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機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)-鍛壓工藝.ppt

上傳人:za****8 文檔編號(hào):15475993 上傳時(shí)間:2020-08-12 格式:PPT 頁(yè)數(shù):22 大小:922.55KB
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1、,機(jī)械制造工藝基礎(chǔ),安徽新華學(xué)院,天馬行空官方博客: ;QQ:1318241189;QQ群:175569632,2.金屬的塑性成形-鍛壓工藝,了解金屬塑性成形的理論基礎(chǔ); 掌握金屬的塑性成形方法及工藝; 掌握薄板沖壓成形工藝,包括各種成形模具結(jié)構(gòu)、基本工序和典形零件的工藝制定。,本章重點(diǎn):,2.1 概述,2.2 塑性成形的理論基礎(chǔ),2.4 薄板的沖壓成形,2.5 塑性成形新工藝,2.3 塑性成形方法及工藝,天馬行空官方博客: ;QQ:1318241189;QQ群:175569632,金屬塑性成形工藝: 由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

2、件的生產(chǎn)方法,也稱為壓力加工。,金屬塑性加工適用的材料: 各種鋼材和大多數(shù)非鐵金屬及其合金都具有一定的塑性,都可在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行壓力加工。鑄鐵是脆性材料,不能進(jìn)行壓力加工。,2.1 概述,塑性變形: 當(dāng)外力增大到使金屬的內(nèi)應(yīng)力達(dá)到甚至超過(guò)該金屬的屈服極限以后,金屬所產(chǎn)生的變形。當(dāng)外力停止作用后,金屬的變形并不消失,這種變形成為塑性變形。,2.1 概述,壓力加工的特點(diǎn): (1)改善金屬的組織、提高力學(xué)性能 金屬材料經(jīng)壓力加工后,其組織、性能都得到改善和提高,塑性加工能消除金屬鑄錠內(nèi)部的氣孔、縮孔和樹枝狀晶等缺陷,并由于金屬的塑性變形和再結(jié)晶,可使粗大晶粒細(xì)化,得到致密的金屬組織,從而提高金屬的

3、力學(xué)性能。 (2)材料的利用率高 金屬塑性成形主要是靠金屬的體積重新分配,而不需要切除金屬,因而材料利用率高。 (3)較高的生產(chǎn)率 塑性成形加工一般是利用壓力機(jī)和模具進(jìn)行成形加工的,生產(chǎn)效率高。例如,利用多工位冷鐓工藝加工內(nèi)六角螺釘,比用棒料切削加工工效提高約400倍以上。 (4)毛坯或零件的精度較高 應(yīng)用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備,可實(shí)現(xiàn)少切削或無(wú)切削加工。例如,精密鍛造的傘齒輪齒形部分可不經(jīng)切削加工直接使用,復(fù)雜曲面形狀的葉片精密鍛造后只需磨削便可達(dá)到所需精度。,金屬塑性加工常用方法: 沖壓、軋制、拉拔、擠壓等,缺點(diǎn): 不能加工脆性材料(如鑄鐵)和形狀特別復(fù)雜(特別是內(nèi)腔形狀復(fù)雜)或體積特別大的零件

4、或毛坯。,天馬行空官方博客: ;QQ:1318241189;QQ群:175569632,2.2 塑性成形的理論基礎(chǔ),2.2.1 金屬的塑性變形及變形后的性能,1..金屬塑性變形的本質(zhì) (1)理想的單晶體 對(duì)于理想的單晶體可以用晶粒內(nèi)部的滑移變形來(lái)解釋,(2) 存在缺陷的晶體 可用位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)理論來(lái)解釋,(3) 多晶體 多晶體的塑性變形可以看成是組成多晶體的許多單個(gè)晶粒內(nèi)部產(chǎn)生變形,以及晶粒間產(chǎn)生滑移和晶粒轉(zhuǎn)動(dòng)的綜合效果,2. 金屬在常溫下經(jīng)過(guò)塑性變形,內(nèi)部組織將發(fā)生變化: (1)晶粒沿變形最大的方向伸長(zhǎng) (2)晶格與晶粒均發(fā)生扭曲,產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 (3)晶粒間產(chǎn)生碎晶,3. 加工硬化 金屬在常溫下

