材料成型精品课件:3金属压力加工.ppt
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- 材料 成型 精品 课件 金属 压力 加工
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1、第三章 金属压力加工,金属压力加工是利用外力,使金属坯料产生塑性变形,从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。 压力加工方法分类 1、轧制 轧制是借助于摩擦力和压力使金属坯料通过两个旋转的轧辊间的空隙而变形的压力加工方法。 轧制主要用于生产各种规格的钢板、型钢和钢管等钢材。,2、挤压 挤压是利用压力,将金属坯料从挤压模的模孔中挤出而成形的压力加工方法。正挤压;反挤压;复合挤压。,3、拉拔 拉拔是利用拉力,将金属坯料拉过拉拔模的模孔而成形的压力加工方法。常需经多次拉拔,依次通过形状和尺寸逐渐变化的模孔,才能得到所需截面的产品。,4、自由锻 自由锻是利用冲击力或压力,使
2、放在上下砧之间的金属坯料变形,从而得到所需锻件的压力加工方法。 5、模锻 模锻是利用冲击力或压力,使放在锻模模膛内的金属坯料变形,最后充满模膛而成形的压力加工方法。 6、板料冲压 板料冲压是利用压力,使放在冲模间的金属板料产生分离或变形的压力加工方法。,第一节 金属压力加工工艺基础,1-1 金属塑性变形的实质 1、单晶体的塑性变形 单晶体塑性变形的主要方式是滑移。 滑移是在切应力作用下,晶体的一部分原子相对另一部分原子,沿着一定的晶面(滑移面)和一定的方向(滑移方向)产生的移动。,实际晶体的滑移不象理想晶体那样,而是通过位错运动实现的。,2、多晶体的塑性变形 1)每个晶粒变形不均匀 2)晶粒间
3、也产生滑动和转动。 3)变形抗力大,1-3 塑性变形后金属的组织和性能,1、加工硬化 金属在进行塑性变形时,随着变形程度的增加,强度和硬度不断提高,塑性和冲击韧性不断降低,这种现象称为加工硬化。,加工硬化的金属内部组织变化特点: 1、各晶粒沿变形最大的方向伸长; 2、位错密度增加,晶格严重扭曲,产生内 应力; 3、滑移面和晶粒间产生碎晶。,2、回复和再结晶,1)回复: 当加热温度不高时,晶格扭曲被消除,内应力明显降低,但力学性能变化不大,部分地消除了加工硬化。 T回复=(0.250.3)T 熔点(K) 式中T回复为金属回复的绝对温度; T熔点为金属熔化的绝对温度。,2)再结晶,再结晶 以某些碎
4、晶或杂质为晶核,成长为新的等轴细晶粒的过程称为再结晶。 再结晶消除了全部加工硬化,使金属的强度和硬度明显下降,塑性和韧性显著提高。 一般纯金属的再结晶温度为: T再结晶0.4T熔点(K),消除金属加工硬化的热处理方法叫再结晶退火。 再结晶的特点 1、只有产生加工硬化的金属才能产生再结晶。 2、不同于同素异构转变,不发生晶体结构变化。 3、可以细化晶粒。但过份地延长加热时间,则晶粒还会不断长大,使金属力学性能下降。,塑性变形后的金属加热时组织和性能的变化,3、冷变形、热变形和温变形,1) 冷变形 金属在回复温度以下的变形称为冷变形,具有加工硬化组织。 冷变形特点 冷变形可以使工件获得较高的精度和
5、表面质量。冷变形也是强化金属的一种重要手段。但变形抗力大。,2)热变形 金属在再结晶温度以上的变形称为热变形,具有再结晶组织。 热变形特点 金属在热变形过程中,也产生加工硬化,但随时被再结晶所消除。热变形时,金属的变形抗力小,塑性好。工件的表面质量低于冷变形。 3)温变形 金属在回复温度和再结晶温度之间的变形,称为温变形。兼有冷变形、热变形的综合特点。,4、金属锻件的特点,1、金属更加致密。 2、获得细化的再结晶组织。因此,金属的力学性能得到很大提高。 3、形成纤维组织,或称流线。,纤维组织 金属晶界上的夹杂物随晶粒沿变形最大方向被拉长得到的组织。,纤维组织的特点,变形程度越大,纤维组织越明显
