锻压成形工艺课件.pptx
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第11章 压力加工
概述：
一、压力加工的概念
压力加工是金属坯料在外力的作用下产生塑性变形， 从而获得一定形状、尺寸和性能的原材料、毛坯或零 件的加工方法。
二、压力加工的特点和应用范围
（1）力学性能高：既可以改变材料的形状和尺寸，又能改变材 料的组织和性能。可以压合铸造组织的内部缺陷，使成分均匀， 夹杂物均布，形成纤维组织，细化晶粒。所以，锻压件的机械性 能好。近年来，采用形变热处理的方法(将压力加工与热处理工 艺相结合)，可同时获得形变强化和相变强化，进—步提高零件 的强韧性。 （2）节省金属：由于提高了金属的力学性能，在同样受力和工 作条件下，可以缩小零件的截面尺寸。 （3）生产率高：多数压力加工方法，特别是轧制、挤压、拉拔 等，金属连续变形，且变形速度很高，故生产率高。
三向受压时金属的塑性最好，出现拉应力则使塑性降低。 因为压应力阻碍了微裂纹的产生和发展，而金属处于拉应 力状态时，内部缺陷处会产生应力集小，使缺陷易于扩展 和导致金属的破坏。因此，选择变形方法时，对于塑性好 的金属，变形时出现拉应力是有利的，可减少变形时的能 量消耗。而对于塑性差的金属材料，应避免在拉应力状态 下变形，尽量采用三向压应力下变形。
在金属变形过程中遵循体积不变和最小阻力定 律（金属变形时首先向阻力最小的方向流动）。
§11-1-3 金属的变形规律
1、体积不变定律 金属坯料变形后的体积等于变形前的体积。
2、最小阻力定律 金属变形时首先向阻力最小的方向流动。
§11-2 常用锻造方法
§11-2-1 自由锻造
一、概述 1、自由锻的概念 将加热后的坯料放在铁砧上，在压力或冲击力的作用下使其自由 变形获得锻件的方法。 2、自由锻的分类 手工自由锻和机器自由锻。 3、自由锻的特点 坯料的变形不受模具限制，设备和工具的通用性大，锻件的重量 不受限制，是生产大型锻件的唯一方法。但是，生产率低，锻件 精度低，加工余量大，只适合于单件小批量生产形状简单件。
名词解释: flange (法兰) A protruding rim, edge, rib, or collar, as on a wheel or a pipe shaft, used to strengthen an object, hold it in place, or attach it to another object. 凸缘车轮或管道上突出的边、缘、肋条或环圈，用来增加 .Flang物e 体强度、固定物体或使某一物体附着在另一物体上.
纤维组织的明显程度与锻造比有关。热加工时应力求使 流线合理分布：最大正应力与纤维方向一致，最大切应 力与纤维方向垂直，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓 分布而不被切断。
吊钩中的纤维组织
滚压成型后螺纹内部的纤维分布
§11-1-2 金属的锻造性能 1、金属的锻造性（可锻性） 是衡量材料在利用锻造成型时的难易程度的工艺性能。 它是由材料的塑性和变形抗力两个因素决定。塑性好， 变形抗力小的材料，锻造性能就好。反之依然。 2、影响金属锻造性的因素
变形速 度与锻造 性能的关 系如图。
C.应力状态：变形方法不同，在金属中产生的应力状态也 不同，即使同一种变形方式，金属内内部不同位置的应力 状态也可能不同。
金属在挤压时三向受压(图11~4(a))，，表现出较高的塑 性和较大的变形抗力；拉拔时两向受压、一向受拉(图ll— 4(b)),表现出较低的塑性和较小的变形抗力；平砧墩粗时(图 11 ~ 4(c) ），坯料内部处于三向压应力状态，但侧表面层 在水平方向却处于拉应力状态，因而在工件侧表面容易产 生垂直方向的裂纹。
确定锻造温ห้องสมุดไป่ตู้范用的理论依据主要是合金状态图。
常见加热缺陷有：氧化、脱碳、过热、过烧 和开裂。
过热:由于加热温度过高或高温下保温时间过长而引 起晶粒粗大的现象。可通过正火细化晶粒，恢复锻造 性能。
过烧：加热温度过高接近金属熔点时，晶界出现氧化 或熔化的现象。加热缺陷无可挽回。
b. 变形速度:
变形速度： 指单位时 间内材料 的变形程 度。
二、自由锻设备
