金屬壓力加工現(xiàn)代塑性加工方法課件

現(xiàn)代塑性加工方法（1）具有更高生產(chǎn)率，機(jī)械化、自動(dòng)化程度大大提高；（2）鍛壓件的形狀更接近零件形狀，從而實(shí)現(xiàn)少、無切削加工；（3）適應(yīng)新型材料及加工工藝的要求。現(xiàn)代塑性加工方法（1）具有更高生產(chǎn)率，機(jī)械化、自動(dòng)化程度大大一、

超塑性成形

SuperplasticityDeformation超塑性Superplasticity：在特定的組織結(jié)構(gòu)和變形條件下，金屬可呈現(xiàn)極高的塑性，其延伸率可達(dá)百分之百，甚至達(dá)百分之一千到幾千，而不發(fā)生破壞的能力。

一、超塑性成形

SuperplasticityDefor主要特點(diǎn)成形時(shí)呈現(xiàn)良好的流動(dòng)性，填充性好，可充滿模膛，易成形，制件尺寸精度高；變形抗力小，使難變形材料容易塑性成形，例如，GCr15軸承合金在700OC超塑性變形抗力為

3MPa；流變應(yīng)力對(duì)應(yīng)變速率變化非常敏感，通常金屬超塑性變形的應(yīng)變速率處在10-4～10-2范圍；進(jìn)入穩(wěn)定階段后，不呈現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，可承受大的變形而不破壞，形狀復(fù)雜制件可以一次成形。

主要特點(diǎn)成形時(shí)呈現(xiàn)良好的流動(dòng)性，填充性好，可充滿模膛，易成形1.超塑性變形機(jī)理

晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)晶粒應(yīng)變，引起晶界遷移，同時(shí)擴(kuò)散過程使晶界遷移有足夠高的速度，從而使三叉晶界處孔隙得以愈合。晶界遷移和擴(kuò)散蠕變的調(diào)節(jié)改變晶粒形狀位置，使晶界滑動(dòng)能繼續(xù)進(jìn)行。兩個(gè)橫向排列的晶?；ハ嘟咏⒔佑|，使其兩旁的原來相鄰的兩個(gè)晶粒被擠開，出現(xiàn)晶粒的換位，從而使多晶體在應(yīng)力方向上產(chǎn)生了較大的伸長(zhǎng)變形量。晶界變形量占了總變形量的絕大部分，晶界并未產(chǎn)生開裂，晶內(nèi)變形量很少，晶粒保持等軸狀或等軸化，而不被拉長(zhǎng)。擴(kuò)散調(diào)節(jié)的晶界滑移機(jī)制:晶界滑移伴隨著晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)1.超塑性變形機(jī)理晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)晶粒應(yīng)變，引起晶界遷移，與冷熱變形的組織結(jié)構(gòu)不一樣，超塑性變形后，晶粒的等軸形狀幾乎保持不變是顯微組織的主要特征之一。超塑性變形不產(chǎn)生彈性殘余應(yīng)力。

與冷熱變形的組織結(jié)構(gòu)不一樣，超塑性變形后，晶粒的等軸形狀幾乎2.超塑性分類

結(jié)構(gòu)超塑性：具有直徑小于

10μm的微細(xì)晶粒的金屬材料，在一定的恒溫（T=0.5Tm)和一定低應(yīng)變速率下進(jìn)行拉伸變形時(shí)獲得的超塑性。又稱為恒溫超塑性或微細(xì)晶粒超塑性。

晶粒細(xì)化程度

共析和共晶合金比較容易獲得細(xì)化晶粒及均勻組織狀態(tài)，易于實(shí)現(xiàn)超塑性。

相變超塑性（動(dòng)態(tài)超塑性）：具有固態(tài)相變的金屬在相變溫度附近進(jìn)行加熱與冷卻循環(huán)，反復(fù)發(fā)生相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，同時(shí)在低應(yīng)力下進(jìn)行變形，可產(chǎn)生極大伸延性的現(xiàn)象。特點(diǎn)：變形中伴隨相變所表現(xiàn)出來的超塑性。

2.超塑性分類結(jié)構(gòu)超塑性：具有直徑小于10μm的微細(xì)晶3.金屬超塑性成形工藝應(yīng)用

獲得形狀復(fù)雜，尺寸精密的零件，對(duì)部分難成形金屬零件加工具有特殊重要的意義。

3.金屬超塑性成形工藝應(yīng)用獲得形狀復(fù)雜，尺寸精密的零件，（1）超塑性氣壓成形以壓縮氣體為動(dòng)力，使處于超塑性狀態(tài)下的金屬材料等溫?zé)崦洠援a(chǎn)生大變形量來生產(chǎn)零件的一種工藝。

