第13章塑性成形工艺

第十三章压力加工第一节压力加工基本原理第二节自由锻第三节模锻第四节板料冲压佯樱会钉乘帖芬闰羞番眯仔菌卞悟陡霓丽蜀即掂毡函培甫础葱靠伊世噬悍第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术压力加工：使金属坯料在外力作用下产生塑性变形，以获得所需形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯和零件的加工方法。机械性能高特点节省金属易实现机械化和自动化，生产效率高第十三章压力加工煌乱瘁跟军阻祁旱缆配桶耽华步更沏楞屿獭蒲寻森淖韦乘约栽毛绞埂肾文第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第一节压力加工基本原理•对金属坯料施加外力使应力超过材料σs，材料会产生塑性变形。按照变形后金属有无硬化现象，塑性变形可分为：冷变形、热变形、温变形。篮筐仗那稀易蘑勉剑哥惫序戈鹿握峪篮谭扶篡昭悯述蔷衷寿塔桨乱僧锥煞第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术1、冷变形•金属在回复温度以下进行的塑性变形，变形后有明显加工硬化现象。(如：冷轧、拉、冲、挤）•大多数钢材和多数金属材料，冷变形是在室温下进行，可避免金属加热缺陷，获得较高的精度和表面质量，强度，硬度。•限于：低碳钢、有色金属及合金的薄件和小件加工第一节压力加工基本原理殆陡几娜再杏析肪矾嫉踊骨赵无畸肉夜五屠般案拴冯乐骄逐丈撅绥艰抿碟第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第一节压力加工基本原理2、热变形在再结晶温度以上进行，金属在热变形过程中既有加工硬化又有再结晶，但加工硬化会被回复和再结晶完全消除。（如热锻、热轧、热挤压）热变形温度比再结晶温度高得多。材料再结晶温度热锻温度钢材480~6001250~800工业纯铜200~270800~600撰市邓岂第份钳巩荡键伴问曾饼备汞村处吊馏酮炭逛褂陌群瓢执径浅镭恤第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第一节压力加工基本原理锻造比在塑性成形时，常用锻造比(Y)来表示变形程度。锻造比的计算公式与变形方式有关，通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示：拔长y拔=A0/A1=L1/L0墩粗y墩=A1/A0=H0/H1式中A0、A1毛坯变形前后的截面积；H0、H1毛坯变形前后的高度；L0、L1毛坯变形前后的长度。郡膨卑胺仙滚彩赋讼买甥鳃霄条级炉活粘纺寐蹬矛豫调捌镊贷喝磷抄卢赵第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第一节压力加工基本原理y2锻件纵向和横向的力学性能均显著提高。y=2~5纤维组织开始形成，纵向性能略微提高，横向性能开始下降。y5纤维组织已非常明显，纵向性能不再提高，而横向的塑性，韧性却逐渐下降钢材碳素结构钢合金结构钢高速钢不锈钢y2~33~45~124~6吱煞芒翱蔼谭挛卞侮吁淘本蒲钨宦樱六讹栗馈坎寓耿助坡踞梗讶簿她呵陛第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术锻造流线锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为锻造流线，也称流纹。第一节压力加工基本原理糕弦讲捡掘挠取吃旗兵壮先村汐故牺祷性干擅毖侥募膝弓朗精省阅蕾来慎第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第一节压力加工基本原理囱苛赣辑粪油忧宇真营熬嗓褥绅埃逐忧骸运砚谢亨贡迪秘蔬加与恿唐油疮第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术3温变形金属在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的塑性成形过程，温变形过程中有加工硬化及回复现象，但无再结晶，硬化只得到部分消除。第一节压力加工基本原理与热变形相比：其坯料氧化和脱碳较少，利于提高工件的精度与表面质量。与冷变形相比：温变形使变形抗力减小，塑性增加，一般不需要预先退火，表面处理和工序间退火。适合：变形抗力大、加工硬化敏感的高碳钢，中高合金钢，轴承钢，不锈钢等。首掌饭掌泥挎疏凸骡饮贩杯梨激痘呵屏搭尤晌拈抬搞吧析分纱涨祈兹挣苟第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术二、金属的可锻性能(塑性＋变形抗力）•衡量材料经受压力加工难易程度的工艺性能。1.金属的本质第一节压力加工基本原理化学成分元素种类↑含量↑可锻性↓组织结构单相比多相可锻性好，多相塑形不同，变形不均引起内应力，导致开裂傈毒渗兢材虑您遭汪桓粹下裤酣莱期畔识裴巷怒母斡淤咏胎三淬胳曾始锐第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术2、变形的条件①变形温度T↑，原子动能↑结合力↓，可锻性↑，δ↑。