材料工程基础-第3章金属压力加工
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第三章 金属压力加工的金属学基础
保温时间的影响 保温时间越长，再结晶温度越低 合金元素的影响 合金元素越多，再结晶温度越高。
在一定温度下，使晶粒增长突然加大的变形 程度称为临界变形程度，在临界变形程度以 前不会发生再结晶现象。
压力加工过程中两种再结晶
加工硬化金属在退火操作时的再结晶和金属 在热变形时再结晶过程 热处理退火与金属的相变点有关。 碳钢退火在高于临界点Ac3以上温度进行 加工硬化后的再结晶退火则是在Ac3温度下进 行的
二、多晶体的塑性变形
多晶体是由许多微小的单个晶粒杂乱组合而 成 其组织结构上特点： 各个晶粒形状和大小是不同的，化学成分和 力学性能也不均匀； 而各相邻晶粒的取向一般是不一样的； 多晶粒中存在大量晶界，晶界的结构和性 质与晶粒本身不同，晶界上聚集着杂质。
多晶体金属的塑性变形：
晶内变形（低温）：滑移和孪生 晶间变形（高温）：晶粒间的相对滑动和转动。 晶界对塑性变形的影响（细晶强化）：
不完全冷变形
在金属压力加工过程中具有加工硬化及回复 现象，而无再结晶现象的变形称为不完全冷 变形。 其产品：加工硬化现象和残余应力减少，变 形抗力降低，塑性提高。 这种变形可在室温下采用高变形速度获得， 提高设备生产能量，不需中间退火，降低成 本。
不完全热变形
金属在变形过程中，除有加工硬化外，同时 尚有回复与部分的再结晶变形过程，称不完 全热变形。 其产品：金属组织不均，金属塑性降低，变 形抗力升高，金属中可能部分破裂而未恢复， 并且有设备破坏可能。 实际生产中应尽量避免。
出现方向性
在塑性变形中晶粒形状和取向将发生变化， 晶粒的某一同类晶面和晶向沿一定方向排列 （出现择优取向），产生了所谓织构，使金 属产生各向异性。
第三编金属压力加工
第三编 金属的塑性成形
教学目的: 掌握金属塑性成形的机理及各种塑性
成形的方法，熟悉金属塑性成形工艺设计。
教学重点: 1. 金属塑性成形的机理、工艺；
2. 金属塑性成形性及其影响因素。
教学难点：自由锻与模锻工艺设计 教学内容：3.1 金属塑性成形基础；
3.2 金属塑性成形方法； 3.3 金属塑性成形工艺设计； 自学内容：3.4 金属塑性成形技术的发展趋势。
压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、 摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。
74
3.3.2 锻模模膛及其功用
●
模膛 种类
镦粗
制坯模膛（体积分配）
拔长 滚挤★
弯曲 …
模锻模膛（锻件成形） 预锻→初步成形
终锻→最终成形
切断模膛（锻件与坯料切离） 设飞边槽★
放收缩率
75
3.3.2.1 预锻模膛 预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的 形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。 同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用 寿命。
43
冷变形和热变形
冷变形 —— 再结晶温度以下的塑性变形。
热变形 —— 再结晶温度以上的塑性变形
冷变形
加工硬化 冲压、冷弯、冷挤、冷轧
塑性材料
热变形
加工硬化+再结晶 锻造、热挤、轧制
变形量大，易氧化
44
消除加工硬化，提高 塑性。 在结晶速度取决于加 热温度和变形程度。 再结晶是一个形核、 长大过程。
68
半轴自由锻工艺
锻出头部
拔长
拔长及修整 台阶
锻件图
材料: 18CrMnTi 坯料尺寸:Ф130×240 坯料重量:25kg 锻造设备:0.5T自由锻锤
教学目的: 掌握金属塑性成形的机理及各种塑性
成形的方法，熟悉金属塑性成形工艺设计。
教学重点: 1. 金属塑性成形的机理、工艺；
2. 金属塑性成形性及其影响因素。
教学难点：自由锻与模锻工艺设计 教学内容：3.1 金属塑性成形基础；
3.2 金属塑性成形方法； 3.3 金属塑性成形工艺设计； 自学内容：3.4 金属塑性成形技术的发展趋势。
压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、 摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。
74
3.3.2 锻模模膛及其功用
●
模膛 种类
镦粗
制坯模膛（体积分配）
拔长 滚挤★
弯曲 …
模锻模膛（锻件成形） 预锻→初步成形
终锻→最终成形
切断模膛（锻件与坯料切离） 设飞边槽★
放收缩率
75