（1）超塑性氣壓成形以壓縮氣體為動(dòng)力，使處于超塑性狀態(tài)下的金(2)超塑性拉深成形

單次拉深的最大杯深與杯的直徑比大于11，是常規(guī)拉深時(shí)的15倍。

(2)超塑性拉深成形單次拉深的最大杯深與杯的直徑比大于11(3)超塑性擠壓成形

將坯料直接放入模具內(nèi)一起加熱到最佳的超塑性的恒定溫度后，并恒定慢速加載，保壓，在封閉的模具中進(jìn)行壓縮成形的工藝。

特點(diǎn)：在成形過程中模具也保持與變形金屬相同的恒溫，改善金屬流動(dòng)性，降低成形力，一次壓縮可得到變形量大，減少中間熱處理工序，形狀復(fù)雜的零件成形，組織均勻，無殘余應(yīng)力。超塑性擠壓成形工藝充分利用了超塑性變形抗力低的特點(diǎn)，可以使單位擠壓力降低到1/5～1/10。

(3)超塑性擠壓成形將坯料直接放入模具內(nèi)一起加熱到最佳的超(4)超塑性無模拉拔成形

基于超塑性材料對(duì)溫度及應(yīng)變速率的敏感特性，對(duì)工件局部進(jìn)行感應(yīng)加熱，在控制加熱溫度條件下，以控制的速度進(jìn)行拉拔，實(shí)現(xiàn)超塑性變形，制出截面為矩形，圓形等簡(jiǎn)單形狀的管狀，棒狀零件。

(4)超塑性無模拉拔成形基于超塑性材料對(duì)溫度及應(yīng)變速率的敏二、高能率成形

HighEnengyRateForming概念：在極短的時(shí)間內(nèi)（毫秒級(jí)）將化學(xué)能、電能、電磁能或機(jī)械能傳遞給被加工的金屬材料，使之迅速成形的工藝。

特點(diǎn)：應(yīng)變速率高達(dá)

102～104/s，（板材，桿材：103/s；拉深：102/s），可以使難變形的材料進(jìn)行成形。加工時(shí)間短，加工精度高。爆炸成形，電液成形電磁成形。

二、高能率成形

HighEnengyRateForm1.爆炸成形

ExplosionForming利用炸藥爆炸的化學(xué)能使金屬材料高速高壓成形的加工方法。特點(diǎn)：高速變形，使難于變形的金屬材料可以變形或易于變形；高能量變形，適于大件成形。

1.爆炸成形ExplosionForming利用炸藥爆爆炸成形工藝分類爆炸成形工藝分類特點(diǎn)：應(yīng)變均勻，受壓應(yīng)力，冷壓產(chǎn)品受拉應(yīng)力作用；內(nèi)腔經(jīng)受爆炸擠壓硬化，其內(nèi)徑產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；產(chǎn)生孿晶；產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，爆炸成形的奧氏體不銹鋼組織為馬氏體。

應(yīng)用

:可以用于板料拉深、脹形、彎曲、沖孔、壓花表面硬化、粉末壓制等。球形件的爆炸成形通常采用簡(jiǎn)單的邊緣支撐，用圓形坯進(jìn)行非模壓一次自由爆炸成形。當(dāng)坯料進(jìn)行大應(yīng)變的深拱形件成形時(shí)，可進(jìn)行多次爆炸成形，在每次爆炸之間要實(shí)施退火。爆炸成形使炮筒內(nèi)膛擠壓硬化，可保持大的殘余壓應(yīng)力；油罐車的碟形封頭在水下小型爆炸成形；爆炸成形的又一用途是實(shí)現(xiàn)零件原形修復(fù)。

特點(diǎn)：應(yīng)變均勻，受壓應(yīng)力，冷壓產(chǎn)品受拉應(yīng)力作用；內(nèi)腔經(jīng)受爆炸2.電液成形

Electro-HydraulicForming由水中兩電極間放電所產(chǎn)生的沖擊波和液流沖擊使金屬成形的工藝適于形狀簡(jiǎn)單的中小型零件的成形，特別適于細(xì)金屬管脹形加工，由于受到設(shè)備容量限制，不適于大件成形。2.電液成形

Electro-HydraulicFor3.電磁成形

Electro-MagneticForming利用電磁力加壓成形的工藝，也是一種高速成形的加工方法。進(jìn)行電磁成形的金屬材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性，如銅，鋁和鋼。但像不銹鋼，鎳基合金和鈦合金等實(shí)施電磁成形有一定難度。電磁成形主要用于普通沖壓方法不易加工的零件的成形。

