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1、第六章 固態(tài)成形金屬壓力加工,教學(xué)目的與要求:1.了解金屬壓力加工的基本原理。2.掌握常用壓力加工方法，主要工藝過(guò)程、特點(diǎn)及應(yīng)用條件。教學(xué)內(nèi)容：1.金屬壓力加工的基本原理。2.鍛造成形，沖壓成形重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：常用壓力加工方法的特點(diǎn)及應(yīng)用條件。難點(diǎn)：金屬壓力加工的基本原理。,概 述,一、何謂固態(tài)成形？利用外力的作用使金屬在固態(tài)條件下產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的成形工藝，稱為固態(tài)成形（也稱為塑性成形、金屬壓力加工)工藝。,二、常用的成形方式,自由鍛,模鍛,板料沖壓,軋制,擠壓,拉拔,返回,返回,返回,返回,返回,返回,三、特點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：1、壓力加工：機(jī)

2、械性能好，強(qiáng)度高，韌性好，承載大；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。缺點(diǎn)：1、工藝投入比較大，成本高；2、都需要模具；3、形成復(fù)雜件難以成形，或者不能成形。,四、應(yīng)用條件,1. 液態(tài)成形達(dá)不到性能要求的，可采用壓力加工。2. 在工藝上不適合采用液態(tài)成形的制件。,第一節(jié) 金屬壓力加工基本原理,一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì),金屬塑性變形及可鍛性,二、金屬的加工硬化與回復(fù)、再結(jié)晶,(一) 加工硬化 1. 現(xiàn)象 隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度和硬度逐漸升高，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。 2. 原因 金屬發(fā)生塑性變形時(shí)， 位錯(cuò)密度增加, 位錯(cuò)間的交互作用增強(qiáng)，相互纏結(jié)，造成

3、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)阻力的增大, 引起塑性變形抗力提高。另一方面由于晶粒破碎細(xì)化， 使強(qiáng)度得以提高。,3.影響,(1)可提高材料的硬度，耐磨性，特別是不能通過(guò)熱處理強(qiáng)化的金屬材料; (2)不利因素，后需繼續(xù)加工不利。,4.消除加工硬化的措施,(1)再結(jié)晶退火;(2)去應(yīng)力退火。,（二）回復(fù),加工硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，但在室溫下不易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)提高溫度時(shí)，原子因獲得熱能，熱運(yùn)動(dòng)加劇，使原子排列回復(fù)到正常狀態(tài)，從而消除晶格扭曲，并部分消除加工硬化。這個(gè)過(guò)程稱為“回復(fù)”。這時(shí)的溫度稱為回復(fù)溫度T回。T回（0.250.3）T熔（T回、T熔為用絕對(duì)溫度表示的回復(fù)溫度、熔點(diǎn)）。,（三）再結(jié)

4、晶,1、再結(jié)晶的概念變形后的金屬在較高溫度加熱時(shí)，由于原子擴(kuò)散能力增大，被拉長(zhǎng)（或壓扁）、破碎的晶粒通過(guò)重新生核、長(zhǎng)大變成新的均勻、細(xì)小的等軸晶。這個(gè)過(guò)程稱為再結(jié)晶。2、再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度指的是最低再結(jié)晶溫度（T再），通常用經(jīng)大變形量（70%以上）的冷塑性變形的金屬，經(jīng)一小時(shí)加熱后能完全再結(jié)晶的最低溫度來(lái)表示。最低在結(jié)晶溫度（T再）與該金屬的熔點(diǎn)（T熔）有如下關(guān)系：T再=（0.350.4）T熔。,3、影響最低再結(jié)晶溫度的因素：,預(yù)先變形度；金屬的熔點(diǎn)；雜質(zhì)和合金元素；加熱速度和保溫時(shí)間。,4 、再結(jié)晶后晶粒的晶粒度,再結(jié)晶晶粒度取決于塑性變形程度、加熱溫度、保溫時(shí)間。1）塑性變形程度；2）加

5、熱溫度；3）保溫時(shí)間。,三、金屬塑性變形的分類,1. 種類1）冷變形(冷變形T再)在金屬的再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工稱為冷加工。變形過(guò)程中只有加工硬化而無(wú)再結(jié)晶現(xiàn)象，金屬材料的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降，變形后的金屬只具有加工硬化組織。冷變形加工的產(chǎn)品具有表面質(zhì)量好，尺寸精度高，力學(xué)性能好的優(yōu)點(diǎn)，一般不需再進(jìn)行切削加工。,2) 熱變形（T再熱變形）,在金屬的再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工稱為熱加工。 變形產(chǎn)生的加工硬化立即隨金屬的再結(jié)晶而消失，變形后金屬具有細(xì)而均勻的再結(jié)晶等軸晶粒組織而無(wú)任何加工硬化痕跡。 金屬只有在熱變形的情況下，才能在較小的變形功的作用下產(chǎn)生較大的變形，加工出尺寸較大