3.3.2.1 预锻模膛 预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的 形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。 同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用 寿命。
43
冷变形和热变形
冷变形 —— 再结晶温度以下的塑性变形。
热变形 —— 再结晶温度以上的塑性变形
冷变形
加工硬化 冲压、冷弯、冷挤、冷轧
塑性材料
热变形
加工硬化+再结晶 锻造、热挤、轧制
变形量大，易氧化
44
消除加工硬化，提高 塑性。 在结晶速度取决于加 热温度和变形程度。 再结晶是一个形核、 长大过程。
68
半轴自由锻工艺
锻出头部
拔长
拔长及修整 台阶
锻件图
材料: 18CrMnTi 坯料尺寸:Ф130×240 坯料重量:25kg 锻造设备:0.5T自由锻锤
材料与金属工艺学第三篇：金属压力加工
冲 击韧度/J cm -2 延 伸率 % HB
材 料 与 金 属 工 艺
160
120 80 延 伸率 %
160 300 140 200
冲 击韧度 120 100 冷变形强化是一种不稳定现象，具有 40 0 60 80 % 40 0 20 自发回复到稳定状态的倾向。但在室 变形程度 温下不易实现。 回复温度可以消除部分加工硬化现象： T回=（0.25～0.3）T熔 再结晶温度可以完全消除加工硬化现象：T再=0.4T熔
材 料 与 金 属 工 艺
锻件若有数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空 间曲线。
佛山科学技术学院机电系
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表面。
材 料 与 金 属 工 艺
自由锻件的横截面若有急剧变化或形状复杂时，应设计成几个简单 件构成体。
佛山科学技术学院机电系
异号应力状态下，变形抗力↓
佛山科学技术学院机电系
第二章
第一节
一、自由锻
材 料 与 金 属 工 艺
锻造
锻造方法
自由锻是不用模具控制金属的塑性流动，让材料比较自由地变形 的锻造方法。有手工自由锻和机器自由锻两类。前者靠手锤和钳 子在铁砧上锻打工件，打击力来自锻工本身。后者靠锻锤（主要 是空气锤）、和钳子在砧座上锻打工件，打击力来自锻锤。 自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤用来锻造中、小型锻 件；液压机能锻造质量达300t的锻件。
二、加工条件
1、变形温度的影响 温度过低金属的塑性不够，但温度过高，会产生过热、过烧、脱 碳和严重氧化等缺陷。
佛山科学技术学院机电系
温度/° C
38 A
固 相 线
液相 线
L L+A
材 料 与 金 属 工 艺
160
120 80 延 伸率 %
160 300 140 200
冲 击韧度 120 100 冷变形强化是一种不稳定现象，具有 40 0 60 80 % 40 0 20 自发回复到稳定状态的倾向。但在室 变形程度 温下不易实现。 回复温度可以消除部分加工硬化现象： T回=（0.25～0.3）T熔 再结晶温度可以完全消除加工硬化现象：T再=0.4T熔
材 料 与 金 属 工 艺
锻件若有数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空 间曲线。
佛山科学技术学院机电系
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表面。
材 料 与 金 属 工 艺
自由锻件的横截面若有急剧变化或形状复杂时，应设计成几个简单 件构成体。
佛山科学技术学院机电系
异号应力状态下，变形抗力↓
佛山科学技术学院机电系
第二章
第一节
一、自由锻
材 料 与 金 属 工 艺
锻造
锻造方法
自由锻是不用模具控制金属的塑性流动，让材料比较自由地变形 的锻造方法。有手工自由锻和机器自由锻两类。前者靠手锤和钳 子在铁砧上锻打工件，打击力来自锻工本身。后者靠锻锤（主要 是空气锤）、和钳子在砧座上锻打工件，打击力来自锻锤。 自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤用来锻造中、小型锻 件；液压机能锻造质量达300t的锻件。
二、加工条件
1、变形温度的影响 温度过低金属的塑性不够，但温度过高，会产生过热、过烧、脱 碳和严重氧化等缺陷。
佛山科学技术学院机电系
温度/° C
38 A
固 相 线
液相 线
L L+A
(完整版)金属工艺学(压力加工)
在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，纤维的分布与零 件的外形轮廓应相符合。