3.電磁成形

Electro-MagneticForm三、液態(tài)模鍛將金屬液直接澆入金屬模的型腔內(nèi)，然后對(duì)熔融或半熔融的金屬施以機(jī)械靜壓力，使液態(tài)金屬充滿型腔并在壓力下結(jié)晶凝固，發(fā)生塑性變形，獲得毛坯或零件的加工工藝。

三、液態(tài)模鍛將金屬液直接澆入金屬模的型腔內(nèi)，然后對(duì)熔融或半熔金屬壓力加工現(xiàn)代塑性加工方法課件1.液態(tài)模鍛方法按照施壓方式與沖頭端面形狀可分為：平?jīng)_頭加壓法:將金屬液澆入凹模后，沖頭下行與凹模構(gòu)成封閉型腔，加壓使熔融或半熔融金屬結(jié)晶凝固，同時(shí)進(jìn)行塑性成形。這個(gè)工藝適用于鑄錠或形狀簡(jiǎn)單厚壁件的成形。異形沖頭加壓法:異形沖頭加壓使金屬液向上翻滾。這種工藝適用于軸對(duì)稱，形狀較復(fù)雜的空心薄壁零件成形。間接加壓液態(tài)模鍛法:將金屬液澆入下模后，上模與下模合成模腔，上模下行擠壓金屬液，使其以低速流入模腔而成形的工藝。這個(gè)工藝適用于一模多件成形。

1.液態(tài)模鍛方法按照施壓方式與沖頭端面形狀可分為：2.液態(tài)模鍛凝固方式

澆注熔融金屬液先在模具周邊凝固結(jié)晶，凝固速度比鑄造快2～3倍。心部金屬液是在壓力作用下冷卻凝固的，有助于減少鑄造缺陷，組織細(xì)化均勻致密。

凝固過程是在封閉模腔中加壓完成的，由于加壓凝固和相變，液態(tài)模鍛鍛件的強(qiáng)度高于軋材，但枝晶偏析，雜質(zhì)與鑄造殘余組織使塑性變差。

2.液態(tài)模鍛凝固方式澆注熔融金屬液先在模具周邊凝固結(jié)晶，金屬壓力加工現(xiàn)代塑性加工方法課件3.液態(tài)模鍛工藝加壓參數(shù)選擇

設(shè)備基本要求：有足夠的壓力和持續(xù)穩(wěn)定的保壓能力；有較快的空程速度和一定的加壓速度；有足夠的頂出力和較大的回程力。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單的零件，通用液壓機(jī)作為液態(tài)模鍛設(shè)備可滿足生產(chǎn)需要。3.液態(tài)模鍛工藝加壓參數(shù)選擇設(shè)備基本要求：4.液態(tài)模鍛工藝特點(diǎn)

液態(tài)模鍛是一種少無切削金屬壓力加工方法。實(shí)質(zhì)上是鑄造與鍛造的組合工藝，兼具鑄造工藝簡(jiǎn)單，成本低和鍛造產(chǎn)品性能好，質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，克服了鑄鍛兩種工藝的缺點(diǎn)。有自己的一些特點(diǎn)：加壓下同時(shí)凝固與塑性變形

消除內(nèi)部缺陷，提高精度

高性能成本低

4.液態(tài)模鍛工藝特點(diǎn)液態(tài)模鍛是一種少無切削金屬壓力加工方金屬壓力加工現(xiàn)代塑性加工方法課件現(xiàn)代塑性加工方法（1）具有更高生產(chǎn)率，機(jī)械化、自動(dòng)化程度大大提高；（2）鍛壓件的形狀更接近零件形狀，從而實(shí)現(xiàn)少、無切削加工；（3）適應(yīng)新型材料及加工工藝的要求。現(xiàn)代塑性加工方法（1）具有更高生產(chǎn)率，機(jī)械化、自動(dòng)化程度大大一、

超塑性成形

SuperplasticityDeformation超塑性Superplasticity：在特定的組織結(jié)構(gòu)和變形條件下，金屬可呈現(xiàn)極高的塑性，其延伸率可達(dá)百分之百，甚至達(dá)百分之一千到幾千，而不發(fā)生破壞的能力。

一、超塑性成形

SuperplasticityDefor主要特點(diǎn)成形時(shí)呈現(xiàn)良好的流動(dòng)性，填充性好，可充滿模膛，易成形，制件尺寸精度高；變形抗力小，使難變形材料容易塑性成形，例如，GCr15軸承合金在700OC超塑性變形抗力為

