金属工艺学3.ppt

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1、营口地区成人高等教育 QQ群54356621,金属工艺学（热）,锻压部分,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,金属塑性加工,利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属塑性加工。 分为五种： 轧制、挤压、拉拔、锻造和冲压,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,一、轧制,轧制是借助于旋转的轧辊与金属接触摩擦，将金属咬入轧辊缝隙间，再在轧辊的压力作用下，使金属在长、高、宽三个方向上完成塑性变形过程。 轧制的方式大致分为三种：即纵轧、斜轧和横轧。 （1）纵轧 即金属在相互平行且旋转方向相反的轧辊缝隙间进行塑性变形，

2、而金属的行进方向与轧辊轴线垂直。结果使金属厚度减小，而长度、宽度增大。 生产型钢、板带材、箔材,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,（2）斜轧 指金属在同向旋转且中心线相互成一定角度的轧辊缝隙间进行塑性变形。金属沿轧辊交角的中心线方向进入轧辊，金属在变形过程中除了绕其轴线旋转运动外，还有沿其轴线的前进运动。亦即既旋转又前进的螺旋运动。 常用以轧制管材及变断面型材。 （3）横轧 指金属在同向旋转且中心线相互平行的轧辊缝隙间进行塑性变形。在横轧中金属轴线与轧辊轴线平行，金属只有绕其自身轴线旋转的运动，故仅在横向上受到加工。 常用来生产齿轮、车轮及各种轴等回转体件。,营口地区成人高等教育

3、QQ群54356621,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,二、锻造,是用锻锤的冲击力或压力机的压力使金属进行塑性变形的过程。 分为自由锻造、模型锻造 自由锻造是金属在锻造过程中的流动受工具限制不严格的一种工艺方法。 模型锻造是指锻造过程中的金属流动受模具内腔或模具内壁的严格限制的一种工艺方法。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,三、冲压,板料成形的方法。一般生产有底的薄壁空心制品。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,四、拉拔,是指金属通过固定的具有一定形状的模孔中拉拔

4、出来，而使金属断面缩小、长度增加的一种加工方法。 包括拉丝和拔管过程。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,冷拔,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,五、挤压,挤压的实质是将金属放入挤压机的挤压筒内，以一端施加压力迫使金属从模孔中挤出，而得到所需形状的制品的加工方法。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第一章 金属的塑性变形,第一节 金属塑性变形的实质 弹性变形和塑性变形 金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。（孪晶） 多晶体的塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个晶粒产生变形的综合效果。同时，晶粒之间也有滑

5、动和转动。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响,常温下塑性变形后，内部组织发生变化： 1. 晶粒沿最大变形方向伸长； 2. 晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力； 3. 晶粒间产生碎晶。 力学性能变化： 强度和硬度升高，塑性和韧性下降。称为加工硬化。（冷变形强化） 原因：碎晶粒和晶格的扭曲，使继续滑移难以进行所致。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,加工硬化的消除：回复与再结晶 回复： 冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子获得热能，热运动加剧，当加热温度T回(用K氏温标) T回=（

6、0.250.3）T熔 使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除。,第二节塑性变形对金属组织和性能影响,营口地区成人高等教育 QQ群54356621, 再结晶： 当加热温度T再： T再=0.4T熔 原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心构成新晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。 再结晶后清除了全部加工硬化。 再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。 加工硬化的利用、消除 利用：冷加工后使材料强度硬度。如冷拉钢，不能热处理强化的金属材料。 消除：再结晶退火（P29）650750,第二节塑性变形对金属组织和性能影响,营口地区成人高等教育 QQ群5435662