6、。 常用锻造比Y表示变形程度。坯料拔长时的锻造比为: Y=F0/F 式中F0为坯料拔长前的横截面积;F为坯料拔长后的横截面积。 纤维组织使金属在性能上具有方向性。 纵向(平行于纤维方向)上的塑性、韧性提高, 横向(垂直于纤维方向)上的塑性、韧性则降低。 纤维组织的稳定性很高,不能用热处理或其它方法加以消除,只有经过锻压使金属变形,才能改变其方向和形状。,合理利用纤维组织,1、应使零件在工作中所受的最大正应力方向与纤维方向重合。2、最大切应力方向与纤维方向垂直。3、并使纤维分布与零件的轮廓相符合,尽量不被切断。,1-4 金属的锻造性能,1、可锻性概念 金属的锻造性能,是指金属材料在压力加工时获得
7、优质产品难易程度的工艺性能。 衡量指标:金属的塑性和变形抗力。塑性越高,变形抗力越小,则金属的可锻性越好。,2、影响可锻性的因素 1)金属的本质 化学成分 纯金属的可锻性比合金好。而钢的可锻性随碳和合金元素的质量分数的增加而变差。 组织结构 固溶体(如奥氏体)的可锻性好,而化合物(如渗碳体)差。金属在单相状态下的可锻性比在多相状态下的好。 细晶粒金属的塑性较粗晶粒的好,可锻性较好。(但变形抗力较大),2)压力加工条件 (1)变形温度 随着温度的升高,钢的强度下降,塑性上升,即钢的可锻性变好。因此,压力加工都力争在高温下进行,即采用热变形。 锻造温度范围 开始锻造的温度称为始锻温度,指金属在锻造
8、前加热允许的最高温度。始锻温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷。,过热 加热温度过高,导致晶粒急剧长大的现象。该缺陷可以通过重新的热处理加以消除。 过烧 加热温度过高(过热之后),导致晶界严重氧化,甚至局部熔化的现象。 产生该缺陷后,性能极脆,并不能挽救,只能报废。 停止锻造的温度称为终锻温度,指金属热变形允许的最低温度。终锻温度过低,金属的加工硬化严重,变形抗力急剧增加,使加工难于进行。,碳钢的锻造温度范围,(2)变形速度,1、随变形速度的增大,加工硬化严重,可锻性变坏。 2、另一方面,在变形过程中,产生热效应现象。热效应现象使金属的塑性提高,变形抗力减小,可锻性变好。,但是,除
9、了高速锤以外,在普通锻压设备上都不可能超过临界变形速度。所以,一般塑性较差的金属,应以较小的变形速度,在压力机上进行锻造。,(3)应力状态,三个方向中压应力的数目越多,则金属的塑性越好。拉应力的数目越多,则金属的塑性越差。 压应力使各种缺陷受到抑制,不易扩展,故可提高金属的塑性。 在拉应力作用下,极易扩展,甚至破坏,使金属失去塑性。 同号应力状态下的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。,综上所述,金属的可锻性既取决于金属的本质,又取决于加工条件。在压力加工过程中,要力求创造最有利的加工条件,提高塑性,降低变形抗力。,6-1 判断题 1压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一种方法。在
10、塑性变形的过程中,理论上认为金属只产生形状的变化而其体积是不变的。 ( ) 2把低碳钢加热到1200时进行锻造,冷却后锻件内部晶粒将沿变形最大的方向被拉长并产生碎晶。如将该锻件进行再结晶退火,便可获得细晶组织。 ( ) 3将化学成分和尺寸相同的三个金属坯料加热到同一温度,分别在空气锤、水压机和高速锤上进行相同的变形,其变形抗力大小应相同。 ( ) 4在外力作用下金属将产生变形。应力小时金属产生弹性变形,应力超过s时金属产生塑性变形。因此,塑性变形过程中一定有弹性变形存在。 ( ) 5只有经过塑性变形的钢才会发生回复和再结晶。没有经过塑性变形的钢,即使把它加热到回复或再结晶温度以上也不会产生回复
