金屬壓力加工基礎

1、金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院金屬工藝學金屬工藝學 多媒體課件 華中農業(yè)大學華中農業(yè)大學金屬工藝學金屬工藝學課程組課程組金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院第四章第四章 金屬塑性加工金屬塑性加工主要內容：主要內容：本篇重點：本篇重點：1.1. 了解金屬塑性成型的理論了解金屬塑性成型的理論基礎；基礎；2.2. 掌握掌握金屬的塑性成型方法金屬的塑性成型方法及工藝及工藝；3.3. 掌握掌握薄板沖壓成形工藝，薄板沖壓成形工藝，包括各種成形模具結構、包括各種成形模具結構、基本工序和典形零件的工基本工序和典形零件的工藝制定藝制定。4.1 金屬塑性加工基礎金屬塑性加工基礎4.2 常用的鍛造方法常用的鍛造方法4.3

2、 板料沖壓板料沖壓4.4 特種塑性加工方法簡介特種塑性加工方法簡介金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院金屬塑性成型：利用金屬在外力作用下所產生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的原材料、毛坯或零件的生產方法，也稱為壓力加工。第四章第四章 金屬塑性加工金屬塑性加工金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院第四章第四章 金屬塑性加工金屬塑性加工金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1 塑性成型的理論基礎4.1.1 金屬塑性變形的實質 4.1.2 塑性變形對金屬組織和性能的影響 4.1.3 金屬的可鍛性：塑性變形不破壞的能力 重點內容：重點內容： 1. 金屬塑性成型的原理；金屬塑性成型的原理； 2. 纖維組織

3、的形成及利用；纖維組織的形成及利用； 3. 金屬可鍛性及其影響因素。金屬可鍛性及其影響因素。主要內容主要內容金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1.1 塑性變形的實質金屬經過壓力加工后，性能會提高，主要原因是？金屬經過壓力加工后，性能會提高，主要原因是？伸長率，斷面收縮率伸長率，斷面收縮率金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院金屬塑性變形的實質是：金屬塑性變形的實質是：晶體內部產生滑移的結果晶體內部產生滑移的結果金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院在切應力的作用下，晶體的一部分相對另一部分沿著一定在切應力的作用下，晶體的一部分相對另一部分沿著一定的晶面產生相對滑動，的晶面產生相對滑動，（位錯運動）（位錯運動）

4、造成晶體的塑性變形造成晶體的塑性變形金屬塑性變形的實質是：金屬塑性變形的實質是：晶體內部產生滑移的結果晶體內部產生滑移的結果金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1.1 塑性變形的實質（1 1） 最小阻力定律：最小阻力定律： 如果金屬顆如果金屬顆粒在幾個方向上都可移動，那么金屬顆粒粒在幾個方向上都可移動，那么金屬顆粒就沿著就沿著阻力最小阻力最小的方向移動，這就叫做的方向移動，這就叫做最最小阻力定律小阻力定律。圓形、方形、矩形截圓形、方形、矩形截面上各質點在鐓粗時面上各質點在鐓粗時的流動方向。的流動方向。（2） 塑性變形前后體積不變的假設：塑性變形前后體積不變的假設： 變形前物體的變形前物體的體積等

5、于變形后的體積體積等于變形后的體積金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1.2.1金屬的加工硬化與回復、再結晶金屬的加工硬化與回復、再結晶金屬在常溫下經過塑性變形后，內部組織將發(fā)生變化：金屬在常溫下經過塑性變形后，內部組織將發(fā)生變化：晶粒沿最大變形的方向伸長；晶粒沿最大變形的方向伸長；晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產生內應力；晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產生內應力；晶粒間產生碎晶。晶粒間產生碎晶?；貜停夯貜停簻囟雀邷囟雀?原子熱能增加原子熱能增加 原子排列回復到正常狀態(tài)原子排列回復到正常狀態(tài) 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。 不改變晶粒形狀不改變晶粒形狀T回回(0.25

