金属塑性成形1.

DLPU材料成形工艺第三章金属塑性成形DLPU第1节概述第2节锻造工艺第3节板料冲压工艺第4节锻压设备第5节其它他塑性成形简介主要内容DLPU3.1概述金属塑性成形的概念塑性成形是金属加工的重要方法之一，是指利用工具或模具使金属材料在外力作用下，以获得一定形状和力学性能的工艺。在工业生产中又称压力加工。DLPU通常分为：•一次成形：生产坯料、型材、板材、管材的加工方法，有轧制、挤压和拉拔等；•二次成形：机械制造领域内生产零件或坯料的加工方法，有锻造和冲压。DLPU塑性成形工艺的特点•☺材料利用率高•☺成形件力学性能好•☺尺寸精度高（相对）•☺生产效率高•劳动条件差、强度高•易污染•投资成本高、产品附加值低DLPU金属塑性成形的分类锻压（Metalforgingandstamping）1.体积成形(BulkMetalForming):1.1锻造(Forging)1.1.1自由锻造1.1.2模锻1.2挤压(Extrusion)1.3拉拔(Drawing)2.板料成形(SheetMetalForming)2.1冲裁(blanking)2.2弯曲(Bending)2.3拉深(Deepdrawing)2.4翻边(flanging)2.5胀形(Bulging)轧制（Rolling）板材轧制型材轧制横轧纵轧辊锻，楔横轧，辗环，辊弯DLPU汽车曲轴锻造（体积成形）DLPU阶梯轴类零件的楔横轧DLPU汽车中的锻件DLPU体积成形•体积成形主要是指那些利用锻压设备和工、模具，对金属坯料（块料）进行体积重新分配的塑性变形，得到所需形状、尺寸及性能的制件。•主要包括锻造（Forging）和挤压（Extrusion）两大类。前者在成形过程中，变形区的形状随变形的进行而发生改变，属于非稳定塑性变形；后者在变形的大部分阶段变形区的形状不随变形的进行•而改变，属于稳定塑性变形。DLPU汽车覆盖件成形（板料成形）DLPU圆筒的拉深成形（板料成形）DLPU汽车中的冲压件（钣金）DLPU板料成形•板料成形又称为冲压，这种成形方法通常都是在常温下进行，所以也称为冷冲压。按照金属的变形性质又可以分为分离工序和成形工序。•分离工序主要是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料分离出一定的形状和尺寸工件的冲压工序。它包括落料、冲孔、切断、切边、剖切等工序。•成形工序是利用冲模在压力机外力的作用下，使板料产生塑性变形而得到相应工件的冲压工序。主要包括弯曲、拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压等。DLPU2锻造工艺•2.1锻造工艺概述（目的和分类）•2.2锻前加热•2.3锻造温度的确定•2.4自由锻造•2.5模型锻造DLPU2.1锻造工艺概述•目的：成形和改性（机械性能、内部组织）•分类：（按成形工具分类）自由锻（Openforging）模锻（Dieforging）胎模锻造（Blocker-typeforging）特种锻造（Specialforging）•分类：（按成形温度分类）热锻（Hotforging）温锻（Warmforging）冷锻（Coldforging）DLPU自由锻造•简称自由锻，一般是在锻锤或水压机上，利用简单的工具将金属块料锻成所需形状和尺寸。在自由锻造中不使用专用模具，锻件的尺寸精度低，生产效率不高。主要用于单件、小批量生产、大锻件生产或冶金用开坯。DLPU自由锻优点3.3.1自由锻造DLPU自由锻缺点3.3.1自由锻造DLPU模型锻造•简称模锻，它是在模锻锤、模锻水压机或模锻压力机上利用专用的模具来使金属成形，又可以分为开式模锻和闭式模锻。