第六章塑性成形工艺

第六章 塑性成形工艺
第二节 金属塑性成形方法
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第二节 金属塑性成形方法
（一）自由锻基本工序
1.镦粗 使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序称为镦粗。
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第二节 金属塑性成形方法
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第二节 金属塑性成形方法
（一）自由锻基本工序
2.拔长 使坯料横截面减小而 长度增加的锻造工序叫拔长。 （1）拔长变形的特点 （2）拔长方法
2.确定锻造成形工艺方案 3. 计算毛坯重量和尺寸
(1)计算毛坯重量
毛坯重量为锻件重量与锻造时各种金属损耗的重量之和。计算 公式如下：
m坯=m锻+m损=m锻+m烧+m芯+m切 (6-1）
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第二节 金属塑性成形方法
（2）确定毛坯尺寸 采用镦粗方法锻造时，为避免镦粗时产生弯曲现象， 毛坯高径比不得超过2.5，同时为了在下料时便于操作， 毛坯高径比还应大于1.25，即： 1.25 Do≤Ho ≤2.5Do （6-3） 由于毛坯重量已知，便可算出毛坯体积V坯 V 坯= G 坯／ ρ （6-4）
2.体积不变条件（定律） 由于塑性变形时金属密度的变化很小，物体主要发生 形状的改变，虽然体积也有微量的变化，但与塑性变形相 比是很小的，可以忽略不计，可认为变形前后的体积相等 ，这就是塑性变形时的体积不变条件。
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第一节 塑性成形理论基础知识
六、材料的塑性成形性（可锻性）
抗力 塑性
定义：材料的塑性成形性是指材料经过 塑性变形而不产生裂纹和破裂以获得所需形 状的性能。该性能受以下因素影响： 1.材料性质的影响（内因） (1)化学成分的影响 (2)金属组织的影响 2.变形条件的影响 （外因） (1) 变形温度的影响 （ 一定范围，温度
高，塑性好）
(2) 变形速度的影响 变形速度即单位 时间内的变形程度。它对金属的塑性成形性 的影响是比较复杂的。 (3)应力状态的影响 --（压应力越多， 塑性越好）
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（一）分离工序
１.冲裁（落料和冲孔） 冲裁：是使坯料按封闭轮廓分离的工序。 落料：是指被分离的部分为成品，而周边是废料； 冲孔：被分离的部分为废料，而周边是成品。
冲孔 落料
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(1)冲裁变形过程 冲裁时板材的变形和分离过程对冲裁件质量有很大影响。当凸 凹模间隙正常时，其过程可分为如下三个阶段。
（ 1 ）加工余量 工余量。
自由锻件表面留有供机械加工用的金属层，称为加
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（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。
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第一节 塑性成形理论基础知识
五、塑性成形基本定律
1.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，这就叫做最小阻力定 律。
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6）锻件图的技术条件（热处理等方面要求）
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2. 锻造压力机上模锻
（1）热模锻压力机上模锻 热模 锻 压 力 机 采用整体 床身或有预应力的框架式机 身，通过曲柄连杆机构使滑 块往复运动进行模锻。
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第二节 金属塑性成形方法 2. 锻 造 压 力 机 上模锻
三、挤压成形
2．挤压方法分类及应用 （2）按挤压时金属的流动方向与凸模运动方向不同分类 ③复合挤压 ④减径挤压 ⑤径向挤压
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第二节 金属塑性成形方法 四、板材冲压成形（Sheet Forming）
定义： 板材冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。 特点：（产品应用非常广泛！！） ①板材冲压生产主要是依靠冲模和冲压设备完成加工，工艺过程便于实 现机械化和自动化，生产率很高，操作简便，故零件成本低。 ②可以冲压出形状复杂的零件，一般不需再进行切削加工，且废料较少 ，因而节省原材料和能源消耗。 ③板材冲压常用的原材料有低碳钢以及塑性高的合金钢和有色金属，多 是表面质量好的板料、条料或带料，产品重量轻、材料消耗少、强度高、刚 性好。 ④冲压件的尺寸公差主要由冲模来保证，因此产品具有足够高的精度和 较低的表面粗糙度，尺寸稳定，互换性好。 缺点：冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才 显得突出。 冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。
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二、模型锻造（Model Forging）
利用模具使毛坯变形获得锻件的锻造方法称为模型锻造。 模锻的特点 模锻的应用
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1. 锤上模锻 在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻。
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一、自由锻
自由锻（ Free Forging ）是在自由锻设备上利用简单的通用 性工具（如砧子、型砧、胎模等）使坯料变形而获得所需的几何 形状及内部质量的锻件的加工方法。 常用的自由锻设备有空气锤、蒸汽 — 空气自由锻锤、液压机 等。 自由锻设备通用性好、工具简单，可锻大型件，锻件组织细 密、力学性能好。但其操作技术要求高，生产效率低。自由锻件 形状较简单、加工余量大、精度低。一般小型锻件以成形为主， 大型锻件（尤其是重要件）和特殊钢则以改善内部质量为主。 自由锻的工序包括基本工序、辅助工序和修整工序。
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（2）模锻件图的制订 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。
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（2）模锻件图的制订 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。
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用于塑性成形的金属材料包括黑色金属和有色金属，大
多数金属及其合金均具有一定的塑性，可在热态或冷态下进
