第3章金屬塑性成形

1、3.1 金屬塑性成形基礎(chǔ)金屬塑性成形基礎(chǔ)3.1.1 金屬塑性變形的機(jī)理金屬塑性變形的機(jī)理1單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 以理想單晶體為例（無(wú)缺陷、晶格規(guī)則）以理想單晶體為例（無(wú)缺陷、晶格規(guī)則） 滑移：金屬原子沿某些特定面移動(dòng)滑移：金屬原子沿某些特定面移動(dòng)( (即金屬原子在外力的作用下產(chǎn)生了一定的位移）即金屬原子在外力的作用下產(chǎn)生了一定的位移）滑移通常是通過(guò)位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；仆ǔＪ峭ㄟ^(guò)位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 v結(jié)論：切應(yīng)力引起塑性變形，正應(yīng)力引起彈性變形；結(jié)論：切應(yīng)力引起塑性變形，正應(yīng)力引起彈性變形； 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)是原子的移動(dòng)；金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)是原子的移動(dòng)； 塑性變形前后晶格類型

2、保持不變。塑性變形前后晶格類型保持不變。2多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 q 多晶體的塑性變形（晶內(nèi)變形多晶體的塑性變形（晶內(nèi)變形+ +晶間變形晶間變形) ) 晶內(nèi)變形晶內(nèi)變形：主要以滑移方式進(jìn)行主要以滑移方式進(jìn)行 。晶間變形晶間變形：晶粒間的相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。晶粒間的相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。 各晶粒的變形是分批、逐步進(jìn)行的。各晶粒的變形是分批、逐步進(jìn)行的。 （低溫時(shí)多為晶內(nèi)變形，變形量較?。ǖ蜏貢r(shí)多為晶內(nèi)變形，變形量較?。﹒ 2回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶 (1) 回復(fù)回復(fù)：回復(fù)使晶格畸變減輕或消除，使制件保 持較高的強(qiáng)度且降低脆性。 回復(fù)溫度約為（回復(fù)溫度約為（0.250.250.300.30）T

3、T熔熔K K (2) 再結(jié)晶再結(jié)晶：塑性變形后金屬被拉長(zhǎng)了的晶粒重新 生核、結(jié)晶，變?yōu)榈容S細(xì)晶。 完全消除加工硬化現(xiàn)象，完全消除加工硬化現(xiàn)象， 再結(jié)晶溫度一般為再結(jié)晶溫度一般為0.4T熔熔K以上以上 。 ( (再結(jié)晶是原子重新排列的過(guò)程）再結(jié)晶是原子重新排列的過(guò)程）n3.1.3 金屬的冷成形、熱成形及溫成形金屬的冷成形、熱成形及溫成形 冷成形冷成形: :在回復(fù)溫度以下進(jìn)行的塑性成形，變形過(guò)程中會(huì)在回復(fù)溫度以下進(jìn)行的塑性成形，變形過(guò)程中會(huì) 出現(xiàn)加工硬化。出現(xiàn)加工硬化。 有利于提高金屬的強(qiáng)度和表面質(zhì)量有利于提高金屬的強(qiáng)度和表面質(zhì)量, ,用于制造半成用于制造半成 品或成品。品或成品。( (變形材料應(yīng)

4、有較好的塑性且變形量不變形材料應(yīng)有較好的塑性且變形量不 宜過(guò)大）宜過(guò)大） 熱成形熱成形: :在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性成形，變形過(guò)程中既在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性成形，變形過(guò)程中既 有加工硬化又有再結(jié)晶，且硬化被再結(jié)晶完全消除。有加工硬化又有再結(jié)晶，且硬化被再結(jié)晶完全消除。 綜合力學(xué)性能好綜合力學(xué)性能好, ,變形力小，變形程度大變形力小，變形程度大, ,用于毛坯用于毛坯 或半成品的制造?；虬氤善返闹圃臁?為使再結(jié)晶迅速、徹底，實(shí)際熱成形溫度應(yīng)高于再為使再結(jié)晶迅速、徹底，實(shí)際熱成形溫度應(yīng)高于再 結(jié)晶溫度，但不能過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。結(jié)晶溫度，但不能過(guò)高或保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。溫成形溫成形: :在高于回復(fù)溫

