(材料成型技术知识基础)第三章固态材料塑性成型过程.ppt

第三章;一、概述;　金属成形过程的成形原理属质量不变的“固态成形”。任何固态材料本身都具有一定的形状和大小，固态成形就是要改变固体原来的形状和大小，获得预期要求的形状和尺寸。因此，要实现金属材料的固态成形，必须要有两个基本成形条件，即　　(1)被成形的金属材料具备一定的塑性。　　(2)要有外力作用于固态金属材料上。 ;锻造特点：在锻造加工过程中，能压密或焊合铸态金属组织中的缩孔、缩松、空隙、气泡和裂纹等缺陷，又能细化晶粒和破碎夹杂物，从而获得一定的锻造流线组织。因此，与铸态金属相比，其性能得到了极大的改善。;主要用于生产各种重要的、承受重载荷的机器零件或毛坯，如机床的主轴和齿轮、内燃机的连杆、起重机的吊钩等。在锻造过程中，由于高温下金属表面的氧化和冷却收缩等各方面的原因，锻件精度不高、表面质量不好，加之锻件结构工艺性的制约，锻件通常只作为机器零件的毛坯。 ;　一、金属固态塑性成形方法(1)轧制 将金属通过轧机上两个相对回转轧辊之间的空隙，进行压延变形成为型材(如钢板、圆钢、角钢、槽钢等)的加工方法，如图1a所示。轧制生产所用坯料主要是金属锭，坯料在轧制过程中靠摩擦力得以连续通过而受压变形，结果坯料的截面减小，轧出的产品截面与孔隙形状和大小相同，长度增加。 ;; (2)挤压 将金属置于一封闭的挤压模内，用强大的挤压力将金属从模孔中挤出成形的方法，如图2a所示。挤压过程中金属坯料的截面依照模孔的形状减小，长度增加。挤压可以获得各种复杂截面的型材或零件。;; 　(3)拉拔 将金属坯料拉过拉拔模模孔，而使金属拔长、断面与模孔相同的加工方法。它主要生产各种细线材、薄壁管和一些特殊截面形状的型材，如图3所示。;;(4)自由锻造 将加热后的金属坯料置于上下砧铁间受冲击力或压力而变形的加工方法，如图4a所示。 (5)模型锻造(又叫模锻) 将加热后的金属坯料置于具有一定形状的锻模模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法，如图4b所示。 (6)板料冲压金属板料在冲压模之间受压产生分离或变形而形成产品的加工方法。如图4c所??。 ;;二、金属固态塑性成形类别及特征 　1.冷变形(又叫冷成形过程)　　冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于该金属的再结晶温度。冷变形的特征是金属变形后具有加工硬化现象，即金属的强度、硬度升高，塑韧度下降。而且冷变形制成的产品尺寸精度高、表面质量好。;对于那些不能或不易用热处理方法提高强度、硬度的金属构件，特别是薄壁细长件，利用金属在成形过程中的加工硬化来提高构件的强度和硬度，则有效而经济。例如各类冷冲压件、冷轧冷挤型材、冷卷弹簧、冷拉线材、冷镦螺栓等等，可见冷变形加工在各行各业中应用广泛。;　2.热变形(又叫热成形过程)特征：　　 (1)金属在热变形中始终保持着良好的塑性，可使工件进行大量的塑性变形。又因高温下金属的屈服强度较低，故变形抗力低，易变形。　　;(2)热变形使金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实，粗大(树枝状)的晶粒组织结构被再结晶细化，从而使金属内部组织结构致密细小，力学性能(特别是韧性)明显改善和提高(见下表)。 ;;　(3)热变形使金属材料内部晶粒间的杂质和偏析元素沿金属流动的方向呈线条状分布。再结晶后，晶粒的形状改变了，但定向伸长的杂质并不因再结晶的作用而消除，形成了纤维组织，使金属材料的力学性能具有方向性，即金属在纵向(平行于纤维方向)上具有最大的抗拉强度且塑韧度较横向(垂直于纤维方向)的好，而横向具有最大的抗剪切强度。;因此，为了利用纤维组织性能上的方向性，在设计和制造零件或毛坯时，都应使零件在工作中所承受的最大正应力方向尽量与纤维方向重合，最大剪切应力方向与纤维方向垂直，以提高零件的承载能力。;二、金属塑性成形的理论基础 （一）金属塑性变形的能力 金属塑性变形的能力又称为金属的可锻性，它指金属材料在塑性成形加工时获得优质毛坯或零件的难易程度。 ;金属材料的可锻性与可锻性的影响因素 可锻性：金属材料经受压力加工的难易程度。它是用金属材料的塑性与变形抗力来衡量的。 塑性愈大与变形抗力愈小的材料可锻性愈好。 ;可锻性的影响因素 1、金属本身的性质 （1）化学成分：化学成份对变形抗力的影响非常复杂。一般情况下，对于各种纯金属，因原子间相互作用不同，变形抗力也不同。同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。组织状态不同，抗力值也有差异，如退火态与加工态，抗力明显不同。合金成分对可锻造性的影响；杂质对可锻造性的影响。? ;（2）内部组织： 纯金属及固溶体(如奥氏体)组成的单相组织比多相组织的塑性好，变形抗力低；均匀细小的晶粒比铸态柱状晶组织和粗晶组织的可锻性好。;２、变形的加工条件 （1）变形温度的影响 就大多数金属材料而言，提高金属塑性变