锻造

nullnullnullnull 锻压 锻压 利用外力使金属产生塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法称为金属压力加工。 压力加工的种类有： 轧制、拉拔、挤压、锻造、板料冲压 （见附图）null 金属塑性变形的实质 金属塑性变形的实质●弹性变形 在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金属发生变 形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。 金属的塑性变形null●塑性变形 内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金属的 变形并不完全消失。 ●滑移面 在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分，沿 着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。 ●位错运动引起塑性变形 近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不是整体 的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。 位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成，图3-2 nullnull● 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。 在外力作用下，有的晶粒处于利于塑性变形 位置，则首先塑性变形。有的处于不利于塑 性变形的位置，则暂时不变形。晶粒间会移 动、转动，这种利与不利位置在变化， 塑性变形不断进行。图3-3 塑性变形对金属组织和性能影响 塑性变形对金属组织和性能影响 ● 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。 ⑴ 晶粒沿最大变形的方向伸长； ⑵ 晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力； ⑶ 晶粒产生碎晶。 ● 冷作硬化(见图3－4) ＊ 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。null ● 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。 null＊ 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。 ●加工硬化的利用、消除 ＊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（P29）650—750℃null● 冷变形和热变形 ＊ 冷变形 在再结晶温度以下的变形； 冷变形后金属强度、硬度较高，低粗糙度值。但 变形程度不宜过大，否则易裂。 ＊ 热变形 再结晶温度以上变形。 变形具有强化作用，再结晶具有强化消除作用。在热变 形时无加工硬化痕迹。 金属压力加工大多属热变形，具有再结晶组织。 热加工后组织性能变化： ⒈粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。 ⒉铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。 ⒊晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界 分布，形成纤维组织（流线）。 null 变形程度越大，纤维组织越明显。 压力加工中常用锻造比y来表示变形程度。 拔长时锻造比y拔=A0/A 镦粗时锻造比y镦=H0/H 纤维组织很稳定，不能（难以）用热处理方法来消除。只有经过锻压来改变其方向、形状。 null 在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向于纤维方向重合，最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量使纤维组织不被切断。 金属的可锻性 金属的可锻性●金属的可锻性：材料经受压力加工时获得优质制品难 易程度的工艺性能。 ●可锻性的衡量：塑性（断面收缩率ψ，伸长率δ）， 变形抗力。塑性好，变形抗力小则可锻性好。 ●可锻性取决于：金属本质和加工条件。null一、金属的本质 ⒈化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金好；有些元素可使可锻性显著下降（如铬，钨，钒等）。