材料成型技术基础PPT电子教案第二章 金属的塑性成形.ppt
,金 属 工 艺 学,于美杰山大材料学院,第二章 金属的塑性成形,第一节 塑性变形理论 第二节 锻造技术 第三节 板料冲压技术塑性变形的微观机制塑性变形对力学性能的影响影响金属可锻性的因素了解几种常用的锻造技术和板料冲压技术的工艺特点,基本要求,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,塑性成形在外力作用下利用金属材料的塑性，使其成形并获得一定力学性能的加工方法。也称塑性加工或压力加工 分类,静压力,动压力,轧制,挤压,拉拔,自由锻,模锻,冲压,热成形、冷成形,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,塑性成形（压力加工）的特点优点结构致密，组织细化，力学性能提高；少无切削加工，材料利用率高；生产效率高；缺点一般工艺表面质量差（氧化）；不能形成形状复杂件（相对铸造）；设备庞大、价格昂贵；劳动条件差（强度高、噪音大）；,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,1.1 塑性变形的微观机制什么是塑性？在外力作用下发生永久变形而不破坏的能力。金属内原子排列并不十分归整，存在大量位错塑性变形的实质晶内：滑移晶间：滑动转动滑移：在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于晶体的另一部分发生移动或切变。,残余变形塑性变形,位错运动引起滑移,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,多晶体变形以晶内滑移为主，晶间转动为辅（原因：晶界有阻碍变形的作用，或者晶界强度高于晶内，晶界变形更难）晶粒越细、越多，晶界越多，对材料起到强化作用。,晶粒间的滑动和转动,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,细晶强化原因晶界面积越多，位错障碍越多，金属塑性变形的抗力越大，强度、硬度越高。晶粒越细，单位体积内同时参与变形的晶粒数目越多，塑性变形可分散在更多的晶粒内进行，变形均匀，减少了应力集中，使塑性指标提高；晶粒越细小，晶界面积越多，对裂纹扩展的阻碍作用越大，金属在断裂前消耗的功越大，使韧性指标提高；,回顾：固溶强化,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,1.2 塑性变形对金属组织和性能的影响（1）对性能的影响形变强化现象：金属塑性变形时，随塑性变形量的增加，强度和硬度增加，而塑性和韧性下降的现象，也称“加工硬化”。强化金属的重要手段之一原因：随变形量增加,位错密度增加，使变形抗力增加。形变强化的结果：强硬度提高；使进一步塑性变形困难。,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,（2）对组织的影响：晶粒被拉长或压扁；晶粒破碎产生碎晶。当变形量很大时，晶界上的杂质随晶粒一起沿变形方向被拉长后呈流线状分布，这种流线分布形态的微观结构称为纤维组织；力学性能呈现各向异性平行纤维方向：抗拉强度高、剪切强度低垂直纤维方向：剪切强度高、抗拉强度低纤维组织不易消除,只能合理应用拉应力纤维组织 剪切应力纤维组织,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,（3）回复和再结晶金属经变形后,组织处于不稳定状态,有自发恢复到稳定状态的倾向。但在常温下，原子扩散能力小,不稳定状态可长时间维持。加热可使原子扩散能力增加，金属将依次发生回复、再结晶和晶粒长大。回复：塑性变形时出现的碎晶和晶格畸变具有不稳定性，加热后原子热运动加剧，晶格畸变消除，内应力明显减小的现象。T回（0.250.3）T熔 再结晶：对形变强化的金属加热到熔点的0.4倍时，开始以某些碎晶或杂质为核心生成新的等轴晶粒，原来已变形的晶粒消失，使金属的强度、硬度降低，塑性和韧性增加，形变强化现象完全消除的现象。T再=0.4T熔,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,几点说明：回复只能部分消除加工硬化；再结晶能消除全部加工硬化；再结晶不是恒温过程，而是在一定温度范围内连续进行的过程。T再再结晶温度是开始再结晶的最低温度。,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,Theory ofPlastic Deformation,再结晶也是晶核形成和长大的过程，不是相变过程，再结晶前后晶粒的晶格类型和成分完全相同。冷变形：在T再温度以下的塑性变形，存在形变强化,强度、硬度，塑性、韧性；冷冲压、冷挤压、冷轧、冷拔;尺寸精度高、表面质量好;变形不宜过大，避免破裂；热变形：在T再温度以上的塑性变形，形变强化随时被再结晶消除。热锻、热轧、热挤压;变形程度大,缺陷少，组织致密，力学性能高；生产中，把消除加工硬化的热处理称为再结晶退火。再结晶退火温度比T再高200300。,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,1.3 可锻性金属产生塑性变形而不破坏的难易程度塑性好、变形抗力小，可锻性好影响金属可锻性的因素化学成分：含合金元素少的可锻性好,纯金属/低碳组织：单相组织（纯金属或固溶体）比多相好钢中碳化物少好，呈弥散分布比网状分布好塑性变形条件：加热温度、变形速度、应力状态,Theory ofPlastic Deformation,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,温度对可锻性的影响：加热温度高，可锻性好；温度过高，会过热、过烧始锻温度终锻温度，如碳素钢1150/1250800/850变形速度对可锻性的影响：a,速度，可锻性原因：热效应使塑性提高,Theory ofPlastic Deformation,再结晶消除加工硬化,趁热打铁,第一节 塑性变形理论,第三章 金属的塑性成形,应力状态对可锻性的影响：压应力下变形，对塑性有利，阻止裂纹扩展，焊合孔、缝等缺陷；拉应力下变形，对塑性不利，气孔、裂纹等缺陷处易引起应力集中，缺陷扩展，导致破裂。