《塑性成形工艺》PPT课件

而横向的塑性，韧性却逐渐下降
钢材 y
碳素结构钢 合金结构钢 高速钢
2~3
3~4
5~12
不锈钢 4~6
第一节 压力加工基本原理
锻造流线 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；塑性杂质随 着金属变形沿主要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。
第二节 自由锻
② 选择锻件坯料质量及尺寸
G锻=V锻∙ρ=（D2-d2）Hρπ/4 G芯=（1.18～1.57）d2H G烧=（G锻+G芯）×2.5% G=G锻+G芯+G烧
第二节 自由锻
③ 变形工艺
H0/D0=1.5 V=π/4 ∙ D02 ∙ H0=π/4 ∙ D02 ∙ 1.5D0=G/ρ
自由锻工艺过程： ⑴ 加热毛坯 ⑵ 墩粗毛锻件高度 ⑶ 滚圆
火。 适合：变形抗力大、加工硬化敏感的高碳钢，中高合金钢，
轴承钢，不锈钢等。
第一节 压力加工基本原理
二、金属的可锻性能(塑性＋变形抗力）
•衡量材料经受压力加工难易程度的工艺性能。
1.金属的本质
化学成分 性↓
元素种类↑ 含量↑ 可锻
组织结构 形
单相比多相可锻性好，多相塑
起内应力，导
不同，变形不均引
2、变形的条件
晶界的低熔点物质，金属基体晶粒将快速长大，容易产 生过烧或过烧缺陷，故高温合金钢的始锻温度要比碳钢 低。
由于高温合金的再结晶温度高，再结晶速度低， 变形抗力大，塑性差，易断裂，故高温合金钢的终锻温 度又要不碳钢高。
第二节 自由锻
3、锻造特点
• 控制变形量
始锻和终锻时变形量要小，即要轻打，锻造过程中则要重打。
第三节 模型锻造
（3）零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免 薄壁、高筋、凸起等结构，以使金属容易充满模膛 和减少工序。 （4）设计时应尽量避免深孔，深槽或多孔结构。 （5）在可能的条件下，应采用锻-焊组合工艺，以 减少敷料，简称为锻焊工艺。
轴类锻件结构
第二节 自由锻
2、尽量减少辅助结构 不设计加强筋、凸台
（a）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构
盘类锻件结构
第二节 自由锻
3、不能有空间曲线
（a）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构
杆类锻件结构
第二节 自由锻
4、复杂零件可设计成简单零件的组合
பைடு நூலகம்
（a）工艺性差的结构
（b）工艺性好的结构
6）锻件图的技术条件
第三节 模型锻造
（2）确定模锻工步
长轴类模锻件
第三节 模型锻造
盘类模锻件
第三节 模型锻造
（3）修整工序
切边和冲孔 校正 热处理 清理 精压
切边模 冲孔模
第三节 模型锻造
3.模锻零件结构工艺性
设计模锻零件是，应根据模锻特点和工艺要求， 使零件结构符合下列原则，便于模锻生产和降低成本： （1）模锻零件必须具有合理的分模面，以满足制模方便， 金属易于充满模腔，锻件便于出模及减少余量。 （2）锻件上与分模面垂直的非加工表面应设计出结构斜 度，非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。
材料 钢材 工业纯铜
再结晶温度 480~600 200~270
热锻温度 1250~800 800~600
第一节 压力加工基本原理
锻造比
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，通常用变形 前后的截面比、长度比或高度比来表示：
❖
拔长
y拔=A0/A1=L1/L0
❖
①变形温度 T↑，原子动能 ↑ 结合力↓，可锻性↑， δ ↑。
• 如右图所示，碳钢的始锻温 度比AE线低约150~250℃， 终锻温度为800℃左右。
碳素钢的锻造温度范围
第一节 压力加工基本原理 ②变形速度的影响
• 变形速度指单位时间的变形程度。 • 当变形速度ω＜ ω k时， ω ↑δ↓σs↑
原因：回复，再结晶不能及时消除加工 硬化效果
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，称为模锻斜度。
第三节 模型锻造
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。
第三节 模型锻造
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，称为冲孔连皮。