7、1, 冷变形和热变形 冷变形 在再结晶温度以下的变形； 冷变形后金属强度、硬度较高，低粗糙度值。但变形程度不宜过大，否则易裂。 热变形 再结晶温度以上变形。 变形具有强化作用，再结晶具有强化消除作用。在热变形时无加工硬化痕迹。 金属压力加工大多属热变形，具有再结晶组织。 热加工后组织性能变化： 粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。 铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。 晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界分布，形成纤维组织（流线）。,第二节塑性变形对金属组织和性能影响,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,变形程度越大，纤维组织越明显。 压力加工中常用锻造

8、比y来表示变形程度。 拔长时锻造比y拔=A0/A 镦粗时锻造比y镦=H0/H 纤维组织很稳定，不能（难以）用热处理方法来消除。只有经过锻压来改变其方向、形状。,第二节塑性变形对金属组织和性能影响,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向与纤维方向重合，最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量使纤维组织不被切断。,第二节塑性变形对金属组织和性能影响,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第三节：金属的可锻性,金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。常用金属的塑性和变形抗力综合衡量。 金属的可锻性取决于金属的本质和加工

9、条件。 一、金属的本质 1.化学成分的影响 2. 金属组织的影响,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第三节：金属的可锻性,二、加工条件 1. 变形温度的影响,温度原子的运动能力容易滑移塑性,变形抗力，可锻性改善. 过热：超过一定温度，晶粒急剧长大，锻造性能，机械性能。, 锻造温度： 始锻温度：碳钢比AE线低200C左右 终锻温度：800C过低难于锻造 ，若强行锻造，将导致锻件破裂报废。图3-8,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第三节：金属的可锻性,2. 变形速度的影响 单位时间内的变形程度为变形速度。 对可锻性的影响具有双重性。,塑性.变形抗力,热能塑性，变形抗力,变

10、形速度,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,3. 应力状态的影响 压应力的数目越多，则金属的塑性越好。同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。 轧制、挤压、锻压时塑性最好。 金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于加工条件。,第三节：金属的可锻性,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二章 锻造,利用冲击力或压力使金属在抵铁间或锻模中变形，从而获得所需形状和尺寸的锻件，称为锻造。 第一节 锻造方法 一、自由锻 自由锻是利用冲压力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。 特点：工具简单，通用性大，应用范围广泛，是生产大型和特大型

11、锻件的唯一方法 自由锻设备： 锻锤 依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。 液压机： 依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。其中水压机可产生很大作用力，是重型机械厂锻造生产的主要设备。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第一节 锻造方法,1. 自由锻工序 分为基本工序、辅助工序和精整工序 （1）基本工序 使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需尺寸和形状的工序。 镦粗 使坯料高度减小、横截面积增大的工序 拔长 使坯料横截面积减小、长度增大的工序 冲孔 使坯料具有通孔或盲孔的工序 弯曲 使坯料轴线产生一定曲率的工序 扭转 使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度

12、的工序 错移 使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序 切割 是分割坯料或去除锻件余量的工序 （2）辅助工序 是指进行基本工序之前的预变形工序。 （3）精整工序 完成基本工序后，提高锻件尺寸及位置精度的工序。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,镦粗,拔长,扭转,错移,冲孔,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2 锻件分类及基本工序方案,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,二、模锻,模锻是使金属坯料在冲击力或外力作用下，在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。 特点：尺寸精确，加工余量较小，结构可以较复杂，生产率高。 分类：锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力

13、机上模锻、胎模锻等。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,1. 锤上模锻 设备： 模锻锤 1-16t 锻制150kg以下的锻件。 锻模： 包括上模和下模,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,模膛 （1）模锻模膛 1）终锻模膛 使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，形状与锻件形状相同。 特点：尺寸放大一个收缩量；有飞边槽 2）预锻模膛 作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，这样再进行终锻时，金属易于充满终锻模膛。 二者区别：预锻模膛圆角和斜度较大，没有飞边槽。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,（2）制坯模膛 1）拔长模膛 2）滚压模膛 3）弯曲模膛 4）切

