锻压工艺基础 工程材料讲稿

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1、第11章锻压工艺基础本章内容压力加工理论基础锻造及其工艺基础冲压及其工艺基础现代压力加工技术与发展动向压力加工概念特点种类金属塑性变形实质塑性变形对组织和性能影响压力加工理论基础1.1压力加工的定义压力加工是使金属材料在外力作用下产生塑性变形，（永久变形）以获得所需形状、尺寸及机械性能的毛坯或零件的一种加工工艺；包括锻造和冲压；只适合塑性好的金属材料如中、低碳钢；大多数有色金属及其合金。又称为金属塑性成形。金属坯料外力塑性变形产生改变形状改变尺寸改善性能达到毛坯零件得到压力加工的定义（1）特点优点：a）与铸造相比：力学性能高，内部缺陷被压合，晶粒显著细化。ｂ)与切削加工比：材料的利用率和

2、生产率高。缺点：a)形状不能太复杂b)坯料塑性要好（2）应用汽车、拖拉机、宇航、军工、电器、桥梁、建筑等1.2、压力加工的特点及应用1.3、压力加工方式（1）轧制主要有：轧制、挤压、拉拔、锻造、冲压（2）挤压使金属坯料从挤压模孔挤出而成形为各种型材、管材、零件等。挤压的方法：正挤压、反挤压、复合挤压、径向挤压（3）锻造将金属坯料置于上下砧或锻模内，用冲击力或压力使金属成形为各种型材和锻件等锻造的种类有：自由锻、模锻、胎模锻（4）冲压利用冲模将金属板料切离或变形为各种冲压件。（5）拉拔将金属坯料从拉模的模孔中拉出而成形为各种线材、薄壁管材、特殊截面型材等二金属塑性变形塑性变形的实质冷变形和

3、热变形金属的可锻性及影响因素金属塑性变形的实质金属在外力作用下，其内部必将产生应力。此应力迫使原子离开原来的平衡位置，从而改变了原子间的距离，使金属发生变形，并引起原子位能的增高。金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移处于高位能的原子具有返回到原来低位能平衡位置的倾向，当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失，金属的这种变形称为弹性变形。当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服点之后，即使外力停止作用，金属的变形并不消失．这种变形称为塑性变形。单晶体的塑性变形塑性变形方式有两种：滑移和孪晶。其滑移变形如图3－1所示。在切向应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移（该

4、面称滑移面），从而造成晶体的塑性变形。当外力继续作用或增大时，晶体还将在另外的滑移面上发生滑移，使变形继续进行，因而得到一定的变形量。要实现整体滑移所需的外力要比实际测得的数据大几千倍，近代物理学证明，实际晶体内部存在大量缺陷。其中，以位错(图3-2a)对金属塑性变形的影响最为明显。由于位错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置上(图3-2b)，形成位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性变形(图3-2c)。总结：滑移的实质滑移的过程就是位错运动的过程，并非刚性整体运动，所以实际需要的剪切应力远

5、小于理论剪切应力。理论上，整体刚性滑移——滑移困难实际上，位错移动——滑移容易孪生晶体在外力作用下，一部分沿着一定晶面（孪生面）产生一定角度的切变。当滑移困难时(位错塞积），出现孪生变形塑性变形过程：滑移——孪生——滑移——孪生…….多晶体的塑性变形工业中实际使用的金属大多是多晶体。1、多晶体的特征：a）晶体形状和大小不等b）相邻晶粒的位向不同c）多晶体内存在大量晶界2、实际塑性变形：a）各个晶粒内部滑移和孪生的总和，构成整体塑性变形。b）各个晶粒间的变形，是产生内应力和开裂的原因。变形有先有后各晶粒相对于外力轴的取向不同，位向有利的晶粒先变形，且不同晶粒变形量也不同。一般变形度达到20

6、%，几乎所有晶粒都可参加变形。各个晶粒的变形必须协调晶粒不能自由地、均匀地滑移，它要受到相邻晶粒的牵制，故晶粒之间要互相配合、协调。如果协调不好，将会导致塑性下降（晶界处开裂）。理论分析指出，要能协调变形，每个晶粒至少能在5个独立的滑移系上进行滑移。这样，多晶体变形就比单晶体更复杂，应变硬化率也大得多。变形不均匀导致内应力不均匀1、加工硬化（冷变形强化）金属经过塑性变形后，强度和硬度上升，而塑性和韧性下降的现象。原因：随着变形量的增加，位错密度增加，并发生一系列的交互作用，使得位错受阻；同时金属变形程度越大，位错密度越大，位错运动的阻力越大。塑性变形的抗力越大，则其强度硬度升高，塑性韧性

7、下降。金属变形过程中的组织与性能除力学性能外，金属的某些物理、化学性能在冷加工塑性变形以后也会发生变化。例如，金属的电阻增加，导磁性和耐蚀性降低等。金属的加工硬化在生产中是强化金属的重要手段。特别是热处理无法强化的金属材料，如纯金属、多数钢合金和镍铬不锈钢等。冷加工塑性变形使金属性能发生变化，塑性变形使金属的晶粒沿着变形方向伸长，晶粒伸长成纤维状的原因纤维组织使金属的力学性能具有明显的方向性，即造成各向异性。冷加工塑性变形除使金属晶