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1、,機(jī)械制造工藝基礎(chǔ),安徽新華學(xué)院,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,2.金屬的塑性成形-鍛壓工藝,了解金屬塑性成形的理論基礎(chǔ)； 掌握金屬的塑性成形方法及工藝； 掌握薄板沖壓成形工藝，包括各種成形模具結(jié)構(gòu)、基本工序和典形零件的工藝制定。,本章重點：,2.1 概述,2.2 塑性成形的理論基礎(chǔ),2.4 薄板的沖壓成形,2.5 塑性成形新工藝,2.3 塑性成形方法及工藝,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,金屬塑性成形工藝： 由利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的原材料、毛坯或零
2、件的生產(chǎn)方法，也稱為壓力加工。,金屬塑性加工適用的材料： 各種鋼材和大多數(shù)非鐵金屬及其合金都具有一定的塑性，都可在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行壓力加工。鑄鐵是脆性材料，不能進(jìn)行壓力加工。,2.1 概述,塑性變形: 當(dāng)外力增大到使金屬的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到甚至超過該金屬的屈服極限以后，金屬所產(chǎn)生的變形。當(dāng)外力停止作用后，金屬的變形并不消失，這種變形成為塑性變形。,2.1 概述,壓力加工的特點： （1）改善金屬的組織、提高力學(xué)性能 金屬材料經(jīng)壓力加工后，其組織、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金屬鑄錠內(nèi)部的氣孔、縮孔和樹枝狀晶等缺陷，并由于金屬的塑性變形和再結(jié)晶，可使粗大晶粒細(xì)化，得到致密的金屬組織，從而提高金屬的
3、力學(xué)性能。 （2）材料的利用率高 金屬塑性成形主要是靠金屬的體積重新分配，而不需要切除金屬，因而材料利用率高。 （3）較高的生產(chǎn)率 塑性成形加工一般是利用壓力機(jī)和模具進(jìn)行成形加工的，生產(chǎn)效率高。例如，利用多工位冷鐓工藝加工內(nèi)六角螺釘，比用棒料切削加工工效提高約400倍以上。 （4）毛坯或零件的精度較高 應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，可實現(xiàn)少切削或無切削加工。例如，精密鍛造的傘齒輪齒形部分可不經(jīng)切削加工直接使用，復(fù)雜曲面形狀的葉片精密鍛造后只需磨削便可達(dá)到所需精度。,金屬塑性加工常用方法： 沖壓、軋制、拉拔、擠壓等,缺點： 不能加工脆性材料（如鑄鐵）和形狀特別復(fù)雜（特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜）或體積特別大的零件
4、或毛坯。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,2.2 塑性成形的理論基礎(chǔ),2.2.1 金屬的塑性變形及變形后的性能,1..金屬塑性變形的本質(zhì) （1）理想的單晶體 對于理想的單晶體可以用晶粒內(nèi)部的滑移變形來解釋,(2) 存在缺陷的晶體 可用位錯運(yùn)動理論來解釋,(3) 多晶體 多晶體的塑性變形可以看成是組成多晶體的許多單個晶粒內(nèi)部產(chǎn)生變形，以及晶粒間產(chǎn)生滑移和晶粒轉(zhuǎn)動的綜合效果,2. 金屬在常溫下經(jīng)過塑性變形，內(nèi)部組織將發(fā)生變化： （1）晶粒沿變形最大的方向伸長 （2）晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 （3）晶粒間產(chǎn)生碎晶,3. 加工硬化 金屬在常溫下
5、隨著變形量的增加，強(qiáng)度和硬度升高，而塑性和韌度下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。（滑移面上的碎晶塊和附近晶格的強(qiáng)烈扭曲，增大了滑移阻力）,4. 回復(fù)及回復(fù)溫度 加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，但在室溫下不易實現(xiàn)。提高溫度，原子獲得熱能，熱運(yùn)動加劇，使原子得以回復(fù)正常排列，消除了晶格扭曲，可使加工硬化得到部分消除。這一過程稱為“回復(fù)”。 這時的溫度稱為回復(fù)溫度。 T回=（0.250.3）T熔（T絕對溫度）,5. 再結(jié)晶及再結(jié)晶溫度 （再結(jié)晶視頻 鏈接http://etc- 當(dāng)溫度繼續(xù)升高到該金屬熔點溫度的0.4倍時，金屬原子獲得更多的熱能，則開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心結(jié)晶成新的晶
6、粒，從而消除了全部加工硬化現(xiàn)象，這個過程稱為再結(jié)晶。這時的溫度稱為再結(jié)晶溫度， T再=0.4T熔 （T絕對溫度）,6. 再結(jié)晶退火 采用加熱的方法使金屬發(fā)生再結(jié)晶，從而再次獲得良好塑性。這種工藝操作叫再結(jié)晶退火,7加工硬化現(xiàn)象的消失條件 當(dāng)金屬在高溫下受力變形時，加工硬化和再結(jié)晶過程同時存在。不過，變形中的加工硬化隨時都被再結(jié)晶過程所消除，變形中沒有加工硬化現(xiàn)象。,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,8.金屬的冷變形和熱變形 以再結(jié)晶溫度為分界點，低于再結(jié)晶溫度的變形稱為金屬的冷變形 高于再結(jié)晶溫度的變形稱為金屬的熱變形,9、纖維組織和流線：
