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1、3/28/2023 11:31 AM,3/28/2023 11:31 AM,砂型铸造的工艺设计,上次可内容的回顾,铸件的结构设计,铸造工艺图的绘制分型面的选择浇注位置的确定工艺参数的确定,铸件的外形设计 铸件的内腔设计,铸件壁厚的设计,铸件壁的连接,3/28/2023 11:31 AM,第3篇 金属压力加工（锻压）,主要内容：,本篇重点：,了解金属塑性成型的理论基础；掌握金属的塑性成型方法及工艺；掌握薄板冲压成形工艺，包括各种成形模具结构、基本工序和典形零件的工艺制定。,第9章 金属压力加工基础,第10章 常用的锻造方法,第11章 板料冲压,第12章 特种压力加工方法简介,作业：P142 9.
2、3、9.4,3/28/2023 11:31 AM,金属塑性成型：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工。,概述,3/28/2023 11:31 AM,锻压生产方式,自由锻生产大型锻件的唯一方法,3/28/2023 11:31 AM,模锻,3/28/2023 11:31 AM,板料冲压,3/28/2023 11:31 AM,金属塑性成型的基本生产方法,轧制,3/28/2023 11:31 AM,挤压,正挤,反挤,复合挤,3/28/2023 11:31 AM,拉拔,采用的是：静压（拉）力设备吨位要大,3/28/2023
3、 11:31 AM,第9章 塑性成型的理论基础,9.1 金属塑性变形的实质,9.2 塑性变形对金属组织和性能的影响,9.3 金属的可锻性,重点内容：1.金属塑性成型的原理；2.纤维组织的形成及利用；3.金属可锻性及其影响因素。,主要内容,3/28/2023 11:31 AM,9.1 塑性变形的实质,（1）最小阻力定律 如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动，这就叫做最小阻力定律。,圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向。,3/28/2023 11:31 AM,在压力加工过程中，常用锻造比(Y锻)来表示变形度。锻造比的计算公式与变形方式有关。拔长时的锻造比
4、为:Y拔F0/F,镦粗时的锻造比为:Y镦H0/H.根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔长锻造时，坯料所用的截面F坯料的大小应保证满足技术要求规定的锻造比Y拔，即坯料截面积应为：F坯料=Y拔F锻件,(3)变形程度的计算,（2）塑性变形前后体积不变的假设 变形前物体的体积等于变形后的体积。,3/28/2023 11:31 AM,塑性变形机理,外力作用,弹性变形,塑性变形,金属塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果,在切应力的作用下，晶体的一部分相对另一部分沿着一定的晶面产生相对滑动，（位错运动）造成晶体的塑性变形,晶粒内部缺陷：位错对塑性变形影响最为显著,3/28/2023 11:31 AM
5、,1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织。,9.2 金属变形过程中的组织与性能,2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属组织更加致密，其力学性能会有很大提高。,3、铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。,目的,9.2.1 纤维组织变化,3/28/2023 11:31 AM,使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。,4、具有纤维组织的金属，各个方向
6、上的力学性能不相同。顺纤维方向的力学性能比横纤维方向的好。,分析：,采用棒料直接经切削加工制造螺钉 采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉,纤维组织的利用原则,3/28/2023 11:31 AM,9.2.2 金属的加工硬化与回复、再结晶,金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生变化：晶粒沿最大变形的方向伸长；晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；晶粒间产生碎晶。,回复：温度高 原子热能增加 原子排列回复到正常状态 消除了晶格扭曲 加工硬化得到部分消除。T回(0.250.3)T熔,再结晶：温度继续升高到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，以碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，消除了全部冷
7、变形强化现象。T再0.4T熔,加工硬化：随变形程度增大，强度和硬度上升而塑性下降的现象称为冷变形强化，又称加工硬化。,3/28/2023 11:31 AM,冷变形 变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有加工硬化而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形。T回=（0.250.3）T熔,热变形 变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为热变形。T再=0.4T熔,9.2.3 冷变形及热变形,如何利用？举例,3/28/2023 11:31 AM,上次可内容的回顾,最小
8、阻力定律体积不变的假设,金属塑性变形的实质是：晶体内部产生滑移的结果,金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织。,将铸锭中的气孔、缩松等压合在一起，使金属组织更加致密，其力学性能会有很大提高。,金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。,目的,具有纤维组织的金属，各个方向上的力学性能不相同。,加工硬化：强度和硬度上升而塑性下降的现象称为加工硬化。,回复温度高，消除了晶格扭曲 加工硬化得到部分消除。,冷变形及热变形再结晶温度（上、下）,再结晶温度到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，消除了全部冷变形强化现象。
9、,特点,3/28/2023 11:31 AM,钢丝变形模拟,加工硬化与再结晶,3/28/2023 11:31 AM,9.3 金属的可锻性,可锻性常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的塑性和变形抗力来综合评定的。,塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。变形抗力是指金属对变形的抵抗力。,金属的可锻性取决于材料的性质(内因)和加工条件(外因)。,3/28/2023 11:31 AM,9.3.1 材料性质的影响(内因),化学成分的影响,纯金属的可锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如
10、纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。,金属组织的影响,纯金属及固溶体(如奥氏体)的可锻性好。而碳化物(如渗碳体)的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好,3/28/2023 11:31 AM,9.3.2 加工条件的影响(外因),在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。不能再锻，否则引
11、起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。,变形温度的影响,3/28/2023 11:31 AM,9.3.3 变形速度的影响,一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。,另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高(称为热效应现象)。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降(图中a点以后)，可锻性变好。,3/28/2023 11:31 AM,9.3.4 应力状态的影响,挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。,3/28/2023 11:31 AM,思 考 题,1.纤维组织是怎样形成的?它对金属的力学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同?,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