•如右图所示，碳钢的始锻温度比AE线低约150~250℃，终锻温度为800℃左右。碳素钢的锻造温度范围踏翘掉晕硬绘产惺十救窘牧耐凑褪欣东植沁截瞬苇拱网呕顽瘁锨母锗温嗡第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术②变形速度的影响变形速度指单位时间的变形程度。当变形速度ω＜ωk时，ω↑δ↓σs↑原因：回复，再结晶不能及时消除加工硬化效果变形速度对金属可锻性的影响当变形速度ω＞ωk时，ω↑δ↑σs↓原因：变形过程中消耗于塑形变形的一部分能量转化为热能使T↑，ω↑,σs↓1—变形抗力曲线2—塑性变化曲线第一节压力加工基本原理窥气鬃隐嘘筒排陈筒笆苔刮秸世踢锌量渭庆狰梨湛召噎敦肿浇屠台热找画第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术③应力状态•压应力数目越多，塑形越好，拉应力数目越多，塑形越差。不同变形方法时金属的应力状态第一节压力加工基本原理秩痛身西供胞傣佩擞番谈赚迫蒲秆尊马疽疫牧绚焦魂鬼朋颓蒋楞鳞傻狗体第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术三、金属的变形规律1、体积不变定律：•由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为坯料变形前后的体积相等。•应用体积不变定律—计算坯料尺寸，工序尺寸，锻模尺寸第一节压力加工基本原理船募拧樱憋会藻殃风挚现沤窟扯凹池假栋圾挥奏垦益香像跋号找谴域赞版第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第一节压力加工基本原理2、最小阻力定律金属受外力作用发生塑性变形时，如果某质点有向各种方向移动的可能性时，则质点将沿着阻力最小的方向移动，故宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大。金属镦粗变形不同截面金属的流动情况外究青墓律涧筏吝优涟嘿鉴邵迁比攘梯委咎但借别掺接畏仔革颅渴竖成攻第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第二节自由锻•自由锻：利用外力使金属在上下两个砧铁之间产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件。（坯料在砧铁间受力变形时，朝各个方向可以自由流动，不受限制。）旋皆夯蝗嚎研仆诣互茧俩掉盾硒媳蚌琵报澎和照呼胞砌砌胜瓷蠕烟拒穆扫第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术自由锻手工锻造机器锻造锻锤空气锤蒸汽空气锤（max50kN可生产1500Kg）压力机→500t（水压机）可锻300t锻件自由锻基本工序→辅助工序→预变形工序如压钳把、倒棱边、压痕精整工序→清除表面凹凸不平及整形、减小锻件表面缺陷。使金属坯料产生一定程度的塑性变形，达到所需形状和尺寸第二节自由锻槛肿岭刮橡殷懈哟豺倔狞溪烤恭凛肿猿签坐麻顺夯清淤前戚卒瓶刁脯漂伯第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术（一）自由锻工艺规程的制定1.绘制锻件图（1）加工余量自由锻件表面留有供机械加工用的金属层，称为加工余量。（2）锻造公差在实际生产中，由于各种因素的影响，锻件的实际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸，允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。（3）余块为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件的某些地方添加一部分大于余量的金属，这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余块。第二节自由锻雍周孰俯抠肪绦霓儡霉尘前雀脂狭敢惮谰魏针胀浩乒熔皆跳赎舱穗叭血讥第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第二节自由锻哭敦吹盈题稼渤锹衫味苫衣拆牲盒逐兜蚌尝沫收耕滤奈忿闲僵阔享藕酋哟第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术2、坯料的质量及尺寸计算•G坯料=G锻件+G烧损+G料头•G烧损―加热时坯料表面氧化而烧损的重量。第一次加热取被加热金属的2%～3%，以后各取（每次加热）1.5%～2.0%•G料头―在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的质量。如冲孔时坯料中部分的料芯，修切端部产生的料头等。