发布时间 : 星期四 文章金属工艺学文本教案 - 图文更新完毕开始阅读6dd71873f46527d3240ce044
②变形速度（应变速率?）单位时间内的变形程度
。。?＝。d?dt应变对时间的导数，量纲1/s
。???时：??，变形抗力↑、塑性↓，可锻性↓ ???时：??，塑性↑、变形抗力↓，可锻性↑
。。原因：塑性变形引起的“热效应”。
当???时，变形速度相对较小，当?增加时，相应的加工硬化现象也很显著和
剧烈，使得变形抗力上升，塑性下降，导致可锻性下降。
当???时，变形速度整体上处于较高阶段，随着?增加，金属内部变形剧烈，晶粒间摩擦加剧，使一部分塑性变形功转化为热能，使金属温度升高，
称为热效应现象，消除了加工硬化现象，导致可锻性提高。
。通常情况下的塑性加工过程，?均小于a，只有在高速锤上锻造时，才会出。现???情况。不同金属材料，其a值也不同。 （3）应力状态的影响
应力状态对可锻性的影响非常复杂。有时对提高塑性有利的应力状态对降低变形抗力却不利。而变形抗力低的应力状态，其塑性又不好。
工程上常以塑性指标为主来考虑应力状态对可锻性的影响。 应力状态对塑性的影响：
受力物体压应力的数目越多，金属的塑性越好。
拉应力的数目越多，金属的塑性越差。
应力状态对变形抗力的影响：
图2.22 挤压时金属应力状态 物体受力时：同号应力状态下，变形抗力↑
异号应力状态下，变形抗力↓ 原因：根据金属塑性变形的屈服准则： Mises准则：σ1－σ3＝βσs
图2.23 拉拔时金属应力状态 Tresca准则：σ1－σ3＝σs
当σ1σ3同号，︱σ1－σ3︱数值很小，不易达到βσs/σs 当σ1σ3异号，︱σ1－σ3︱数值较大，容易达到βσs/σs （二） 锻造成形 一．自由锻
自由锻是利用冲击力或压力使金属在上、下两个抵铁之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。
特点：（1）金属流动自由
（2）形状、尺寸精度由操作者操作技术保证
（3）生产率、产品精度较低
（4）通用性强，小到大型、巨型锻件都可以生产，特别在重型机械制造中特别重要。
图5.1a 锻件敷料
自由锻设备：
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。。。。图5.1b 锻件余量
（1）锻锤：空气锤 小型锻件150公斤以下 蒸汽－空气锤 小于1500公斤锻件
（2）压力机：主要是水压机，可锻造质量达500t锻件，常用于大型和巨型锻件。
1.自由锻工序： 基本工序：使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。
辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。 精整工序：为减少锻件表面缺陷而进行的工序 2.自由锻工艺规程的制定
（1）绘制锻件图：工艺规程中的核心内容。
以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成。
①敷料：简化锻件形状，便于进行锻造而增加的一部分材料，也称为余块。图5.1a
②余量：零件的加工表面上增加供切削加工用的材料，具体数值结合生产的实际条件查表确定。图5.1b
③公差：锻件名义尺寸的允许变动量。根据锻件形状、尺寸并考虑到生产实际情况加以选取。
（2）坯料质量及尺寸计算
质量计算：G坯料?G锻件?G烧损?G料头
式中：G坯料—坯料质量；
G锻件—锻件质量；
G烧损—加热时坯料表面氧化而烧损的质量。
第一次加热时取被加热金属的2%～3%，以后各次加热取1.5%～2%；
G料头—在锻造过程中冲掉或切掉的金属的质量。如冲孔时坯料中部的料
芯，修切端部产生的料头等。
（3）选择锻造工序：根据工序特点和锻件形状
盘类件：镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔；
轴类锻件：拔长(或镦粗及拔长)、切肩和锻台阶；
筒类锻件：镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔、在心轴上拔长； 环类锻件：镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔、在心轴上扩孔； 曲轴类锻件：拔长(或镦粗及拔长)、错移、锻台阶、扭转； 弯曲类锻件：拔长、弯曲等。 二．模锻：
在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形的锻造方法。
模锻特点：（与自由锻相比） ①生产率较高
②锻件尺寸精确，加工余量小 ③可锻出形状复杂锻件 ④材料利用率高
模锻设备：模锻锤、模锻压力机 1.锤上模锻：
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图5.4 锤上锻模
设备有蒸汽－空气锤，无砧座锤，高速锤 模锻蒸汽－空气锤原理：图5.3 与自由锻蒸汽－空气锤相比：
