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固态成形——金属压力加工第六章固态成形——金属压力加工固态成形——金属压力加工教学目的与要求:1.了解金属压力加工的基本原理。2.掌握常用压力加工方法，主要工艺过程、特点及应用条件。教学内容：1.金属压力加工的基本原理。2.锻造成形，冲压成形重点、难点：重点：常用压力加工方法的特点及应用条件。难点：金属压力加工的基本原理。固态成形——金属压力加工概述一、何谓固态成形？利用外力的作用使金属在固态条件下产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的成形工艺，称为固态成形（也称为塑性成形、金属压力加工)工艺。固态成形——金属压力加工二、常用的成形方式自由锻模锻板料冲压固态成形——金属压力加工轧制挤压拉拔固态成形——金属压力加工三、特点优点：1、压力加工：机械性能好，强度高，韧性好，承载大；2、某些加工方法不需或者少后序加工，效率高，材料利用率高。缺点：1、工艺投入比较大，成本高；2、都需要模具；3、形成复杂件难以成形，或者不能成形。固态成形——金属压力加工四、应用条件1.液态成形达不到性能要求的，可采用压力加工。2.在工艺上不适合采用液态成形的制件。固态成形——金属压力加工第一节金属压力加工基本原理一、金属塑性变形的实质金属塑性变形及可锻性固态成形——金属压力加工二、金属的加工硬化与回复、再结晶(一)加工硬化1.现象随着变形程度的增加，金属的强度和硬度逐渐升高，而塑性和韧性降低，这种现象称为加工硬化。2.原因金属发生塑性变形时，位错密度增加,位错间的交互作用增强，相互缠结，造成位错运动阻力的增大,引起塑性变形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎细化，使强度得以提高。固态成形——金属压力加工3.影响(1)可提高材料的硬度，耐磨性，特别是不能通过热处理强化的金属材料;(2)不利因素，后需继续加工不利。4.消除加工硬化的措施(1)再结晶退火;(2)去应力退火。固态成形——金属压力加工（二）回复加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发回复到稳定状态的倾向，但在室温下不易实现。当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子排列回复到正常状态，从而消除晶格扭曲，并部分消除加工硬化。这个过程称为“回复”。这时的温度称为回复温度T回。T回＝（0.25~0.3）T熔（T回、T熔为用绝对温度表示的回复温度、熔点）。固态成形——金属压力加工（三）再结晶1、再结晶的概念变形后的金属在较高温度加热时，由于原子扩散能力增大，被拉长（或压扁）、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶。这个过程称为再结晶。2、再结晶温度再结晶温度指的是最低再结晶温度（T再），通常用经大变形量（70%以上）的冷塑性变形的金属，经一小时加热后能完全再结晶的最低温度来表示。最低在结晶温度（T再）与该金属的熔点（T熔）有如下关系：T再=（0.35~0.4）T熔。固态成形——金属压力加工3、影响最低再结晶温度的因素：预先变形度；金属的熔点；杂质和合金元素；加热速度和保温时间。固态成形——金属压力加工4、再结晶后晶粒的晶粒度再结晶晶粒度取决于塑性变形程度、加热温度、保温时间。1）塑性变形程度；2）加热温度；3）保温时间。固态成形——金属压力加工固态成形——金属压力加工三、金属塑性变形的分类1.种类1）冷变形(冷变形T再)在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。变形过程中只有加工硬化而无再结晶现象，金属材料的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，变形后的金属只具有加工硬化组织。