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
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
第三篇金属压力加工
• 上述理论所描述的滑移运动，相当于滑移上下两部分晶 体彼此以刚性整体作相对运动。要实现这种滑移所需的 外力要比实际测得的数据大几千倍，这说明实际晶体结 构及其塑性变形并不完全如此。
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。
近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以 位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位 错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得 多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相 对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成 位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性 变形（图3-2c）。
4、多晶体的塑性变形：金属都是由大量微小晶粒组成的 多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个 晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑 移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转 动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑 移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶 体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。
（2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
（3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。
（4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。
（5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形 的加工方法。
• 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过 轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零 件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、 炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、 电器、仪表零件及日用品工业等方面。
2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服 冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大 （图3-9中a点以左），可锻性变差。
(完整版)金属工艺学(压力加工)
在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，纤维的分布与零 件的外形轮廓应相符合。
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 易第一节 金属塑性变形的实质 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 第三节 金属的可锻性
第一节 金属塑性变形的实质
一、金属的塑性变形 1、单晶体塑性变形何谓塑性变形？塑性变形的实质？
单晶体的塑性变形？---滑移 滑移是晶体在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面
(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。
五、纤维组织
金属发生塑性变形后, 晶粒发生变形, 沿形变方向被拉长或压扁。
纤维组织具有各向异性。变形程度越大，纤维组织越明显。 锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度的大小。