6、0.3) T熔熔再結晶：再結晶：溫度繼續(xù)升高到該金屬熔點絕對溫度的溫度繼續(xù)升高到該金屬熔點絕對溫度的0.4倍時，以碎倍時，以碎晶或雜質為核心，按變形前的晶格結構結晶成新的晶粒，消除了晶或雜質為核心，按變形前的晶格結構結晶成新的晶粒，消除了全部冷變形強化現(xiàn)象。全部冷變形強化現(xiàn)象。 T再再0.4T熔熔加工硬化：加工硬化：隨變形程度增大，強隨變形程度增大，強度和硬度上升而塑性下降的現(xiàn)象稱度和硬度上升而塑性下降的現(xiàn)象稱為冷變形強化，又稱加工硬化。為冷變形強化，又稱加工硬化。不不穩(wěn)定現(xiàn)象（應用）穩(wěn)定現(xiàn)象（應用）4.1.2 塑性變形對金屬組織與性能的影響金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1.2.1金屬的加

7、工硬化與回復、再結晶金屬的加工硬化與回復、再結晶4.1.2 塑性變形對金屬組織與性能的影響金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院冷變形冷變形 變形溫度低于回復溫度時，金屬在變形變形溫度低于回復溫度時，金屬在變形過程中只有過程中只有加工硬化加工硬化而無而無回復回復與與再結晶再結晶現(xiàn)象，現(xiàn)象，變形后的金屬只具有加工硬化組織，這種變變形后的金屬只具有加工硬化組織，這種變形稱為形稱為冷變形冷變形。（變形程度不易過大）（變形程度不易過大） T回回=（0.250.3）T熔熔熱變形熱變形 變形溫度在再結晶溫度以上時，變形溫度在再結晶溫度以上時，變形變形產生的產生的加工硬化加工硬化被隨即發(fā)生的再結晶所抵被隨即發(fā)生的再

8、結晶所抵消，變形后金屬具有再結晶的等軸晶粒組消，變形后金屬具有再結晶的等軸晶粒組織，而無任何加工硬化痕跡，這種變形稱織，而無任何加工硬化痕跡，這種變形稱為為熱變形熱變形。 T再再=0.4T熔熔4.1.2.2 4.1.2.2 冷變形及熱變形冷變形及熱變形如何利用如何利用 ？舉例？舉例金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院1、將鑄錠加熱進行壓力加工后，由于金屬經過塑性變形、將鑄錠加熱進行壓力加工后，由于金屬經過塑性變形及再結晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細化的及再結晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細化的再結再結晶組織晶組織。2、同時還可以將鑄錠中的氣孔、縮松等壓合在一起，使、同時還可以將鑄錠中的氣孔

9、、縮松等壓合在一起，使金屬金屬組織更加致密組織更加致密，其力學性能會有很大提高。，其力學性能會有很大提高。3、鑄錠在壓力加工中產生塑性變形時，基體金屬的晶粒、鑄錠在壓力加工中產生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質形狀都發(fā)生了變形，它們將沿形狀和沿晶界分布的雜質形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉長，呈纖維形狀。這種結構叫著變形方向被拉長，呈纖維形狀。這種結構叫纖維組織纖維組織。3.1.2.3 纖維組織變化纖維組織變化 4、具有纖維組織的金屬，、具有纖維組織的金屬，各個方向上的力學性能不相同各個方向上的力學性能不相同。順纖維方向的力學性能比橫纖維方向的好。順纖維方向的力學性能比

10、橫纖維方向的好。(起重機吊鉤起重機吊鉤)4.1.2 塑性變形對金屬組織與性能的影響金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院 使纖維分布與零件的輪廓使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷；相符合而不被切斷； 使零件所受的最大拉應力使零件所受的最大拉應力與纖維方向一致，最大切應力與纖維方向一致，最大切應力與纖維方向垂直。與纖維方向垂直。分析：分析： 采用棒料直接經切削加工制造螺釘采用棒料直接經切削加工制造螺釘 采用同樣棒料經局部鐓粗方法制造螺釘采用同樣棒料經局部鐓粗方法制造螺釘纖維組織的利用原則纖維組織的利用原則4.1.2 塑性變形對金屬組織與性能的影響鍛造比鍛造比拔長工序，鍛造比：拔長工序，鍛造比： HH