①模锻锤锤头与导轨间间隙比自由锻锤小，且机架与砧座相连 ②模锻锤一般均由一名工人操纵 （1）锻模结构：（图5.4）包括上、下模，模膛，分模面
预锻模膛：使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸。在进行终锻
时，金属容易充满终锻模膛。减小终锻模膛磨损，延长寿①模锻模膛
命，无飞边槽，斜度、圆角大。
终锻模膛：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，模膛
形状应和锻件的形状相同；锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。
有飞边槽，斜度、圆角小
②制坯模膛：形状复杂的模锻件，使金属能合理分布，接近锻件形状，更容易地充满模膛
Ⅰ 拔长模膛：减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度（图5.6）
模锻件沿轴向横截面积相差较大时使用。
Ⅱ 滚压模膛：减少坯料某一部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积 （图5.7）
Ⅲ 弯曲模膛：对于弯曲的杆类模锻件进行弯曲（图5.8a）
Ⅳ 切断模膛：在上模与下模的角上组成一对刃口，用来切断金属（图5.8b） （2）制定模锻工艺规程 ①绘制模锻件图
Ⅰ分模面：上下锻模在模锻件上的分界面 表示方法：a—-—-—-—a 确定原则：图5.9
ⅰ确保模锻件能从模膛中取出，应选在模锻件最大尺寸的截面上。
ⅱ上下模膛在分模面处轮廓一致，以防止发生错模
图5.9 分模面的选择 ⅲ选在能使模膛深度最浅的位置处，便于
充满模膛
ⅳ应使零件上所加的敷料最少
ⅴ分模面应为一个平面，使模膛深度基本一致，差别不宜过大，便于制造锻模
综合分析，图5.9中的d-d面是最合理的分模面。 Ⅱ余量、公差、敷料及冲孔连皮
余量一般为1~4mm，公差一般取在±(0.3~3) mm之间。 当模锻件孔径d >25mm时孔应锻出，但需留冲孔连皮。
冲孔连皮的厚度与孔径d有关，当孔径为30~80mm时,冲孔连皮的厚度为4~8mm。
Ⅲ 模锻斜度
模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。
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对于锤上模锻，模锻斜度一般为5°~15°。模锻斜度与模膛深度和宽度有关。模膛深度与宽度的比值(h/b)越大，取的斜度值也越大。
α2＝α1＋（2°~5°）
α1外壁斜度（即当锻件冷却时锻件与模壁离开的表面） α2内壁斜度（即当锻件冷却时锻件与模壁夹紧的表面） Ⅳ 模锻圆角半径
在模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆角 目的：增大锻件强度
便于金属流动，充满模膛
避免锻模上的内尖角处产生裂纹（应力集中）
减缓锻模外尖角处的磨损，从而提高锻模的使用寿命。 R＝（2~3）r
R内圆角半径，r外圆角半径r＝1.5~12mm 模膛深度越深，圆角半径取值就越大。
②确定模锻工步
主要根据模锻件的形状和尺寸来确定 Ⅰ长轴类模锻件（图5.13， 5.15）
锻件长度与宽度之比较大，锻造过程中锤击方向垂直于锻件的轴线。 常采用拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等。 Ⅱ盘类模锻件（图5.14）
长、宽比近似为1的锻件，常选用镦粗、终锻等工步 ③修整工序
Ⅰ切边和冲孔 切去飞边和连皮
Ⅱ校正：切边之后，锻件变形，在终锻模膛及专门的校正模中进行校正 Ⅲ热处理：清除模锻件的过热组织或加工硬化组织，使模锻件具有所需的力学性能，正火或退火
Ⅳ清理：去除氧化皮、油污及其他表面缺陷（残余毛刺）酸洗、滚筒处理、喷丸处理
2.压力机上模锻
用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、曲柄压力机、平锻压力机、模锻水压机等。
（1）摩擦压力机上模锻（螺旋压力机） Ⅰ原理：图5.18
Ⅱ吨位：机械：80000KN 常用10000KN以下 液压：120000KN（国内） Ⅲ模锻特点：
ⅰ 滑块行程不固定，具有锤的功能。ⅱ 滑块运动速度图5.18 摩擦压力机传动简图 慢，再结晶过程可以充分进行，特别适合于锻造低塑性合金钢和有色金属(如铜合金)等。
ⅲ 滑块打击速度慢，设备有顶料装置，可以使用整体式锻模，组合模具，锻件形状可以非常复杂，简化加工，省料，降低成本。ⅳ 承受偏心载荷能力差，适于单膛模锻。对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。
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图5.20 曲柄压力机传动简图