第9章 第1、2节.ppt

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1、制制作作：周周宗宗明明第九章第九章 锻锻 压压第九章 锻 压本章要求：本章要求：1 1掌握锻压加工方法的原理、特点。掌握锻压加工方法的原理、特点。2 2掌握自由锻的基本工序是什么？掌握自由锻的基本工序是什么？3.3.掌握板料冲压的工艺过程。掌握板料冲压的工艺过程。重点分析：重点分析：锻压加工方法及原理、特点；自由锻的基本工序锻压加工方法及原理、特点；自由锻的基本工序。制制作作：周周宗宗明明第九章 锻 压第九章第九章 锻锻 压压 锻压属压力加工范畴。是利用金属坯料在力锻压属压力加工范畴。是利用金属坯料在力作用下，产生塑性变形，制造毛坯或零件的成形作用下，产生塑性变形，制造毛坯或零件的成形方法。方

2、法。制制作作：周周宗宗明明第第一一 节节 锻锻压压工工艺艺基基础础 压力加工方法有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻和压力加工方法有：轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻和板料冲压等。板料冲压等。见图见图9191 与铸件比较锻压件最主要的优点是：与铸件比较锻压件最主要的优点是：1 1）组织致密，机械性能高，生产效率高。）组织致密，机械性能高，生产效率高。2 2）可以形成并能控制纤维方向，使其沿零件轮廓更合理）可以形成并能控制纤维方向，使其沿零件轮廓更合理地分布，提高零件的使用性能。地分布，提高零件的使用性能。3 3）锻压零件因其尺寸精度和表面粗糙度接近成品要求，）锻压零件因其尺寸精度和表面粗糙度接近成

3、品要求，所以减少了加工损耗，节约材料。所以减少了加工损耗，节约材料。4 4）锻压零件适用范围广，且模锻、冲压加工的零件不仅）锻压零件适用范围广，且模锻、冲压加工的零件不仅机械性能高，生产效率也高。机械性能高，生产效率也高。第一节第一节 锻锻 压压 工工 艺艺 基基 础础一、锻压加工方法及特点一、锻压加工方法及特点1 1、锻压加工方法、锻压加工方法2 2、锻压加工特点、锻压加工特点制制作作：周周宗宗明明二、金属的塑性变形二、金属的塑性变形 金属在外力作用下会产生变形，若外力消除后，变形随之消失，这金属在外力作用下会产生变形，若外力消除后，变形随之消失，这类变形称为弹性变形。当外力（达到或超过材料

4、的屈服点）消除后，金类变形称为弹性变形。当外力（达到或超过材料的屈服点）消除后，金属保持了变形后的成型效果，这类变形称为属保持了变形后的成型效果，这类变形称为塑性变形塑性变形。塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属晶体内部产生大量位塑性变形的实质是金属在切应力作用下，金属晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。错运动的宏观表现。如图如图9-29-2 所示为通过位错运动实现金属塑性变形所示为通过位错运动实现金属塑性变形的基本过程。由图可知它是依靠各晶粒内的滑移实现金属塑性变形的。的基本过程。由图可知它是依靠各晶粒内的滑移实现金属塑性变形的。三、塑性变形对金属组织和性能的影响三、塑性变形对金属组织和

5、性能的影响金属的塑性变形根据变形温度不同，可分为冷变形与热变形。金属的塑性变形根据变形温度不同，可分为冷变形与热变形。1 1、冷变形对金属性能的影响、冷变形对金属性能的影响 金属材料经冷变形后，不仅外形和尺寸发生变化，其组织和性能金属材料经冷变形后，不仅外形和尺寸发生变化，其组织和性能 也会产生很大的变化。主要有以下几方面的影响也会产生很大的变化。主要有以下几方面的影响 1 1）形成纤维组织）形成纤维组织 塑性变形在改变外形的同时，内部晶粒也发生塑性变形在改变外形的同时，内部晶粒也发生了相应的变化。了相应的变化。2 2）产生加工硬化）产生加工硬化 加工硬化也称变形强化或冷作硬化，是指随着加工硬