冷变形加工的产品具有表面质量好，尺寸精度高，力学性能好的优点，一般不需再进行切削加工。固态成形——金属压力加工2)热变形（T再热变形）在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。变形产生的加工硬化立即随金属的再结晶而消失，变形后金属具有细而均匀的再结晶等轴晶粒组织而无任何加工硬化痕迹。金属只有在热变形的情况下，才能在较小的变形功的作用下产生较大的变形，加工出尺寸较大和形状较复杂的工件；同时，能获得具有较高力学性能的再结晶组织。由于热变形是在高温下进行的，因而金属在加热过程中，表面容易形成氧化皮，产品尺寸精度和表面质量较低。金属在自由锻﹑热模锻﹑热轧﹑热挤压中的变形都属于热变形。固态成形——金属压力加工2、热变形和冷变形特点比较1)加工性：热变形优于冷变形；2）制件质量：冷变形优于热变形；3）共同处：都可以提高承载能力。固态成形——金属压力加工金属的纤维组织和各向异性由于金属压力加工生产采用的最初坯料内部存在杂质，因此在产生塑性变形时，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，沿着变形方向被拉长，呈纤维形状，这种结构称为纤维组织。纤维组织使金属在性能上具有方向性，平行于纤维方向（纵向）上的塑性和韧性明显高于垂直于纤维方向（横向）上的相应性能。金属的变形越大，纤维组织越明显，性能的方向性也就越明显。固态成形——金属压力加工锻造曲轴切削加工曲轴固态成形——金属压力加工1、使零件所受最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。2、使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断。充分利用纤维组织方向性应遵循原则：固态成形——金属压力加工3、选择1）根据材料性能；2）根据制件复杂程度。固态成形——金属压力加工四、金属的可变形性——压力加工性1.评定条件1）金属的塑性2）变形抗力2、影响因素1）化学成分2）金属组织3）变形温度4）变形速度5）应力状态固态成形——金属压力加工第二节锻造成形一、锻造加热1.锻造温度范围2.加热速度（1）导热性；（2）截面积大小；（3）形状复杂程度。固态成形——金属压力加工二、锻造成形工艺自由锻是用冲击力或压力使金属在锻造设备的上下砧块（或砥铁）间产生塑性变形，从而获得所需几何形状及内部品质锻件的压力加工方法。自由锻的打击力来自锻锤或手锤，靠人工而不用模具来控制金属的变形。实际生产中最常用的是镦粗、拔长、冲孔、错移、扭转等工序。1、自由锻固态成形——金属压力加工（1）镦粗固态成形——金属压力加工（2）拔长固态成形——金属压力加工（3）冲孔固态成形——金属压力加工（4）错移固态成形——金属压力加工（5）扭转固态成形——金属压力加工2、模锻模锻是将加热到锻造温度的金属坯料置于锻模模膛内，使其承受一次或多次冲击力或压力的作用而被迫流动成型以获得锻件的压力加工方法。方法分类：锤上模锻、曲柄压力机模锻、平锻机模锻、摩擦压力机模锻。固态成形——金属压力加工锤上模锻工作示意图固态成形——金属压力加工摩察压力机上预锻和弯曲固态成形——金属压力加工连杆锻模的工作原理固态成形——金属压力加工压力机上模锻工作原理固态成形——金属压力加工平锻机上模锻工作原理示意图固态成形——金属压力加工3、胎模锻胎模锻是介于自由锻和模锻之间的一种锻造方法。在自由锻设备上，使用可移动的胎模生产锻件的锻造方法，称为胎模锻造方法。固态成形——金属压力加工胎模锻工作示意图固态成形——金属压力加工固态成形——金属压力加工4、应用条件1）生产批量；2）锻件质量要求，各种加工方法所达到的加工质量不一样；3）锻件的尺寸、重量大小；4）锻件形状复杂程度。固态成形——金属压力加工5、模锻和自由锻相比有什么特点？1)加工质量；2)加工效率；3)工艺投入费用；4)灵活性大小；5)适用范围大小；6)工人劳动强度；7)对工人技术要求。