心线允许的偏移量、表面缺陷 的允许值、锻件翘曲的允许值、允许残留毛边和毛刺的大 小、锻件壁厚误差的允许值、热处理硬度要求、锻件清理 方法、锻件印记项目及位置、其他要求. 8)绘制模锻件图： 画法与标注方法与自由锻件图相同. 见教材P119图3-25及教材P121图3-29 3.确定坯料质量和尺寸： 比自由锻件计算时少了G切 、G芯 、多了G飞、G 连皮 ,其他 相同. 4.确定模锻工步： 根据模锻件的形状和尺寸确定. 5.确定修整工步： 包括校正、切分边、冲连皮、清理、热处理. 6.确定模锻设备： 加热设备、锻造设备.