6、化也称变形强化或冷作硬化，是指随着金属冷变形程度的增加，金属材料的强度和硬度不断提高而塑性和韧性金属冷变形程度的增加，金属材料的强度和硬度不断提高而塑性和韧性不断下降的现象。不断下降的现象。第第一一 节节 锻锻压压工工艺艺基基础础制制作作：周周宗宗明明第第一一 节节 锻锻造造工工艺艺基基础础2 2、回复与再结晶、回复与再结晶 加工硬化组织是一种不稳定的组织状态，具有自发地向加工硬化组织是一种不稳定的组织状态，具有自发地向稳定状态转化的趋势。常温下，多数金属的原子活动能力很稳定状态转化的趋势。常温下，多数金属的原子活动能力很低，这种转化难以实现。生产中经常采用低，这种转化难以实现。生产中经常采用

7、“中间退火中间退火”的处的处理方法，对加工硬化组织进行加热，增强金属原子的活动能理方法，对加工硬化组织进行加热，增强金属原子的活动能力，加速金属组织向稳定状态转化。随着加热温度的升高变力，加速金属组织向稳定状态转化。随着加热温度的升高变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大三个阶段的变化。冷变形金属加热时组织和性能变化。冷变形金属加热时组织和性能变化。如图如图9-39-3 所示。所示。1 1）回复）回复 当加热温度较低时，变形金属处于回复阶段。当加热温度较低时，变形金属处于回复阶段。2 2）再结晶）再结晶 当加热温度较高进入再结晶阶段时，变

8、形当加热温度较高进入再结晶阶段时，变形金属的纤维组织发生了显著的变化，破碎的、被伸长和压扁金属的纤维组织发生了显著的变化，破碎的、被伸长和压扁的晶粒将向均匀细小的等轴晶粒转化。的晶粒将向均匀细小的等轴晶粒转化。3 3）晶粒长大）晶粒长大 在变形晶粒完全消失，再结晶晶粒彼此接在变形晶粒完全消失，再结晶晶粒彼此接触后继续延长加热时间或提高加热温度，则晶粒会明显长大，触后继续延长加热时间或提高加热温度，则晶粒会明显长大，成为粗晶组织，金属力学性能下降。成为粗晶组织，金属力学性能下降。制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻3 3、冷变形与热变形、冷变形与热变形 金属的冷、热变形通常是以

9、再结晶温度为界加以区分。金属的冷、热变形通常是以再结晶温度为界加以区分。冷变形是指坯料低于再结晶温度状态下进行的变形加工。变冷变形是指坯料低于再结晶温度状态下进行的变形加工。变形后具有明显的加工硬化现象，所以，冷变形的变形量不宜形后具有明显的加工硬化现象，所以，冷变形的变形量不宜过大，避免撕裂或降低模具寿命。冷变形产品具有尺寸精度过大，避免撕裂或降低模具寿命。冷变形产品具有尺寸精度高高 、表面质量好、力学性能好的特点。广泛用于板料冲压、表面质量好、力学性能好的特点。广泛用于板料冲压、冷挤压、冷镦及冷轧等常温变形加工。冷挤压、冷镦及冷轧等常温变形加工。热变形是指坯料高于再结晶温度状态下进行加工。

10、加热变形是指坯料高于再结晶温度状态下进行加工。加工过程中产生的加工硬化随时被再结晶软化和消除，使金工过程中产生的加工硬化随时被再结晶软化和消除，使金属塑性显著提高，变形抗力明显减小。因此，可以用较小属塑性显著提高，变形抗力明显减小。因此，可以用较小的能量获得较大的变形量。适合于尺寸较大、形状比较复的能量获得较大的变形量。适合于尺寸较大、形状比较复杂的工件加工。热变形产品表面易形成氧化皮，尺寸精度杂的工件加工。热变形产品表面易形成氧化皮，尺寸精度和表面质量较低，而且劳动条件差。自由锻、热模锻、热和表面质量较低，而且劳动条件差。自由锻、热模锻、热轧等工艺都属于热变形范畴。轧等工艺都属于热变形范畴。

11、制制作作：周周宗宗明明第第一一 节节 锻锻造造工工艺艺基基础础4 4、热变形对金属组织和性能的影响、热变形对金属组织和性能的影响 金属热变形时组织和性能的变化主要表现在以下两方面：金属热变形时组织和性能的变化主要表现在以下两方面：1 1）热变形加工时，金属中的脆性杂质被破碎，并沿金）热变形加工时，金属中的脆性杂质被破碎，并沿金属流动方向呈粒状或链状分布；塑性杂质则沿变形方向呈带属流动方向呈粒状或链状分布；塑性杂质则沿变形方向呈带状分布。这种杂质的定向分布称为流线。通过热变形可以改状分布。这种杂质的定向分布称为流线。通过热变形可以改变和控制流线的方向与分布，加工时应尽可能使流线与零件变和控制流线

