材料工程基础 第三章

1.设备 曲柄压力机、液压压力机 2.基本工序 （1）分离工序 1）剪切 按不封闭轮廓线分离 2）冲裁 冲孔 剩下的部分是工件 落料 冲下的部分是工件 冲裁过程
冲裁间隙 落料：凹模尺寸=落料件尺寸 凸模尺寸=凹模尺寸-间隙值 冲孔：凸模尺寸=孔的尺寸 凹模尺寸=凸模尺寸+间隙值 整修 （3）精密冲裁 （2）成形工序 1）弯曲 最小弯曲半径
回复：消除部分内应力 再结晶：完全消除加工硬化 晶粒长大：使性能降低 （2）金属在热加工变形中的组织与性能变化 热加工变形：再结晶以上 组织：细小等轴晶、夹杂物与第二相破碎及拉 长、纤维组织（流线） 性能：加工硬化同时再结晶又能充分进行 注： a.可加工尺寸大的零件或较复杂的零件 b. 表面质量差，精度较低 c.纤维组织与冷变形中不同，设计时应使 纤维方向与承受最大拉应力方向一致


模锻模膛： 制坯模膛：镦粗、拔长、弯曲、切断 模锻模膛：预锻模膛 终锻模膛 有飞边槽 金属在模膛中的充填过程
终锻后，一般还要切边、冲孔、校正、热处 理等 4).选择模锻设备 此外，确定锻造温度范围、加热及冷却规范 等

（3）模锻件的结构工艺性 锻件应具有合理的分模面 锻件上与分模面垂直的非加工边面应设 计有适当的结构斜度，非加工表面所形 成的角应按模锻圆角设计 在满足使用前提下，形状力求简单，尽 量避免高筋、高台、薄壁、深孔或多孔 结构 形状复杂件可考虑锻焊结合
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若m太小不能一次拉制成深度和直径合乎要求， 则可多次拉深，中间进行再结晶退火 M=dn/D 圆角 c.拉深废品 拉穿、折皱 3）翻边 用扩孔的方法使带孔件在孔口周围制 出竖立边缘的冲压成形工艺 4）旋压 5）橡皮成形和液压成形 6）爆炸成形
3.结构工艺性 1）对各类冲压件的共同要求 a. 选材 b.冲压件形状简单、对称 c.表面质量要求应尽量避免高于原材料所具有的 表面质量 2）对冲裁件的要求 a.合理排样 b.冲孔的孔形与落料的外形力求简单、对称，尽 可能采用圆形、矩形等规则形状
C.避免长槽与细长悬臂结构 d. 孔与有关尺寸应满足规定要求 3）对弯曲件的要求 a.弯曲线应与流线垂直,R>Rmin b.弯曲边不宜过短，孔不宜距弯曲边太近 4）对拉深件的要求 a.外形简单、对称，且不宜太高 b.最小许可半径 c.复杂件可采用冲-焊结构
五、其他压力加工方法 1.轧制 热轧：由钢锭直接生产各种型材和中间坯料 冷轧：生产薄板 温轧：生产低塑性材料，如高速钢带 纵轧:辊锻 、碾环轧制 横轧 斜轧 楔横轧

与材料的力学性能、板料纤维方向、板料表面质 量等有关 回弹角 模具弯曲角比工件要求弯曲角小一 个回弹角 2）拉深 通过模具将坯料加工成空心体或对已初 拉成形的空心体继续拉深成形的工序 a.拉深变形过程 b.拉深工艺参数 拉深系数m=d/D m减小，变形程度增加 m不能太小，否则拉入凹模困难，易拉穿
（1）特点 精度高，表面质量好、机械强度高 每道拔制过程中变形量有限，多道拔制中要安 排再结晶退火 （2）应用 各种细线材、薄壁管及各种特殊几何形状的型材 4.超塑性成形 超塑性：金属材料在特定的条件下所表现出极大 的异常塑性现象
思考题
1.金属的压力加工主要有哪几类方法？ 2.什么是金属的可锻性？用什么指标来衡量？ 简述影响可锻性的因素。 3.自由锻有哪些基本工序？冲压有哪些基本工 序？ 4.试述模锻过程中金属在模膛中的充填过程。 5.金属挤压有哪几种形式？
一、锻压加工基础 1.金属塑性变形中组织与性能变化 （1）金属在冷加工变形中的组织与性能变化 冷加工变形：再结晶温度以下（通常在回复温度 以下） 组织：晶粒被拉长、碎化、纤维组织、变形织构 性能：加工硬化、产生内应力 注： 由于加工硬化，变形程度不易过大 b.表面质量好，尺寸精度高，机械性能好 c.冷变形后金属，随加热温度不同，会产生相应变 化：
三、模锻 在锻模模腔内成形 1.锤上模锻 （1）设备 蒸汽-空气模锻锤 （2）工艺规程 1）制定模锻件图 a. 分模面位置 b.加工余量、公差 c.冲孔连皮 锤上模锻不能直接锻出通孔，孔内 留有一定厚度金属层 一般直径30~80mm 冲孔连皮4~8mm; 直径小于30mm的孔，不锻出
d.模锻斜度、圆角半径 2）计算坯料尺寸 G坯料=G锻件+G连皮+G飞边+G烧损 再确定坯料尺寸 3）确定模锻工序 短轴类：镦粗制坯、终锻成形 或一次终锻成形 长轴类：拔长、滚挤、弯曲、预锻和终锻等
第三章 金属的压力加工
压力加工：固态金属在高温或常温下，在外力作
用下，产生塑性变形而获得所需尺寸、形状及机 械性能的毛坯或零件的工艺方法 压力加工方法：锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压 锻造：将固态金属加热到再结晶温度以上的压力 加工方法 冲压（冷冲压、薄板冲压）：利用模具对板料进 行冲压，并使之分离或变形的加工方法
（3）金属在温加工变形中的组织与性能 温加工变形：介于冷、热加工之间温度范围内 进行的加工 兼有冷、热加工某些特点： 表面光洁度、尺寸精度比热加工好； 工模具寿命比热加工长； 塑性比冷加工好； 变形抗力比冷加工好 自身特点 应用：奥氏体不锈钢、高速钢、铬钢等加工硬 化显著材料及塑性低的硅钢更适于温加工

