工程材料论文之塑性材料的结构工艺性

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1、影响塑性加工零件结构工艺性的因素及改善措施——鲜雄塑性加工零件在实际生活中有着广泛的应用，从航空航天中的精细零件到普普通通的民用五金处处都可以看到它的身影，所以了解并掌握影响塑性零件加工的因素及改善措施具有极其现实的意义。本文以锻件为例来讲述。目录：关键词三大概念塑性变形的产生条件正文参考文献关键词：塑性加工，结构工艺性，锻件三大概念：1.塑性加工：利用金属材料在外力作用下所产生的塑性变形，获得所需零件的加工方法称为塑性加工。由于这种外力多数情况下是以压力的形式出现，因此也称为压力加工。（……①）2.结构工艺性：结构工艺性全称零件结构工艺性，指

2、所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。（……②）3.锻件：锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状和合适的压缩件的物件。塑性变形产生的条件：金属（以低碳钢为例）在外力（载荷）的作用下，首先发生弹性变形。载荷增加到一定值以后，除了发生弹性变形外，同时还发生塑性变形，即弹塑性变形。继续增加载荷，塑性变形也将逐渐增大，直至金属发生断裂。由此可见，金属在外力作用下的变形过程可以分为三个连续的阶段：弹性变形阶段、弹塑性变形阶段和断裂阶段。由此可见，塑性变形发生在作用在材料上的载荷大于屈服极限（即图1中的σs）时。（……③） 5/

3、5图1低碳钢的应力-应变图正文：金属的塑性加工性能是衡量金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。塑性加工性能好，表明该金属适合于塑性加工成形，如铝合金；塑性加工性能差，表明该金属不适合于塑性加工成形，如铸铁。在实际生产中，塑性加工性能的影响因素可分为两大类：金属的本质，加工条件。五小类：金属所含化学成分，金属本身内部组织，加工时变形温度，加工时的变形速度，应力状态。（……④）所以，在塑性加工过程中，要求创造最有利的变形条件，充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使功耗最小，变形进行充分，达到加工目的。以锻件的设计为例。在实际锻件的设计中，应在满

4、足应用条件的基础上，应选用塑性好，晶体细小且均匀的合理材料，避免由材料本身所引起的加工缺陷；同时，应注意温度对锻件成形的影响，结合相应的相图（如图2）确定一个合适的加工温度范围并严格控制加工温度的范围；设计时，应尽量避免锥体和斜面以及不对称结构，让零件在变形速度（如图3）不一的影响降到最低；明确成形时零件所受应力，避免由于不恰当的应力作用引起工件非要求状态下的变形。5/5图2碳钢的锻造温度范围图3变形速度对塑性及变形抗力的影响1-变形抗力曲线；2-塑性变化曲线金属塑性加工的种类很多,根据加工时工件的受力和变形方式,基本的塑性加工方法有锻造,轧制

5、,挤压,拉拔,拉深,弯曲,剪切等几类。（……⑤）锻件是靠锻压机的锻锤锤击工件产生压缩变形产生所需零件,有自由锻和模锻两种方式。自由锻不需专用模具，靠平锤和平砧间工件的压缩变形，使工件镦粗或拔长，其加工精度低，生产率也不高,主要用于轴类,曲柄和连杆等单件的小批生产。模锻通过上和下锻模模腔拉制工作的变形，可加工形状复杂和尺寸精度较高的零件，适于大批量的生产，生产率也较高，是机械零件制造上实现少切削或无切削加工的重要途径。在自由锻中，锻件的设计有几个要求：1.应该尽量避免锥体或斜面的结构，因为此结构需要制造专用工具，锻件成形也比较困难，使工艺过程复杂

6、化，操着不方便，影响设备的使用效率（如图4）；2.数个简单几何体组成锻件时，相互的交接处应用平面与圆柱，平面与平面相接，消除不易使锻件成形的空间曲线结构（如图5-a,b）；3.设计时要避免出现难以用自由锻方法获得的加强筋，凸台，工字形截面或空间曲线形表面结构，应如图6修改；4.锻件横切面复杂时，可考虑用相应的简单锻件通过焊接或机械连接的方式组合成所需零件（如图7）。在模锻中，设计时要满足以下几个模锻特点和工艺要求：1.5/5零件必须有个合适的分模面，易于零件的从模块中取出和易于制造；2.由于模件尺寸精度高和表面粗超度低，所以零件需明确加工面便于

7、机械加工；3.为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单，平直和对称；4.满足要求的前提下，应避免设计的模件有深孔或多孔；5.条件允许的前提下，应采用锻—焊结合工艺，简化模锻工艺。（……⑥）图4轴类锻件结构图5杆类锻件结构图6盘类锻件结构图7复杂件结构参考文献：①.详见，第二版《工程材料与成形技术基础》第8章章引②．详见，第五版《材料力学1》第2章第4节②.详见，《机器制造工艺篇》第4章，结构工艺性的基本概念④.详见，中南矿冶学院曹乃光主编的《金属塑性加工原理》，第二版《工程材料及成形技术基础》第3章第4节⑤.更多塑性加工技术，详见，李

8、晋敏主编的《塑性加工技术》⑥.详见，第二版《工程材料与成形技术基础》第8章第5节5/5鲜雄120123401170机设12-45/5