钢的含碳量越低，可锻性越好， ⒉金属组织的影响 ＊组织不同，可锻性有很大差异： ＊纯金属、固溶体（如奥氏体）可锻性好； 碳化物可锻性差； ＊铸态柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀。 null二、加工条件 ⒈变形温度的影响 ＊ 温度↑→原子的运动能力↑→容易滑移→塑性↑→ 变形抗力↓→可锻性改善. 过热：超过一定温度，晶粒急剧长大，锻造性能↓， 机械性能↓。已过热工件可通过锻造，控制冷 却速度，热处理，使晶粒细化。 过烧：接近材料熔化温度，晶间的低熔点物质开始熔 化，且晶界上形成氧化层。金属失去锻造性 能，一击便碎，无法挽回。 null＊ 锻造温度： 始锻温度：碳钢比AE线低200C°左右 终锻温度：800C°过低难于锻造 ，若 强行锻造，将导致锻件破裂 报废。图3-8 null⒉变形速度的影响 变形速度--单位时间的变形程度 ＊变形速度u =dε/dt ε—变形程度 ＊变形速度u↑ ⒊应力状态影响 三向应力中，压力应力数目愈多，则塑性越好。塑性↓.变形抗力↑热能↑→塑性↑，变形抗力↓null 一、自由锻 ＊ 自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个 抵铁之间变形。从而获得所需形状及尺寸的锻件。 在重型机械中，自由锻是生产大型锻件和特大型 锻件唯一成型的方法。 ＊ 金属沿变形方向可以自由流动，不受限制。 ＊ 自由锻设备： 锻锤 依靠冲击力使金属变形，只能锻造中小锻件。 液压机： 依靠静压力使金属变形，可加工大型锻件。其 中水压机可产生很大作用力，是重型机械厂锻 造生产的主要设备。 锻造方法null⒈自由锻工序 ⑴ 基本工序 镦粗：适于饼块类，盘套类 拔长：适于轴类、杆类 拔长、镦粗经常交替反复使用。 有时一头镦粗，另一头拔长。 （通孔、盲孔）冲孔，常用方法：镦粗—冲孔 镦粗—冲孔—扩孔 弯曲：工件轴线产生一定曲率。 扭转：某一部分相对于另一部分转一定角度。 错移：坯料的一部分相对于另一部分平移 错开的工序，例如曲轴。 切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。 ⑵ 辅助工序： 在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。 ⑶ 精整工序： 完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸和形状精度的工序。 ⒉锻件分类及基本工序（表3-1 锻件分类及所需锻造工序）null二、模锻 ＊ 在压力或冲击力作用下，金属坯料在锻模模膛内 变形，从而获得锻件的工艺方法。此法生产的锻件 尺寸精确、加工余量较小，结构也可较复杂，生产 率高。 ＊ 按使用设备不同分为：锤上模锻、胎模锻等。 (见下页图) ⒈锤上模锻 ＊ 锤上模锻所用设备为模锻锤。通常为蒸气-空气 锤。对形状复杂锻件，先在制坯模膛内初步成 形，然后在模锻模膛内锻造。 null⑴ 模锻模膛 i)终锻模膛 —作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状、尺寸。 　 —尺寸比锻件尺寸放大一个收缩量，钢件约为1.5%。 　 —四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出阻力，促 使金属充满模膛，容纳多余的金属。　 —冲孔连皮：无法加工通孔而留下的一薄层金属。 ii) 预锻模膛 —作用：使坯料变形到接近于锻件的形状尺寸，使终锻 时，金属容易充满终锻模膛。延长终锻模膛的使用寿命。 —批量不大，形状简单时可不设预锻模膛。 —区别：预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。 终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。 nullnull ⑵ 制坯模膛 ＊ 对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状,使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。 i) 拔长模膛 增加某一部分长度。 ii)滚压模膛 减小某部分横截面积,以增大另一部分横截面积，坯料长度基本 不变。 iii)弯曲模膛 弯曲工件。 iv)切断模膛 切断金属。 此外还有成型模镗，镦粗台， 击扁面等制坯模镗。 null ＊ 模膛可分为单膛及多膛，图3-18是多镗模锻。 ⒉曲柄压力机上模锻null⒊摩擦压力机上模锻null⒋胎模锻 ＊ 胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法， 一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成型。 ⑴扣模 图3-22 ⑵筒模 图3-23 ⑶合膜 图3-24 锻造工艺规程的制订 锻造工艺规程的制订 一、绘制锻件图 绘制锻件图是以零件图为基础， 结合锻造工艺特点绘制而成的。 ⒈敷料、余量及公差 ＊ 敷料：为简化零件的形状和结构，便于 锻造而增加的一部分金属为敷料。 ＊ 余量：零件表面为切削加工而增加的尺 寸称余量。 ＊ 锻件公差：是锻件名义尺寸的允许变动 量。查表而定。 ＊ 自由锻锻件图：图2-25 ⒉分模面 ＊ 分模面：上下模锻在模锻件上的分界面，关 系到锻件成型，锻件出模，材料利 用率，锻模加工等一系列问题。 ＊ 选分模面原则： 1)应保证模锻件能从模腔中取出来。图3-26a-a 2)应使上、下两模沿分模面的模腔轮廓一致。 图3-26 b-b 3)分模面应选在能使模腔深度最浅的位置上。 图3-26 b-b 4)使敷料最少。 5)分模面最好是一个平面。图3-26中d-d面最合理。null⒊模锻斜度 ＊ 模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）的表 面必须有斜度，以便取出锻件。 模锻斜度与模镗深度和宽度有关。 内侧斜度比外侧稍大些。图3-27 模锻斜度 ⒋模锻圆角半径 ＊ 所有交角均做成圆角，可以易于充满模膛，避免 尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损。 ＊ 锻件内圆角R，锻件外圆角r见图。图3-28 圆角半径 ＊ 圆角半径为1，1.5，2，3，4，5，6，8，10，12，15，20等标准值。 ⒌冲孔连皮 ＊ 孔径大于25mm,该孔应锻出；孔径为25~80时,冲孔连皮厚度取4~8mm。 ＊ 孔径小于25mm或孔深大于冲头直径3倍时,只压出凹穴。图3-29null二、坯料重量和尺寸的确定 ＊ 坯料重量G坯 G坯 =G锻+G烧损+G料头 式中：G锻—锻件重量 G烧损—坯料因加热氧化而烧损 G料头—在锻造过程中被冲掉或被 切掉的金属 ＊锻造比 对于以钢锭为坯料时,并采用拔长时,锻造比 不小于2.5~3。轧材为坯料时，锻造比可取1.3~1.5。 三、锻造工序（工步）的确定 ＊ 自由锻、按P98表3-1定 ＊ 模锻 —长轴：常用拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等， 小型长轴常采用一根棒料锻几个锻件， 模锻件采用周期轧制材料作坯料时 可省去拔长滚压等工步。图3-30 图3-31 用轧制坯料模锻 —短轴：常用镦粗、预锻、终锻等。图3-32 四、锻造工艺规程中的其它内容 ＊ 始锻温度和终煅温度(P95图3-8 ) ＊ 加热规范、冷却规范、对高合金钢尤为重要， 以防因热应力引起变形或开裂。 锻件结构的工艺性 锻件结构的工艺性一、自由锻件的结构工艺性 自由锻件不要有锥体，或斜面结构图3-33 轴类锻件结构 几何体的交接处不应形成空间曲线图3-34 杆类锻件结构 null 自由锻件上不应设计出 加强筋、凸台、工字形 截面或空间曲线形表面 图3-35 盘类锻件结构自由锻件横截面若有急剧变 化或形状较复杂时，应设计 成有几个简单件构成的组合 体，再焊接或机械连接方法 连接。 图3-36 复杂件结构null二、模锻件的结构工艺性 ＊ 模锻件有一合理分模面， 使工件容易取出，应使 敷料少，锻模容易制造。 ＊ 零件上与其它零件配合 时要机加工，其他面均 应设计成非加工面。 因此，要注意设计出模 锻斜度，模锻圆角。 ＊ 锻件外形应力求简单、 平直、对称，避免直径 相差过大或具有薄壁、 高筋、高台、深孔、多孔 板料冲压 板料冲压 ＊板料冲压又叫冷冲，但δ > 8～10mm时用热冲 ＊特点 ： (1)可冲形状复杂的零件，且废料少。 (2)高精度，低粗糙度，零件互换性好。 (3)重量轻，耗材少，强度刚度较好。 (4)操作简单，生产率高。 ＊常用的材料 ： 低碳钢、铜合金、铝合金等塑性好的材料。 ＊常用设备 ： 剪床和冲床。 ＊基本工序 ： 1、分离工序 2、变形工序。 分离工序 分离工序 一、落料及冲孔（统称冲裁） ＊落料——落下部分为成品。 ＊冲孔——落下部分为废品。 1、冲裁变形过程 (1)弹性变形阶段 null (2)塑性变形阶段 板料中的应力值达到屈服极限，板料金属产生塑性变形，产生硬化，凹凸模刃口处硬化加剧，出现裂纹。 (3)断裂分离阶段 上下裂缝重合，板料分离。 分离面的质量主要和下列有关：a.间隙有关b.刃口锋利c.模具有关d.材料有关e. 板厚有关…… 2、凹凸模间隙 间隙影响：断面质量，模具寿命，卸料力，推件力，冲裁力，工件尺寸精度 间隙过大：裂缝错开，边缘粗糙。