鍛造技術培訓PPT課件

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1、1、；2、銅合金力學性能基礎知識；銅合金力學性能基礎知識；3、鍛件缺陷類型及控制措施；鍛件缺陷類型及控制措施；4、下料與加熱規范、下料與加熱規范；一，有色金屬牌號的表示方法及相關機械性能 根據國家標準（GB340-76）有色金屬牌號的表示方法見下表：冶煉產品 加工產品冶煉產品 加工產品銅CuT鎂MgM黃銅H鎂合金白銅B鎳NiN青銅Q鋅無氧銅鉛真空銅錫鋁ALL銻鍛鋁金硬鋁銀防銹鋁鎘超硬鋁鈦特殊鋁軸承合金鎢鈷硬質合金鎢鈷鈦硬質合金名稱代號TuLTYG名稱TkLDLYLFPbSnAuLCYT表1-1 常用有色金屬和合金的名稱及代號MBZnSbAgCdTiCh代號元素名稱國際化學符號元素名稱國際化學符

2、號元素名稱國際化學符號鉻Cr鈦Ti錒Ac鎳Ni銅Cu磷C硅Si鐵Fe鈰Ce錳Mn硼B銫Cs鋁Al鈷Co鋯Zr磷P氮N鑭La鎢w鈮Nb稀土RE鉬Mo鉭Ta鈹Be釩V鈣CA鋅Zn表1-2 我國鋼鐵產品中的元素名稱和國際化學符號對照表有關機械性能名詞解釋極限強度:材料抵抗外力破壞作用的最大能力(1)抗拉強度:外力是拉力時的極限強度,用拉伸時的最大負荷除以原始橫斷面面積.(2)抗彎強度:承受彎矩時的極限強度.屈服點（屈服極限）：代表小量塑性變形之抗力.收縮率:材料受拉力作用斷裂時,端面縮小的面積和原始橫端面面積之百分比.伸長率（延伸率）：材料收拉力作用斷裂時，伸長的長度與原有長度的百分比硬度:材料抵抗

3、硬的物體壓入其表面的能力.(1)布氏硬度(HB):KN)把一定大小(直徑一般為10mm的硬鋼球壓入材料表面而形成凹坑,用凹坑的表面積來除負荷,即為硬度值.(2)洛氏硬度(HR):以一定的負荷把硬鋼球或頂角為120度圓錐形金剛石壓頭壓入材料表面,然后以材料表面上的凹坑的深度來計算硬度大小.(3)維氏硬度(HV):KN以內的負荷,把頂角為136度方錐形金剛石壓頭壓入材料表面上,然后以材料凹坑上的表面積來除負荷,即得硬度值.(4)標尺A(HRA):采用588N的負荷和金剛石壓頭而求得的硬度.(5)標尺B(HRB):采用980Nmm的硬鋼球來求得的硬度值.(6)標尺C(HRC):KN的負荷和金剛石壓頭

4、求得的硬度值銅的機械性能:熔點:1083;線膨脹系數16.6 106;導電率:95%;抗拉強度:196-235Nmm2;伸長率45-50%;端面收縮率:65-75%;布氏硬度:HB40;顏色:紅色.銅及銅合金:一般分為:純銅(紫銅);黃銅;青銅;白銅 黃銅分為:普通黃銅;鎳黃銅;鉛黃銅;錫黃銅;鋁黃銅;鐵黃銅;錳黃銅;硅黃銅;加砷黃銅 我們公司鍛造常用的銅材是普通黃銅H59及鉛黃銅Hpb59-1.Hpb59-1鉛黃銅的主要化學成分:含銅:57-60%;含鉛:0.8-1.9%;鐵：0.5以下；含鋅:余量;含雜質總和:1.0%Hp59普通黃銅的主要化學成分:含銅:57-60%;含鉛:0.8-3.5

