【工程材料成型】固态成形课件.ppt

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1、固态成型 金属材料借助外力产生塑性变形，成为达到一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件。一、基本种类压力加工压力加工锻造锻造冲压冲压模锻模锻自由锻自由锻冲裁冲裁轧制轧制轧制轧制挤挤压压、拉拔拉拔拉拔拉拔变形变形一、金属塑性成形过程 1、塑性变形 （冷）塑性变形机理 主要为滑移滑移：在剪应力的作用下，晶格发生位错。（过程 、位置与方向 ）多晶体位错滑移 （晶界处）位错堆积、交割、缠结，原子势能提高，内能增加，处于不稳定的高自由能状态；碎晶、亚晶产生，晶格畸变 2、塑性变形对金属组织的影响 A、冷变形强化 由于畸变严重，硬度、强度加大，塑性明显下降，使得塑变抗力加大，进一步变形困难 B、残余应力 晶

2、格扭曲、变形不一致引起。3、冷变形后加热时的组织与性能 A、回复：加热温度较低，T回=（0.250.3）T熔，原子扩散能力弱，显微组织无本质变化。位错微量改善，残余应力部分消失，硬化基本保留。B、再结晶：加热温度 T再=（0.4）T熔，原子扩散能力增强，破碎晶粒重新形核并长大，形成新的晶粒，消除了原先的畸变，使得机械性能各指标恢复，内应力、硬化消除。故若要使变形正常维持，必须使金属故若要使变形正常维持，必须使金属材料保持在材料保持在再结晶再结晶温度温度以上。以上。4、热变形变形对金属组织与性能的影响 A、破碎枝状晶粒，再结晶为等轴晶 B、破碎、分散碳化物和非金属杂质，改善组织，提高性能。C、形

3、成纤维组织纤维组织：金属性能呈现各向异性。应使零件工作时受力方向与纤维方向保持一定关系，并在安排加工工艺时保持纤维轮廓完整。（齿轮毛坯）锻造比：Y拔=F0/F Y墩=H0/H；衡量锻造变形程度的一指标。5、常用金属材料的锻造性能 塑性变形的难易程度，取决于材料性能与变形条件。通过金属的塑性和变形抗力来衡量 A、影响因素 材料组织本身（化学组织、元素数量、晶格结构、晶粒粗细）变形条件（温度范围、变形速度、变形形式等）B、常用材料锻造性 碳钢合金钢 铸铁 二、锻造形式 1、自由锻 使在上下砧铁（平面）中的金属受压力或冲力后（局部）变形。尺寸精度低、形状简单、效率低，尺寸大小范围宽。设备常用空气锤、

4、蒸汽空气锤 常用工序：拔长、镦粗、冲孔 2、模锻 使在一定形状锻模模膛中的金属受压力后变形。工序与模具：制坯、预锻、终锻、切边与冲孔、校正 1、2、3 设备:摩擦压力机,曲柄压力机 3、胎模锻 空气锤上的（简易）模锻 4.自动生产线三、冲压成形 利用模具使板料分离或变形的加工方法。生产效率高、质量好且稳定、重量轻，常用作结构件。1、基本工序 A、冲裁 成形过程：弹性、塑性、断裂。分为落料与冲孔。B、拉深 板料在凸凹模的作用下变形成为开口空心件。基本过程 受力状态 破坏现象 C、弯曲 板料受压弯曲成所需（模具）形状。受力状态 回弹 D、翻边、胀形、收口、压筋 2、冲压设备：剪床 冲床 3、常用方

5、法 A、简单：一个冲程完成一个工序。B、连续：一个冲程在模具不同位置完成多个工序。C、复合：一个冲程在模具同一位置上下完成多个工序。四、先进成形方法 1、精密：高温精锻温热精压；精冲 2、液态：铸锻结合 3、高速：变形速度 4、超塑性：超细晶粒 5、多点板料成形：无模具 6、数控冲裁、弯曲、成形 7、其他：1,2-3“虚拟实验设计”作业要求：按给定目标、条件，设计设计实验内容与过程；并判断实验结果。实验目标：通过实验了解冷、热变形对金属材料性能的影响，并通过金相组织的变化做一定的分析。l实验条件：1、金属材料：20钢、T8钢、铝（三种选一种）2、力学万能试验机、金相显微镜、电加热炉、硬度计、试