6、和形狀較復(fù)雜的工件；同時(shí)，能獲得具有較高力學(xué)性能的再結(jié)晶組織。由于熱變形是在高溫下進(jìn)行的，因而金屬在加熱過(guò)程中，表面容易形成氧化皮，產(chǎn)品尺寸精度和表面質(zhì)量較低。金屬在自由鍛熱模鍛熱軋熱擠壓中的變形都屬于熱變形。,2、熱變形和冷變形特點(diǎn)比較,1) 加工性：熱變形優(yōu)于冷變形；2）制件質(zhì)量：冷變形優(yōu)于熱變形；3）共同處：都可以提高承載能力。,金屬的纖維組織和各向異性,由于金屬壓力加工生產(chǎn)采用的最初坯料內(nèi)部存在雜質(zhì)，因此在產(chǎn)生塑性變形時(shí)，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，沿著變形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀，這種結(jié)構(gòu)稱為纖維組織。纖維組織使金屬在性能上具有方向性，平行于纖維方向（縱向）上

7、的塑性和韌性明顯高于垂直于纖維方向（橫向）上的相應(yīng)性能。金屬的變形越大，纖維組織越明顯，性能的方向性也就越明顯。,鍛造曲軸,切削加工曲軸,1、使零件所受最大拉應(yīng)力與纖維方向一致，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直。2、使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷。,充分利用纖維組織方向性應(yīng)遵循原則：,3、選擇,1）根據(jù)材料性能；2）根據(jù)制件復(fù)雜程度。,四、金屬的可變形性壓力加工性,1. 評(píng)定條件1）金屬的塑性 2）變形抗力2、影響因素1）化學(xué)成分 2）金屬組織3）變形溫度 4）變形速度5）應(yīng)力狀態(tài),第二節(jié) 鍛造成形,一、鍛造加熱1. 鍛造溫度范圍 2. 加熱速度（1）導(dǎo)熱性；（2）截面積大小；（3）形狀復(fù)雜程

8、度。,二、鍛造成形工藝,自由鍛是用沖擊力或壓力使金屬在鍛造設(shè)備的上下砧塊（或砥鐵）間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需幾何形狀及內(nèi)部品質(zhì)鍛件的壓力加工方法。 自由鍛的打擊力來(lái)自鍛錘或手錘，靠人工而不用模具來(lái)控制金屬的變形。實(shí)際生產(chǎn)中最常用的是鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)等工序。,1、自由鍛,（1）鐓粗,（2）拔長(zhǎng),（3）沖孔,（4）錯(cuò)移,（5）扭轉(zhuǎn),2、模鍛,模鍛是將加熱到鍛造溫度的金屬坯料置于鍛模模膛內(nèi)，使其承受一次或多次沖擊力或壓力的作用而被迫流動(dòng)成型以獲得鍛件的壓力加工方法。 方法分類：錘上模鍛、曲柄壓力機(jī)模鍛、 平鍛機(jī)模鍛、摩擦壓力機(jī)模鍛。,錘上模鍛工作示意圖,摩察壓力機(jī)上預(yù)鍛和彎曲,連桿鍛模

9、的工作原理,壓力機(jī)上模鍛工作原理,平鍛機(jī)上模鍛工作原理示意圖,3、胎模鍛,胎模鍛是介于自由鍛和模鍛之間的一種鍛造方法。在自由鍛設(shè)備上，使用可移動(dòng)的胎模生產(chǎn)鍛件的鍛造方法，稱為胎模鍛造方法。,胎模鍛工作示意圖,4、應(yīng)用條件,1）生產(chǎn)批量；2）鍛件質(zhì)量要求，各種加工方法所達(dá)到的加工質(zhì)量不一樣；3）鍛件的尺寸、重量大??；4）鍛件形狀復(fù)雜程度。,5、模鍛和自由鍛相比有什么特點(diǎn)？,1) 加工質(zhì)量；2) 加工效率；3) 工藝投入費(fèi)用；4) 靈活性大小；5) 適用范圍大??；6) 工人勞動(dòng)強(qiáng)度；7) 對(duì)工人技術(shù)要求。,三、 模鍛工藝規(guī)程的制定,錘上模鍛成形的工藝過(guò)程一般為：切斷坯料加熱坯料模鍛切除模鍛件的飛邊