1、空气锤 利用电机作动力，结构小，打击速度快，锤击能量小，只 适合于100Kg以下小件的锻造。 2、蒸汽-空气锤 以6~9个大气压的蒸汽或压缩空气为动力。适合于中型或较 大锻件的锻造。 3、水压机 利用水泵产生的高压水作动力。具有行程大，变形速度慢， 工件变形均匀等优点，并且产生的是静压力，可制成大吨 位的设备，适合于锻造大型锻件。 缺点是结构大，供水与操作系统复杂。
1）金属的本质
a. 化学成分 低碳钢、低合金钢及铝合金锻造性好，高合金钢
的锻造性差，铸铁不能锻造。
b. 组织结构 ：具有细小的晶粒、单相组织、面心立方结构的合
金具有好的锻造性。
2）变形条件 a. 变形温度:锻造时，必须合理地控制锻造温度范围，即始锻温
度与终锻温度之间的温度间隔，始锻温度是指金属开始锻造时的 温度，—般为锻造时所允许的最高加热温度，终锻温度是指金属 停止锻造时的温度。 在锻造过程中随着温度的降低，工件材料的 变形能力下降，变形抗力增大，下降至终锻温度时，必须停止锻 造。重新加热，以保证材料具有足够的塑性和防止锻裂。
压力加工与铸造相比，成本较高，成形较困难，由于是在固态 下成形，无法获得截面形状 (特别是内脏)复杂的产品。
§11-1 压力加工理论基础
§11-1-1 金属的纤维组织及锻造比 锻造比：通常用拔长时的变形程度来衡量。
纤维组织：热加工使得材料内部的各种可变形的夹杂物 沿塑性变形方向拉长所形成的流线组织。
三、自由锻的基本工序 基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等。
四、自由锻工艺规程的制订
1、绘制锻件图（在零件图基础上考虑加工余量、 锻件公差、余块）其中余块是指为了简化锻件形状、便
于锻造而增加的一部分金属。 2、选择自由锻工序依据是锻件的形状、尺寸、技术要求和 生产数量。 3、计算坯料质量和尺寸 4、选择锻造设备根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序、 设备的锻造能力并结合实际来确定 5、确定锻造温度范围
概述：
一、压力加工的概念
压力加工是金属坯料在外力的作用下产生塑性变形， 从而获得一定形状、尺寸和性能的原材料、毛坯或零 件的加工方法。
二、压力加工的特点和应用范围
（1）力学性能高：既可以改变材料的形状和尺寸，又能改变材 料的组织和性能。可以压合铸造组织的内部缺陷，使成分均匀， 夹杂物均布，形成纤维组织，细化晶粒。所以，锻压件的机械性 能好。近年来，采用形变热处理的方法(将压力加工与热处理工 艺相结合)，可同时获得形变强化和相变强化，进—步提高零件 的强韧性。 （2）节省金属：由于提高了金属的力学性能，在同样受力和工 作条件下，可以缩小零件的截面尺寸。 （3）生产率高：多数压力加工方法，特别是轧制、挤压、拉拔 等，金属连续变形，且变形速度很高，故生产率高。
三向受压时金属的塑性最好，出现拉应力则使塑性降低。 因为压应力阻碍了微裂纹的产生和发展，而金属处于拉应 力状态时，内部缺陷处会产生应力集小，使缺陷易于扩展 和导致金属的破坏。因此，选择变形方法时，对于塑性好 的金属，变形时出现拉应力是有利的，可减少变形时的能 量消耗。而对于塑性差的金属材料，应避免在拉应力状态 下变形，尽量采用三向压应力下变形。
在金属变形过程中遵循体积不变和最小阻力定 律（金属变形时首先向阻力最小的方向流动）。
§11-1-3 金属的变形规律
1、体积不变定律 金属坯料变形后的体积等于变形前的体积。
2、最小阻力定律 金属变形时首先向阻力最小的方向流动。
§11-2 常用锻造方法
§11-2-1 自由锻造
一、概述 1、自由锻的概念 将加热后的坯料放在铁砧上，在压力或冲击力的作用下使其自由 变形获得锻件的方法。 2、自由锻的分类 手工自由锻和机器自由锻。 3、自由锻的特点 坯料的变形不受模具限制，设备和工具的通用性大，锻件的重量 不受限制，是生产大型锻件的唯一方法。但是，生产率低，锻件 精度低，加工余量大，只适合于单件小批量生产形状简单件。
名词解释: flange (法兰) A protruding rim, edge, rib, or collar, as on a wheel or a pipe shaft, used to strengthen an object, hold it in place, or attach it to another object. 凸缘车轮或管道上突出的边、缘、肋条或环圈，用来增加 .Flang物e 体强度、固定物体或使某一物体附着在另一物体上.