加工余量。 （2）锻造公差 在实际生产中，由于各种因素的影响，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。
（3）余块 为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，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。
第二节 自由锻
第二节 自由锻
1）分模面位置的选择
a 要保证模锻件能从模 腔中取出。
b 上下两模沿分模面的 模腔轮廓一致。
c 分模面能使模膛深度 最浅。
d 分模面应使零件上所 加的辅料最少。
e 分模面为平面，使上 下锻模的模膛深度一致。
第三节 模型锻造
2）加工余量、公差和余块的确定 余量：1~4mm 公差：±（0.3~3）mm
• 模锻设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，模 锻件的质量受到模锻设备吨位的限制，一般在150kg 一下。
• 在汽车、拖拉机、飞机和动力机械等工业中，得到广 泛应用 。 在一些工业发达国家，生产的模锻件占锻 件总质量的70%以上。
第三节 模型锻造
• 按使用设备可分为：
锤上模锻 胎模锻 压力机上模锻
第十三章 压力加工
第一节 压力加工基本原理 第二节 自由锻 第三节 模锻 第四节 板料冲压
第十三章 压力加工
压力加工：使金属坯料在外力作用下产生 塑性变形，以
获得所需形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯和零件的加 工方法。
机械性能高
特点 节省金属
易实现机械化和自动化，生产效率 高
第一节 压力加工基本原理
2、坯料的质量及尺寸计算
• G坯料=G锻件+G烧损+G料头 • G烧损― 加热时坯料表面氧化而烧损的重量。第一 次加热取被加热金属的2%～3%，以后各取（每次加 热）1.5% ～2.0%
• G料头―在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属 的质量。如冲孔时坯料中部分的料芯，修切端部产 生的料头等。
第二节 自由锻
第二节 自由锻
3、选择锻造工序
制定变形工艺
基本工序 辅助工序
修整工序
• 应根据锻件的技术要求、坯料情况、生产批量 确定工序顺序和设计工序尺寸 。
第二节 自由锻
4、选择锻造设备
墩粗：G=（0.002～0.003）K∙F K—与材料强度σb有关的系数（可查表） F—锻件墩粗后与工具的接触面在水平方向投影面积
第一节 压力加工基本原理
三、金属的变形规律
1、体积不变定律： • 由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为
坯料变形前后的体积相等。 • 应用体积不变定律—计算坯料尺寸，工序尺寸，
锻模尺寸
第一节 压力加工基本原理 2、最小阻力定律
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，则质点将沿着阻力最小的方 向移动，故宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大。
• 增大锻造比
高合金钢钢锭内部缺陷多，需通过反复镦拔，增大锻造比，才 能消除钢中的缺陷，均匀细化碳化物，提高机械性能。
• 变形要均匀 • 避免出现拉应力
对于塑性低的高合金钢，拔长时最好在V形砧铁中进行，或者是 上面用平砧下面用V形砧铁。如此可改变坯料变形中的应力状态， 从而提高塑性，避免产生裂纹。
4、锻后冷却——缓冷（即炉冷，灰坑或沙坑中冷）
第三节 模型锻造
一、 锤上模锻
在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻。
第三节 模型锻造
1.锻模结构
终锻模腔
模锻模腔
预锻模腔
制坯模腔
拔长模腔 滚压模腔 弯曲模腔 切断模腔
第三节 模型锻造
第三节 模型锻造
第三节 模型锻造
开式
闭式
第三节 模型锻造
第三节 模型锻造
第三节 模型锻造
第三节 模型锻造
2. 制定模锻工艺规程 （1）模锻件图的制订
第二节 自由锻
⑷ 用冲子两面冲孔 ⑸ 带着冲子滚圆 ⑹ 校正孔径 ⑺ 平整端面
④ 选择锻造设备
• 根据锻件最大尺寸查有关手册，选用0.5t空气锤
第二节 自由锻
二、自由锻件结构工艺性
