锻压成形

1锻压成形1.金属塑性变形基础2.自由锻造3.模型锻造4.板料冲压本章主要内容：2主要问题：1.为什么锻压加工能提高零件的性能?2.什么是冷变形强化(加工硬化)？工业生产中的意义？3.纤维组织（锻造流线）及其影响4.什么是金属的可锻性?衡量指标？5.自由锻的主要设备和常用基本工序；自由锻件图的绘制及其结构工艺性。6.模锻件的分模面选择和结构设计应注意哪些问题？7.板料冲压对材料性能有何要求？设备？常用工序？1.什么是锻压成形金属坯料在外力作用下产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的成形方法。锻压锻造冲压自由锻造，简称自由锻模型锻造，简称模锻板料冲压（钣金加工）3.1概述2.分类43.锻压成型的主要特点及应用1）提高金属的力学性能晶粒细化，组织致密；气孔、微裂纹等铸造缺陷被压合；使纤维组织合理分布。2）节约材料，减少切削加工工时力学性能好，承载能力提高；与切削加工相比，减少零件制造中的金属消耗。3）模锻生产率高，适应性强4）缺点：不能生产形状复杂的毛坯或零件。应用：主要用于轴类、连杆、齿轮、炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的重要零件。3.2金属的塑性变形塑性变形：材料在外力作用下产生而外力去除后不能恢复的那部分残留变形。塑性加工（压力加工）：利用塑性变形使材料成形的加工方法的统称。目的：（1）改善金属的组织和性能；（2）获得所需尺寸、形状的产品。分类：冷变形和热变形加工。生产实例：锻造、冲压、挤压、拉拔等。锻造连杆高强度螺栓金属的塑性变形滑移：指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动位移的现象。滑移的结果在晶体表面形成台阶；孪生的结果使孪生面两侧晶体呈镜面对称。主要形式—滑移3.2.1塑性变形的实质3.2.2塑性变形对金属组织和性能的影响加工硬化现象冷变形金属随变形度↑，强度、硬度↑，塑性、韧性↓加工硬化的利弊及应用是不能热处理强化金属材料的重要强化手段，如防锈铝合金可提高构件在使用过程中的安全性塑性↓变形抗力↑使进一步加工变得困难，如冷拉钢丝加工硬化现象，可采用再结晶退火消除！1.加工硬化加工硬化82.回复和再结晶—回复：在加热温度不高时，冷变形金属原子扩散，残余内应力↓↓，强度硬度、塑性韧性基本不变。应用：去应力退火。目的是消除残余应力。冷变形金属的软化过程再结晶：加热温度较高时，金属原子扩散能力↑↑，形成新的无畸变等轴晶，晶格结构不变，加工硬化消除强度硬度降低↓，塑性韧性提高↑应用：再结晶退火，目的是消除加工硬化，加热温度为（T再＋100～200℃）图3-59加热温度对冷变形金属组织和性能的影响103.冷变形和热变形T再冷变形热变形以下以上划分：变形过程的区别：①冷变形过程中产生加工硬化，变形抗力↑，Ra值较低应用：金属材料通过冷轧、冷拔、等进行强化。②热变形没有加工硬化，金属塑性↑变形抗力↓变形量↑应用：金属材料的锻造加工影响：组织细密，成分均匀；消除气孔、缩松等铸造缺陷；形成纤维组织—锻造流线。相同材料，锻件的力学性能比铸件的高4.纤维组织—锻造流线定义：铸锭内部存在的非金属夹杂物，在轧制或锻造过程中，随晶粒的变形方向被拉长呈纤维分布；在再结晶时，变形的晶粒恢复为细小等轴晶，而夹杂物依然沿被拉长的方向保留下来，称为纤维组织（图3-7）。热变形流线吊钩中的锻造流线12使金属的力学性能具有各向异性。平行于纤维组织方向，塑性、韧性好；垂直于纤维组织方向，塑性、韧性差；热处理不能消除纤维组织，只能通过锻造加工来改变。例如：高速钢的反复锻造加工，目的是消除粗大碳化物。4.纤维组织—锻造流线影响：（图示）13在设计和制造零件时，要利用纤维组织的合理分布，使流线方向与零件的轮廓线相符合，提高零件的力学性能和使用寿命。应用：举例：热轧成形齿轮、锻造曲轴，流线方向与轮廓一致，寿命提高。棒料切削厚板切削圆钢镦粗后切削精锻成形锻造曲轴14如图所示为一钢制拖钩，可以用下列方法制造：铸造、锻造、板料切割，其中，以哪种方法制得的拖钩拖重能力最大？解释其原因。课堂练习：答：锻造。