壓力加工及基礎(chǔ)

1、6-1,使金屬坯料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法,,第1 1章 壓力加工,壓力加工方法：,壓力加工：,軋制、擠壓、拉拔、自由鍛造、模型鍛造、板料沖壓等。,壓力加工的基本方法,(1) 軋制,金屬坯料在兩個(gè)回轉(zhuǎn)軋輥之間受壓產(chǎn)生連續(xù)變形而形成各種產(chǎn)品的成形工藝稱為軋制。,,,金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出模孔而變形的成形工藝稱為擠壓。,(2) 擠 壓,,金屬坯料拉過(guò)拉拔模的?？锥冃蔚某尚喂に?/p>

2、稱為拉拔。,(3) 拉 拔,,金屬坯料在上下砥鐵間受沖擊力或壓力而變形的成形工藝稱為自由鍛。,(4) 自由鍛,,金屬坯料在具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受沖擊力或壓力而變形的成形工藝稱為模鍛。,(5) 模 鍛,,金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或變形的成形工藝稱為沖壓。,(6) 板料沖壓,(1) 力學(xué)性能高,壓力加工的特點(diǎn)：,壓力加工在汽車(chē)、船舶、冶金等制造業(yè)以及國(guó)防工業(yè)中均獲得廣泛應(yīng)用。與其他方法相比，其主要特點(diǎn)如下：,晶粒細(xì)小、組織致密、焊

3、合鑄造組織的內(nèi)部缺陷,(2) 節(jié)約金屬,力學(xué)性能好，使零件截面積減小；減少了切削加工的金屬消耗。,(3) 生產(chǎn)率高,(4) 缺點(diǎn):,與鑄造相比：成本較高，成形較困難，無(wú)法獲得內(nèi)腔復(fù)雜的產(chǎn)品,第11-1 壓力加工理論基礎(chǔ),一、金屬的纖維組織及鍛造比,在熱變形過(guò)程中，材料內(nèi)部的夾雜物及其他非基體物質(zhì)，沿塑性變形方向所形成的流線組織，稱纖維(流線)組織。,纖維組織的明顯程度與鍛造比有關(guān)。鍛造比通常是用拔長(zhǎng)時(shí)的變形程度來(lái)衡量，即：,,式

4、中，Y——鍛造比 F0——拔長(zhǎng)前坯料的橫截面積； F——拔長(zhǎng)后坯料的橫截面積,1. 鍛造比,鍛造比的大小影響金屬的力學(xué)性能和鍛件質(zhì)量。一般Y＝2～5；Y>5時(shí)，力學(xué)性能不會(huì)再提高，并各向異性增加。,2. 纖維組織,纖維組織的穩(wěn)定性很高，不會(huì)因熱處理而改變，只能在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，考慮纖維組織的合理分布，充分發(fā)揮其縱向性能高的優(yōu)勢(shì)，限制橫向性能差的劣勢(shì)。,使零件工作時(shí)承受的最大正應(yīng)

5、力與纖維方向一致，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直。并盡可能使纖維組織方向沿零件的輪廓分布而不被切斷。如：,設(shè)計(jì)原則：,,,,,,,纖維組織的利用,二、金屬的鍛造性能,金屬的鍛造性能是衡量材料經(jīng)受壓力加工難易程度的工藝性能，它包括塑性和變形抗力兩個(gè)因素。塑性高，變形抗力小，則鍛造性能好；反之，鍛造性能差。,影響金屬鍛造性能的因素主要包括金屬的本質(zhì)和變形條件兩個(gè)方面：,1. 金屬的本質(zhì),1) 化學(xué)成分的影響：,一般純金屬的鍛造性能優(yōu)于合金的鍛造性

6、能。低碳鋼比高碳鋼好，碳鋼比合金鋼好。,2) 組織結(jié)構(gòu)的影響：,①固溶體組織具有良好的鍛造性能， 合金中化合物的增加會(huì)顯著降低其鍛造性能。②單相狀態(tài)鍛造性能優(yōu)于多相組織；③細(xì)晶組織的鍛造性能優(yōu)于粗晶組織。,2. 變形條件,1) 變形溫度：,溫度的提高，使金屬的塑性提高，變形抗力減小，改善了鍛造性能。但必須控制在一定的范圍，防止出現(xiàn)過(guò)熱和過(guò)燒兩種加熱缺陷。,,必須合理控制鍛造溫度范圍：,加熱溫度過(guò)高或加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而引起晶粒