拔长：Y锻=A0/A（A0、A分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）。 镦粗：Y锻=H0/H（H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。
②拔长 ③冲孔
拔长 弯曲
墩粗
错移
扭转
⑵ 辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序 称为辅助工序（压钳口、切肩等）。
⑶ 修整工序 用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校 正、滚圆、平整等）。
锻件分类及所需锻造工序
二、模锻
1.模锻定义: 使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸 以及内部质量锻件的加工方法。
㈠.锤上模锻
⑴ 模锻锤: 主要是:蒸汽-空气模锻锤;吨 位:1t-16t;可锻0.5-150kg的 锻件. ⑵ 锻模 : 锤上模锻用的锻模由带燕尾的 上模和下模两部分组成，上 下模通过燕尾和楔铁分别紧 固在锤头和模垫上，上、下 模合在一起在内部形成完整 的模膛。..\课件\金属工艺 学\金工动画\模锻锤原理 1.exe
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 易第一节 金属塑性变形的实质 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 第三节 金属的可锻性
第一节 金属塑性变形的实质
一、金属的塑性变形 1、单晶体塑性变形何谓塑性变形？塑性变形的实质？
单晶体的塑性变形？---滑移 滑移是晶体在切应力的作用下, 晶体的一部分沿一定的晶面
(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。
五、纤维组织
金属发生塑性变形后, 晶粒发生变形, 沿形变方向被拉长或压扁。
纤维组织具有各向异性。变形程度越大，纤维组织越明显。 锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度的大小。
拔长：Y锻=A0/A（A0、A分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）。 镦粗：Y锻=H0/H（H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。
②拔长 ③冲孔
拔长 弯曲
墩粗
错移
扭转
⑵ 辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序 称为辅助工序（压钳口、切肩等）。
⑶ 修整工序 用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校 正、滚圆、平整等）。
锻件分类及所需锻造工序
二、模锻
1.模锻定义: 使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸 以及内部质量锻件的加工方法。
㈠.锤上模锻
⑴ 模锻锤: 主要是:蒸汽-空气模锻锤;吨 位:1t-16t;可锻0.5-150kg的 锻件. ⑵ 锻模 : 锤上模锻用的锻模由带燕尾的 上模和下模两部分组成，上 下模通过燕尾和楔铁分别紧 固在锤头和模垫上，上、下 模合在一起在内部形成完整 的模膛。..\课件\金属工艺 学\金工动画\模锻锤原理 1.exe
第三篇 金属压力加工
第三篇《金属压力加工》
轧制的基本操作是平板轧制，即简单轧制，轧出来的 是平板和薄板。
6 mm 300 mm
6
大锅炉支撑 反应容器 坦克装甲 波音747蒙皮 饮 料 罐 香烟铝箔
平 板
150 mm 100～125 mm
平 板 轧 制
< 6 mm
1.8 mm
薄 板
0.1 mm
0.008 mm
河北工程大学《金属工艺学》电子课件
§
1.1 金属塑性变形的实质 § 1.2 塑性变形对金属组织和性能的影响 § 1.3 金属的可锻性 重点：金属塑性变形的实质、塑性变形对金 属组织和性能的影响、影响可锻性的因素 难点：金属塑性变形的实质、塑性变形对金 属组织和性能的影响
河北工程大学《金属工艺学》电子课件
第三篇《金属压力加工》
河北工程大学《金属工艺学》电子课件
第三篇《金属压力加工》
3
主要内容
综
述 第一章 金属的塑性变形 第二章 锻造 第三章 板料冲压
河北工程大学《金属工艺学》电子课件
第三篇《金属压力加工》
4
河北工程大学《金属工艺学》电子课件
第三篇《金属压力加工》
5
轧 制
河北工程大学《金属工艺学》电子课件
