任务22锻压工艺

项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺145263概述压力加工基本理论自由锻造模型锻造板料冲压现代塑性加工技术与发展趋势压力加工——锻压教学重点金属的塑性变形理论，锻造工艺，板料冲压工艺。教学难点金属的加工硬化，回复和再结晶，纤维组织，金属的可锻性。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺一、概述历史悠久公元前14世纪的商代兵器生产(1972年出土铁韧铜钺)技艺高超(湖北江陵楚墓：越王勾践的宝剑；秦始皇陵：合金钢锻制的宝剑，外硬心韧)项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺定义锻压常分为轧制（型材）、挤压（型材）、拉拔（线材、薄壁管）、自由锻、模锻、板料冲压等，如图。锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能的成型加工方法，是锻造（俗称打铁）和冲压的总和。锻压特点：金属的性能得到提高；生产效率高；节约金属；生产范围广。但设备费用较高，形状简单。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺轧制轧制是借助于摩擦力和压力使金属坯料通过两个旋转的轧辊间的空隙而变形的压力加工方法。挤压是利用压力，将金属坯料从挤压模的模孔中挤出而成形的压力加工方法。有正、反和复合挤压。二者产品均为：钢板型材管材项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺拉拔是利用拉力，将金属坯料拉过拉拔模的模孔而成形的压力加工方法。常需经多次拉拔，依次通过形状和尺寸逐渐变化的模孔，才能得到所需截面的产品（细线材、薄管材、特殊型材）。拉拔项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺自由锻用简单的通用性工具或在锻造设备的上、下砧间，使坯料受冲击力作用而变形，获得所需形状的锻件的加工方法。模锻利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法。板料冲压用冲模使板料经分离或成形得到制件的加工方法。锻压项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺在上述的六种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件；锻造主要用于生产承受重载的机械零件，如机器主轴、重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；板料冲压主要用于生产汽车制造、电器、仪表及日用品。型材线材板材管材小结：项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺二、压力加工基本理论金属在常温下经塑性变形后，内部组织和性能将发生变化。组织上的变化表现为：晶粒沿最大变形的方向伸长；晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；晶粒产生碎晶。性能上的变化表现为：随着变形程度的增加，强度及硬度显著提高，而塑性和韧性则很快下降。变形度愈大，性能的变化也愈大。冷、热变形以T再为界，低于T再温度的变形为冷变形；高于T再温度的变形为热变形。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺161.加工硬化●冷作硬化＊现象：强度、硬度上升，而塑性、韧性下降。＊原因：滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大滑移阻力，使滑移难以进行。＊利用：冷加工后使材料强度↑硬度↑。如冷拉钢，不能热处理强化的金属材料。＊消除：再结晶退火650—750℃。加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状态的倾向。室温下不易实现。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺2.回复与再结晶回复：冷作硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子获得热能，热运动加剧，当加热温度T回(用K氏温标)T回=（0.25—0.3）T熔使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除。再结晶：当加热温度T再：T再=0.4T熔原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心构成新晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶。再结晶后清除了全部加工硬化。