第九章金属压力加工基础选编课件.ppt

1、12/16/2022 7:30 AM12/16/2022 7:30 AM砂型铸造的工艺设计砂型铸造的工艺设计上次可内容的回顾上次可内容的回顾铸件的结构设计铸件的结构设计铸造工艺图的绘制铸造工艺图的绘制分型面的选择分型面的选择浇注位置的确定浇注位置的确定工艺参数的确定工艺参数的确定 铸件的外形设计铸件的外形设计 铸件的内腔设计铸件的内腔设计 铸件壁厚的设计铸件壁厚的设计铸件壁的连接铸件壁的连接12/16/2022 7:30 AM第第3 3篇篇 金属压力加工（锻压）金属压力加工（锻压）主要内容：主要内容：本篇重点：本篇重点：1.1.了解金属塑性成型的理论了解金属塑性成型的理论基础；基础；2.2.掌

2、握掌握金属的塑性成型方法金属的塑性成型方法及工艺及工艺；3.3.掌握掌握薄板冲压成形工艺，薄板冲压成形工艺，包括各种成形模具结构、包括各种成形模具结构、基本工序和典形零件的工基本工序和典形零件的工艺制定艺制定。第第9章章 金属压力加工基础金属压力加工基础第第10章章 常用的锻造方法常用的锻造方法第第11章章 板料冲压板料冲压 第第12章章 特种压力加工方法简介特种压力加工方法简介作业：作业：P142 9.3、9.412/16/2022 7:30 AM金属塑性成型金属塑性成型：利用金属在外力作用下所产生的利用金属在外力作用下所产生的塑性变塑性变形形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的，来获得具

3、有一定形状、尺寸和力学性能的原材料原材料、毛坯毛坯或或零件零件的生产方法，也称为的生产方法，也称为压力加工压力加工。概述概述12/16/2022 7:30 AM锻压生产方式锻压生产方式自由锻自由锻生产大型锻件的唯一方生产大型锻件的唯一方法法12/16/2022 7:30 AM模锻模锻12/16/2022 7:30 AM板料冲压板料冲压12/16/2022 7:30 AM金属塑性成型的基本生产方法金属塑性成型的基本生产方法轧制轧制12/16/2022 7:30 AM挤压挤压正挤正挤反挤反挤复合挤复合挤12/16/2022 7:30 AM拉拔拉拔采用的是：静压（拉）力采用的是：静压（拉）力设备吨位

4、要大设备吨位要大12/16/2022 7:30 AM第第9 9章章 塑性成型的理论基础塑性成型的理论基础9.1 9.1 金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质 9.2 9.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响 9.3 9.3 金属的可锻性金属的可锻性 重点内容：重点内容：1.金属塑性成型的原理；金属塑性成型的原理；2.纤维组织的形成及利用；纤维组织的形成及利用；3.金属可锻性及其影响因素。金属可锻性及其影响因素。主要内容主要内容12/16/2022 7:30 AM9.1 9.1 塑性变形的实质塑性变形的实质（1 1）最小阻力定律最小阻力定律 如果金属颗粒在几个方向上都

5、可移如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着动，那么金属颗粒就沿着阻力最小阻力最小的方向的方向移动，这就叫做移动，这就叫做最小阻力定律最小阻力定律。圆形、方形、矩形截面上各圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向。质点在镦粗时的流动方向。12/16/2022 7:30 AM 在压力加工过程中，常用锻造比在压力加工过程中，常用锻造比(Y锻锻)来表示变形度。来表示变形度。锻造比的计算公式与变形方式有关。锻造比的计算公式与变形方式有关。拔长时的锻造比为拔长时的锻造比为:Y拔拔F0/F,镦粗时的锻造比为镦粗时的锻造比为:Y镦镦H0/H.根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔长锻根据

6、锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔长锻造时，坯料所用的截面造时，坯料所用的截面F坯料坯料的大小应保证满足技术要求的大小应保证满足技术要求规定的锻造比规定的锻造比Y拔拔，即坯料截面积应为：，即坯料截面积应为：F坯料坯料=Y拔拔F锻件锻件(3)(3)变形程度的计算变形程度的计算（2）塑性变形前后体积不变的假设塑性变形前后体积不变的假设 变形前物体的体积等于变形后的体积。变形前物体的体积等于变形后的体积。12/16/2022 7:30 AM塑性变形机理塑性变形机理外力作用外力作用弹性变形弹性变形塑性变形塑性变形金属塑性变形的实质是：金属塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果晶体内部产生滑移的结果

7、在切应力的作用下，晶体的一部分相对在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，（位错运动）（位错运动）造成晶体的塑性变形造成晶体的塑性变形晶粒内部缺陷：位错对晶粒内部缺陷：位错对塑性变形影响最为显著塑性变形影响最为显著12/16/2022 7:30 AM 1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织再结晶组织。9.2 9.2 金属变形过程中的组织与性能金属变形过程中的组织与性能2

8、、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属属组织更加致密组织更加致密，其力学性能会有很大提高。，其力学性能会有很大提高。3、铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和、铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织纤维组织。目的目的9.2.1 纤维组织变化纤维组织变化12/16/2022 7:30 AM 使纤维分布与零件的轮廓相使纤维分布与零件的轮廓