由于金属在成形过程中受到了模具的控制，因此模锻件有相当精确的外形和尺寸，生产效率也高，适合于大批量生产。DLPU模锻DLPU胎模锻•胎模锻：是在自由锻设备上采用不与上、下砧相接的活动模具成型的方法。它是介于自由锻与模锻之间的锻造工艺方法。•胎模锻的特点及应用：胎模锻与自由锻相比，可获得形状较复杂、尺寸较为精确的锻件，节省了金属，提高了生产率。•与模锻相比，可利用自由锻设备组织各类锻件生产，胎模制造较简便。但胎模锻件的尺寸精度低于锤上模锻；另外，劳动生产率、模具寿命等方面均低于模锻。胎模锻适用于中小批生产，它在没有模锻设备的工厂应用较为普遍。（月饼制造方法）DLPU特种锻造•是在专用设备上或在特殊模具内使金属毛坯成形的一种特殊锻造工艺，这些工艺方法都是为了成形一般锻造方法很难或无法得到的锻件，如精密锻造、径向锻造、热挤压、辊锻、楔横轧和电热顶镦等。DLPU特种锻造DLPU热锻、温锻和冷锻DLPU2.2锻前加热2.2.1加热方法DLPU3.2.1加热方法DLPU2.2.2加热中的缺陷•氧化•脱碳•过热•过烧•裂纹DLPU氧化DLPU脱碳DLPU过热DLPU过烧DLPU裂纹DLPU2.3锻造温度的确定2.3.1始锻温度和终锻温度DLPU2.3.2确定锻造温度范围的原则原则：使金属在锻造温度范围内具有良好塑性和较低变形抗力；锻造后机械性能和微观组织良好；锻造温度范围尽可能宽。以碳钢锻造温度范围为例：•始锻温度在始熔温度下150～250℃•终锻温度要在Ar1线以上•终锻温度要高于金属的再结晶温度50～100℃DLPU2.4自由锻•自由锻大多属于热锻：利用锻压设备上的砧块和一些简单通用工具，使坯料在压力作用下产生塑性变形。•自由锻造DLPU2.4.1自由锻造基本工步镦粗拔长冲孔扩孔弯曲扭转错移自由锻造DLPU镦粗拔长冲孔芯轴扩孔芯轴拔长弯曲切割错移扭转压钳把倒棱压痕校正滚圆平整DLPU自由锻典型过程举例—轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等①轴类件自由锻工序3.3.1自由锻造DLPU②盘类件自由锻工序3.3.1自由锻造DLPU③环类件自由锻工序3.3.1自由锻造DLPU④筒类件自由锻工序3.3.1自由锻造DLPU⑤弯曲件自由锻工序3.3.1自由锻造DLPU2.4.2自由锻分类•自由锻造的工序可以分为三类，即基本工序、辅助工序和修正工序•基本工序：改变坯料形状和尺寸以获得锻件镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移、扭转和锻接•辅助工序：为了完成基本工序而使坯料预先产生某一变形钢锭倒棱、预压钳把和分段压痕•修正工序：使锻件完全达到锻件图要求，精整锻件尺寸和形状，消除锻件平面不平歪扭鼓形滚圆、端面平整、弯曲校直等DLPU2.4.3镦粗•定义：使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序•特点：金属向四周流动•主要方法：平砧镦粗、垫环镦粗和局部镦粗DLPU(1)平砧镦粗主要质量问题侧表面易产生纵向或呈45°方向的裂纹。锭料镦粗后在上下两端保留铸态组织鼓肚：由于摩擦力和温度分布的影响双鼓：高度较大时，出现两个鼓肚DLPU(1)平砧镦粗（应力，应变）DLPU(1)平砧镦粗____高径比对镦粗件形状的影响高径比H0/D0H0/D0=0.8~2.0单鼓H0/D0=1.5~2.5双鼓——单鼓H0/D0=2.5~3.0双鼓H0/D0〉2.5~3.0失稳弯曲DLPU(1)平砧镦粗针对上述问题的解决方法预热工具和使用润滑剂工具预热至200-300°C润滑剂：玻璃粉、玻璃棉、石磨粉以及MoS2等•凹形坯镦粗减小鼓肚程度，避免表面出现裂纹。