金屬工藝學(xué) 第8章 鍛壓成形

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1、8.1鍛壓成形工藝基礎(chǔ)第八章鍛壓成形本節(jié)重點(diǎn)：了解金屬塑性成型的理論基礎(chǔ)；掌握金屬的塑性成型方法及工藝；掌握薄板沖壓成形工藝本節(jié)難點(diǎn)：塑性成型方法及工藝8.1鍛壓成形工藝基礎(chǔ)鍛壓生產(chǎn)方式示意圖金屬塑性成型：利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來(lái)獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法，也稱為壓力加工。8.1.1金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)：a）晶粒內(nèi)部滑移b）晶間滑移和晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)1、單晶體的塑性變形（1）單晶體滑移晶體的一部分相對(duì)另一部分沿一定晶面（滑移面）和這個(gè)晶面上的一定晶向（滑移方向）產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)的

2、現(xiàn)象。a）坯料在拉伸時(shí)受力分析：正應(yīng)力——晶粒彈性伸長(zhǎng)——晶粒扭曲——滑移b）一般規(guī)律：滑移面：原子排列最緊密的面滑移方向：原子排列最緊密的方向理論上，整體剛性滑移——滑移困難實(shí)際上，位錯(cuò)移動(dòng)——滑移容易位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)單晶體的滑移是通過(guò)晶體內(nèi)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而不是沿滑移而所有的原子同時(shí)作剛性移動(dòng)的結(jié)果，所以滑移所需要的切應(yīng)力比理論值低得多。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)滑移機(jī)制的示意圖見(jiàn)圖8-2所示。8.1.2塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響1、加工硬化金屬經(jīng)過(guò)塑性變形后，強(qiáng)度和硬度上升，而塑性和韌性下降的現(xiàn)象a）晶格扭曲b）晶粒破碎2、回復(fù)隨著溫度的上升，原

3、子熱運(yùn)動(dòng)加劇，晶格扭曲被消除，內(nèi)應(yīng)力明顯下降的現(xiàn)象。a）晶格扭曲消除b）內(nèi)應(yīng)力明顯下降回復(fù)只能部分消除加工硬化3、再結(jié)晶溫度上升到金屬熔化溫度的0.4-0.5倍時(shí)，開(kāi)始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心生長(zhǎng)成新的晶粒，加工硬化完全消除。（1）再結(jié)晶過(guò)程a）原子熱振動(dòng)加劇b）以某些質(zhì)點(diǎn)為核心重結(jié)晶c）加工硬化全部消除（2）再結(jié)晶溫度，是金屬經(jīng)大量塑性變形后開(kāi)始再結(jié)晶的最低溫度。T再=（0.4-0.5）T熔（3）影響再結(jié)晶后晶粒大小的因素：a）變形程度很小時(shí)不發(fā)生再結(jié)晶2-8%晶粒特別粗大——臨界變形程度大于臨界變形程度，隨變形程度增加，晶粒顯著細(xì)化

4、b）再結(jié)晶后狀態(tài)金屬在高溫下停留，晶粒長(zhǎng)大，力學(xué)性能變差8.1.3冷變形及熱變形冷變形變形溫度低于回復(fù)溫度時(shí)，金屬在變形過(guò)程中只有加工硬化而無(wú)回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象，變形后的金屬只具有加工硬化組織，這種變形稱為冷變形。熱變形變形溫度在再結(jié)晶溫度以上時(shí)，變形產(chǎn)生的加工硬化被隨即發(fā)生的再結(jié)晶所抵消，變形后金屬具有再結(jié)晶的等軸晶粒組織，而無(wú)任何加工硬化痕跡，這種變形稱為熱變形。8.1.4鍛造流線及鍛造比纖維組織的利用原則：1、將鑄錠加熱進(jìn)行壓力加工后，由于金屬經(jīng)過(guò)塑性變形及再結(jié)晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細(xì)化的再結(jié)晶組織。2、同時(shí)還可以將鑄

5、錠中的氣孔、縮松等結(jié)合在一起，使金屬更加致密，其機(jī)械性能會(huì)有很大提高。3、此外，鑄錠在壓力加工中產(chǎn)生塑性變形時(shí)，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀。這種結(jié)構(gòu)叫纖維組織。鍛造比鍛造比：鍛件在鍛造成形時(shí)的變形程度。鍛造比過(guò)小，達(dá)不到性能要求，過(guò)大則增大工作量，引起各向異性。只有鍛造比選擇合適時(shí)，則毛坯內(nèi)部缺陷被壓合，樹(shù)枝晶被打碎，晶粒顯著細(xì)化，力學(xué)性能得到提高。a）鍛造比的計(jì)算方法:拔長(zhǎng)鍛造比鐓粗鍛造比式中F0、L0、H0——變形前坯料的截面積、長(zhǎng)度和高度；F、L、H——變形后坯料的

6、截面積、長(zhǎng)度和高度。一般情況下，鑄錠作為坯料時(shí)，鍛造比不小于2.5—3；軋制型材作為坯料時(shí)，鍛造比選擇1.3—1.5。纖維組織的性能使纖維分布與零件的輪廓相符合而不被切斷；使零件所受的最大拉應(yīng)力與纖維方向一致，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直。（1）零件最大拉應(yīng)力方向應(yīng)與鍛造流線平行（2）零件最大剪切應(yīng)力方向應(yīng)與鍛造流線垂直（3）零件外形輪廓應(yīng)與鍛造流向的分布相符合而不被切斷具有纖維組織的金屬，各個(gè)方向上的機(jī)械性能不相同。順纖維方向的機(jī)械性能比橫纖維方向的好。金屬的變形程度越大，纖維組織就越明顯，機(jī)械性能的方向性也就越顯著。實(shí)例：當(dāng)采用棒料直

7、接經(jīng)切削加工制造螺釘時(shí)，螺釘頭部與桿部的纖維被切斷，不能連貫起來(lái)，受力時(shí)產(chǎn)生的切應(yīng)力順著纖維方向，故螺釘?shù)某休d能力較弱(如圖示)。當(dāng)采用同樣棒料經(jīng)局部鐓粗方法制造螺釘時(shí)(如圖示)，纖維不被切斷且連貫性好，纖維方向也較為有利，故螺釘質(zhì)量較好。8.1.5合金的鍛造性能可鍛性——常用金屬材料在經(jīng)受壓力加工產(chǎn)生塑性變形的工藝性能來(lái)表示?？慑懶缘膬?yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合評(píng)定的。塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形，而不破壞其完整性的能力。變形抗力是指金屬對(duì)變形的抵抗力。金屬的可鍛性取決于材料的性質(zhì)(內(nèi)因)和加工條件(外因)。影響塑

8、性變形的因素材料性質(zhì)的影響(內(nèi)因)化學(xué)成分的影響1、純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。2、鋼中合金元素含量越多，合金成分越復(fù)雜，其塑性越差，變形抗力越大。例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的。金屬組織的影響