原因：（1）细化晶粒、改善组织，提高力学性能；（2）压合缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷；（3）使纤维组织不被切断，并沿制件外形合理分布。3.2.3金属的可锻性及其影响因素可锻性及衡量指标定义：金属在锻压成形时，获得优质锻件的难易程度。衡量指标：①塑性：材料的塑性越好可锻性越好②变形抗力：材料的变形抗力越小可锻性越好主要影响因素化学成分、金相组织、变形温度、变形速度、应力状态等161.化学成分和金相组织（2）金相组织、结构纯金属和单相固溶体组织，塑性好，具有良好的可锻性。例如：紫铜比黄铜可锻性好；钢在锻造时，一般加热到高温，获得单相奥氏体组织；面心立方结构金属塑性好，比密排六方结构的可锻性好。（1）化学成分WCMe%材料的可锻性越好例如：低碳钢比高碳钢的可锻性好；碳素钢比合金钢的可锻性好。172.变形温度T变越高材料的可锻性越好。（有效措施）故：锻造常在高温下进行，但温度不能过高。钢件锻造加热常见缺陷氧化：金属元素与炉气中氧反应产生氧化皮。危害：合金元素烧损，锻模磨损加剧，锻件质量脱碳：钢件表层中碳被炉气中O2和CO2氧化危害：工件表层WC，强度、硬度、耐磨性过热：加热温度过高或高温停留时间过长，造成晶粒粗大危害：钢件的强度、塑性、冲击韧性。再次热处理补救。过烧：加热温度接近固相线并停留时间过长，奥氏体晶界氧化甚至局部熔化。一旦产生，只能报费。防止：在真空或非氧化气氛中加热或涂防氧化涂料。18确定：根据合金状态图。原则：①始锻温度，在不出现过热和过烧前提下，尽量提高始锻温度。碳钢的始锻温度应低于固相线150~200oC②终锻温度：停止锻造的温度。终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大，降低锻件力学性能；太低，再结晶较困难，加工强化现象严重，变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏设备和工具。碳钢在800℃以上（图示）。锻造温度始锻温度终锻温度锻造加工193.变形速度指金属在锻压加工过程中，单位时间内的相对变形量。影响：（1）加工硬化被再结晶消除的程度。v＜vc时，再结晶速度起主要作用；v↓再结晶↑塑性↑变形抗力↓金属可锻性↑合金钢比低碳钢塑性差，再结晶温度高，再结晶速度缓慢，不宜在锻锤上锻打，应在变形速度低的压力机上锻造，以利于加工硬化的消除。大锻件不易锻透，也应在压力机上锻造。低碳钢塑性好，小件也易锻透，多采用变形速度快的锻锤锻打，若加工硬化不能被再结晶完全消除，还可提高强度。20（2）变形过程中的热效应。变形过程中，部分塑性变形转化为热能，使锻件温度升高的现象。3.变形速度热效应使金属的塑性提高，变形抗力降低，可锻性变好。当v＞vc时，热效应起主要作用；v↑塑性↑变形抗力↓可锻性↑。21变形区，压应力的数量愈多，塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，变形抗力小，但裂纹易扩展，塑性差。挤压成形时，三向受压应力，适于塑性较差的材料。拉拔成形时，二向受压，一向受拉，适于塑性好的材料。4.应力状态拉拔成形时应力状态挤压成形时应力状态定义：利用砥铁和一些简单工具，使被加热的金属坯料变形，获得一定尺寸、形状、性能锻件的成形方法，简称自由锻。特点：锻造比大，对锻件组织和性能有较大改善；工具简单，通用性强，成本低；灵活性大，但锻件表面质量差，生产率低。3.3自由锻造应用：适于单件、小批、各种大小锻件的生产。例如：水轮机主轴、曲轴、连杆等。锻锤压力机落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位=压力机吨位=水压机油压机使金属在静压力下变形，变形速度低。空气锤：蒸汽—空气锤：65~1000Kg630Kg~5t金属在锻锤冲击力下变形应用：锻锤变形速度高，适于小、中型锻件；压力机变形速度低，适于大钢锭、大锻件和可锻性差的合金钢。3.3.1自由锻设备基本工序以改变坯料的形状为主，同时改善锻件的力学性能的工序。3.3.2自由锻基本工序镦粗拔长冲孔弯曲切割扭转错移锻接等最常用的3个基本工序25200DH2100DH形成双鼓形，不能锻透单鼓形（表层金属塑性流动受限制）1.