14、断模膛,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,单膛锻模和多膛锻模 弯曲连杆的锻造过程如下：,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,2. 曲柄压力机上模锻 曲柄压力机简介 吨位一般是2000-12000kN 曲柄压力机上模锻的特点： （1）作用于金属上的压力是静压力，工作时无震动，噪声小。 （2）滑块行程固定，每个变形工步在滑块的一次行程中即可完成； （3）具有良好的导向装置和自动顶件机构。 （4）锻模都设计成镶块式模具。 （5）坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影响锻件质量。 适于大批量生产条件下锻制中小型锻件。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,营口地区成人高等教育

15、 QQ群54356621,3. 摩擦压力机上模锻 摩擦压力机简介 特点： （1）滑块行程不固定，具有一定的冲击作用，可实现轻打、重打，可对金属进行多次锻击。 （2）滑块速度低，再结晶过程可充分进行，适合锻造低塑性合金钢和非铁金属，生产率低。 （3）可采用整体式和组合式锻模。 （4）承受偏心载荷的能力差，只适用于单膛模膛锻造 适合于中小型锻件的小批或中批量生产,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,4. 胎模锻 是在自由锻设备上使用胎膜生产模锻件的工艺方法。 胎膜种类：扣模、筒模和合模,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二节 锻造工艺规程的制订,一、绘制锻件图 考虑内容：

16、1 敷料、余量和公差 为了简化零件的形状和结构，便于锻造而增加的一部分金属，称为敷料。 在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸，称为余量。 锻件公差是锻件名义 尺寸的允许变动量。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二节 锻造工艺规程的制订,2 分模面 上下锻模在模锻件上的分界面。 确定原则： （1）应保证模锻件能从模膛中取出来。 （2）应保证制成锻模后，上下两模沿分模面的模膛轮廓一致。 （3）应选在使模膛深度最浅的位置上。 （4）应使零件上所加敷料最少。 （5）最好是一个平面。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二节 锻造工艺规程的制订,3 模锻斜度 模锻件上平行

17、于锤击的表面必须具有斜度，以便从模膛中取出锻件。,4 模锻圆角半径 在模锻件上所有两平面的交角均须做成圆角。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二节 锻造工艺规程的制订,5 冲孔连皮 模锻无法锻出通孔，需在孔中留出冲孔连皮，其厚度依孔径而定。 齿轮坯的模锻锻件图,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二节 锻造工艺规程的制订,二、坯料重量和尺寸的确定 G坯料=G锻件+G烧损+G料头 坯料的尺寸根据坯料重量和几何形状确定。还应考虑锻造比,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第二节 锻造工艺规程的制订,三、锻造工序（工步）的确定 （1）长轴类模锻件 拔长、滚压、弯

18、曲、预锻、终锻。 （2）短轴类模锻件 镦粗、预锻和终锻 四、锻造工艺规程中的其它内容 始锻温度和终锻温度，加热速度、保温温度和时间、冷却方式和冷却速度，选定相应的锻造设备和加热设备，确定必需的辅助工序。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第三节 锻造结构的工艺性,一、自由锻件的结构工艺性 （1）尽量不要有锥体或斜面结构 （2）由数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不要形成空间曲线。 （3）不应设计有加强筋、凸台、工字型截面或空间曲线截面。 （4）复杂件应设计成几个简单件的组合，锻后焊接或机械连接。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第三节 锻造结构的工艺性,营口地区成

19、人高等教育 QQ群54356621,第三节 锻造结构的工艺性,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第三节 锻造结构的工艺性,二、模锻件的结构工艺性 （1）必须有合理的分模面，敷料最少，锻模容易制造。 （2）模锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设计出模锻斜度。 （3）锻件外形应简单、平直和对称。尽量避免锻件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,第三节 锻造结构的工艺性,（4）应避免深孔或多孔结构。 （5）模锻件的整体结构应力求简单。,营口地区成人高等教育 QQ群54356621,作业： 111页 （2）、（3）、（5）、（9）、（11）,