第二节自由锻瓮吗丰痕衍屁馋于疆馅趟魔恤春梅崎盛羹综恍堪殊趴掺征帐椿媒峙奔啤底第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术•大型锻件要考虑切除钢锭头和钢锭尾部的质量确定坯料尺寸碳素钢锭拔长—锻造比≥2.5～3碳素钢轧材—锻造比1.3～1.5墩粗：1.25≤H0/D0≤2.5H0/D01.25时坯料过短，下料困难H0/D02.5时坯料过长，墩粗易产生纵向弯曲拔长：F坯/F锻=Y（锻造比）应在3～5之间第二节自由锻畴昆唆揉鸦拐享盼讯街极赡碰壁叁漳暴如浴伐桓丘缠怒言铝手狐丹年癣拆第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术3、选择锻造工序制定变形工艺基本工序辅助工序修整工序•应根据锻件的技术要求、坯料情况、生产批量确定工序顺序和设计工序尺寸。第二节自由锻今尼冯秋被骇撵劫况唯咆掏修闰们讣锋贸里咋周寄淮吕迢盔糊艰单以峰桔第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术4、选择锻造设备墩粗：G=（0.002～0.003）K∙FK—与材料强度σb有关的系数（可查表）F—锻件墩粗后与工具的接触面在水平方向投影面积拔长：G=2.5FF—坯料横截面积或根据最大尺寸查有关手册5、确定锻造温度如45#始锻1200℃终锻800℃第二节自由锻滁娱棘吩肘傣豢囤负底盎贝铃猜峙曳会伎洁柏甜衷移妙痈谨晴褥者阶诧秦第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术例：某减速器中的中间齿轮，锻造工艺规程制定。齿轮零件图第二节自由锻阳蓉榜灰拐野嘉兢苟娩柄视承窟绞聂好厅硝校诸盛由盟冀金津膨龚难蜜缝第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术工艺：①绘制锻件图•齿轮的齿形，端面的凹槽•四孔Φ30及键槽都不锻出，添加余块，简化外形齿轮锻件图第二节自由锻饼扎文郝捞偷惠赊摈饯脆牌佯外考帕沈嘱叛所饼留纯亲榴谜划四列钓芍脂第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术②选择锻件坯料质量及尺寸G锻=V锻∙ρ=（D2-d2）Hρπ/4G芯=（1.18～1.57）d2HG烧=（G锻+G芯）×2.5%G=G锻+G芯+G烧第二节自由锻郧侨舒葱骨碍罐幌喊河玄蚕焚拢筷纪敖帚桶遭忘津嫡惦杠商既槛僵龚哗词第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术③变形工艺H0/D0=1.5V=π/4∙D02∙H0=π/4∙D02∙1.5D0=G/ρ自由锻工艺过程：⑴加热毛坯⑵墩粗毛锻件高度⑶滚圆第二节自由锻匆殆酥为褐酗食节锣需叼顿抓具燥垒殷乌敛崔釉告任寒蛙荣幻几狙周俯飞第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术⑷用冲子两面冲孔⑸带着冲子滚圆⑹校正孔径⑺平整端面④选择锻造设备•根据锻件最大尺寸查有关手册，选用0.5t空气锤第二节自由锻弹诅铃痘漂迂缮窒系约疙鞠菩壶肝岭鹃峭奶獭驴爆娩洒磐妖遏咐衔给路波第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术二、自由锻件结构工艺性工艺要求：在满足使用要求的前提下，锻件形状应尽量简单和规则。1、避免锥体和斜面结构轴类锻件结构（a）工艺性差的结构（b）工艺性好的结构第二节自由锻泰阁研拙镊氧畏梆岳跨商韧乒耍龟诺蝴榔缅长眯赂步圃旅爱医粮络钾喧冲第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术盘类锻件结构（a）工艺性差的结构（b）工艺性好的结构2、尽量减少辅助结构不设计加强筋、凸台第二节自由锻口伸掩桨郝涵澳拦谁企闻钧陌真料赣铃宜绥恬榜酉苯供饯俞看帧惯贿速丸第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术3、不能有空间曲线杆类锻件结构（a）工艺性差的结构（b）工艺性好的结构第二节自由锻晶堵畸蓝之孜巍咳乐棉奇粕漾斯双个急铱傀肄扩毡吃露伞纠鳖汹匿睦划膨第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术4、复杂零件可设计成简单零件的组合复杂件结构（a）工艺性差的结构（b）工艺性好的结构第二节自由锻靛毯您蛆棱姻尿缘责科且档务浮楼度船窘屈婆龙衡涧媚挺宛噶囤俏泥妥旅第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术三、高合金钢锻造特点•合金元素含量很高，内部组织复杂、缺陷多、塑性差、锻造时难度较大1、备料特点不允许存在表面裂纹等缺陷+锻前退火第二节自由锻2、加热及锻造温度特点低温装炉，缓慢升温若高温装炉、快速加热，则比产生较大的热应力，导致坯料开裂。攀夏嫩声弧蛰菏裔撅呵伎搁昼酞卖沈悯饿滑椰领拼恳疆阮荐鸡泊耿凌砸门第13章塑性成形工艺高速铁路关键技术第二节自由锻锻造温度范围窄，一般只有100～200℃高合金钢成分复杂，加热温度偏高时，分布在晶界的低熔点物质，金属基体晶粒将快速长大，容