9、相符合而不被切断；符合而不被切断；使零件所受的最大拉应力与使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。纤维方向垂直。4、具有纤维组织的金属，、具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同各个方向上的力学性能不相同。顺纤。顺纤维方向的力学性能比横纤维方向的好。维方向的力学性能比横纤维方向的好。分析：分析：采用棒料直接经切削加工制造螺钉采用棒料直接经切削加工制造螺钉 采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉纤维组织的利用原则纤维组织的利用原则12/16/2022 7:30 AM9.2.2 金属的加工硬化与回复、再结晶金属的

10、加工硬化与回复、再结晶金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生变化：金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生变化：晶粒沿最大变形的方向伸长；晶粒沿最大变形的方向伸长；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。晶粒间产生碎晶。回复：回复：温度高温度高 原子热能增加原子热能增加 原子排列回复到正常状态原子排列回复到正常状态 消除了晶格扭曲消除了晶格扭曲 加工硬化得到部分消除。加工硬化得到部分消除。T回回(0.250.3)T熔熔再结晶：再结晶：温度继续升高到该金属熔点绝对温度的温度继续升高到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，以碎倍时，以碎晶或杂质为核心，按

11、变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，消除了晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，消除了全部冷变形强化现象。全部冷变形强化现象。T再再0.4T熔熔加工硬化：加工硬化：随变形程度增大，强随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象称度和硬度上升而塑性下降的现象称为冷变形强化，又称加工硬化。为冷变形强化，又称加工硬化。12/16/2022 7:30 AM冷变形冷变形 变形温度低于回复温度时，金属在变形变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有过程中只有加工硬化加工硬化而无而无回复回复与与再结晶再结晶现象，现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形

12、称为形称为冷变形冷变形。T回回=（0.250.3）T熔熔热变形热变形 变形温度在再结晶温度以上时，变形温度在再结晶温度以上时，变形变形产生的产生的加工硬化加工硬化被随即发生的再结晶所抵被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为为热变形热变形。T再再=0.4T熔熔9.2.3 9.2.3 冷变形及热变形冷变形及热变形如何利用如何利用？举例？举例12/16/2022 7:30 AM上次可内容的回顾上次可内容的回顾最小阻力定律最小阻力定律体积不变的假设体积不变的假设金属塑性变形

13、的实质是：金属塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果晶体内部产生滑移的结果金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的获得细化的再结晶组织再结晶组织。将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属组织更加致组织更加致密密，其力学性能会有很大提高。，其力学性能会有很大提高。金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织纤维组织。目的目的具有纤维组织

14、的金属，具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同各个方向上的力学性能不相同。加工硬化：加工硬化：强度和硬度上升而塑性下降的现象称为加工硬强度和硬度上升而塑性下降的现象称为加工硬化。化。回复回复温度高，消除了晶格扭曲温度高，消除了晶格扭曲 加工硬化得到部分消除。加工硬化得到部分消除。冷变形及热变形冷变形及热变形再结晶温度（上、下）再结晶温度（上、下）再结晶再结晶温度到该金属熔点绝对温度的温度到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，消除了全部冷变倍时，消除了全部冷变形强化现象。形强化现象。特点特点12/16/2022 7:30 AM钢丝变形模拟钢丝变形模拟加工硬化与再结晶加工硬化与再结晶12/16

15、/2022 7:30 AM9.3 9.3 金属的可锻性金属的可锻性 可锻性可锻性常用金属材料在经受压力加工产常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的以金属的塑性塑性和和变形抗力变形抗力来综合评定的。来综合评定的。塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。形，而不破坏其完整性的能力。变形抗力变形抗力是指金属对变形的抵抗力。是指金属对变形的抵抗力。金属的可锻性取决于金属的可锻性取决于材料的性质材料的性质(内因内因)和和加工加工条件条件(外因外因)。12/16

16、/2022 7:30 AM9.3.1 材料性质的影响材料性质的影响(内因内因)化学成分的影响化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金的可锻性好。纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。下降的。金属组织的影响金属组织的影响 纯金属及固溶体纯金属及固溶体(如奥氏体如奥氏体)的可锻性好。而碳化物的可锻性好。而碳化物(如渗碳体如渗碳体)的可锻性差。的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶

17、粒细小而又均铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好匀的组织的可锻性好12/16/2022 7:30 AM9.3.2 加工条件的影响加工条件的影响(外因外因)在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。锻性。若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为低，这种现象称为“过热过热”。若加热温度更高接近熔点，若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，

18、坯料晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为报废，这一现象称为“过烧过烧”。金属锻造加热时允许的最高温度称为金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称的温度称终锻温度终锻温度。变形温度的影响变形温度的影响12/16/2022 7:30 AM9.3.3 变形速度的影响变形速度的影响 一方面由于变形速度的增大，回一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗象，金属则表现出塑性下降、变

19、形抗力增大，可锻性变坏。力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程中，另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象称为热效应现象)。变形速度越。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降的塑性提高、变形抗力下降(图图中中a点以后点以后)，可锻性变好。，可锻性变好。12/16/2022 7:30 AM9.3.4 应力状态的影响应力状态的影响 挤压时为三向受压状态。挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。拉拔时为两向受压一向受拉

20、的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。12/16/2022 7:30 AM思思 考考 题题1.纤维组织是怎样形成的纤维组织是怎样形成的?它对金属的它对金属的力学性能有何影响力学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同何不同?人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。