7、（流線組織視頻 ） 分布在晶界上的非金屬夾雜物，在變形過程中隨著晶粒的拉長也被拉成長形。當(dāng)變形程度足夠大時，這些夾雜物被拉成線條狀。但是拉長的晶?？山?jīng)再結(jié)晶過程得到細(xì)化，而這些夾雜物不能改變， 就以細(xì)長線條狀保留下來，形成了所謂的 流線組織。流線組織的化學(xué)穩(wěn)定性很高， 只有經(jīng)過鍛壓才能改變其分布方向，用熱 處理是不能消除或改變流線組織形態(tài)的。 而在冷變形中，晶粒沿變形方向拉長的 組織稱為纖維組織。纖維組織可通過再結(jié)晶退火消除。,10.鍛造比Y 表示金屬變形程度的大小 拔長時 Y拔=Fo/F 鐓粗時 Y鐓=Ho/H Ho 、Fo坯料變形前的高度和橫截面積 H、F坯料變形后的高度和橫截面積 鍛造
8、比Y越大，坯料的變形程度越大,11 各向異性 流線組織使金屬的力學(xué)性能具有明顯的方向性，即鍛件在縱向上（平行流線方向）塑性和韌性增加，而在橫向上（流線纖維方向）塑性和韌性降低。但強(qiáng)度在不同方向上的差別不大。,當(dāng)采用棒料直接經(jīng)切削加工制造螺釘時，螺釘頭部與桿部的纖維被切斷，不能連貫起來，受力時產(chǎn)生的切應(yīng)力順著纖維方向，故螺釘?shù)某休d能力較弱(如圖示 )。 當(dāng)采用同樣棒料經(jīng)局部鐓粗方法制造螺釘時(如圖示)，纖維不被切斷且連貫性好，纖維方向也較為有利，故螺釘質(zhì)量較好。,實例：,在設(shè)計和制造易受沖擊載荷的零件時，應(yīng)遵循的原則 （1）使流線分布與零件的輪廓相符合而不被切斷 （2）使零件所受的最大拉應(yīng)力與
9、流線方向一致，最大切應(yīng)力與流線方向垂直,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,2.2.2 金屬的可鍛性,定義是指金屬在經(jīng)受壓力加工時，獲得優(yōu)質(zhì)鍛件難易程度的工藝性能,可鍛性的優(yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來綜合評定的。 塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形，而不破壞其完整性的能力。 變形抗力是指金屬對變形的抵抗力。 塑性高，則金屬不易開裂；變形抗力小，則鍛造省力,影響金屬可鍛性的因素取決于材料的性質(zhì)(內(nèi)因)和加工條件(外因)。,材料性質(zhì)的影響,(1)化學(xué)成分的影響,純金屬的可
10、鍛性比合金的可鍛性好。 鋼中合金元素含量越多，合金成分越復(fù)雜，其塑性越差，變形抗力越大。 例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的。,(2)金屬組織的影響,純金屬及固溶體(如奧氏體)的可鍛性好。而碳化物(如滲碳體)的可鍛性差。 粗晶粒結(jié)構(gòu)不如晶粒細(xì)小而又均勻的組織的可鍛性好,2. 加工條件的影響,在一定的變形溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，原子動能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。 若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學(xué)性能降低，這種現(xiàn)象稱為“過熱”。若加熱溫度更高接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間的結(jié)合，使金屬失去塑性，坯料報廢，這一現(xiàn)象稱為“過燒”。 金屬鍛
11、造加熱時允許的最高溫度稱為始鍛溫度。在鍛造過程中，金屬坯料溫度不斷降低，當(dāng)溫度降低到一定程度時，塑性變差，變形抗力增大，不能再鍛，否則引起加工硬化甚至開裂，此時停止鍛造的溫度稱終鍛溫度。始鍛溫度與終鍛溫度之間的區(qū)間，稱為鍛造溫度范圍,(1)變形溫度的影響,常見的金屬鍛造溫度范圍,天馬行空官方博客： ；QQ:1318241189；QQ群：175569632,鋼加熱過程中表面顏色隨溫度的變化,(2)變形速度的影響,變形速度即單位時間內(nèi)的變形程度。對可鍛性的影響是矛盾的。 一方面由于變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大，可鍛性變壞。 另一方面，
12、當(dāng)變形速度很大時，熱能來不及散發(fā)，會使變形金屬的溫度升高，這種現(xiàn)象稱為“熱效應(yīng)”，它有利于金屬的塑性提高，變形抗力下降，塑性變形能力變好。 (圖中a點以后)，可鍛性變好。,（3）應(yīng)力狀態(tài)的影響,實踐證明，壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈好；拉應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。 擠壓時為三向受壓狀態(tài)。 拉拔時為兩向受壓一向受拉的狀態(tài)。,（4）其他,模具和工具：模鍛的模膛內(nèi)應(yīng)有圓角，這樣可以減小金屬成形時的流動阻力，避免鍛件被撕裂或纖維組織被拉斷而出現(xiàn)裂紋。板料拉深和彎曲時，成形模具應(yīng)有相應(yīng)的圓角，才能保證順利成形。 潤滑劑：可以減小金屬流動時的摩擦阻力，有利于塑性成形加工。 綜上所述，金屬的塑性成形性能既取決于金屬的本質(zhì)，又取決于變形條件。在塑性成形加工過程中，要根據(jù)具體情況，盡量創(chuàng)造有利的變形條件，充分發(fā)揮金屬的塑性，降低其變形抗力，以達(dá)到塑性成形加工的目的。,
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