3MPa；流變應(yīng)力對(duì)應(yīng)變速率變化非常敏感，通常金屬超塑性變形的應(yīng)變速率處在10-4～10-2范圍；進(jìn)入穩(wěn)定階段后，不呈現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，可承受大的變形而不破壞，形狀復(fù)雜制件可以一次成形。

主要特點(diǎn)成形時(shí)呈現(xiàn)良好的流動(dòng)性，填充性好，可充滿模膛，易成形1.超塑性變形機(jī)理

晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)晶粒應(yīng)變，引起晶界遷移，同時(shí)擴(kuò)散過程使晶界遷移有足夠高的速度，從而使三叉晶界處孔隙得以愈合。晶界遷移和擴(kuò)散蠕變的調(diào)節(jié)改變晶粒形狀位置，使晶界滑動(dòng)能繼續(xù)進(jìn)行。兩個(gè)橫向排列的晶?；ハ嘟咏⒔佑|，使其兩旁的原來相鄰的兩個(gè)晶粒被擠開，出現(xiàn)晶粒的換位，從而使多晶體在應(yīng)力方向上產(chǎn)生了較大的伸長(zhǎng)變形量。晶界變形量占了總變形量的絕大部分，晶界并未產(chǎn)生開裂，晶內(nèi)變形量很少，晶粒保持等軸狀或等軸化，而不被拉長(zhǎng)。擴(kuò)散調(diào)節(jié)的晶界滑移機(jī)制:晶界滑移伴隨著晶粒的轉(zhuǎn)動(dòng)1.超塑性變形機(jī)理晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)節(jié)晶粒應(yīng)變，引起晶界遷移，與冷熱變形的組織結(jié)構(gòu)不一樣，超塑性變形后，晶粒的等軸形狀幾乎保持不變是顯微組織的主要特征之一。超塑性變形不產(chǎn)生彈性殘余應(yīng)力。

與冷熱變形的組織結(jié)構(gòu)不一樣，超塑性變形后，晶粒的等軸形狀幾乎2.超塑性分類

結(jié)構(gòu)超塑性：具有直徑小于

10μm的微細(xì)晶粒的金屬材料，在一定的恒溫（T=0.5Tm)和一定低應(yīng)變速率下進(jìn)行拉伸變形時(shí)獲得的超塑性。又稱為恒溫超塑性或微細(xì)晶粒超塑性。

晶粒細(xì)化程度

共析和共晶合金比較容易獲得細(xì)化晶粒及均勻組織狀態(tài)，易于實(shí)現(xiàn)超塑性。

相變超塑性（動(dòng)態(tài)超塑性）：具有固態(tài)相變的金屬在相變溫度附近進(jìn)行加熱與冷卻循環(huán)，反復(fù)發(fā)生相變或同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，同時(shí)在低應(yīng)力下進(jìn)行變形，可產(chǎn)生極大伸延性的現(xiàn)象。特點(diǎn)：變形中伴隨相變所表現(xiàn)出來的超塑性。

2.超塑性分類結(jié)構(gòu)超塑性：具有直徑小于10μm的微細(xì)晶3.金屬超塑性成形工藝應(yīng)用

獲得形狀復(fù)雜，尺寸精密的零件，對(duì)部分難成形金屬零件加工具有特殊重要的意義。

3.金屬超塑性成形工藝應(yīng)用獲得形狀復(fù)雜，尺寸精密的零件，（1）超塑性氣壓成形以壓縮氣體為動(dòng)力，使處于超塑性狀態(tài)下的金屬材料等溫?zé)崦洠援a(chǎn)生大變形量來生產(chǎn)零件的一種工藝。

（1）超塑性氣壓成形以壓縮氣體為動(dòng)力，使處于超塑性狀態(tài)下的金(2)超塑性拉深成形

單次拉深的最大杯深與杯的直徑比大于11，是常規(guī)拉深時(shí)的15倍。

(2)超塑性拉深成形單次拉深的最大杯深與杯的直徑比大于11(3)超塑性擠壓成形

將坯料直接放入模具內(nèi)一起加熱到最佳的超塑性的恒定溫度后，并恒定慢速加載，保壓，在封閉的模具中進(jìn)行壓縮成形的工藝。

特點(diǎn)：在成形過程中模具也保持與變形金屬相同的恒溫，改善金屬流動(dòng)性，降低成形力，一次壓縮可得到變形量大，減少中間熱處理工序，形狀復(fù)雜的零件成形，組織均勻，無殘余應(yīng)力。超塑性擠壓成形工藝充分利用了超塑性變形抗力低的特點(diǎn)，可以使單位擠壓力降低到1/5～1/10。

