金属压力加工工艺技术详解

• 用途：承受冲击或交变应力的重要零件（如机 床主轴、齿轮、曲轴、连杆等），都应采用锻 件毛坯加工。所以压力加工在机械制造、军工、 航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。 例如，飞机上的塑性成形零件的质量分数占 85%；汽车，拖拉机上的锻件质量分数约占 60%~80%。
• 缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特 别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大 的零件或毛坯。
1.轧制
轧辊 坯料
轧制示意图
2.挤压
1—凸模 2—挤压筒 3—金属坯料 4—挤压模
3.拉拔
拉拔模
坯料
4.自由锻
上砥铁
坯料 下砥铁
5.模锻
6.板料冲压
• 压力加工的六种基本生产方式：轧制、挤压、 拉拔、自由锻、模锻和板料冲压。
• 其中轧制、挤压、拉拔主要用于生产金属型材、 板材、管材、线材等原材料。
4.自由锻
将金属坯料放在抵铁间受冲击力或压力而变形的加 工方法，称为自由锻。
上抵铁
坯料
下抵铁
自由锻示意图
5.模锻
将金属坯料放在具有一定形状的锻模膛内，受冲击 力或压力而变形的加工方法，称为模锻。
下模 坯料
上模
模锻示意图
6.板料冲压
将板材放在冲模之间，使其受压产生切离或变形的 加工方法，称为板料冲压。
1—凸模
2—挤压筒
3—金属坯料
4—挤压模
a正挤压
b反挤压
3.拉拔
将金属坯料通过模孔拉出而变形的加工方法， 称为拉拔。
拉拔主要用于制造各种细线材、薄壁管和各 种特殊几何形状的型材。
拉拔模wk.baidu.com
坯料
拉拔示意图
拉拔产品截面形状图
• 拉拔所获得的产品具有较高的精度与表 面光洁度，故亦常用于对轧制件（棒料、 管材）的再加工，以提高产品质量。低 碳钢和大多数有色金属及其合金都可以 经拉拔成形。
（2）材料的利用率高
金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要 切除金属，因而材料利用率高。
（3）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。例如，利用多工位冷镦 工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效 提高约400倍以上。
（4）毛坯或零件的精度较高
应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削 加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不 经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精 密锻造后只需磨削便可达到所需精度。
金属压力加工技术
主要内容：
一、金属塑性成形的概念 二、压力加工的基本生产方式 三、压力加工的特点
第一节 概述
一、金属塑性成形（压力加工）的概念
压力加工——金属材料在外力作用下产生塑性变
形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或 零件的生产方法。
• 利用外力使金属发生塑性变形，这是区别于其它工艺 方法的不同之处。
第二节 金属的塑性变形
第二节 金属的塑性变形
• 金属的塑性变形，是压力加工的基础， 各种形状的锻件都是利用金属的塑性变 形来制造的。
• 因此，学习金属塑性变形的有关理论， 对改进锻造方法，提高锻件质量，降低 消耗都是十分必要的。
一、 金属塑性变形的实质
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。当外力停止作用后，应力消失， 变形也随之消失。如图3-1（b）所示。
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。如图3-1（c）（d）所示。
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，该面称为滑移面。
位错运动引起塑性变形
近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不 是整体的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。
使金属坯料在回转轧辊的间隙中，靠摩擦力的作用， 得以连续进行轧辊而变形的加工方法，称为轧制。
轧制所用的坯料主要是钢锭。
在轧制过程中，金属坯料截面变小，长度增加，从 而获得各种形状的原材料。
• 在旋转的轧辊间改变钢锭，钢坯形状的 压力加工过程叫轧钢。
• 轧钢的目的与其他压力加工一样，一方 面是为了得到需要的形状，例如：钢板， 带钢，线材以及各种型钢等；另一方面 是为了改善钢的内部质量，我们常见的 汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺 纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡 板，包括火车轮都是通过轧钢工艺加工 出来的。
三、压力加工的特点
（1）改善金属的组织、提高力学性能
金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提 高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树 枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可 使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金 属的力学性能。在零件设计时，若正确选用零件的受 力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。
轧辊
坯料
轧制示意图 槽钢和角钢
3
4
6
9
各种型钢示意图
1—圆钢；2—方钢；3— 扁钢；4—角钢；5—丁字 钢；6—工字钢；7—槽钢； 8—钢轨；9—Z字钢
二、压力加工的基本生产方式
2.挤压
• 将金属坯料放在模具内，用强大的压力，从一端的模 孔中挤出而变形的加工方法，称为挤压。
• 在挤压过程中，金属坯料的截面依照模孔的形状减小， 长度增加，从而获得各种形状复杂的等截面型材或零 件。适合于加工低碳钢、有色金属及其合金。
位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成，如 图3-2所示。
• 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） • 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 • 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。在外力作用
• 因此，用于压力加工的金属材料必须具有良好的塑性。 • 大多数钢和有色金属及其合金都具有一定的塑性，可
以在不同温度下进行压力加工。 • 生铁和脆性有色金属不能进行压力加工。
二、压力加工的基本生产方式
1．轧制
2．挤压
4．自由锻造 5．模型锻造
1.轧制
3．拉拔 6．板料冲压 轧辊和金属坯料
间产生的摩擦力
• 自由锻和模锻用来制造机器零件或毛坯。
• 凡承受重载荷的机器零件，通常需采用锻件做 毛坯，再经过切削加工而成，如：机器的主轴、 连杆、重要齿轮、炮筒和枪管等。
• 板料冲压则广泛用于汽车制造、电器、仪表零 件及日用品工业等方面。
• 压力加工与铸造都是获得毛坯件的方法
• 但是压力加工与铸造方法相比，也有不 足之处，如：不能获得形状较为复杂的 零件。