6、样制作设备、你认为需要设备。滑移多晶体位错强化回复与再结晶锻造温度纤维组织1、晶粒软、硬位相趋于一致；2、杂质形成链、带状纤维轮廓热变形与性能及各向异性温度与性能温度与速度变形形式热变形与性能及各向异性空气锤蒸汽空气锤锤上模锻锻模曲柄压力机摩擦压力机冲裁原理拉深1拉深2起皱弯曲简单模连续模复合模精冲原理多点成形数控弯曲第二节 塑性成形工艺内容 介绍自由锻、模锻、冲压的基本工艺内容与主要参数一、自由锻 1、绘制锻件图 形状（简化，余块）加工余量公差画图（双点划线为零件轮廓）2、确定变形工步 例：小齿轮（盘类镦粗）下料镦粗挤台阶（胎模）冲孔滚圆平整 传动轴（杆类拔长）下料拔长镦法兰拔长 利用锻造比

7、控制变形量。主要考虑材料、性能（各向异性）。3、确定原材料质量 m料=m锻件m烧损m料头m芯料 4、选择设备 根据作用在坯料上力的性质 锻锤：冲击 液压机：静压 5、确定温度范围 考虑原则：良好的塑性、较低的变形抗力，保证质量与效率。（表）6、确定加热、冷却及热处理规范二、模锻 1、绘制模锻件图 A、确定分模面（大、浅、平、检、省）B、确定加工余量及公差 可按锻锤吨位选择。C、设定模锻斜度 为了从模膛中取出锻件，垂直于分模面侧壁需设定斜度 D、设定过渡圆角 避免锻件（模具）变形时应力集中开裂、纤维组织被拉断，增加变形过程流动性，减少模具磨损。E、确定冲孔连皮 2、确定变形工步 A、制坯与模锻

8、根据不同形状零件以某种成形为主。最后都进入终锻。B、切断与精整 切边、冲孔，校正、精压 3、材料质量计算 V料（V锻V连V飞）（1K）4、确定设备（吨位）5、确定锻造温度及热规范三、冲压 1、分析工艺性 确定是否有难成形部分（间距、精度、塑性与板厚是否能达到变形要求等）。2、制定冲压方案 根据形状、变形程度等制定冲压工序。3、计算坯料尺寸 A、弯曲：B、拉深（考虑切边）4、确定排样及材料利用率 A、排样方式 单排、双排 斜排、直排 对排 B、利用率计算（落料个数冲裁件面积/条料面积）100 5、计算中间工序次数及尺寸 每一次变形受材料抗拉极限限制时，需分步完成总变形。拉深系数 m=d/D（d：

9、本次，D：前次）6、确定模具类型与结构 7、选择冲压设备 根据冲裁力、拉深力确定 余块自由锻锻件图金属材料 始锻温度 终锻温度碳素结构钢 12001250 800850碳素工具钢 10501150 750800合金结构钢 11001200 800850合金工具钢 10501150 800850高速工具钢 1l00ll50 900弹 簧 钢 ll00ll50 800850轴 承 钢 1080 800硬 铝 470 380 冲压工序的顺序应根据工件的形状、尺寸精度要求、工序的性质以及材料的变形的规律进行安排。应遵循以下原则：（1）对于带孔或有缺口的冲压件，选用单工序模时，通常先落料再冲孔或缺口，选用级进模时，则落料安排在最后工序。（2）如果工件上存在位置靠近、大小不一的两个孔，则应先大孔后小孔，防止小孔的变形。（3）对于带孔的弯曲件，在一般情况下可以先冲孔后弯曲，当孔位于弯曲变形区或接近变形区，及孔与基准面有较高要求时，则应先弯曲后冲孔。模锻1模锻2