材料成形工艺与控制 教学课件 作者 李云涛 王志华 李海鹏 等编第一章.ppt

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1、材料成形过程及控制第一章材料成形原理概述材料成形学科的任务不仅是要研究如何使机器部件获得必要的几何尺寸，而更重要的是要研究如何通过过程控制获得一定的化学成分、组织结构和性能，从而保证机器部件的安全可靠度和寿命1.1液态成形优点：（1）可制造出内腔、外形很复杂的毛坯。如各种箱体、床床身、汽缸体、缸盖等。（2）工艺灵活性大，适应性广。液态成型件的大小几乎不限，其重量可由几克到几百吨，其壁厚可由0.5mm到1m左右。工业上凡能溶化成液态的金属材料均可用于液态成型。对于塑性很差的铸铁，液态成型是生产其毛坯或零件的唯一的方法。（3）液态成型件成本较低。液态成型可直接利用废机件和切屑，设备费用较低

2、。同时，液态成型件加工余量小，节约金属。1.1.1概述铸造成形技术的主要发展方向为：（1）提高尺寸精度和表面质量；（2）先进的造型技术及自动化生产线；（3）高效、节能，减少污染；（4）降低成本，改善劳动条件。1.1液态成形1.1.2铸造金属熔炼冲天炉结构简图电弧炉熔炼1.1液态成形感应电炉原理图坩埚炉原理图1.1液态成形两箱造型三箱造型1.砂型铸造2.熔模铸造3.金属型铸造金属型铸造形式压力铸造的生产原理4.压力铸造5.离心铸造离心铸造6.半固态成形半固态流变成形式半固态触变成形1.2固态塑性成形金属塑性成形有如下的特点：1）材料利用率高2）生产效率高3）产品质量高，性能好，缺陷少。4

3、）加工精度和成形极限有限。5）模具、设备费用高。金属材料固态成形的基本条件：一是成形的金属必须具备可塑性；二是外力的作用。一、固态金属的塑性、塑性成形及其特点1.2.1概述1.2固态塑性成形二、金属塑性成形过程的理论基础1）体积不变定理2）最小阻力定律金属塑性成形过程的理论基础（1）金属塑性变形的能力（2）金属塑性变形的基本规律1.2固态塑性成形三、固态金属塑性成形的分类1）冷变形过程金属在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——金属变形后产生加工硬化。2）热变形过程金属在塑性变形时的温度高于该金属的再结晶温度。热变形的特征——金属变形后会再结晶，塑性好，消除内部缺陷，

4、产生纤维组织。金属固态成形时的温度分为两大类（1）提高材料成分和组织的均匀性（2）合理选择变形温度和应变速率（3）选择三向压缩性较强的变形方式（4）减小变形的不均匀性：不均匀变形会引起附加应力，促使裂纹的产生。1.2固态塑性成形四、提高金属塑性的基本途径1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法一、轧制1）按轧制温度：热轧和冷轧2）按轧件与轧辊的相对运动关系：纵轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件运动方向与延伸方向与轧辊纵轴线垂直。斜轧：轧辊的纵轴线倾斜互成一定角度，轧件边旋转边沿自身纵轴线方向前进，且前进方向与轧辊纵轴线方向成一定角度。横轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件沿自己的横轴线

5、方向运动前进，与轧辊纵轴线垂直。图1-13为三种轧制示意图。3）按轧制生产过程：半成品轧制—开坯成品轧制—粗轧、精轧轧制的分类1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法图1-13轧制示意图纵轧斜轧横轧一、轧制1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法二、挤压零件的挤压方式根据挤压时金属流动方向与凸模运动方向的关系，挤压具有四种基本方式。正挤压示意图反挤压示意图1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法二、挤压图1-16复合挤压图1-17径向挤压1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法三、金属的锻压锻压成形有以下特点：（1）工件组织致密，力学性能高；（2

6、）除自由锻以外，其余锻压加工生产率较高；（3）节约金属材料。常用的锻造方法为自由锻、模锻及胎模锻。1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法1）自由锻造利用冲击力或静压力使经过加热的金属在锻压设备的上、下砧间向四周自由流动产生塑性变形，获得所需锻件的加工方法称为自由锻。三、金属的锻压图1-18自由锻示意图1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法三、金属的锻压2）模锻模型锻造是用模具使坯料产生变形而获得锻件的锻造成形方法。在模型锻造时，金属是在锻模的模膛内成形。图1-19锤上模锻1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法3）胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生

7、产锻件的一种锻造方法。胎模锻介于自由锻与模锻之间，汲取了两种锻造方法的优点。胎膜锻通常先在自由锻设备上制坯，然后将锻件放在胎模中用自由锻设备终锻成形，形状简单的锻件也可直接在胎模中成形。锻造时胎模置于自由锻设备的下砧上，用工具夹持住进行锻打。三、金属的锻压1.2固态塑性成形1.2.2固态金属塑性成形的方法与其他方法相比冲压所具有的独特的优点四、金属的冲压1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现机械化与自动化2）冲压时由于模具保证了冲压件的