3.锻件的加热和冷却 （1）锻造温度范围 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温 度的间隔 碳钢锻造温度范围 合金钢锻造温度范围 比碳钢小，且含合金元素越多，范围越小 （2）锻件冷却 空冷、坑冷、炉冷
4.金属的塑性变形规律 （1）体积不变条件（不可压缩条件） （2）最小阻力定律 二、自由锻造 加热后放在铁砧上 冲击力或压力 自由变形 1.设备 （1）空气锤 电动机驱动 几十公斤小锻件 （2）蒸汽空气锤（蒸空锤） 6~9大气压的蒸汽或压缩空气为动力 两吨以下中 小型件 （3）水压机 高压水为动力 钢锭为坯料的大件
2.挤压 强大压力 定向塑性变形并从模孔中挤出 （1）挤压特点 三向受压 可挤压出形状复杂件、深孔、薄壁、异型断面 精度高，表面粗糙度低 纤维连续基本沿零件结构外形分布 节约材料，生产率高
（2）方法 按金属流动方向与凸模运动方向不同 正挤压 反挤压 复合挤压 径向挤压 静液挤压 3.拉拔 牵引力作用下，使金属坯料通过一定 形状的模孔，使其横截面减小、长度增加的加 工方法
2.曲柄压力机上模锻 金属变形速度低，适于低塑性金属的模锻 金属在模膛中可一次锻压成形 振动小、噪音低 锻件精度比锤上模锻高 易于机械化和自动化 3.精密模锻 4.胎模锻
四、冲压 冲压利用冲模对板料进行冲压并之分离或变形 的加工方法 特点：材料常温下足够塑性，较低变形抗力 冲压件尺寸精度高，互换性好，质量稳定 冲压件重量轻，强度高，刚度好 冲压件一般不再切削加工 生产率高，操作简单，易于自动化 但冲模贵，生产周期长
2.金属的可锻性 （1）可锻性：衡量材料经受压力加工变形的难 易程度，用塑性和变形抗力两个因素来综合衡 量。 塑性越好，变形抗力越小，可锻性越好。 （2）影响因素 1）金属本质的影响 化学成分 纯金属比合金好 钢中碳含量、合金元素含量越高，成分越复杂， 可锻性越差
组织结构的影响 纯金属和单相固溶体较好 化合物差 细晶优于粗晶 2）变形条件的影响 变形温度 一般温度越高，可锻性越好； 但温度太高，易产生过热、过烧、氧化脱碳 变形速度 变形方式 压应力数目增加，塑性增加，但变形抗力增加； 拉应力数目增加，塑性降低，但变形抗力降低
2.工艺规程 规定产品或零件制造过程和操作方法等 的工艺文件 （1）绘制锻件图 考虑加工余量、锻造公差、工艺余块等后将零 件图绘成锻件图 余块：为简化形状便于锻造而添加的金属 （2）计算坯料的重量和尺寸 坯料重量=锻件重量+坯料损耗量 坯料尺寸：根据坯料重量且考虑锻造比等要求 来确定
锻造比：表示变形程度 镦粗时：Y=H0/H 盘类H/D2.5 拔长时：Y=F0/F 轴类F坯Yfmax 锻造比要适当 (3)确定变形工序 基本工序：镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、切 断、错移、扭转等 镦粗：H/D2.5 纵向裂纹 应用：得到比坯料横截面大的锻件 冲孔前序 提高长轴类零件锻造比


拔长



L合适 应用：长轴类零件 冲孔 镦粗后坯料上冲通孔、不通孔 冲通孔时，翻面 大孔用空心冲子 扭转 弯曲 切割 错移
（4）确定所需设备与工具 （5）确定火次、加热和锻后冷却以及热处理 规范 （6）填写工艺卡 3.自由锻件的结构工艺性 形状简单规则、锻造方便、节约金属、提高 生产率 4.自由锻特点和应用 设备简单通用，生产率低，劳动强度的大， 技术水平要求高，金属损耗大。适于小批量 生产精度和复杂程度不高的锻件 大小不限 大锻件生产的唯一方法