7、粗大的現(xiàn)象，從而使其鍛造性能變壞。可通過(guò)反復(fù)鍛造和正火來(lái)細(xì)化晶粒,過(guò)燒：,過(guò)熱：,加熱溫度過(guò)高，接近金屬的熔點(diǎn)時(shí)，使晶界出現(xiàn)氧化或熔化的現(xiàn)象。過(guò)燒后金屬失去了鍛造性能，不能挽回。,也就是確定始鍛溫度與終鍛溫度范圍,始鍛溫度：鍛造所允許的最高加熱溫度，不能產(chǎn)生過(guò)熱和過(guò)燒缺陷,終鍛溫度：金屬停止鍛造的溫度 不能過(guò)高，過(guò)高會(huì)使晶粒粗大 不能過(guò)低，過(guò)低會(huì)使塑性變壞，變形抗力提高。,始鍛溫度與終鍛溫度范圍根據(jù)合金的相圖確定,2) 變形速度：,

8、單位時(shí)間內(nèi)的變形程度,3) 應(yīng)力狀態(tài)：,,變形方法不同，金屬中的應(yīng)力狀態(tài)也不同。,壓應(yīng)力多，則塑性好。同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)，變形抗力大。塑性差的金屬采用三向壓應(yīng)力成形方法，如擠壓。塑性好的材料采用異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)變形，減小變形抗力，如拉拔。,,三、金屬的變形規(guī)律,1. 體積不變規(guī)律,指金屬坯料變形后的體積等于變形前的體積。,2. 最小阻力定律,金屬變形時(shí)首先向阻力最小的方向移動(dòng)。如：,第11-2 常用的鍛造方法,一、自由鍛造,指用簡(jiǎn)單的通用

9、性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧之間直接使坯料變形而獲得鍛件的方法。,常用自由鍛設(shè)備有：空氣錘、蒸汽-空氣錘和水壓機(jī)。,自由鍛造可生產(chǎn)小到數(shù)克大到二三百噸的鍛件，但其精度低，加工余量大，生產(chǎn)率低，主要用于單件、小批量生產(chǎn),,空氣錘,雙柱拱式蒸汽－空氣錘,,水壓機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖,,鐓 粗,1. 自由鍛基本工序,拔 長(zhǎng),,,彎 曲,,沖 孔,2. 自由鍛工藝規(guī)程的制訂,1) 繪制鍛件圖：,鍛件圖是在零件圖的基礎(chǔ)上，考慮切削加工余量、鍛

10、件公差、工藝余塊、鍛件收縮、氧化燒損等所繪制的圖樣。如圖：,,,,2) 選擇鍛造工序：,根據(jù)鍛件的形狀、尺寸、技術(shù)要求和生產(chǎn)數(shù)量等來(lái)確定鍛造工序。各類自由鍛件的基本的工序如表11-4所示。P177,3) 確定坯料質(zhì)量和尺寸：,坯料有鑄錠和型材兩種，前者用于大、中型鍛件，后者用于中、小型鍛件,坯料的質(zhì)量為鍛件的質(zhì)量和鍛造時(shí)各種質(zhì)量損耗。坯料的尺寸根據(jù)具體的鍛造工序和變形程度確定,4) 選擇鍛壓設(shè)備：,根據(jù)坯料的種類、質(zhì)量以及鍛造基本工

11、序、設(shè)備的鍛造能力等因素，并結(jié)合工廠現(xiàn)有設(shè)備條件綜合確定鍛造設(shè)備。,5) 汽車(chē)半軸的自由鍛造工序：,,,,,二、模型鍛造,與自由鍛相比，①模鍛件尺寸精度高，機(jī)械加工余量小， ②鍛件的纖維組織分布更為合理，可進(jìn)一步提高零件的使用壽命。 ③模鍛生產(chǎn)率高， ④操作簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。 ⑤但設(shè)備投資大，鍛模成本高，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長(zhǎng)， ⑥且模鍛件的質(zhì)量受到模鍛設(shè)備噸位的限利， ⑦因而適用于中、小型鍛件的成批和大量生產(chǎn)。,模型鍛造是金屬在外