12、的方向与分布，加工时应尽可能使流线与零件的轮廓相符合，不被切断。的轮廓相符合，不被切断。见图见图9-4 9-4 2 2）热变形加工可使铸锭中的组织缺陷得到明显的性改）热变形加工可使铸锭中的组织缺陷得到明显的性改善；气孔、缩松被压实，使金属组织更加致密；某些合金善；气孔、缩松被压实，使金属组织更加致密；某些合金钢中的大块碳化物被打碎并均匀分布；还可部分地消除金钢中的大块碳化物被打碎并均匀分布；还可部分地消除金属材料的偏析，使成份均匀化。属材料的偏析，使成份均匀化。四、金属的锻造性能四、金属的锻造性能 锻造性又称可锻性，是表征金属适应锻压的能力。可锻造性又称可锻性，是表征金属适应锻压的能力。可用塑

13、性及变形抗力两个方面的性能指标来衡量。金属塑性用塑性及变形抗力两个方面的性能指标来衡量。金属塑性高，变形抗力低则锻造性能好。反之锻造性能就差。高，变形抗力低则锻造性能好。反之锻造性能就差。制制作作：周周宗宗明明第第一一 节节 锻锻造造工工艺艺基基础础 影响金属塑性变形能力和变形抗力的因素有以下几个方影响金属塑性变形能力和变形抗力的因素有以下几个方面：面：1 1、化学成份、化学成份 不同化学成份的金属其锻造性能不同。一般纯金属的锻不同化学成份的金属其锻造性能不同。一般纯金属的锻造性能优于合金；钢中的碳含量越低锻造性能越好；所含的造性能优于合金；钢中的碳含量越低锻造性能越好；所含的合金元素越多时锻

14、造性能明显下降。合金元素越多时锻造性能明显下降。2 2、金属组织、金属组织 对于同样成份的金属，组织结构不同，其锻造性能也有对于同样成份的金属，组织结构不同，其锻造性能也有较大的区别。固溶体的锻造性能优于金属化合物。钢中碳化较大的区别。固溶体的锻造性能优于金属化合物。钢中碳化物弥散分布的程度越高，晶粒越细小均匀，其锻造性能越好。物弥散分布的程度越高，晶粒越细小均匀，其锻造性能越好。反之则差。反之则差。3 3、变形温度、变形温度 在一定的温度范围内，随着变形温度升高，锻造性能在一定的温度范围内，随着变形温度升高，锻造性能提高。但温度过高会出现过热、过烧等缺陷，塑性反而下提高。但温度过高会出现过热

15、、过烧等缺陷，塑性反而下降，受外力作用时易产生脆断和裂纹，因此，要严格控制降，受外力作用时易产生脆断和裂纹，因此，要严格控制锻造温度。锻造温度。制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻4 4、变形速度、变形速度 变形速度反映金属材料在单位时间内变形程度。它对塑变形速度反映金属材料在单位时间内变形程度。它对塑性变形性变形 和变形抗力的影响具有两重性。一方面变形速度增和变形抗力的影响具有两重性。一方面变形速度增加塑性下降，变形抗力增大锻造性能变差。另一方面加塑性下降，变形抗力增大锻造性能变差。另一方面 变形变形速度增加，可使金属的温度升高，锻造性能也得到改善。速度增加，可使金属的温度

16、升高，锻造性能也得到改善。5 5、变形程度、变形程度 锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。通常用锻造比是锻造时金属变形程度的一种表示方法。通常用变形前后的截面比、长度比和高度比变形前后的截面比、长度比和高度比Y Y来表示。即拔长时的来表示。即拔长时的锻造比为：锻造比为：镦粗时的锻造比为：镦粗时的锻造比为：式中式中A A0 0、L L0 0、H H0 0分别为坯料变形前的横截面积、长度分别为坯料变形前的横截面积、长度和高度；和高度；A A、L L、HH分别为坯料变形后的截面积、长度和高度。分别为坯料变形后的截面积、长度和高度。制制作作：周周宗宗明明第第一一 节节 锻锻造造工工艺艺基基础础以