10、校正鍛件鍛件熱處理表面清理檢驗(yàn)入庫(kù)存放。,1、模鍛件圖的繪制,(1) 選擇模鍛件的分模面；,錘上模鍛示意圖,(2) 確定模鍛件的機(jī)械加工余量及尺寸公差；(3) 確定模鍛斜度和圓角；(4) 留沖孔連皮。,帶有沖孔連皮及飛邊的模鍛件,2. 確定變形工步,第三節(jié) 板料的沖壓成形,一、何謂沖壓成形？板料沖壓成形是利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形的加工方法，板料沖壓的坯料厚度一般小于4mm，通常是在常溫下進(jìn)行的，所以又叫冷沖壓。二、工藝分類分離工序變形工序,三、板料沖壓的特點(diǎn),1、 操作簡(jiǎn)單，加工效率高；2、一般不需再進(jìn)行切削加工，因而節(jié)約材料，節(jié)約能源消耗；3、加工質(zhì)量高，基本不需要后序加工；4、對(duì)工人技

11、術(shù)要求低；5、靈活性差。,四、應(yīng)用,1、較大批量； 2、原始坯料較薄的板材；3、只能生產(chǎn)薄壁的制件。,落料：被分離的部分為成品，而留下的部分是廢料；沖孔：被分離的部分為廢料，而留下的部分是成品。,落料和沖孔,五、常用沖壓方法,(一) 沖裁與剪切,沖裁過(guò)程示意圖,沖裁工藝要素,沖裁間隙凸、凹模間隙不僅嚴(yán)重影響沖裁面的斷面品質(zhì)，而且影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。只有當(dāng)間隙合適時(shí)，上下裂紋重合一線，沖裁力、卸料力和推件力適中，模具才有足夠長(zhǎng)的壽命。 合理排樣排樣是指落料件在條料、帶料或板料上合理布置的方法。 排樣合理可使廢料最少，材料利用率最大。 落料件的排樣有兩種類型：無(wú)

12、搭邊排樣和有搭邊排樣。,落料件的排樣有兩種類型：無(wú)搭邊排樣和有搭邊排樣。,1、何謂拉深成形？ 拉深成形是在壓力機(jī)的壓力作用下，利用模具使金屬板料產(chǎn)生塑性變形成為開口空心件的一種沖壓工藝，不僅能生產(chǎn)鍋、盆、壺等各種各樣的日用品，而且在汽車、拖拉機(jī)、電器、儀表以及在航空工業(yè)中得到極其廣泛的應(yīng)用。,（二）拉深（拉延、壓延）,拉深變形過(guò)程動(dòng)畫演示,拉深變形過(guò)程生產(chǎn)錄像,2、拉深易發(fā)生的質(zhì)量缺陷、原因、工藝要素,(1)凸圓起皺,（2）底部拉穿,（3）工藝要素,拉深系數(shù)太?。╩=d后/D前1）；壓邊力太大。,彎曲是將坯料彎成一定角度、一定曲率而形成一定形狀零件的工序。,（三）彎曲,彎曲過(guò)程示意圖 彎曲時(shí)的

13、纖維方向,彎曲工藝要素,模具角度模具圓弧半徑,（四）翻邊,（五）壓筋,（六）收口,（七）脹形,（八）旋壓,六、沖模的分類和結(jié)構(gòu),1. 簡(jiǎn)單沖模2. 連續(xù)沖模 3. 復(fù)合沖模,沖模,返回,返回,返回,一、壓力加工新工藝,1、精沖,2、冷鐓,3、輥鍛,4、液態(tài)模鍛,5、超塑成形,第四節(jié) 金屬的其他塑性成形工藝,二、其他塑性成形方法（1）爆炸成形,（2）軋制,板材軋制,棒 材 軋 制,板 材 矯 直,鋼球軋制,本章小結(jié),本章主要講述了金屬壓力加工的基本原理，鍛造成形和沖壓成形，其中，加工硬化、塑性變形的分類、纖維組織、金屬的可變形性、各種鍛造方法的特點(diǎn)比較，以及沖壓成形的分類要求掌握。,作業(yè),1、模鍛與自由鍛相比有什么特點(diǎn)？模鍛應(yīng)用在什么條件下？2、什么是加工硬化？產(chǎn)生的原因是什么？對(duì)繼續(xù)冷加工有什么影響？,謝謝觀看/歡迎下載,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,