11、y0鐓變形前的高度變形前的高度變形后的高度變形后的高度是鍛造生產中代表金屬變形大小的一個參數(shù)，是鍛造生產中代表金屬變形大小的一個參數(shù)，一般用鍛造過程中的典型工序的變形程度來表示。一般用鍛造過程中的典型工序的變形程度來表示。鐓粗工序，鍛造比為：鐓粗工序，鍛造比為： SSy0拔變形前的面積變形前的面積變形后的面積變形后的面積4.1.2 塑性變形對金屬組織與性能的影響金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院 可鍛性可鍛性常用金屬材料在經受壓力加工產生塑性常用金屬材料在經受壓力加工產生塑性變形的工藝性能來表示?？慑懶缘膬?yōu)劣是以金屬的塑性變形的工藝性能來表示。可鍛性的優(yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來綜合評定的。和變

12、形抗力來綜合評定的。 塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產生永久變形，而是指金屬材料在外力作用下產生永久變形，而不破壞其完整性的能力。不破壞其完整性的能力。 變形抗力變形抗力是指金屬對變形的抵抗力。是指金屬對變形的抵抗力。金屬的可鍛性取決于金屬的可鍛性取決于材料的性質材料的性質(內因內因)和和加工條件加工條件(外外因因)。4.1.3 金屬的可鍛性金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1.3.1 材料性質的影響材料性質的影響( (內因內因) )化學成分的影響化學成分的影響純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。鋼中合金元素含量越多，合金成分越復雜，其塑性越差，變鋼中合金元素含量

13、越多，合金成分越復雜，其塑性越差，變形抗力越大。形抗力越大。例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的。例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的。金屬組織的影響金屬組織的影響 純金屬及固溶體純金屬及固溶體(如奧氏體如奧氏體)的可鍛性好。而碳化物的可鍛性好。而碳化物(如如滲碳體滲碳體)的可鍛性差。的可鍛性差。 鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結構不如晶粒細小而又均勻的鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結構不如晶粒細小而又均勻的組織的可鍛性好組織的可鍛性好4.1.3 金屬的可鍛性金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1.3.2 加工條件的影響加工條件的影響( (外因外因) ) 在一定的變形溫度范圍內，隨著

14、溫度升高，原子動能升高，在一定的變形溫度范圍內，隨著溫度升高，原子動能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。 若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學性能降低，這若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學性能降低，這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為“過熱過熱”。若加熱溫度更高接近熔點，晶界氧化破若加熱溫度更高接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間的結合，使金屬失去塑性，坯料報廢，這一現(xiàn)象稱壞了晶粒間的結合，使金屬失去塑性，坯料報廢，這一現(xiàn)象稱為為“過燒過燒”。 金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為金屬鍛造加熱時允許的最高溫度稱為始鍛溫度始鍛溫度。不能再鍛，否則引起

15、加工硬化甚至開裂，此時停止鍛造的溫度不能再鍛，否則引起加工硬化甚至開裂，此時停止鍛造的溫度稱稱終鍛溫度終鍛溫度。變形溫度的影響變形溫度的影響4.1.3 金屬的可鍛性金屬工藝學 華中農業(yè)大學工學院4.1.3.3 變形速度的影響變形速度的影響 一方面由于變形速度的增大，回一方面由于變形速度的增大，回復和再結晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)復和再結晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大，可鍛性變壞。力增大，可鍛性變壞。 另一方面，金屬在變形過程中，另一方面，金屬在變形過程中，消耗于塑性變形的能量有一部分消耗于塑性變形的能量有一部分轉化為熱能，使金屬溫度升高轉化為熱能，使金屬溫度升高(稱為熱效應現(xiàn)象稱為熱效應現(xiàn)象)。變形速度越。變形速度越大，熱效應現(xiàn)象越明顯，使金屬大，熱效應現(xiàn)象越明顯，使金屬的塑性提高、變形抗力下降的塑性提高、變形抗力下降(圖圖中中a點以后點以后)，可鍛性變好。，可鍛性