5、隨著變形量的增加,強(qiáng)度和硬度升高,而塑性和韌度下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。(滑移面上的碎晶塊和附近晶格的強(qiáng)烈扭曲,增大了滑移阻力),4. 回復(fù)及回復(fù)溫度 加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象,具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向,但在室溫下不易實(shí)現(xiàn)。提高溫度,原子獲得熱能,熱運(yùn)動(dòng)加劇,使原子得以回復(fù)正常排列,消除了晶格扭曲,可使加工硬化得到部分消除。這一過(guò)程稱為“回復(fù)”。 這時(shí)的溫度稱為回復(fù)溫度。 T回=(0.250.3)T熔(T絕對(duì)溫度),5. 再結(jié)晶及再結(jié)晶溫度 (再結(jié)晶視頻 鏈接http://etc- 當(dāng)溫度繼續(xù)升高到該金屬熔點(diǎn)溫度的0.4倍時(shí),金屬原子獲得更多的熱能,則開始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心結(jié)晶成新的晶

6、粒,從而消除了全部加工硬化現(xiàn)象,這個(gè)過(guò)程稱為再結(jié)晶。這時(shí)的溫度稱為再結(jié)晶溫度, T再=0.4T熔 (T絕對(duì)溫度),6. 再結(jié)晶退火 采用加熱的方法使金屬發(fā)生再結(jié)晶,從而再次獲得良好塑性。這種工藝操作叫再結(jié)晶退火,7加工硬化現(xiàn)象的消失條件 當(dāng)金屬在高溫下受力變形時(shí),加工硬化和再結(jié)晶過(guò)程同時(shí)存在。不過(guò),變形中的加工硬化隨時(shí)都被再結(jié)晶過(guò)程所消除,變形中沒(méi)有加工硬化現(xiàn)象。,天馬行空官方博客: ;QQ:1318241189;QQ群:175569632,8.金屬的冷變形和熱變形 以再結(jié)晶溫度為分界點(diǎn),低于再結(jié)晶溫度的變形稱為金屬的冷變形 高于再結(jié)晶溫度的變形稱為金屬的熱變形,9、纖維組織和流線:

7、(流線組織視頻 ) 分布在晶界上的非金屬夾雜物,在變形過(guò)程中隨著晶粒的拉長(zhǎng)也被拉成長(zhǎng)形。當(dāng)變形程度足夠大時(shí),這些夾雜物被拉成線條狀。但是拉長(zhǎng)的晶??山?jīng)再結(jié)晶過(guò)程得到細(xì)化,而這些夾雜物不能改變, 就以細(xì)長(zhǎng)線條狀保留下來(lái),形成了所謂的 流線組織。流線組織的化學(xué)穩(wěn)定性很高, 只有經(jīng)過(guò)鍛壓才能改變其分布方向,用熱 處理是不能消除或改變流線組織形態(tài)的。 而在冷變形中,晶粒沿變形方向拉長(zhǎng)的 組織稱為纖維組織。纖維組織可通過(guò)再結(jié)晶退火消除。,10.鍛造比Y 表示金屬變形程度的大小 拔長(zhǎng)時(shí) Y拔=Fo/F 鐓粗時(shí) Y鐓=Ho/H Ho 、Fo坯料變形前的高度和橫截面積 H、F坯料變形后的高度和橫截面積 鍛造

8、比Y越大,坯料的變形程度越大,11 各向異性 流線組織使金屬的力學(xué)性能具有明顯的方向性,即鍛件在縱向上(平行流線方向)塑性和韌性增加,而在橫向上(流線纖維方向)塑性和韌性降低。但強(qiáng)度在不同方向上的差別不大。,當(dāng)采用棒料直接經(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。,實(shí)例:,在設(shè)計(jì)和制造易受沖擊載荷的零件時(shí),應(yīng)遵循的原則 (1)使流線分布與零件的輪廓相符合而不被切斷 (2)使零件所受的最大拉應(yīng)力與

