金屬塑性成形工藝教案

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1、第四篇固態(tài)金屬塑性塑性成形工藝第一章模鍛工藝及模鍛設計§1-1毛坯加熱與鍛件冷卻加熱的目的提高金屬的塑性，降低變形抗力，使其易于流動成形并獲得良好的鍛后組織。一、毛坯的加熱方法加熱方法分為兩類：一是火焰加熱；二是電加熱。1、火焰加熱利用燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱量，通過對流、輻射把熱能傳給坯料表面。2、電加熱主要用電能轉(zhuǎn)換為熱能來加熱坯料的方法。主要分為電阻加熱和感應加熱。電加熱的優(yōu)點：加熱速度快，爐溫控制準確，加熱質(zhì)量好，工件氧化少，易于實現(xiàn)自動化。感應加熱：主要是通過金屬電阻引起的渦流發(fā)熱和磁滯損失發(fā)熱，使毛坯得到加熱，由于感應加熱的

2、集膚效應，加熱時熱量主要產(chǎn)生于毛坯表層，電流的透入的深度δ為：式中：ρ為電阻率；μ為相對磁導率；f為電流頻率。二、金屬加熱時產(chǎn)生的缺陷1、氧化鋼料加熱到高溫時，其表層的鐵離子與爐氣中的氧化性氣體發(fā)生化學反應，使金屬表層形成氧化皮的現(xiàn)象稱為氧化或燒損。2、脫碳鋼料在加熱時，其表層的碳和爐氣中的氧化性氣體機某些還原性氣體發(fā)生化學反應，造成了鋼料表面含碳量的降低，這種現(xiàn)象稱為脫碳。3、過熱當坯料加熱溫度超過始鍛溫度，或坯料在高溫下停留時間過長而引起晶粒粗大的現(xiàn)象稱為過熱。4、過燒當金屬加熱到接近其熔化溫度，并在此溫度下停留時間過長時，不僅

3、晶粒粗大，而且由于晶界發(fā)生局部熔化，氧化性氣體進一步侵入晶界，使晶間物質(zhì)氧化，形成易熔共晶氧化物使晶粒間結(jié)合完全破壞。5、裂紋：由溫度應力和組織應力造成。三、鍛造溫度范圍的確定1、始鍛溫度的確定對于碳鋼來說，始鍛溫度應在平衡相圖固相線以下150~250℃。2、終鍛溫度的確定對于碳鋼，終鍛溫度應在平衡相圖A1以上25~75℃。四、鍛件的鍛后冷卻冷卻方法：空氣中冷卻、在砂中冷卻、在爐中冷卻。1、空氣中冷卻空氣中冷卻速度快，適用于合金化程度低的鍛件。2、在砂中冷卻砂坑中冷卻速度較慢，適用于導熱性及塑性較差的合金和合金化程度較高的合金鋼。3

4、、爐中冷卻爐中冷卻速度最慢，因此適用于特殊性能的合金鋼或大型鍛件的鍛后冷卻，或高合金鋼及導熱性、塑性差的鋼?！?-2鍛件分類及鍛件圖的設計一、鍛件的分類1、按照鍛件的外形和模鍛時毛坯的軸線方向，把鍛件分為短軸類和長軸類兩種。1)短軸類鍛件鍛件平面呈圓形、方形或近似圓形和方形。終鍛前，通常需要進行鐓粗和壓扁制坯。2)長軸類鍛件鍛件分成直長軸線、彎曲軸線和枝叉類軸線，毛坯的軸線與打擊方向垂直。在成形過程中首先需要拔長。二、鍛件復雜程度參數(shù)影響因素：1）鍛件重量和輪廓尺寸；2）鍛件形狀復雜系數(shù)S，即：鍛件復雜性：通常用鍛件的體積與其外廓包

5、容體的體積之比來表示。即S=式中：S是形狀復雜系數(shù)；V是鍛件體積；Vb是鍛件外廓包容體的體積。圓形鍛件的外廓包容體體積圓形鍛件的外廓包容體重量：非圓形鍛件的外廓包容體重量和體積當S=1~0.63之間時，鍛件形狀簡單。當S=0.63~0.32之間時，為普通形狀鍛件。當S=0.32~0.16之間時，鍛件形狀較復雜。當S≤0.16時，鍛件形狀復雜。對于軸對稱鍛件的形狀復雜系數(shù)為：S=αβ式中：α、β分別為縱、橫截面形狀系數(shù)?？v截面形狀系數(shù)為：α=式中：L是鍛件縱截面的周界長度；A是縱截面的面積；Lc是鍛件外接圓柱體的縱截面周界長度；Ac是

6、鍛件外接圓柱體的縱截面面積。橫截面形狀系數(shù)：β=式中：是沖對稱軸至半個縱截面重心的徑向距離；是鍛件外接圓柱體的半徑。三、鍛件圖的設計1、確定分型面基本原則：保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同，容易從模膛中取出；此外分型面位置應選在具有最大水平投影尺寸的位置上。對于開始模鍛件的分型位置要考慮以下要求：1）易于發(fā)現(xiàn)上下模膛的相對錯移。2）盡可能選用直線分型，是鍛模加工簡單。3）對于圓餅類鍛件，當H≤D時，易取徑向分型，不取軸向分型。4）保證鍛件有合理的金屬流線分布。對圓餅類鍛件，當H≤2~3D時，宜取徑向分模，而不取軸向分模使金屬流線方向

7、與工作中切應力方向相垂直2、確定機械加工余量和公差。3、鍛模斜度鍛件上與分模面垂直的平面或曲面所附加的或固有的斜度稱為模鍛斜度。斜度分外模斜度α和內(nèi)模斜度β。模具制造時，采用標準刀具，因此斜度應選擇標準數(shù)值。模鍛斜度值依模膛深寬比選用3o、5o、7o等標準值。上、下模模膛的模鍛斜度應相互銜接和匹配，如圖所示。4、圓角半徑分為凸圓角半徑（外圓角半徑r）和凹圓角半徑（內(nèi)圓角半徑R）。鍛模圓角半徑與B/H有關(guān)。H大，圓角半徑也應增大。鍛件凸角處的最小半徑r=余量+零件的倒角值；按銑刀標準值選?。?.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.

8、0、5.0等。分為凸圓角半徑（外圓角半徑r）和凹圓角半徑（內(nèi)圓角半徑R）。若外圓角半徑r過小，金屬充填模膛困難，且易于引起應力集中是模具過早開裂；若外圓角半徑過大，會使鍛件凸圓處余量減少。若內(nèi)圓角半徑過小，金屬流動時形成的纖維容易割斷