P
金属内部有了应力就会发生弹性变形，外力去除后，弹 性变形将恢复，称“弹复”，对有些压力加工件的变形 和工件质量有很大影响，必须采取工艺措施来保证 河北工程大学《金属工艺学》电子课件
第三篇《金属压力加工》
22
§1.2 塑性变形对金属组织和性能影响
● 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。 ● 冷作硬化
金属工艺学 第三篇 压力加工
• 一、旋压成型：
• 二、爆炸成型：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复习题 （第三章 板料冲压）
• （见P138复习题1.2.3.6.7）
29
复习题（第一章 金属的塑性变形） • 见P109复习题。
10
第二章 自由锻
• 自由锻——利用冲击力或压力使金属在 上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所 需形状及尺寸的锻件。 • 1.自由锻的优缺点：工具简单；锻件大 小不受限制；工艺较为简单。但不能锻造 复杂结构锻件。 • 2.自由锻的设备：空气锤、蒸汽-空气锤、 液压机。
16
复习题（第二章 自由锻）
• 见P126复习题
17
第三章 板料冲压
• 知识点：
18
第三章 板料冲压
• 板料冲压——外力使板料在冲模上发生变形或分 离。 • 一般大多数在常温下进行，故称“冷冲压”。 • 板料一般在8-12mm以下。 • 设备：冲床；剪床。 • 冲压的基本工序： • 分离：剪切和冲裁（冲裁包括落料、冲孔）等。 • 变形：拉深和弯曲等。
第三篇 压力加工
教学内容
1、金属压力加工的实质、特点和应用。常温下塑性变 形对金属材料组织和性能的影响，加热条件下塑性变 形金属组织和性能的变化。 2、金属的可锻性及其影响因素。 3、自由锻造的基本方法、特点、基本工序及自由锻造 零件的结构工艺性。自由锻工艺规程。 4、板料冲压加工方法，基本工序及冲压模具，冲压件 的结构工艺性，压力加工先进工艺。
2
第一章 金属的塑性变形
• 第一节 金属塑性变形的实质 • 1、弹性变形：外力作用迫使原子离开原来的平衡 位置，引起原子位能的增高．但处于高位能的原 子具有返回到低位能平衡位置的倾向．因而当外 力停止作用后，应力消失，变形也随之消失． • 2、塑性变形：当内应力超过该金属的屈服极限之 后，即使外力停止作用，金属的变形并不消失， 这种变形称为塑性变形． • 塑性变形的实质，是位错运动的结果。
• 二、爆炸成型：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
复习题 （第三章 板料冲压）
• （见P138复习题1.2.3.6.7）
29
复习题（第一章 金属的塑性变形） • 见P109复习题。
10
第二章 自由锻
• 自由锻——利用冲击力或压力使金属在 上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所 需形状及尺寸的锻件。 • 1.自由锻的优缺点：工具简单；锻件大 小不受限制；工艺较为简单。但不能锻造 复杂结构锻件。 • 2.自由锻的设备：空气锤、蒸汽-空气锤、 液压机。
16
复习题（第二章 自由锻）
• 见P126复习题
17
第三章 板料冲压
• 知识点：
18
第三章 板料冲压
• 板料冲压——外力使板料在冲模上发生变形或分 离。 • 一般大多数在常温下进行，故称“冷冲压”。 • 板料一般在8-12mm以下。 • 设备：冲床；剪床。 • 冲压的基本工序： • 分离：剪切和冲裁（冲裁包括落料、冲孔）等。 • 变形：拉深和弯曲等。
第三篇 压力加工
教学内容
1、金属压力加工的实质、特点和应用。常温下塑性变 形对金属材料组织和性能的影响，加热条件下塑性变 形金属组织和性能的变化。 2、金属的可锻性及其影响因素。 3、自由锻造的基本方法、特点、基本工序及自由锻造 零件的结构工艺性。自由锻工艺规程。 4、板料冲压加工方法，基本工序及冲压模具，冲压件 的结构工艺性，压力加工先进工艺。
2
第一章 金属的塑性变形
• 第一节 金属塑性变形的实质 • 1、弹性变形：外力作用迫使原子离开原来的平衡 位置，引起原子位能的增高．但处于高位能的原 子具有返回到低位能平衡位置的倾向．因而当外 力停止作用后，应力消失，变形也随之消失． • 2、塑性变形：当内应力超过该金属的屈服极限之 后，即使外力停止作用，金属的变形并不消失， 这种变形称为塑性变形． • 塑性变形的实质，是位错运动的结果。
第3篇 金属压力加工
第三篇金属压力加工概述一、什么是压力加工？在外力作用下使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。