12、力作用下產(chǎn)生塑性變形并充滿模膛而獲得鍛件的方法，,常用模鍛設(shè)備：模鍛錘、熱模鍛壓力機(jī)、平鍛機(jī)和摩擦壓力機(jī)等。,按所用設(shè)備類型的不同，模型鍛造可分為：錘上模鍛、壓力機(jī)上模鍛等。,,,1. 錘上模鍛,錘上模鍛所用的設(shè)備：蒸汽—空氣模鍛錘、無(wú)砧座模鍛錘和高速錘等。,1) 鍛模結(jié)構(gòu)：,鍛模有帶有燕尾的上模和下模組成。燕尾和斜楔配合分別安裝在錘頭和模座上；鍵槽和鍵配合，起定位作用，防止鍛模前后移動(dòng)；鎖扣與上模凹入的部分配合，防止錘擊時(shí)上、下

13、模產(chǎn)生錯(cuò)移；起重孔是為安裝鍛模方便而設(shè)置的。,,,,鍛模模膛分為：制坯模膛和模鍛模膛,制坯模膛：拔長(zhǎng)、滾壓、彎曲、切斷模膛等,模鍛模膛：預(yù)鍛模膛 和 終鍛模膛,保證金屬變形均勻，纖維合理分布和金屬順利充滿模膛。,預(yù)鍛模膛：保證終鍛成形的質(zhì)量和減少終鍛模膛的磨損,終鍛模膛：保證尺寸、形狀與鍛件完全吻合,,,,,2) 模鍛件圖的繪制：,（1） 選擇分模面：,①分模面一般選在鍛件最大尺寸的截面上，以保證鍛件從模膛中順利取出；②分模面處上下

14、模膛輪廓應(yīng)一致，防止錯(cuò)模；③應(yīng)使模膛淺而寬，利于金屬充滿模膛；④應(yīng)保證鍛件上所加的余塊最少。,分模面為上、下模在鍛件上的分界面。一般按以下原則確定：,如圖所示，取d—d面作分模面最為合適。,,,（2） 確定加工余量、公差、余塊和連皮：,連皮：模鍛時(shí)不能直接鍛出通孔，在該部位需留有一層較薄的金屬，在鍛造后與飛邊一同切除。,（3） 確定模鍛斜度和圓角半徑：,模鍛斜度：便于順利取出鍛件,圓角半徑：使金屬易于在模膛中流動(dòng)，保持金屬流線的連

15、續(xù)性，提供鍛件的質(zhì)量和模具壽命,,,3) 變形工步的選擇：,根據(jù)鍛件圖的復(fù)雜程度確定變形工步，然后確定制坯模膛、預(yù)鍛和終鍛模膛。,表11-7為錘上模鍛的分類和變形工步示例。,,,應(yīng)用靜壓力，適于低塑性材料，如耐熱合金和鎂合金,2. 曲柄壓力機(jī)上模鍛,3. 平鍛機(jī)上模鍛,適于棒料和管材，并有兩個(gè)分模面，適于鍛造帶有側(cè)凹和凸臺(tái)的鍛件。,,,,4. 摩擦壓力機(jī)上模鍛,,5. 胎模鍛造,利用自由鍛設(shè)備并使用胎模來(lái)生產(chǎn)鍛件的方法。,,6. 精密鍛

16、造,指在普通鍛造設(shè)備上鍛造高精度鍛件的方法。工藝特點(diǎn)：使用兩套不同精度的鍛模。先使用普通鍛模鍛造，留有0.1—1.2mm的精鍛余量，然后切下飛邊并進(jìn)行酸洗，再使用高精度鍛模，直接鍛造出滿足精度要求的產(chǎn)品零件。在精密模鍛過(guò)程中，要采用無(wú)氧化和少氧化的加熱方法。 提高鍛件精度的另一條途徑是在中溫或常溫下進(jìn)行精密鍛造,,三、鍛造方法的選擇,在滿足性能和質(zhì)量要求的前提下，應(yīng)選用生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)效率高的方案。常用鍛造方法的特點(diǎn)和應(yīng)用