(3)超塑性擠壓成形將坯料直接放入模具內(nèi)一起加熱到最佳的超(4)超塑性無模拉拔成形

基于超塑性材料對(duì)溫度及應(yīng)變速率的敏感特性，對(duì)工件局部進(jìn)行感應(yīng)加熱，在控制加熱溫度條件下，以控制的速度進(jìn)行拉拔，實(shí)現(xiàn)超塑性變形，制出截面為矩形，圓形等簡(jiǎn)單形狀的管狀，棒狀零件。

(4)超塑性無模拉拔成形基于超塑性材料對(duì)溫度及應(yīng)變速率的敏二、高能率成形

HighEnengyRateForming概念：在極短的時(shí)間內(nèi)（毫秒級(jí)）將化學(xué)能、電能、電磁能或機(jī)械能傳遞給被加工的金屬材料，使之迅速成形的工藝。

特點(diǎn)：應(yīng)變速率高達(dá)

102～104/s，（板材，桿材：103/s；拉深：102/s），可以使難變形的材料進(jìn)行成形。加工時(shí)間短，加工精度高。爆炸成形，電液成形電磁成形。

二、高能率成形

HighEnengyRateForm1.爆炸成形

ExplosionForming利用炸藥爆炸的化學(xué)能使金屬材料高速高壓成形的加工方法。特點(diǎn)：高速變形，使難于變形的金屬材料可以變形或易于變形；高能量變形，適于大件成形。

1.爆炸成形ExplosionForming利用炸藥爆爆炸成形工藝分類爆炸成形工藝分類特點(diǎn)：應(yīng)變均勻，受壓應(yīng)力，冷壓產(chǎn)品受拉應(yīng)力作用；內(nèi)腔經(jīng)受爆炸擠壓硬化，其內(nèi)徑產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；產(chǎn)生孿晶；產(chǎn)生組織轉(zhuǎn)變，爆炸成形的奧氏體不銹鋼組織為馬氏體。

應(yīng)用

:可以用于板料拉深、脹形、彎曲、沖孔、壓花表面硬化、粉末壓制等。球形件的爆炸成形通常采用簡(jiǎn)單的邊緣支撐，用圓形坯進(jìn)行非模壓一次自由爆炸成形。當(dāng)坯料進(jìn)行大應(yīng)變的深拱形件成形時(shí)，可進(jìn)行多次爆炸成形，在每次爆炸之間要實(shí)施退火。爆炸成形使炮筒內(nèi)膛擠壓硬化，可保持大的殘余壓應(yīng)力；油罐車的碟形封頭在水下小型爆炸成形；爆炸成形的又一用途是實(shí)現(xiàn)零件原形修復(fù)。

特點(diǎn)：應(yīng)變均勻，受壓應(yīng)力，冷壓產(chǎn)品受拉應(yīng)力作用；內(nèi)腔經(jīng)受爆炸2.電液成形

Electro-HydraulicForming由水中兩電極間放電所產(chǎn)生的沖擊波和液流沖擊使金屬成形的工藝適于形狀簡(jiǎn)單的中小型零件的成形，特別適于細(xì)金屬管脹形加工，由于受到設(shè)備容量限制，不適于大件成形。2.電液成形

Electro-HydraulicFor3.電磁成形

Electro-MagneticForming利用電磁力加壓成形的工藝，也是一種高速成形的加工方法。進(jìn)行電磁成形的金屬材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)電性，如銅，鋁和鋼。但像不銹鋼，鎳基合金和鈦合金等實(shí)施電磁成形有一定難度。電磁成形主要用于普通沖壓方法不易加工的零件的成形。

3.電磁成形

Electro-MagneticForm三、液態(tài)模鍛將金屬液直接澆入金屬模的型腔內(nèi)，然后對(duì)熔融或半熔融的金屬施以機(jī)械靜壓力，使液態(tài)金屬充滿型腔并在壓力下結(jié)晶凝固，發(fā)生塑性變形，獲得毛坯或零件的加工工藝。

三、液態(tài)模鍛將金屬液直接澆入金屬模的型腔內(nèi)，然后對(duì)熔融或半熔金屬壓力加工現(xiàn)代塑性加工方法課件1.液態(tài)模鍛方法按照施壓方式與沖頭端面形狀可分為：平?jīng)_頭加壓法:將金屬液澆入凹模