外力——冲击力：锤类静压力：压力机各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定的塑性，因此，都能在热态或冷态下进行压力加工。
应用广泛：运输工具96%；汽车拖拉机95%航天、航空90%；农用机械工业80%。
二、分类1、轧制：金属坯料在两个回转轧辊的缝隙中受压变形以获得各种产品的加工方法。
靠摩擦力，坯料连续通过轧辊间隙而受压变形。
主要产品：型材、圆钢、方钢、角钢、铁轨等。
2、挤压：金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法。
正挤：金属流动方向与凹模运动方向相同。
反挤：金属流动方向与凹模运动方向相反。
3、拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。
a产品尺寸精度、表面光洁度较高，所以，常用于轧制件的再加工，提高产品质量。
坯料：低碳钢、有色金属及合金。
外力：拉力。
4、自由锻：金属坯料在上、下抵铁间受冲击力或压力而变形。
外力：压力。
5、模锻：金属坯料在具有一定形状的模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。
6、冲压：金属板料在冲模之间受压产生分离或成形。
1-5 立体变形（三维）；6 平面变形（二维）；三、特点：（与铸造比）1 优点：（1）结构致密，组织改善，性能提高，强、硬、韧↑（2）少无切削加工，材料利用率高。
（3）可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程）。
（4）生产效率高。
（如：曲轴、螺钉）2 缺点：（1）一般工艺表面质量差（氧化）。
（2）不能成型形状复杂件（相对）（3）设备庞大、价格昂贵。
（4）劳动条件差（强度↑、噪音↑）第一章金属塑性变形§1 金属塑性变形的实质塑性：金属在外力作用下，产生永久变形而不破坏的能力。
金属变形过程：a）金属材料在外力作用下发生弹性变形b）当外力超过一定值后产生塑性变形c）外力继续加大，发生断裂金属塑性变形的实质：a）晶粒内部滑移和孪生b）晶间滑移和晶粒转动一、晶体：1 晶体：物质中的原子按一定规律在三维空间周期重复排列。
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滑移的机理：
把滑移设想为刚性整体滑动所需的理论临界 切应力值比实际测量临界切应力值大3-4个数 量级。
滑移是通过滑移面上位错的运动来实现的。
多脚 虫 的 爬行
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形
多晶体的塑性变形
① 变形过程复杂 ② 晶粒位相的影响 ③ 晶界的影响 ④ 多晶体滑移的不均匀性 ⑤ 晶粒大小的影响
5%冷变形纯铝中的位错网
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 加工硬化
关于加工硬化（重点）
➢ 加工硬化后果及应用 ① 强化金属的一个重要途径——对于不能热处理强化 的金属和合金尤为重要 ② 某些冷加工工艺能够进行的重要因素——由于加工 硬化, 使已变形部分发生硬化而停止变形, 而未变 形部分开始变形。没有加工硬化, 金属就不会发生 均匀塑性变形 ③ 可提高构件在使用过程中的安全性
材料工程基础-第3 章金属压力加工
铸造件展示
铸造件展示
在可以铸造的前提下，为什么要压力加工？
优点： ⑴组织细化致密、力学性能提高； ⑵体积不变的材料转移成形，材料利用率高; ⑶生产率高，易机械化、自动化等。 ⑷可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无
切削加工。
在可以铸造的前提下，为什么要压力加工？
过高温度 < 合理温度
高温晶界脆化，锻造性能变差。
应力状态
挤压
应 力
拉拔
自由锻
压应力数目越多，金属越密实，裂 纹越少，晶间变形越小，塑性越高。 拉应力越多，塑性越差。
同号应力状态引起的变形抗力大于 异号应力状态下的变形抗力。三向 压应力会增大内摩擦，提高变形抗 力。
3.1 锻造
引言二：原材料的缺陷及应对
3.1 锻造
引言二：原材料的缺陷及应对
偏析: 钢锭内部化学成分和杂质分布的不均匀 性称为偏析。
偏析可分为树枝状偏析(或显微偏析)和区 域偏析(或低倍偏析)两种。树枝状偏析是指钢 锭在晶体范围内化学成分的不均匀性。
树枝状偏析通过锻造和锻后热处理可以消 除；区域偏析是指钢锭在宏观范围内的不均匀 性，可通过变形减小危害性。
有560多种锻件。 (六)日常生活用品：锤子、斧头、小刀、钢丝钳等亦均是锻制而成。
3.1 锻造
3.1 锻造
3.1 锻造
铸引造言： 一熔：体 合的 金流 的动 可性 煅。性？