5、%;含鋅:余量;含雜質總和:1.0%二,鍛件成形的基本原理 第一節 金屬塑性和變形抗力鍛造成形是金屬在鍛錘的沖擊力或壓力機的壓力作用下，在破壞自身完整性的條件下，穩定地改變其內部組織和幾何形狀與尺寸，獲得所需要的組織結構和幾何形狀與尺寸的加工方法。塑性愈高，變形抗力愈低，則可鍛性愈好；反之則差。一，金屬塑性的基本概念及塑性指標 1，金屬塑性的基本概念 塑性是指金屬在外力作用下，能穩定地發生永久變形而不破壞其完整性的能力，它是金屬的一種重要的加工性能。金屬塑性不是固定不變的，它受到兩大方面的影響：一個是金屬的內在因素，如晶體結構、化學成分、組織狀態等；一個是受變形的外部條件，即工藝過程，如變形溫

6、度、變形速率、變形的力學狀態等。2，金屬的塑性指標 （1）拉伸試驗 伸長率和斷面收縮率 （2）鐓粗試驗 壓縮程度 （3）扭轉試驗 扭轉角或扭轉圈數二，變形抗力 變形抗力是指在一定的加載條件下和一定的變形溫度、速度條件下，引起塑性變形的單位變形力的大小，或者說金屬抵抗塑性變形的能力。三，影響金屬塑性和變形抗力的因素 影響金屬塑性和變形抗力的因素很多，可分為三個方面：1，金屬自然性質對塑性和變形抗力的影響 合金元素含量；組織狀態：晶粒度、金相組織、鑄造組織、晶格結構 2，變形溫度-速度條件對塑性和變形抗力的影響（1）變形溫度的影響：溫度影響規律一般是：隨著溫度的升高，有利于回復和再結晶，可在變形過

7、程中實現軟化以消除加工硬化，降低變形抗力，使在塑性變形過程中造成的破壞和缺陷的恢復可能性增加；同時，隨著溫度的升高，可能由多相組織轉變為單相組織，導致塑性提高和變形抗力的降低。塑性隨溫度的升高而提高只在一定的條件下才是正確的，因為變形溫度的影響是和材料本身的組織結構有密切關系的。溫度控制原則是：溫度不能過低，否則會產生裂紋，要避開脆性區；也不能過高，否則會發生晶粒粗大，要防止過熱或過燒現象。普通鉛黃銅如HPb59-1的脆性區溫度在250650；大于850 時易產生過熱或過燒現象。3，受力狀態對塑性和變形抗力的影響 在鍛造成形的應力狀態中，壓應力個數愈多，數值愈大，金屬塑性愈高，變形抗力也愈大。

8、反之拉應力個數愈多，數值愈大，金屬塑性愈低。4，其他因素對金屬塑性和變形抗力的影響（1）不連續變形的影響（2）尺寸（體積）因素的影響：尺寸越大，其化學成分和組織越不均勻，且內部缺陷也越多。（3）坯料表面狀況的影響：坯料表面越光滑，鍛壓時的極限變形程度就越大；反之，坯料表面粗糙或有裂紋、夾雜等缺陷時，變形過程中應力集中，塑性低導致鍛件開裂。（4）工具、模膛表面狀況的影響：表面粗糙，形成的摩擦力越大，產生的附加應力和殘余應力就越大。殘余應力對塑性成形造成許多不良后果，如制品的尺寸和形狀發生變化，縮短制品的壽命，增大變形抗力，降低金屬塑性、沖擊韌度及抗疲勞強度，大幅降低模具壽命。四，提高金屬塑性和降

9、低變形抗力的基本途徑（1）提高材料成分和組織的均勻性 控制合金元數含量及采用熱處理提高材料性能（2）合理選擇變形溫度和應變速率 普通鉛黃銅HPB59-1的變形溫度范圍在650 720，不大于750 ，其它在650 800 左右，不得低于650；純銅不得大于900。（3）選擇三向壓縮性較強的變形方式 如開式模具、閉式模具的鍛造方式（4）減小變形的不均勻性 合理的操作規范，良好的潤滑，合適的工、模具形狀的等減小變形的不均勻性 第二節 塑性變形和變形力一，定義 塑性變形 金屬在變形時將外力作用去除后，不能恢復到原來的形狀合尺寸，保留下來的永久變形，稱為塑性變形。變形程度 在鍛造生產中，變形程度常用以