固态成形——金属压力加工三、模锻工艺规程的制定锤上模锻成形的工艺过程一般为：切断坯料→加热坯料→模锻→切除模锻件的飞边→校正锻件→锻件热处理→表面清理→检验→入库存放。固态成形——金属压力加工1、模锻件图的绘制(1)选择模锻件的分模面；锤上模锻示意图固态成形——金属压力加工(2)确定模锻件的机械加工余量及尺寸公差；(3)确定模锻斜度和圆角；(4)留冲孔连皮。带有冲孔连皮及飞边的模锻件固态成形——金属压力加工2.确定变形工步固态成形——金属压力加工第三节板料的冲压成形一、何谓冲压成形？板料冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常是在常温下进行的，所以又叫冷冲压。二、工艺分类分离工序变形工序固态成形——金属压力加工三、板料冲压的特点1、操作简单，加工效率高；2、一般不需再进行切削加工，因而节约材料，节约能源消耗；3、加工质量高，基本不需要后序加工；4、对工人技术要求低；5、灵活性差。固态成形——金属压力加工四、应用1、较大批量；2、原始坯料较薄的板材；3、只能生产薄壁的制件。固态成形——金属压力加工落料：被分离的部分为成品，而留下的部分是废料；冲孔：被分离的部分为废料，而留下的部分是成品。落料和冲孔五、常用冲压方法(一)冲裁与剪切固态成形——金属压力加工a）弹性变形阶段b）塑性变形阶段c）剪裂分离阶段固态成形——金属压力加工冲裁过程示意图固态成形——金属压力加工冲裁工艺要素冲裁间隙——凸、凹模间隙不仅严重影响冲裁面的断面品质，而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。只有当间隙合适时，上下裂纹重合一线，冲裁力、卸料力和推件力适中，模具才有足够长的寿命。合理排样——排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。排样合理可使废料最少，材料利用率最大。落料件的排样有两种类型：无搭边排样和有搭边排样。固态成形——金属压力加工落料件的排样有两种类型：无搭边排样和有搭边排样。固态成形——金属压力加工1、何谓拉深成形？拉深成形是在压力机的压力作用下，利用模具使金属板料产生塑性变形成为开口空心件的一种冲压工艺，不仅能生产锅、盆、壶等各种各样的日用品，而且在汽车、拖拉机、电器、仪表以及在航空工业中得到极其广泛的应用。（二）拉深（拉延、压延）固态成形——金属压力加工拉深变形过程动画演示固态成形——金属压力加工拉深变形过程生产录像固态成形——金属压力加工2、拉深易发生的质量缺陷、原因、工艺要素(1)凸圆起皱固态成形——金属压力加工（2）底部拉穿固态成形——金属压力加工（3）工艺要素拉深系数太小（m=d后/D前1）；压边力太大。固态成形——金属压力加工弯曲是将坯料弯成一定角度、一定曲率而形成一定形状零件的工序。（三）弯曲弯曲过程示意图弯曲时的纤维方向固态成形——金属压力加工固态成形——金属压力加工弯曲工艺要素模具角度模具圆弧半径固态成形——金属压力加工（四）翻边固态成形——金属压力加工（五）压筋（六）收口固态成形——金属压力加工（七）胀形固态成形——金属压力加工固态成形——金属压力加工（八）旋压固态成形——金属压力加工六、冲模的分类和结构1.简单冲模2.连续冲模3.复合冲模冲模固态成形——金属压力加工一、压力加工新工艺1、精冲2、冷镦3、辊锻4、液态模锻5、超塑成形第四节金属的其他塑性成形工艺固态成形——金属压力加工二、其他塑性成形方法（1）爆炸成形固态成形——金属压力加工（2）轧制板材轧制固态成形——金属压力加工棒材轧制固态成形——金属压力加工板材矫直固态成形——金属压力加工钢球轧制固态成形——金属压力加工本章小结本章主要讲述了金属压力加工的基本原理，锻造成形和冲压成形，其中，加工硬化、塑性变形的分类、纤维组织、金属的可变形性、各种锻造方法的特点比较，以及冲压成形的分类要求掌握。固态成形——金属压力加工作业1、模锻与自由锻相比有什么特点？模锻应用在什么条件下？2、什么是加工硬化？产生的原因是什么？对继续冷加工有什么影响？