,挤压时金属的应力状态,拉拔时金属的应力状态,Theory ofPlastic Deformation,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,2.1 金属塑性变形的流动规律最小阻力定律体积不变定律临界切应力定律,金属镦粗变形图3-12,锻造,自由锻,模锻,胎模锻,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,2.2 自由锻利用冲击力或压力使金属在上、下两砧铁之间产生变形，从而获得得所需形状和尺寸的锻件的锻造方法。特点坯料变形时，只有部分表面变形受到限制，其余表面可自由流动;所用设备及工具简单，适应性强，锻件重量不受限制；由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件的尺寸精度低，生产率低；适用于单件、小批生产。是大型锻件的唯一锻造方法。,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,自由锻分类手工锻造机械锻造锻锤自由锻（中小锻件）空气锤 冲击力液压机自由锻（大型锻件）水压机 静压力自由锻的工序镦粗：饼块类，盘套类拔长：适于轴类、杆类冲孔：空心件,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,自由锻工艺规程的制定（1）锻件的结构工艺性尽量避免锥体或斜面、曲面连接；形状不易复杂；不应带筋；避免凸台；,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,（2）绘制锻件图留机械加工余量，保证尺寸精度；锻件公差：锻件的实际尺寸与理论尺寸之间所允许的偏差值。敷料（余块）：针对有凹槽、台阶的部位，简化锻件,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,（3）选择锻造工序基本工序：用来改变坯料的形状和尺寸的工序辅助工序：为方便基本工序的操作而设置的工序修整工序：用来减少锻件表面缺陷的工序,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,2.3 模锻迫使坯料在一定形状的锻模模膛内产生塑性流动成形的方法。特点：生产效率高；模具制造费用高；尺寸精度和表面质量比自由锻高；加工余量少，节省材料；力学性能高；锻件重量小，一般小于150公斤分类锤上模锻压力机上模锻,锻模结构：下模固定不动，上模固定在锻锤上模膛结构：制坯模膛、预锻模膛、终锻模膛,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,模锻工艺规程制定（1）选取分模面最大截面，且尽量为平面；应使锻件上敷料最少；使模膛浅而宽，便于加工、利于金属流动；（2）确定加工余量、公差锻件尺寸大，余量（14mm）大、公差（0.33mm）大（3）锻模斜度、圆角、冲孔连皮内侧斜度外侧斜度23度圆角：利于流动充型；避免应力集中；,R,r,第二节 锻造技术,第三章 金属的塑性成形,Forging Technology,2.4 胎模锻在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的工艺方法。胎模一般不固定在锻锤上。特点操作简便，模具简单，不需昂贵的模锻设备生产率高、锻件精度、允许的复杂程度介于自由锻和模锻之间；胎模结构扣模：用于非回转体锻件的成形或制坯筒模：圆筒形锻模，主要用于齿轮、法兰盘等回 转体和盘类锻件合模：由上下模组成，主要用于生产形状较复杂 的非回转体锻件,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,3.1 板料冲压特点利用冲模使板料产生变形或分离，从而获得具有一定形状和尺寸的锻件的工艺方法。室温（冷冲压）设备：冲床、剪床常见冲压材料：低碳钢、有色金属、低碳低合金钢等塑性高的材料。特点：表面质量高、尺寸精度高；形变强化，可获得强度高的冲压件操作简单、生产效率高适于大批量生产。,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,3.2 板料冲压工序冲孔：被分离的部分为废料，周边是成品落料：被分离的部分为工件，周边为废料 冲裁变形过程：弹性变形塑性变形断裂,分离,变形,切断,落料,冲孔,弯曲,拉深,起伏,翻边,拉深,旋压,拉深,橡胶成形,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,板料的变形（1）弯曲：坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。外侧受拉，内侧受压最小弯曲半径rmin=(0.251),为板料厚度弯曲方向：弯曲时尽可能使弯曲线与毛坯的纤维方向一致（即弯曲轴线与纤维方向垂直）回弹：由于材料的弹性所致，使被弯曲的角度变大，措施：适当增加变形角度。回弹角：010,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,（2）拉深：利用拉深模将板料冲压成一端开口的空心件的工序。拉深件最危险部位是直璧与底部的过渡圆角处凸凹模圆角半径：不可太锋利，否则易拉裂凸凹模间隙：过小，模具与拉深件间的摩擦力增大拉深系数：m=拉深后直径/拉深前直径，0.50.8润滑剂：减少模具磨损褶皱：压边圈拉穿：增加凸凹圆角、增加拉深次数,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,（3）起伏（滚压成形）：加强筋和花纹（4）橡胶成形（胀形）：适于较薄板材,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,（5）翻边：在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。（6）旋压：旋压机，用于空心回转体。,翻边系数：k=d/D,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,冲压模具：简单模、连续模、复合模3.3 冲压件的结构工艺性冲裁件：零件外形力求简单对称凹凸部位不能过深、过窄转角处应设圆角充分利用材料,不合理的结构,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,变形件弯曲：最小弯曲半径弯曲带孔零件时，应注意孔的位置弯曲轴线垂直于纤维组织方向,弯曲边高H2S,为避免孔的变形，孔的边缘距弯曲中心应有一定的距离,L1.52s,第三节 板料冲压技术,第三章 金属的塑性成形,Sheet Stamping Technology,变形件拉深形状应简单、对称，高度不易过大转弯处应有一定圆角,拉深件最小允许半径,