10、下變形量來表示：絕對變形量、相對變形量 應變速率 鍛造生產中變形程度對時間的變化率。二，塑性變形過程中的力學分析 作用在變形物體上的外力有表面力和體積力（質量力）兩種 表面力 表面力是作用在變形物體表面上的力，有時也叫接觸力。體積力 體積力是作用于變形物體上每個質點的力，如重力、慣性力等。在鍛造生產中通常忽略不計。外力 鍛造生產時使金屬發生變形的力，稱為外力。外力主要有：作用力、約束反力、和慣性力（1）作用力 鍛造設備的可動工具部分對金屬坯料所作用的力，稱為作用力或主動力。（2）約束反力 變形體在主動力作用下，其運動受到工具及另外組成部分阻礙反而作用于變形物體上的力，它與主動力相互約束，保證金

11、屬變形。鍛造時變形體與工具在接觸表面上的約束反力有正壓力和摩擦力。（1）正壓力 沿工具與變形體接觸面的法線方向，阻礙金屬流動的力，它的方向和接觸面垂直，并指向變形體。（2）摩擦力 沿工具和變形體接觸面的切線方向，阻礙金屬流動的力，它的方向與接觸面平行，并與金屬質點流動方向或變形趨勢相反。內力與應力（1）內力 當物體再外力作用下，并且物體的運動受到阻礙時，為了平衡外力面在物體內部產生的力叫內力。內力是金屬內部在外力作用下而引起變形時產生的一種抵抗力。外力去除，內力也隨著消失。此外，在鍛造過程中，如加熱不均勻，冷卻不均勻，再結晶不均勻，變形不均勻及組織轉變等都能產生內力。（2）應力 單位面積上的內

12、力稱為應力。=P/F 直接由外力作用引起的應力稱為基本應力。 附加應力 由于金屬組織、化學成分和溫度差等原因，使坯料變形不均勻而引起的應力稱為附加應力。殘余應力 在外力取消后，仍然留在坯料內部的附加應力稱為殘余應力。殘余應力能使已變形的工件發生扭曲變形和產生裂紋。第三節 金屬塑性變形的基本定律 剪應力定律 金屬塑性變形時，只有當其內部最大剪應力達到臨界值時，才能產生塑性變形。體積不變定律 由于金屬塑性變形過程中體積變化很小，通常假定金屬體積在變形前后相等。最小阻力定律 如果金屬在變形過程中其質點有可能向不同方向流動的話，則變形體各質點將向阻力最小的方向流動。 第四節 金屬的加工硬化和軟化過程

13、加工硬化 金屬在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，強度和硬度提高，而塑性、沖擊韌性則會降低，這種現象稱為加工硬化。加工硬化產生原因：由于塑性變形后，晶格發生歪扭，晶粒碎化，滑移阻力增加，所以，要進一步變形，就要增大變形力，依次下去，變形程度越大，強度越高，塑性越差，加工硬化越嚴重。加工硬化的危害：容易產生裂紋和發生脆性斷裂，使鍛件抗腐蝕性能降低。軟化過程 通過回復和再結晶過程消除加工硬化現象，稱為軟化過程。（1）回復：去應力退火過程，T回（0.250.3）T熔點 。不能完全消除加工硬化現象。黃銅的回復溫度一般在280300。（2）再結晶 當溫度升到一定值時，變形了晶粒便開始發生變化，通常在各