再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺3.纤维组织热处理和再结晶无法消除合理利用锻造比Y=FF0拔长前坯料的横截面积拔长后坯料的横截面积锻造比↑→变形量↑，性能↑，各向异性↑并非越大越好变形加工时，金属中的脆性杂质被击碎，并沿金属流动方向呈粒状或链状分布；塑性杂质则沿变形方向被拉长呈带状分布，这种杂质的定向分布称为流线（纤维组织）。纤维组织特点:使金属在性能上具有方向性；变形程度越大，纤维组织越明显；纤维组织只能靠锻压方法改变。FF0在设计和制造零件时，应尽可能使流线与零件的轮廓相符合而不被切断。使最大正应力的方向与纤维方向重合，最大切应力的方向与纤维方向垂直。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺实例当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时(如图a)，螺钉头部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱。当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时(如图b)，纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺加工硬化现象在工程技术中具有重要的实用意义：加工硬化是强化金属的重要方法之一。纯金属及某些不能通过热处理方法强化的合金，可通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来提高其强度和硬度。加工硬化不利的一面。由于它使金属塑性降低，给进一步冷塑性变形带来困难，并使压力加工时能量消耗增大。为了消除加工硬化，恢复材料的塑性，以便继续进行变形加工，或为了消除变形过程中产生的内应力，就要对工件进行退火处理。4.加工硬化的利用和消除项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺1.冷热加工的界限是以T来划分的。冷加工，如钢在常温下进行的冷冲压、冷轧、冷挤压等，其优点是塑性良好，变形抗力低，容易加工变形，缺点是高温下金属容易产生氧化皮，所以制件的尺寸精度低，表面粗糙。热加工，如热锻、热轧、热挤压等。2.金属经塑性变形及再结晶，可使原来存在的不均匀、晶粒粗大的组织得以改善，或将铸锭组织中的气孔、缩松等压合，得到更致密的再结晶组织，提高金属的力学性能。3.锻件质量优于铸件的原因：使晶粒细化；消除了铸锭缺陷，使金属更加致密；形成纤维组织。结论：项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺金属的锻造性能衡量指标:金属的可锻性（金属材料锻压加工成形的难程度）。塑性↑，锻造性能↑，不易开裂(微观：容易产生滑移)变形抗力↓，锻造性能↑可锻性取决于：金属本质和加工条件。可锻性的衡量：塑性（表征塑变能力）和变形抗力（表征塑变难易程度）。塑性好，变形抗力小则可锻性好。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺1.金属的本质1）化学成分的影响纯金属的可锻性比合金好；合金元素的含量越多，可锻性越差。钢的含碳量越低，可锻性越好。2）金属组织的影响组织不同，可锻性有很大差异：＊纯金属、单一固溶体（如奥氏体）组织的锻造性能好于化合物组织，碳化物可锻性差。＊铸态柱状组织和粗晶粒不如细小均匀晶粒的可性好。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺2.加工条件＊变形温度低，金属的塑性差，不但锻压困难，而且容易开裂。提高变形温度，塑性提高，变形抗力减小。加热温度过高，会使晶粒急剧长大，导致金属塑性减小，锻造性能下降，称为“过热”。如果加热温度接近熔点，会使晶界氧化甚至融化，导致金属的塑性变形能力完全消失，称为“过烧”。坯料如果过烧将报废。1）变形温度的影响＊金属的变形温度必须严格控制在规定的范围内（碳钢的锻造温度范围依据相图来确定）。锻造温度：始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右。终锻温度：800C°左右。过低难于锻造，若强行锻造，将导致锻件破裂报废。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺2.加工条件2)变形速度的影响变形速度--单位时间内的相对变形量。＊变形速度低，塑性高、变形抗力小；变形速度增大，金属塑性下降，锻造性能变差。常用的锻压设备不可能超过临界变形速度。3）应力状态影响三向应力中，压应力数目愈多，则塑性越好。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺定义：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形获得所需的几何形状及内部质量的锻件。金属材料除在上、下两个平砧之间受约束外，金属坯料朝其他各方向金属的流动不受限制故而得名。