17、钢锭为坯料时，一般取以钢锭为坯料时，一般取Y Yd d=2=22.52.5 ;Y Yb b=2.5=2.53;3;以型材为坯料时，因型材在轧制过程中内部组织和力学以型材为坯料时，因型材在轧制过程中内部组织和力学性能都得到性能都得到 了不同程度的改善，可取了不同程度的改善，可取Y Yd d=1.1=1.11.51.5 。锻造高锻造高合金钢或特殊性能钢时，为使碳化物弥散和细化，可采用较合金钢或特殊性能钢时，为使碳化物弥散和细化，可采用较大的锻造比。如高速钢可取大的锻造比。如高速钢可取 Y Yd d=5=51010。除上述因素外，还有加工方法对材料内部所产生的应除上述因素外，还有加工方法对材料内部所

18、产生的应力大小和性质、坯料尺寸及表面质量等因素的影响。总之，力大小和性质、坯料尺寸及表面质量等因素的影响。总之，金属的锻造性能不仅取决于金属的内在因素（如化学成份、金属的锻造性能不仅取决于金属的内在因素（如化学成份、组织等，可通过选材确定）还取决于变形条件（变形温度、组织等，可通过选材确定）还取决于变形条件（变形温度、速度等通过加工手段来确定）在锻造生产中应力求创造有速度等通过加工手段来确定）在锻造生产中应力求创造有利的变形条件，降低功耗，达到最佳的塑性成形效果。利的变形条件，降低功耗，达到最佳的塑性成形效果。作业：P142 92制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻第二节第二

19、节 自自 由由 锻锻 自由锻是用冲力或压力，使金属坯料在上、下铁砧之间自由锻是用冲力或压力，使金属坯料在上、下铁砧之间变形。借助简单的工具，靠锻工的操作获得预期形状尺寸的变形。借助简单的工具，靠锻工的操作获得预期形状尺寸的锻件加工方法。锻件加工方法。自自由由锻锻特特点点：锻锻件件的的形形状状和和尺尺寸寸主主要要靠靠锻锻工工的的技技能能来来保保证证，精精度度差差，形形状状简简单单，生生产产效效率率低低，工工具具简简单单，适适应应性性强强。金金属属受受力力变变形形时时，在在铁铁砧砧间间各各个个方方向向的的流流动动是是自自由由的的，故故称称为为自自由由锻锻。自自由由锻锻可可分分为为手手工工锻锻造造和

20、和机机器器锻锻造造两两种种。手手工工锻锻造造劳劳动动强强度度大大，只只适适用用于于少少量量锻锻件件的的生生产产，现现代代生生产产中中主主要要依靠机器锻造进行生产。依靠机器锻造进行生产。一、自由锻设备一、自由锻设备 根据对坯料作用力的性质不同，机器锻造设备分为：根据对坯料作用力的性质不同，机器锻造设备分为：锻锤和液压机两大类。锻锤和液压机两大类。制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻 生产中使用的液压机主要是水压机。它产生静压使金属生产中使用的液压机主要是水压机。它产生静压使金属产生变形，主要有固定系统和活动系统两部分组成。能力产生变形，主要有固定系统和活动系统两部分组成。能力（

21、吨位）的大小是用其产生的最大压力来表示。它可完成质（吨位）的大小是用其产生的最大压力来表示。它可完成质量达量达300300T T锻件的锻造任务，是巨型锻件的唯一的成形设备。锻件的锻造任务，是巨型锻件的唯一的成形设备。锻锤产生冲击力使金属变形，能力的大小，用其落下锻锤产生冲击力使金属变形，能力的大小，用其落下部分的质量（吨位）来表示。锻锤又有空气锤和蒸气部分的质量（吨位）来表示。锻锤又有空气锤和蒸气空气锤之分，主要用于生产中、小型锻件。空气锤构造如空气锤之分，主要用于生产中、小型锻件。空气锤构造如图图9-69-6所示所示二、自由锻的基本工序二、自由锻的基本工序 自由锻工序分为：基本工序；辅助工序

22、和精整工序三大自由锻工序分为：基本工序；辅助工序和精整工序三大类。类。基本工序分：镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移基本工序分：镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移和扭转等。和扭转等。制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻 辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形，辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形，如压钳口、钢锭倒棱和压肩等。如压钳口、钢锭倒棱和压肩等。精整工序是为提高锻件表面质量而进行的工序，如校整、精整工序是为提高锻件表面质量而进行的工序，如校整、滚圆、平整等。滚圆、平整等。自由锻基本工序自由锻基本工序 见表见表9-19-1制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节