金属的可锻性是指金属经受锻造成形优质零件的 能力，通常用塑性与变形抗力来衡量。塑性越高， 锻造性能越好，越有利于加工成形。
我国锻造用大型钢锭有两种 规格： 一种是普通锻件用的4％锥度、 高径比为1.82.3、冒口比例 为17％的钢锭 另一种是优质锻件用的1112 ％锥度、高径比为15左右、 冒口比例为2024％的钢锭。
3.1 锻造
引言二：原材料的缺陷及应对
大型钢锭的内部缺陷有：偏析、夹杂、气 体、缩孔、疏松和溅疤等。并且不可避免。钢 锭愈大，缺陷愈严重，往往是造成大型锻件报 废的主要原因。
塑性 ——材料在外力作用下发生永久变形又不破坏其完整性
的能力
塑性成形 ——材料在外力作用下，利用自身的塑性而使其加工
成具有一定形状、尺寸及力学性能的工件的加工方法
塑性成形的目的—— 1. 改变形状、尺寸
2. 改善组织及性能
常用塑性成形方法
轧制 挤压 拉拔 锻压 冲压
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形
缺点： ⑴不能加工脆性材料； ⑵难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体
积特别大的制品； ⑶设备、模具投资费用大。
目录
3.0 塑性变形基础 3.1 锻造 3.2 冲压 3.3 轧制和挤压
3.0 塑性变形基础
一、弹性变形
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 金属塑性变形的实质
变
速
高应变速率范围，变形时间短，散
率
失热量少，热效应大，金属塑性增
加，变形抗力减小。但当速率过快
时，来不及发生再结晶，加工硬化
会导致零件开裂。
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 冷变形VS热变形？ 冷、热以再结晶温度为分界。
3.1 锻造
锻造生产的重要性
(一)国防工业 ：飞机上的锻压件重量占85％；坦克上的锻压件重量占 70 ％；大炮、枪支上的大部分零件都是锻制而成的。
原因：选择性结晶、比重差异或流速不同造成的； 措施：变形和热处理可消除或减小。
3.1 锻造
引言二：原材料的缺陷及应对
缩孔、疏松： 是由于晶间钢液最后凝固收缩造成的晶间空隙和钢液 凝固过程中析出气体构成的显微孔隙。这些孔隙在区 域偏析处较大者变为疏松，在树枝晶间处较小的孔隙 则变为针孔。 危害：缩孔和疏松使钢锭组织致密程度下降，破坏了 金属的连续性，影响锻件的力学性能。 措施：锻造时要求大变形，以便锻透钢锭．将疏松消 除。
温度越低，金属塑性越差，变形抗
力越大，锻造性能越差，易开裂。
变
常加热至奥氏体单相区进行锻造。
形
温
度
温度过高，引起表面氧化、脱碳、
过热、过烧等缺陷。同时，应避免
在部分金属的脆化温度区间锻造。
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 变形温度、速度
低应变速率范围，变形时间过长，
应
散失的变形热多，形变热效应越小， 锻件温度下降，金属塑性降低。
1
s 0 Kd 2
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 加工硬化
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 加工硬化
➢ 加工硬化产生原因 • 1、随变形量增加, 位错密度增加，由于位错之间的交
互作用(堆积、缠结)，使变形抗力增加. • 2. 随变形量增加，亚结构细化，空位密度增加 • 3. 几何硬化：由晶粒转动引起
纯金属 > 合金
化 学
低碳钢 > 高碳钢
成 碳钢 > 合金钢 分
低合金钢 > 高合金钢
碳和合金元 素含量越高， 塑性越差， 锻造性能越 差。
金属组织 单相固溶体 > 多相合金
第二相的性能、数量、形状、分布对多 相合金的锻造性能有重要作用（Cm）。 细晶粒金属 > 粗晶粒金属
细晶粒组织比粗晶粒具有更好的塑性和 锻造性能。
(二)机床制造工业 ：主轴、传动轴、齿轮和切削刀具等都由锻件制成的。 (三)电力工业：水轮机主轴、透平叶轮、轮子、护环等均由锻件制成。 (四)交通运输工业：机床上的锻压件重量占60％；汽车上的锻压件重量
占80％；轮船上的发动机曲轴和推力轴由锻制而成。 (五)农业：拖拉机、收割机的主要零件也都是锻制成的，如拖拉机上就
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 回复、再结晶软化
温度升高 能量？如何降低能量？
3.0 塑性变形基础
回复、再结晶软化
回复 再结晶 晶粒长大
能量？如何降低能量？
3.0 塑性变形基础
回复、再结晶软化
动态再结晶
3.0 塑性变形基础
回复、再结晶软化
正常长大
异常长大
3.0 塑性变形基础
二、塑性变形 变形温度、速度