分类手工锻造：劳动强度↑，生产率↓机器锻造：劳动强度↓，生产率↑空气锤空气－蒸汽自由锻锤水压机、曲柄压力机摩擦压力机、油压机（静压力）设备小型：大、中型（冲击力）三、自由锻造项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺自由锻造特点及应用（1）自由锻工艺灵活，工具简单，设备和工具的通用性强。（2）应用范围广，可锻造的锻件质量由不及1kg到300t.在重型机械中，自由锻是生产大型和特大型锻件的唯一方法。（3）锻件精度低，加工余量大，生产率低。一般只适用于单件小批量生产。是锻制大型锻件的唯一方法（万吨水压机立柱，大型发电机主轴）。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺自由锻造设备简介蒸汽锤中、小型锻件主要有锻锤（冲击力，有空气锤和蒸汽锤）、水压机、液压机等。水压机大型水压机静压成形特点：变形速度慢，锻造性能↑，但机构庞大，造价高（供水，操纵系统）。适用于大型锻件。空气锤小型锻件项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺自由锻造基本工序辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预变形工序。压钳口、倒棱、压肩基本工序：用来改变坯料的形状和尺寸的工序镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切断、扭转、错移精整工序：用来减少锻件表面缺陷的工序。校直、滚圆、平整、精压镦粗平砧镦粗垫环镦粗（整体变形，坯料直径垫环内径，齿轮）局部镦粗（局部变形，坯料直径套筒内径，螺钉）变形特点：横截面↑，高度↓目的：①锻制盘类件；②冲孔前的预备工序1.25H/D2.5(镦粗规则)(下料困难)(弯曲、失稳)项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺自由锻造基本工序拔长普通拔长芯轴拔长内径不变，壁厚↓，长度↑目的：①锻制长轴类锻件；②改善材料性能平砧拔长锻造性能↓V型砧拔长锻造性能↑变形特点：横截面↓，长度↑冲孔实心冲孔：25mmφ450mm空心冲孔：φ450mm↓变形力扩孔长度不变，内径↑，壁厚↓扭转毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度。弯曲圆角部位变形量↑切割切掉部分毛坯错移毛坯一部分相对于另一部分平移错开。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺自由锻造锻件分类及锻造工序锻件类型图例锻造工序实例盘类圆环类锻件镦粗、冲孔、扩孔、定径齿轮、法兰、套筒、圆环筒类零件镦粗、冲孔、芯轴拔长、滚圆圆筒、套筒等轴类零件拔长、压肩、滚圆主轴、转动轴等杆类零件拔长、压肩、修整、冲孔连杆等曲轴类零件拔长、错移、压肩、扭转、滚圆曲轴、偏心轴等弯曲类零件拔长、弯曲吊钩、弯杆等项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺自由锻造基本工序拔长普通拔长芯轴拔长内径不变，壁厚↓，长度↑目的：①锻制长轴类锻件；②改善材料性能平砧拔长锻造性能↓V型砧拔长锻造性能↑变形特点：横截面↓，长度↑冲孔实心冲孔：25mmφ450mm空心冲孔：φ450mm↓变形力扩孔长度不变，内径↑，壁厚↓扭转毛坯一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度。弯曲圆角部位变形量↑切割切掉部分毛坯错移毛坯一部分相对于另一部分平移错开。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺四、模型锻造简称模锻，是将金属坯料放在上、下模组成的模膛内，在冲击力或压力作用下，在模膛的限制下产生塑性变形，并充满整个模膛，从而获得与模膛形状一致的锻件的工艺方法。即金属在锻模内产生塑性变形（受阻变形）用模锻方法生产的锻件称为模锻件。锤上模锻其他设备（压力机、平锻机）上模锻胎膜锻（简介）自由锻设备＋胎模模锻按所用设备的不同，可分为：特点：生产率高、尺寸精确、锻件复杂形状、节省金属材料、尺寸受限。但需要专门模锻设备，故成本较高。适用于中小型、批量生产。项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺1.锤上模锻——在专用的模锻空气锤或模锻蒸汽锤的锻锤和模垫上分别固定上下模，上下模经锤击合拢，而获得锻件的方法。锤上模锻具有一般模锻的优点，但冲击大、震动大、噪声大、效率低。一般仅用于中小吨位的锻锤。模座模垫下锻模上锻模锤头项目二热加工工艺任务2.1锻压工艺1.锤上模锻锻模结构：模膛的分类和功用4锻模由上、下模组成。上、下模分别安装在锤头下端和模座上的燕尾槽内，用楔铁紧固。上、下模合在一起，其中部形成完整的模膛。模锻模膛终锻模膛有飞边槽，与零件形状完全相同预锻模膛无飞边槽，与零件形状相近制坯模膛拨