11、或再结晶。 ( ) 6塑性是金属可锻性中的一个指标。压力加工时,可以改变变形条件;但不能改变金属的塑性。 ( ) 7冷变形不仅能改变金属的形状,而且还能强化金属,使其强度、硬度升高。冷变形也可以使工件获得较高的精度和表面质量。 ( ) 8某一批锻件经检查,发现由于纤维组织分布不合理而不能应用。若对这批锻件进行适当的热处理,可以使锻件重新得到应用。 ( ) 9对于塑性变形能力较差的合金,为了提高其塑性变形能力,可采用降低变形速度或在三向压应力下变形等措施。 ( ),6-2 选择题 1钢制的拖钩如图6-1所示,可以用多种方法制成。其中,拖重能力最大的是( )。 A 铸造的拖钩;B锻造的拖钩;C切割
12、钢板制成的拖钩。 2有一批经过热变形的锻件,晶粒粗大,不符合质量要求,主要原因是( )。 A始锻温度过高;B始锻温度过低;C终锻温度过高;D终锻温度过低。 3锻造比是表示金属变形程度的工艺参数。用碳钢钢锭锻造大型轴类锻件时锻造比应选( )。 Ay 11.5 ;By 1.52.5 ;Cy2.53.0;Dy5 。 4有一批连杆模锻件,经金相检验,发现其纤维不连续,分布不合理。为了保证产品质量应将这批锻件( )。 A进行再结晶退火;B进行球化退火;C重新加热进行第二次锻造;D报废。 5经过热变形的锻件一般都具有纤维组织。通常应使锻件工作时的最大正应力与纤维方向( );最大切应力与纤维方向( )。 A
13、平行; B垂直; C呈45角; D呈任意角度均可。 6碳的质量分数(含碳量)大于0.8的高碳钢与低碳钢相比,可锻性较差。在选择终锻温度时,高碳钢的终锻温度却低于低碳钢的终锻温度;其主要原因是为了( )。 A使高碳钢晶粒细化提高强度; B使高碳钢获得优良的表面质量; C打碎高碳钢内部的网状碳化物。,6-3 应用题 1钨的熔点为3380,铅的熔点为327,试计算钨及铅的再结晶温度。钨在900进行变形,铅在室温(20)进行变形,试判断它们属于何种变形。 T回=0.3T熔点(K) (3380+273) 0.3 =3653 0.3 = 1096(823 ) T再 =0.4T熔点(K) (3380+273
14、) 0.4 =3653 0.4 = 1461(1188 ) T回(823 ) 900 T再(1188 )所以为温变形 铅 T再 =0.4T熔点(K) (327+273) 0.4 =6000.4 = 240(-33) 所以铅在室温(20)进行变形为热变形 2圆钢拔长前直径为100mm,拔长后为50mm,试计算锻造比y。 y=F0/F=(100/50)2=4,第二节 锻造方法 - 自由锻,自由锻 利用冲击力或压力,使放在上下砧之间的金属坯料产生塑性变形,从而得到所需锻件的压力加工方法。 自由锻分手工锻造和机器锻造两种,目前都采用机器锻造。 自由锻通常采用热变形,常以逐段变形的方式来达到成形的目的,
15、 自由锻只能锻造形状简单的锻件,生产率低,劳动强度大,锻件精度差、表面粗糙、加工余量大。 自由锻只适用于单件、小批量生产。 自由锻是大型锻件唯一可能的锻造方法。,2-1 自由锻设备,自由锻锤 产生冲击力使金属变形的,生产中使用的自由锻锤是空气锤和蒸汽-空气自由锻锤。 自由锻锤的吨位是用落下部分(包括上砧、锤头和工作缸活塞)质量来表示,空气锤的吨位用一般为501000公斤。蒸汽-空气自由锻锤的吨位,一般为15吨。,水压机 水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生的最大压力来表示,一般为5150MN。 水压机靠静压力工作,无振动,变形速度低(水压机上砧速度约为0.10.3m/s;锻锤锤
16、头速度可达78m/s),有利于改善材料的可锻性,并容易达到较大的锻透深度。常用于大型锻件的生产,所锻钢锭质量可达300吨。,2-2 自由锻的基本工序,根据变形性质和变形程度的不同,自由锻工序可分为辅助工序、基本工序及修整工序。 压钳口、倒棱、压肩、校直、滚圆、压平,1、镦粗 降低高度,增大横截面积。 工艺要求: 1坯料原始高度h0与直径d0之比小于2.5,即h0/d02.5,否则会镦弯。 2镦粗部分加热要均匀,以使变形均匀。 3镦粗面必须垂直于轴线。,2、拔长 减小横截面积,增大长度。 拔长方法 1、拔长 2、带心轴拔长 3、心轴上扩孔 工艺要点 1、不断翻转90。 2、拔长面的la,愈小效率