行各种塑性成形。
金属塑性成形中作用在金属坯料上的外力主要有两种：冲 击力和压力。
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第一节 塑性成形理论基础知识
一、塑性变形机理 单晶：
经典理论认为：晶粒内部产生了滑移和孪晶 近代物理学理论认为：位错等缺陷的运动
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2. 锻造压力机上模锻 （3）平锻机模锻 平锻机是具有镦 锻滑块和夹紧滑块的 卧式压力机，其主滑 块水平运动，故称之 为平锻机。
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三、挤压成形
挤压成形是金属坯料在模具内通过压力机强大的压力和一定速度 作用下，迫使金属从模口挤出，从而获得所需形状、尺寸并具有 一定力学性能制品的成形方法。 挤压成形可在专用挤压机上进行，也可在一般通用压力机、液压 机上进行。
（1）热模锻压 力机上模锻 热模锻压力机滑 块运动精确，模具 有导向装臵，工步 分为预成形、预锻 、终锻等。
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2. 锻造压力机上模锻 （ 2 ）螺旋压力机上 模锻 螺旋压力机是利 用飞轮旋转积蓄的能 量，靠主螺杆的旋转 带动滑块上、下运动 使坯料模锻成形的。
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(２)断面质量 冲裁件的断面具有明显的区域性特征，由圆角带、光亮带、 断裂带和毛刺四个部分组成。
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第二节 金属塑性成形方法 (３)凸凹模间隙 凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件的断面质量，也影响着模 具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。
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4. 确定锻造温度范围 始锻温度 终锻温度
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4. 确定锻造温度范围
常用金属的锻造温度范围
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5. 制订自由锻工艺规程卡
锻造工艺规程卡上需填写工艺规程制定的所有内容。它包 括下料方法、工序安排、火次、加热设备、加热及冷却规范 、锻造设备、锻件锻后处理等等。
1. 锤上模锻
（1）锻模结构
连杆锻 件的模 膛
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（2）模锻件图的制订 1 ） 分模面位臵的选择 （ 方便取件，利于充模，防 错移等）
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（2）模锻件图的制订 2）加工余量、公差和余块的确定 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。
多晶： 多晶体金属的塑性变形由晶内变形和晶间
变形所组成。 晶间变形是指晶粒间的相对位移，包括晶粒间的 相对滑动和转动。
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二、加工硬化、回复和再结晶
1.加工硬化 金属在冷变形加工时，随变形量增加，金属材料的强度、硬度 提高，但塑性、韧性下降的现象称为加工硬化。 加工硬化是一种不稳定状态！ 2.回复和再结晶 (1)回复 将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到 平衡位臵，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复。 回复温度约为： T回=(0.25-0.3)T熔（K）。 回复时不改变晶粒的形状！ (2)再结晶 塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结 晶，变为等轴晶粒的现象，称为再结晶，此时晶内残余应力消除。 再结晶温度： T再=0.4T熔(K)。
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（3）影响拔长质量的工艺因素 1）送进量的影响 2）压下量的影响 3）砧子形状的影响
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3.冲孔
将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为 冲孔。
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第二节 金属塑性成形方法 （二）自由锻工艺规程的制定 1.绘制锻件图
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塑性成形 (Plasticity Forming) 是指对金属材料施加 外力作用，利用金属的塑性使其产生塑性变形，从而获得 具有一定的形状、尺寸、组织和性能的工件或毛坯的加工 方法，也称为塑性加工或压力加工。 常见的塑性成形方法有：锻造、冲压、挤压、轧制、 拉拔等。
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四、变形程度、锻造比与锻造流线
1.纤维组织（锻造流线） 锻造时，晶界脆性杂质被打碎，பைடு நூலகம்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 条状分布，这种结构称为纤维组织或锻造流线。 2.锻造比 在塑性成形时，常用锻造比 (Y)来表示变形程度。 Y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： 拔长时的锻造比：Y拔=F0／F 镦粗时的锻造比：Y镦=H0／H
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1．挤压成形工艺的特点 2．挤压方法分类及应用 冷挤压
（1）按坯料温度不同分类 温挤压 热挤压
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三、挤压成形
2．挤压方法分类及应用 （2）按挤压时金属的流动方向与凸模运动方向不同分类 ①正挤压 ②反挤压
反挤压
正挤压
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三、金属的冷变形和热变形
1.冷变形 在回复温度以下进行的塑性变形称为冷变形 。变形过程中会出现加工硬化。 2.热变形 在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变 形。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。 金属塑性加工采用的最初坯料是铸锭，其内部组织很不 均匀，晶粒较粗大，并存在气孔、缩松、非金属夹杂物等缺 陷。铸锭经加热后塑性加工，由于塑性变形及再结晶，从而 改善了粗大、不均匀的铸态结构，获得了细化了的再结晶组 织，同时可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属 更加致密，力学性能得到很大提高。