DLPU软金属垫镦粗易变形软金属的流动对坯料产生了向外的主动摩擦力，促使坯料端部金属向四周流动，结果使坯料的侧面内凹，继续镦粗，软金属作用降低，得到鼓肚不大的锻件。DLPU(1)平砧镦粗•在套环内镦粗：低塑性高合金钢。•坯料迭起镦粗：薄饼类锻件。•反复镦粗拔长：目的是变形均匀。DLPU(2)垫环镦粗坯料放在单个垫环和平砧或两个垫环之间的镦粗，也称为镦挤。用于成形带有单边或双边凸肩的齿轮、带法兰的饼块类锻件。DLPU(3)局部镦粗只对坯料局部（端部或中间）进行镦粗。可以成形凸肩直径和高度较大的饼类锻件，也可锻造端部带有较大法兰的轴杆类锻件。DLPU2.4.4拔长定义：使坯料横截面积减少而长度增加的锻造工序称为拔长作用：成形轴杆类锻件，改善锻件内部质量特点：逐次送进，反复转动坯料局部加载、局部受力、局部变形分类：矩形截面坯料、圆形截面坯料和空心坯料拔长DLPU(1)矩形截面坯料的拔长主要缺陷•内部纵向裂纹、横向裂纹•表面横向裂纹、角裂•对角裂纹•内部组织和性能不均匀DLPU(2)圆形坯料的常用拔长方法（a）为避免平砧直接接触圆柱形坯料，先将圆柱形变为矩形，主要变形阶段在矩形截面阶段，然后变为八角形，最后变为圆形。DLPU(2)圆形坯料的常用拔长方法（b）在型砧（摔模）内拔长，利用工具的侧面压力，限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长，这种应力状态可防止内部纵向裂纹的生成。DLPU2.4.5大型自由锻件的锻造工艺1.套筒最大重量5500kg碳钢、低合金钢2.轴类最大重量8000kg3.套筒4.曲轴坯最大重量5500kg碳钢、低合金钢5.电机轴最大重量5500kg碳钢、低合金钢DLPU2.4.5大型自由锻件的锻造工艺1.模块最大重量6000kg碳钢2.气轮机叶轮34CrMoA34CrMo1A35CrMoV34CrNi3Mo3.圆盘最大直径Φ2100最大重量5500kg4.环形件最大直径Φ2100DLPU(1)大锻件的特点•大锻件通常是指用10000KN以上的水压机或50KN以上的锻锤，将10吨以上的钢锭锻压成各种重型机器的锻件•重型机器的关键性零件，要求机械性能高、质量可靠。但生产批量一般不大，外形也不太复杂•大锻件的锻压加工具有开坯锻造和成形锻造双重作用DLPU工程实例———汽轮机叶轮DLPU（2）大型轴类锻件自由锻造方法•直接拔长法•拔长和镦粗结合法•表面降温后压实中心法（JTS）•FM锻造法•WHF锻造法DLPUa)直接拔长法将钢锭用拔长工步直接锻出转子等台阶轴类件，为使拔长时能消除钢锭中心缺陷，必须采用较大的送进量和较宽的锤砧不同送进量或砧宽对内部塑变区应力状态的影响DLPU拔长和镦粗结合法采用截面积较小的钢锭，经倒棱切除锭尾后，进行一次或二次的中间镦粗，压下量达50％左右，镦粗后钢坯的面积和锻件最大直径的比值达到一定的值，然后拔长并锻造到要求的锻件尺寸DLPU表面降温后压实中心法（JIS）•60年代中期，日本学者Tefeno和Shikano发明，也成为JTS法，在中国称为中心压实法•采用该法于其他方法比较，产品合格率明显提高，由35%提高到83.5%•增加工序和投入，车间环境差DLPUFM锻造法•freefrommannesmann•70年代，日本学者河合正吉提出上平砧下平台的锻造方法，主要根据考虑边界条件对锻件的内部受力影响。避免中心部位的拉应力DLPUWHF•wide-anvilhigh-temperatureforging•宽平砧在高温下对钢锭进行大变形，锻合钢中缺陷。DLPU•一个圆柱形的坯料在镦粗时，会产生“鼓肚”现象，画出示意图解释一下这是为什么？画出关键部位的应力图，说说怎样避免这种现象或降低“鼓肚”现象？