5、度和低于再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的在高于回復(fù)溫度和低于再結(jié)晶溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的 塑性成形塑性成形, ,有加工硬化及回復(fù)現(xiàn)象，但無(wú)再結(jié)晶。有加工硬化及回復(fù)現(xiàn)象，但無(wú)再結(jié)晶。 用于強(qiáng)度較高、塑性較差的金屬，或尺寸較大、用于強(qiáng)度較高、塑性較差的金屬，或尺寸較大、 材料強(qiáng)度較高的零件或半成品制造。材料強(qiáng)度較高的零件或半成品制造。 n3.1.4 鍛造比與鍛造流線鍛造比與鍛造流線 1鍛造比：鍛造比： 鍛造時(shí)變形程度的一種表示方法鍛造時(shí)變形程度的一種表示方法n拔長(zhǎng)時(shí)：拔長(zhǎng)時(shí)：n鐓粗時(shí)：鐓粗時(shí)：00/LLAAyHHAAy/00 隨著鍛造比的隨著鍛造比的增加，金屬的力學(xué)增加，金屬的力學(xué)性能顯著變化性能顯著變化 結(jié)構(gòu)鋼

6、鋼錠的鍛結(jié)構(gòu)鋼鋼錠的鍛造比一般為造比一般為2 24 4，各，各類鋼坯和軋材的鍛造類鋼坯和軋材的鍛造比一般為比一般為1.11.11.3 1.3 q 3.1.5 材料的塑性成形性材料的塑性成形性 用塑性和變形抗力綜合衡量 2變形條件的影響變形條件的影響 變形溫度變形溫度：原子熱運(yùn)動(dòng)能力原子熱運(yùn)動(dòng)能力 應(yīng)變速率應(yīng)變速率：變形分布、熱效變形分布、熱效 應(yīng)、變形慣性應(yīng)、變形慣性 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)：壓應(yīng)力的影響壓應(yīng)力的影響 1材料本質(zhì)的影響材料本質(zhì)的影響 化學(xué)成分：化學(xué)成分： 越純?cè)胶迷郊冊(cè)胶?金屬組織金屬組織： 均勻、細(xì)晶最好均勻、細(xì)晶最好 q 3.1.6 金屬塑性成形的基本規(guī)律金屬塑性成形的基本規(guī)律

7、1、體積不變條件體積不變條件：由于塑性變形時(shí)金屬密度的變化很由于塑性變形時(shí)金屬密度的變化很小，可認(rèn)為變形前后的體積相等，此假設(shè)稱為體積不小，可認(rèn)為變形前后的體積相等，此假設(shè)稱為體積不變條件。即變條件。即E x + E y+ E z=0 或或 E x = （E y+ E z）2、最小阻力定律：物體變形過(guò)程中某質(zhì)點(diǎn)有向各種最小阻力定律：物體變形過(guò)程中某質(zhì)點(diǎn)有向各種方向移動(dòng)的可能性時(shí)，則其將向著阻力最小的方向方向移動(dòng)的可能性時(shí)，則其將向著阻力最小的方向移動(dòng)。移動(dòng)。v 宏觀上變形阻力最小的方向上變形量最大宏觀上變形阻力最小的方向上變形量最大 根據(jù)體積不變條件和最小阻力定理可以分析塑根據(jù)體積不變條件和最

8、小阻力定理可以分析塑性成形過(guò)程中金屬坯料的變形趨勢(shì)，可能出現(xiàn)的現(xiàn)性成形過(guò)程中金屬坯料的變形趨勢(shì)，可能出現(xiàn)的現(xiàn)象，產(chǎn)生缺陷的原因并采取相應(yīng)的工藝措施，以保象，產(chǎn)生缺陷的原因并采取相應(yīng)的工藝措施，以保證生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。證生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品質(zhì)量的控制。 3.2 金屬塑性成形方法金屬塑性成形方法q3.2.1 鍛造鍛造 鍛造是在加壓設(shè)備及工（模）具的作用下，使坯料、鑄錠產(chǎn)生局部或全部的塑性變形，以獲得具有一定幾何尺寸、形狀和質(zhì)量的鍛件的加工方法 。q 只用簡(jiǎn)單的通用性工具使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的加工方法。 設(shè)備設(shè)備：基本工序基本工序：變形特點(diǎn)變形特點(diǎn)：生產(chǎn)特點(diǎn)生產(chǎn)特點(diǎn)： 應(yīng)用