纤维组织的明显程度与锻造比有关。热加工时应力求使 流线合理分布：最大正应力与纤维方向一致，最大切应 力与纤维方向垂直，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓 分布而不被切断。
吊钩中的纤维组织
滚压成型后螺纹内部的纤维分布
§11-1-2 金属的锻造性能 1、金属的锻造性（可锻性） 是衡量材料在利用锻造成型时的难易程度的工艺性能。 它是由材料的塑性和变形抗力两个因素决定。塑性好， 变形抗力小的材料，锻造性能就好。反之依然。 2、影响金属锻造性的因素
变形速 度与锻造 性能的关 系如图。
C.应力状态：变形方法不同，在金属中产生的应力状态也 不同，即使同一种变形方式，金属内内部不同位置的应力 状态也可能不同。
金属在挤压时三向受压(图11~4(a))，，表现出较高的塑 性和较大的变形抗力；拉拔时两向受压、一向受拉(图ll— 4(b)),表现出较低的塑性和较小的变形抗力；平砧墩粗时(图 11 ~ 4(c) ），坯料内部处于三向压应力状态，但侧表面层 在水平方向却处于拉应力状态，因而在工件侧表面容易产 生垂直方向的裂纹。
确定锻造温ห้องสมุดไป่ตู้范用的理论依据主要是合金状态图。
常见加热缺陷有：氧化、脱碳、过热、过烧 和开裂。
过热:由于加热温度过高或高温下保温时间过长而引 起晶粒粗大的现象。可通过正火细化晶粒，恢复锻造 性能。
过烧：加热温度过高接近金属熔点时，晶界出现氧化 或熔化的现象。加热缺陷无可挽回。
b. 变形速度:
变形速度： 指单位时 间内材料 的变形程 度。
二、自由锻设备
1、空气锤 利用电机作动力，结构小，打击速度快，锤击能量小，只 适合于100Kg以下小件的锻造。 2、蒸汽-空气锤 以6~9个大气压的蒸汽或压缩空气为动力。适合于中型或较 大锻件的锻造。 3、水压机 利用水泵产生的高压水作动力。具有行程大，变形速度慢， 工件变形均匀等优点，并且产生的是静压力，可制成大吨 位的设备，适合于锻造大型锻件。 缺点是结构大，供水与操作系统复杂。
1）金属的本质
a. 化学成分 低碳钢、低合金钢及铝合金锻造性好，高合金钢
的锻造性差，铸铁不能锻造。
b. 组织结构 ：具有细小的晶粒、单相组织、面心立方结构的合
金具有好的锻造性。
2）变形条件 a. 变形温度:锻造时，必须合理地控制锻造温度范围，即始锻温
度与终锻温度之间的温度间隔，始锻温度是指金属开始锻造时的 温度，—般为锻造时所允许的最高加热温度，终锻温度是指金属 停止锻造时的温度。 在锻造过程中随着温度的降低，工件材料的 变形能力下降，变形抗力增大，下降至终锻温度时，必须停止锻 造。重新加热，以保证材料具有足够的塑性和防止锻裂。
压力加工与铸造相比，成本较高，成形较困难，由于是在固态 下成形，无法获得截面形状 (特别是内脏)复杂的产品。
§11-1 压力加工理论基础
§11-1-1 金属的纤维组织及锻造比 锻造比：通常用拔长时的变形程度来衡量。
纤维组织：热加工使得材料内部的各种可变形的夹杂物 沿塑性变形方向拉长所形成的流线组织。
三、自由锻的基本工序 基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等。
四、自由锻工艺规程的制订
1、绘制锻件图（在零件图基础上考虑加工余量、 锻件公差、余块）其中余块是指为了简化锻件形状、便
于锻造而增加的一部分金属。 2、选择自由锻工序依据是锻件的形状、尺寸、技术要求和 生产数量。 3、计算坯料质量和尺寸 4、选择锻造设备根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序、 设备的锻造能力并结合实际来确定 5、确定锻造温度范围