镦粗H完全镦粗局部镦粗S使坯料的高度减小而截面增大的工序称为镦粗。2100DH坯料的高径比难变形锥261.镦粗应用：①是圆饼类、盘套类锻件的主要工序；②对高合金钢锻件，可增加锻造比，使变形均匀，提高锻件综合力学性能。例如：铸态高速钢制作刀具时，进行三镦三拔；Cr12钢制作冷作模具时，反复锻造加工。272.拔长，SL使坯料横截面缩小而长度增加的工序。应用：是轴杆类、筒类锻件的主要工序。例：曲轴坯拔长拔长另一端摔圆下料切肩拔长一端摔圆坯料镦粗冲孔芯轴拔长锻件筒形件的锻造工序283.冲孔利用冲子在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。应用：各种带孔、空心锻件，如齿轮坯、圆筒等。实心冲子冲孔，最常用空心冲子，用于钢锭、孔径400mm大锻件漏盘冲孔，用于板料3种方法：29（1）圆饼类锻件应避免加强筋和凸台结构。×√4.自由锻件的结构工艺性304.自由锻件的结构工艺性（2）轴杆类锻件，不能加工锥形轴和相贯线为空间曲线结构。×√×√3.3.3自由锻工艺规程的制定1.锻件图的绘制锻件图是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。零件图加工余量锻造公差余块锻件图锻件的最小尺寸大于零件的名义尺寸锻造公差=（1/3~1/4）余量32余块（敷料）：为简化锻件和锻造工艺，在锻件上某些部位附加的大于加工余量的那部分金属。1-余块（紫红）2-加工余量332.坯料重量和尺寸的计算m坯料=m锻件+m料头+m芯料+m烧损原则：锻造前后坯料体积不变。坯料重量计算m坯料=V坯料×ρ坯料尺寸的计算：坯料尺寸取决于工艺过程中第一道工序的性质。例如：第一道工序为镦粗，则坯料的高径比应在1.25～2.5之间；第一道工序为拔长，则按锻件的最大截面积和锻造比等考虑。343.锻造工序的选择轴、杆类零件：镦粗、拔长盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、冲孔（芯轴上扩孔）筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长根据锻件的形状、锻件的工序和生产条件确定。例如：自由锻实例：风动机曲轴的自由锻工艺规程35附：锻件材料及锻造加工的目的（1）一般碳钢和低合金钢的小型锻件，原料为轧制钢材，以成形为主要目的；（2）以轧制钢材为原料的高合金钢小型锻件和以钢锭为原料的大中型锻件，虽也有成形要求，但更主要的是保证锻件的力学性能。例如：高合金工具钢的锻件（W18Cr4V、Cr12MoV等），为击碎钢锭组织粗大网状碳化物，要求有较大的锻造比，则必须采用多次反复镦拔的工艺。自由锻与其它锻造方法相比，锻造比大，对金属材料组织和性能有很大改善。3.4模型锻造简称模锻，是利用模具使坯料变形，充满模具模膛，获得锻件的锻造方法。特点：1）纤维分布合理，模锻件性能好；2）锻件的尺寸精度，表面质量高；3）材料利用率高，节省金属，生产率高；4）可锻造形状较复杂的零件；5）锻模加工复杂，成本高；6）锻件不能任意大，一般不得超过150kg。只适于中、小型锻件的批量生产。373.4.1锤上模锻1.设备在模锻锤上模锻，设备为蒸汽—空气模锻锤。模锻锤的吨位：以锤头落下部分的质量标定，主要根据模锻件的质量大小选用。优点：打击速度快（6～8m/s），行程不固定，可以根据需要按轻、重、快、慢锤击锻件；可在一个锻模的不同模膛内实现镦粗、拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等工步。缺点：震动大，无顶出锻件装置，不适于高精度锻件和某些杆类锻件的模锻。382.分类和锻模分类开式模锻：四周有飞边槽，工艺简单，应用最广。闭式模锻：无飞边槽，锻件精度较低，生产中少用。开式模锻单膛模锻：用于形状简单锻件多膛模锻：用于形状复杂锻件制坯模膛预锻模膛终锻模膛切断模膛开式模锻模膛：形成锻件基本形状和尺寸的空腔。飞边槽：增加金属流动的阻力，迫使金属充满模膛，缓冲并调节金属量。（1）制坯模膛用于复杂锻件的预先制坯，先将简单截面的坯料制成近似锻件形状的异型坯，再预锻