23、 自自 由由 锻锻三、自由锻工艺规程的制定三、自由锻工艺规程的制定 、绘制锻件图。如、绘制锻件图。如图图9-7 9-7 这里主要要考虑这里主要要考虑:1 1）余块。）余块。2 2）机械加工余量。）机械加工余量。3 3）锻件公差。）锻件公差。自由锻工艺规程是指导锻件生产的文件。包括：自由锻工艺规程是指导锻件生产的文件。包括：2 2、计算坯料质量和尺寸、计算坯料质量和尺寸 1 1）坯料质量计算：包括锻件质量与锻造过程中的各种）坯料质量计算：包括锻件质量与锻造过程中的各种损耗之和。损耗之和。可按下式计算：可按下式计算：m m坯坯=m m锻锻+m m烧烧+m m切切式中：式中：m m坯坯坯料的质量。坯

24、料的质量。m m锻锻锻件的质量。锻件的质量。m m烧烧火焰加热时坯料表面氧化烧损的质量，第一次火焰加热时坯料表面氧化烧损的质量，第一次取被取被加热金属量的加热金属量的(2(23)%,3)%,以后各次加热取以后各次加热取(1.5(1.52)%2)%。m m切切包括冲孔时芯料的质量和修切锻件端部料头的包括冲孔时芯料的质量和修切锻件端部料头的质量。它们锻件形状的复杂程度有关。用钢材作坯料时，质量。它们锻件形状的复杂程度有关。用钢材作坯料时，可按被加热金属质量的可按被加热金属质量的(2(24)%4)%计算。计算。制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻 3.3.确定锻造工序确定锻造工序

25、锻造工序主要根据锻造工序的特点和锻锻造工序主要根据锻造工序的特点和锻 件的件的形状来确定。见形状来确定。见表表9-39-34 4、确定锻造温度范围、确定锻造温度范围 锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的锻造锻造温度范围是指锻件由始锻温度到终锻温度的锻造温度间隔。温度间隔。2 2）坯料的尺寸）坯料的尺寸 计算坯料的尺寸计算与坯料计算坯料的尺寸计算与坯料的种类和锻造工序有关。应充分考虑锻造比的问题。的种类和锻造工序有关。应充分考虑锻造比的问题。见表见表9-29-2。制制作作：周周宗宗明明作业：P142 9-2第第二二 节节 自自 由由 锻锻 2 2）终锻温度是指停止锻造时锻件的温度。碳）终锻

26、温度是指停止锻造时锻件的温度。碳素钢的终锻温度约为素钢的终锻温度约为800800左右，合金钢一般为左右，合金钢一般为800800 900900。在保证锻后获得再结晶组织的前提下，。在保证锻后获得再结晶组织的前提下，适当降低终锻温度有利于完成各种变形工步。终锻适当降低终锻温度有利于完成各种变形工步。终锻温度过低，金属塑性降低，易产生裂纹。终锻温度温度过低，金属塑性降低，易产生裂纹。终锻温度过高，会引起晶粒长大，会降低金属的力学性能。过高，会引起晶粒长大，会降低金属的力学性能。谢谢大家！1 1）始锻温度是指开始锻造时坯料的温度。通）始锻温度是指开始锻造时坯料的温度。通常始锻温度比金属材料的熔点低常

27、始锻温度比金属材料的熔点低150 150 200200，在不，在不发生过热、过烧的前提下，尽可能高始锻温度，这发生过热、过烧的前提下，尽可能高始锻温度，这样有利于金属的塑性变形。样有利于金属的塑性变形。制制作作：周周宗宗明明 本次课内容完毕。本次课内容完毕。谢谢大家！谢谢大家！制作：周宗明制作：周宗明 老师老师 制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻返 回制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻返 回制制作作：周周宗宗明明第第二二 节节 自自 由由 锻锻返 回制制作作：周周宗宗明明返 回制制作作：周周宗宗明明第第二二节节 砂砂 型型 铸铸 造造 返 回制制作作：周周宗宗明明返 回第第一一 节节 锻锻压压工工艺艺基基础础制制作作：周周宗宗明明返 回第第一一 节节 锻锻压压工工艺艺基基础础