9、應(yīng)用: v畫法畫法: : 鍛件輪廓用鍛件輪廓用粗實(shí)線繪出，零件粗實(shí)線繪出，零件基本形狀用雙點(diǎn)劃基本形狀用雙點(diǎn)劃線表示；鍛件尺寸線表示；鍛件尺寸和公差標(biāo)注于尺寸和公差標(biāo)注于尺寸線上方，零件公稱線上方，零件公稱尺寸標(biāo)注在相應(yīng)鍛尺寸標(biāo)注在相應(yīng)鍛件尺寸下方件尺寸下方( (或后方或后方) )的括弧內(nèi)的括弧內(nèi) q 3.3.1 自由鍛工藝設(shè)計(jì)自由鍛工藝設(shè)計(jì) 1繪制鍛件圖繪制鍛件圖 余塊余塊: 簡(jiǎn)化鍛件形狀簡(jiǎn)化鍛件形狀,便于鍛造便于鍛造 余量余量: 所有面都應(yīng)添加加工余量所有面都應(yīng)添加加工余量 公差公差: 數(shù)值較大數(shù)值較大 2 依據(jù)依據(jù)鍛件的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行確定鍛件的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行確定 盤塊類盤塊類軸桿類軸桿類圓筒

10、類圓筒類圓環(huán)類圓環(huán)類彎曲類彎曲類30VmaxDyv 將上述內(nèi)容，按變形順序，以簡(jiǎn)圖形式繪于將上述內(nèi)容，按變形順序，以簡(jiǎn)圖形式繪于 一張表格上，就是鍛造工藝卡，用以指導(dǎo)自一張表格上，就是鍛造工藝卡，用以指導(dǎo)自 由鍛生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行和自由鍛件的檢驗(yàn)。由鍛生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)行和自由鍛件的檢驗(yàn)。q 便于順利取出便于順利取出易于金屬充填易于金屬充填盡量采用平面盡量采用平面盡量減少余塊盡量減少余塊 利于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模利于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模2模鍛工步選擇模鍛工步選擇 主要根據(jù)模鍛方法和 模鍛件的結(jié)構(gòu)形狀確定 盤類盤類： 鐓粗、（預(yù)鍛）、鐓粗、（預(yù)鍛）、 終鍛終鍛直軸類直軸類：拔長(zhǎng)、滾壓、：拔長(zhǎng)、滾壓、 （預(yù)鍛）、終鍛（預(yù)鍛）、終鍛

11、 彎軸類彎軸類：拔長(zhǎng)、滾壓、：拔長(zhǎng)、滾壓、 彎曲、（預(yù)鍛）、彎曲、（預(yù)鍛）、 終鍛終鍛簡(jiǎn)圖 1 簡(jiǎn)圖2 2）鍛壓機(jī)模鍛： 鍛壓機(jī)即熱模鍛機(jī)械壓力機(jī)，是通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)使滑塊往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模鍛的 鍛件精度高；變形較均勻且生產(chǎn)效率高；鍛件的模鍛斜度??；利于提高金屬塑性，可采用組合式模,鍛模成本較低且易于修復(fù)。行程和速度固定，需另行制坯 (2) 沖裁間隙：沖裁間隙： 小間隙小間隙 中等間隙中等間隙 大間隙大間隙 直排直排斜排斜排對(duì)排對(duì)排混合排混合排整修整修擠光擠光精密沖裁精密沖裁 將板料、型材或管材在彎矩作用下彎成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。 )(1801800 xrl凸、凹模做成一體凹00凸0凸凹0q 3.2.3 軋制軋制 材料在旋轉(zhuǎn)軋輥的作用下，產(chǎn)生連材料在旋轉(zhuǎn)軋輥的作用下，產(chǎn)生連 續(xù)塑性變形獲得產(chǎn)品續(xù)塑性變形獲得產(chǎn)品 1縱軋縱軋 2斜軋斜軋 楔橫軋楔橫軋 齒輪軋制齒輪軋制 輾環(huán)輾環(huán) q 正擠壓正擠壓 反擠壓反擠壓 復(fù)合擠壓復(fù)合擠壓 徑向擠壓徑向擠壓 7高能成形 利用高能率的沖擊波，通過(guò)介質(zhì)使金屬板料產(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀的加工方法 爆炸成形 (2) 電液成形 (3) 電磁成形 特點(diǎn)：高能成形易于成 形形狀復(fù)雜的制 件和難加工材料， 制件