17、愈高,l(0.40.8)b,3、冲孔 冲孔方法 1实心冲子冲孔。 2空心冲子冲孔 工艺要求 1冲孔前先镦粗。 2d450mm的孔,用实心冲子冲孔;d 450mm的孔,用空心冲子冲孔。 3d25mm的孔,一般不冲出。,2-3 自由锻工艺规程的制定,1.绘制锻件图 绘制锻件图应考虑以下几个因素: 敷料 为了简化零件形状、便于锻造而增加的一部分金属称为敷料(也称为余块)。 机械加工余量 零件的加工表面上为机械加工而增加的一层金属。 锻件公差 锻件的实际尺寸与名义尺寸之间所允许的偏差,称为锻件公差。,2.确定坯料质量和尺寸 (1)确定坯料质量 G坯料G锻件+G烧损+G切损 (2)确定坯料尺寸 当采用拔
18、长工序锻造时: F坯料YF锻件 以碳素钢锭为坯料, Y2.53;以型材为坯料,Y1.31.5;以合金结构钢钢锭为坯料,Y34。 当采用镦粗工序锻造时, 1.25D0H02.5D0,3.选择锻造工序,轴的自由锻件图和锻造工序,2-4 自由锻件锻造结构工艺性,零件的自由锻结构工艺性 1、避免圆锥面和斜面 2、避免圆柱之间的相贯面 3、避免凸台与筋的设计,7-1 判断题 自由锻是单件、小批量生产锻件最经济的方法,也是生产重型、大型锻件的唯一方法。因此,自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用。 ( ) 2绘制自由锻件图时,应考虑填加敷料和加工余量,并标出锻件公差。也就是说,在零件的所有表面上,都应给
19、出加工余量。 ( ) 3自由锻冲孔前,通常先要镦粗,以使冲孔面平整和减少冲孔深度。 ( ) 7-2 选择题 1镦粗、拔长、冲孔工序都属于( )。 A精整工序;B辅助工序;C基本工序。 2图7-1所示锻件,用自由锻锻造,坯料的直径为140mm,长度为220mm,其基本工序是( )。 A拔长100局部镦粗拔长60切断; B整体镦粗拔长100拔长60切断; C拔长100拔长60局部镦粗切断; D局部镦粗拔长100拔长60切断。,1试分析如图7-2所示的几种镦粗缺陷产生的原因 (设坯料加热均匀)。 锻锤吨位小,高径比过大(2.5),端面不平行与轴线不垂直,2如图7-3所示的整体活塞采用自由锻制坯。试在
20、右侧双点划线绘制的零件轮廓图上定性绘出锻件图,选择合理的坯料直径(现有圆钢直径有:120、110、100、90、80、70),并说明理由,拟定锻造基本工序,在表7-1中画出工序简图。 R2H / R2H=1708160 180/110 218/100 268/90=2.98 坯料直径: 100 选择原因:局部镦粗时保证高径比 2.5,下料,局部 镦粗,拔长、切料头,3为修复一台大型设备,需制造一个圆锥齿轮,如图7-4所示。试选择锻造方法,定性绘出锻件图,并制定锻造基本工序,在表7-2中画出工序简图。,自由锻,1下料,2镦粗,3冲孔,4如图7-5所示,通常碳钢采用平砧拔长,高合金钢采用V型砧拔长
21、,试分析砧型对钢的变形有何影响?,V型砧使压应力数目增多,提高金属的可锻性,适合于拔长塑性较差的高合金钢。,5如图7-6所示支座零件,采用自由锻制坯,试修改零件结构设计不合理处。 6图7-7所示零件,采用自由锻制坯,试修改零件结构设计不合理之处。,2-5 胎模锻,胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的压力加工方法。 胎膜:只有一个模膛,不固定在锻造设备上的锻模。 胎模锻的特点 与自由锻相比,生产率和锻件精度都较高,能锻出形状较复杂的锻件。 与模锻相比,胎模结构简单,制造容易,成本低。但是胎模锻件的精度不如锤上模锻件高,劳动强度仍较大。,胎模锻适用于小型锻件的中小批生产,在没有模锻设备的中小
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