卸料力，推件力小。 间隙过小：上下裂缝错开，边缘粗糙。磨损严重。 间隙可按下式计算: c=mδ δ---板料厚度。 m----系数，p115。null 3、凹凸模刃口尺寸的确定 落料—以凹模刃口尺寸作为基准，根据间隙的大小确定凸模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸） 冲孔—以凸模为基准，有间隙确定凹模的尺寸，即凸模尺寸同零件尺寸。 考虑磨损： 落料 凹模尺寸靠近零件公差范围内的最小尺寸 冲孔 凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸 4、冲裁件的排样 排样应使废料最少。排料有‘无搭边和有搭边’两种类型。 noticea、前三图是“有搭边”优点是毛刺小，且在同一平面上，尺寸准确。 b、D图“无搭边”毛刺不在同一平面上。尺寸不易准确。二、修整二、修整修整——沿外缘或内孔刮削一层金属。机理与切削相似， 与冲裁不同。 精度——IT6～IT7，粗糙度Ra0.8～1.6。 修整量—— 单边修整量一般为板厚δ的10%，小间隙冲裁件 为δ的8%修整量较多时，或板厚δ>3mm，均需 要多次修整。 模具间隙——单边取0.001～0.01 mm. 也可为负间隙。三、切断 切断——是指用剪刃 或冲模将板料沿 不封闭的轮廓进 行分离的工序。 变形工序 变形工序 一、拉深 1、拉深过程 底部金属一般不变性，只起传递拉力作用，厚度基本不变，坯料外径D与内径d之间的环形部分金属切向受压应力的作用,形成拉深件的直壁，直壁的厚度有所减少。 null2．拉深中的废品 拉深件主要受拉应力，应力超过强度极限时出现废品，最危险处是直壁和园角的过渡处。 拉穿现象与下列现象有关： (1)凸凹模的园角半径有关，对钢件取r凹=10δ， r凸=（0.6～1）r凹。 (2)凹凸模的间隙:拉深的间隙较大，一般取单边间隙 C= (1.1～1.2)δ。 间隙过小：摩擦力大，易拉穿工件、擦伤表面 模具寿命低。 间隙过大：易使工件起皱。 (3)拉深系数m m=d / D m越小，越易产生废品，一般取m=0.5～0.8，塑性 好取下限0.5，塑性差取上限0.8 拉深系数过小，应分多次拉深，每一两次中间安排 退火，以消除加工硬化，多次拉深时 m应渐增，使m=m1×m2×m3……null(4)润滑 可减少摩擦、降低拉应力和减少模具的磨损。 (5)拉深的另一种缺陷是起皱，可用压边解决。null 3.旋压 有些空心的回转体还可用选的方法制造，生产率较低，用于中小批量的生产，见p118. 二、弯曲 弯曲过程中，板料的内侧受压，外侧受拉，今拉应力超过抗拉强度时，金属破裂内万半径r越小越易破裂。null弯曲时尽量使弯曲线垂直于纤维，以免破裂。弯曲后要回弹，一般回弹较为 0˚ ~ 10˚，事先要注意。null三、翻边 ＊翻边—在带孔的平面料上用扩孔的办法获得凸缘的工序。 ＊凸模园角半径r凸 = （4～9）δ ＊翻边系数ko =do/d do—翻边前的孔径。 d—翻边后的内孔尺寸。 Ko—翻边系数,镀锡板Ko不小于0.65,酸洗板Ko不小于0.68 ＊凸缘高度较大时，可先拉深、后冲孔、在翻边。null四、成型 成型—利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序 一、冲压件的形状及尺寸 1、对落料件和冲压件的要求 (1)落料件的外形和冲孔件的孔形应简单、对称尽量用圆形、 矩形避免长槽或细长悬臂结构。注意排样，提高利用率。 冲压件的结构工艺性 null(2)冲裁件的结构尺寸（如孔径、孔距）必须考虑材劳的厚度。 (3)冲裁件上的直线与直线、曲线与直线的交界处，均用圆弧连接。最小园角半径如表3-3。 null2、对弯曲件的要求 曲件形状应尽量对称，弯曲半径大于最小半径。 弯曲边H 〉2δ，可以先弯好后再切去。 为防止孔变形，孔的位置L>1.5~2δnull3、拉深件的要求 外形简单、对称，深度不宜过大。 最小许可半径如图3-61所示，否则增加拉深次数和整形工作。null二、简化工艺及节省材料的设计 采用冲压—焊接结构。 采用冲口工艺。 尽量简化拉深件的结构。三、冲压件的厚度 尽量用较薄的钢板，刚度不够时可用加强筋。见教材P124.图3—65 使用加强筋举例。null四、冲压件的精度和表面质量 对冲压件的精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般精度。 落料—不超过IT10，冲孔—不超过IT9 弯曲件—不超过IT10～IT9, 拉深件的高度尺寸—IT10～IT8 直径尺寸—IT10～IT9 整形后精度—IT7～IT6 零件表面质量不能高于原料表面质量（粗糙度） 对冲压件的表面质量要求，一般尽可能不要高于原材料所具有的表面质量。null