工艺要求：在满足使用要求的前提下，锻件形状应尽量简单和规则。 1、避免锥体和斜面结构
（a）工艺性差的结构
（b）工艺性好的结构
第三节 模型锻造
在高强度金属 锻模上预先制出与锻件 形状一致的模腔，使坯 料在模腔内手压变形， 锻造终了得到和模腔形 状相符的锻件。
第三节 模型锻造
特点：
• 生产率高，可锻造形状复杂，尺寸精确和表面较光洁 的锻件，因而机械加工余量小，材料利用率高，成本 较低；而且可使锻件的金属纤维组织分布更为合理， 进一步提高了零件的使用寿命。
压力机→500t（水压机）可锻300t锻件
自由锻
基本工序→ 使金属坯料产生一定程度的塑性 变形，达到所需形状和尺寸
辅助工序→预变形工序如压钳把、倒棱边、压痕
精整工序→清除表面凹凸不平及整形、减小锻件表面 缺陷。
第二节 自由锻
（一）自由锻工艺规程的制定
1.绘制锻件图 （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
拔长：G=2.5F F—坯料横截面积或根据最大尺寸查有关手
5册、确定锻造温度
如45#始锻1200℃ 终锻800℃
第二节 自由锻
例：某减速器中的中间齿轮，锻造工艺规程制定。
齿轮零件图
第二节 自由锻
工艺： ① 绘制锻件图 • 齿轮的齿形，端面的凹槽 • 四孔Φ30及键槽都不锻出，添加余块，简化外形
齿轮锻件图
第一节 压力加工基本原理
第一节 压力加工基本原理
3 温变形
金属在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的塑性成形过程，温变形过程 中有加工硬化及回复现象，但无再结晶，硬化只得到部分消除。
与热变形相比：其坯料氧化和脱碳较少，利于提高工件 的精度与表面质量。
与冷变形相比：温变形使变形抗力减小，塑性增加，一 般不需要预先退火，表面处理和工序间退
变形速度对金属可锻性的影响
1—变形抗力曲线
❖ 当变形速度ω ＞ ω k时， ω ↑δ↑σs↓
2—塑性变化曲线
❖ 原因： 变形过程中消耗于塑形变形的一部分能量转化为热能使T↑， ω
↑, σs↓
第一节 压力加工基本原理 ③应力状态 • 压应力数目越多，塑形越好，拉应力数目越多，
塑形越差。
不同变形方法时金属的应力状态
• 大型锻件要考虑切除钢锭头和钢锭尾部的质量
确定坯料尺寸
碳素钢锭拔长—锻造比≥2.5～3 碳素钢轧材—锻造比1.3 ～1.5
墩粗： 1.25≤H0/D0≤2.5
H0/D0<1.25时 H0/D0>2.5时
坯料过短，下料 困难 坯料过长，墩粗 易产生纵向弯曲
拔长：F坯/F锻=Y（锻造比）应在3～5之间
复杂件结构
第二节 自由锻
三、高合金钢锻造特点 •合金元素含量很高，内部组织复杂、缺陷多、塑性 差、锻造时难度较大
1、备料特点 不允许存在表面裂纹等缺陷 + 锻前退火
2、加热及锻造温度特点 低温装炉，缓慢升温 若高温装炉、快速加热，则比产生较大的热应力，
导
第二节 自由锻
锻造温度范围窄，一般只有100～200℃ 高合金钢成分复杂，加热温度偏高时，分布在
墩粗
y墩=A1/A0=H0/H1
式中 A0、A1毛坯变形前后的截面积； H0、H1毛 坯变形前后的高度；L0、L1毛坯变形前后的长度。
第一节 压力加工基本原理
y<2 锻件纵向和横向的力学性能均显著提高。
y=2~5 纤维组织开始形成，纵向性能略微提
高，横向性能开始下降。
y>5 高，
纤维组织已非常明显，纵向性能不再提
• 对金属坯料施加外力使应力超过材料σs，材 料会产生塑性变形。 按照变形后金属有无硬化现象，塑性变形可 分为：冷变形、热变形、温变形 。
第一节 压力加工基本原理
1、冷变形 • 金属在回复温度以下进行的塑性变形，变形后有明
显加工硬化现象。 (如：冷轧、拉、冲、挤） • 大多数钢材和多数金属材料，冷变形是在室温下进
行，可避免金属加热缺陷，获得较高的精度和表面 质量，强度，硬度。 • 限于：低碳钢、有色金属及合金的薄件和小件加工
第一节 压力加工基本原理
2、热变形
在再结晶温度以上进行，金属在热变形过程中既 有加工硬化又有再结晶，但加工硬化会被回复和 再结晶完全消除。（如热锻、热轧、热挤压）
热变形温度比再结晶温度高得多。
不同截面金属的流动情况
金属镦粗变形
第二节 自由锻
• 自由锻：利用外力使金属 在上下两个砧铁之间产生 变形，从而得到所需形状 及尺寸的锻件。
（坯料在砧铁间受力变形时， 朝各个方向可以自由流动， 不受限制。）
第二节 自由锻
手工锻造
自由锻
锻锤
机器锻造
空气锤 蒸汽空气锤（max 50kN 可生产1500Kg）