9、流線方向一致,最大切應(yīng)力與流線方向垂直,天馬行空官方博客: ;QQ:1318241189;QQ群:175569632,天馬行空官方博客: ;QQ:1318241189;QQ群:175569632,2.2.2 金屬的可鍛性,定義是指金屬在經(jīng)受壓力加工時(shí),獲得優(yōu)質(zhì)鍛件難易程度的工藝性能,可鍛性的優(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。 塑性高,則金屬不易開裂;變形抗力小,則鍛造省力,影響金屬可鍛性的因素取決于材料的性質(zhì)(內(nèi)因)和加工條件(外因)。,材料性質(zhì)的影響,(1)化學(xué)成分的影響,純金屬的可

10、鍛性比合金的可鍛性好。 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。,(2)金屬組織的影響,純金屬及固溶體(如奧氏體)的可鍛性好。而碳化物(如滲碳體)的可鍛性差。 粗晶粒結(jié)構(gòu)不如晶粒細(xì)小而又均勻的組織的可鍛性好,2. 加工條件的影響,在一定的變形溫度范圍內(nèi),隨著溫度升高,原子動(dòng)能升高,從而塑性提高,變形抗力減小,有效改善了可鍛性。 若加熱溫度過(guò)高,晶粒急劇長(zhǎng)大,金屬力學(xué)性能降低,這種現(xiàn)象稱為“過(guò)熱”。若加熱溫度更高接近熔點(diǎn),晶界氧化破壞了晶粒間的結(jié)合,使金屬失去塑性,坯料報(bào)廢,這一現(xiàn)象稱為“過(guò)燒”。 金屬鍛

11、造加熱時(shí)允許的最高溫度稱為始鍛溫度。在鍛造過(guò)程中,金屬坯料溫度不斷降低,當(dāng)溫度降低到一定程度時(shí),塑性變差,變形抗力增大,不能再鍛,否則引起加工硬化甚至開裂,此時(shí)停止鍛造的溫度稱終鍛溫度。始鍛溫度與終鍛溫度之間的區(qū)間,稱為鍛造溫度范圍,(1)變形溫度的影響,常見的金屬鍛造溫度范圍,天馬行空官方博客: ;QQ:1318241189;QQ群:175569632,鋼加熱過(guò)程中表面顏色隨溫度的變化,(2)變形速度的影響,變形速度即單位時(shí)間內(nèi)的變形程度。對(duì)可鍛性的影響是矛盾的。 一方面由于變形速度的增大,回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)克服加工硬化現(xiàn)象,金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大,可鍛性變壞。 另一方面,

12、當(dāng)變形速度很大時(shí),熱能來(lái)不及散發(fā),會(huì)使變形金屬的溫度升高,這種現(xiàn)象稱為“熱效應(yīng)”,它有利于金屬的塑性提高,變形抗力下降,塑性變形能力變好。 (圖中a點(diǎn)以后),可鍛性變好。,(3)應(yīng)力狀態(tài)的影響,實(shí)踐證明,壓應(yīng)力的數(shù)量愈多,則其塑性愈好;拉應(yīng)力的數(shù)量愈多,則其塑性愈差。 擠壓時(shí)為三向受壓狀態(tài)。 拉拔時(shí)為兩向受壓一向受拉的狀態(tài)。,(4)其他,模具和工具:模鍛的模膛內(nèi)應(yīng)有圓角,這樣可以減小金屬成形時(shí)的流動(dòng)阻力,避免鍛件被撕裂或纖維組織被拉斷而出現(xiàn)裂紋。板料拉深和彎曲時(shí),成形模具應(yīng)有相應(yīng)的圓角,才能保證順利成形。 潤(rùn)滑劑:可以減小金屬流動(dòng)時(shí)的摩擦阻力,有利于塑性成形加工。 綜上所述,金屬的塑性成形性能既取決于金屬的本質(zhì),又取決于變形條件。在塑性成形加工過(guò)程中,要根據(jù)具體情況,盡量創(chuàng)造有利的變形條件,充分發(fā)揮金屬的塑性,降低其變形抗力,以達(dá)到塑性成形加工的目的。,

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