14、 被破碎晶界及晶格被歪扭的部位，由細小晶塊或破碎物重新形成結晶核心，接著重新成長為等軸的小晶粒。這些小晶粒不斷成長和擴大，逐漸取代已變形的晶粒，這一過程稱為再結晶。開始形成新晶粒，稱為起始再結晶或一次再結晶。溫度繼續升高，再結晶后的新晶粒，迅速相互吞并長大，此過程稱為聚合再結晶或二次再結晶。T再=（0.40.5）T熔點；黃銅的再結晶溫度一般在500600，保溫2小時左右。金屬中的合金成分越復雜，再結晶溫度就越高。第五節 金屬塑性變形的分類 熱變形 鍛造時再結晶得以充分進行的變形過程，成為熱變形或熱鍛。T0.7 T熔點；鉛黃銅T=720 不完全熱變形 鍛造時再結晶進行不充分的變形，稱為不完全熱變

15、形。T=（0.50.7）T熔點； 不完全冷變形（溫變形）有回復過程，但無再結晶過程的變形，稱為不完全冷變形。T=（0.30.5）T熔點 冷變形（具有完全硬化的變形）既無回復也無再結晶過程的變形，稱為冷變形。熔點；有時需要退火后再冷變形。第六節 鍛造成形件質量的定性分析 鍛造成形件的質量與鍛造成型工藝、熱處理工藝及原材料的質量有關。原材料及鍛造成形過程中的缺陷類型 1，原材料中的常見缺陷 （1）傷痕、折疊和結疤；（2）發裂；（3）白點；（4）夾雜和 蔬松；（5）縮孔殘余 變形過程中出現的缺陷 在鍛造成形過程中，由于加熱不當產生的缺陷主要有過熱、過燒、加熱裂紋、銅脆、脫碳、增碳等；由于鍛造工藝不當

16、產生的缺 mm深處，當超聲波清洗及電鍍后，這些雜質會脫落，而在表面形成空洞，俗稱為砂孔等缺陷。1，形成裂紋的力學分析 鍛造成形過程中，材料內部的應力除了由外力引起外，還有因變形不均勻而引起的附加應力，溫度不均勻而引起的溫度應力和組織轉變不同時產生的組織應力。當這些應力超過材料極限值時都會使材料發生破壞，而產生裂紋。（1）由外力直接引起的裂紋 如彎曲、校直、鐓粗、擴孔、扭轉等加工工序會產生裂紋。消除的方法：提高工模具表面的光潔度，采用合適的潤滑劑來減少工件與工具間的摩擦力或采用軟墊先變形而產生強烈的經向流動，使變形盡可能均勻。（2）由附加應力及殘余應力引起的裂紋 當附加應力及殘余應力超過材料強度

17、極限值時，便會產生裂紋。如：擠壓棒材時，由于受到?？谀Σ磷枇τ绊?，表層金屬流動得慢，心部金屬流動得快，由于金屬坯料是一體，流動快得心部坯料必然會拉動流動慢得外表層，這樣外表層金屬受拉，心部金屬受壓，在表層就容易引起橫裂。（3）由溫度應力及組織應力引起的裂紋 當加熱或冷卻時由于坯料內部溫度部均勻造成熱脹或冷縮不均勻而引起的內部應力稱為溫度應力或熱應力。2，形成裂紋的組織分析 鍛造成形中的裂紋一般產生于晶界或相界處。（1）材料中由冶金和組織缺陷處應力集中而產生裂紋。在原材料的缺陷處，如縮孔、殘余縮孔、疏松、夾雜物等的尖角處，特別是第二相的尖角處容易產生微觀裂紋，進而發展成宏觀裂紋。（2）第二相及夾

18、雜物本身的強度低和塑性低而產生裂紋。（3）第二相及非金屬夾雜與基體之間在力學性能和理化性能上有差異而產生裂紋。鍛件中防止產生裂紋的原則措施（1）提高原材料的質量。表面質量：表面光滑，無傷痕、發裂、疏松等缺陷，表面粗糙度3.2以上的擠壓棒為佳；內部質量：成分符合標準，晶粒均細，無氣孔、雜質、內部裂紋等缺陷。二相分配合理（8：2）（2）選擇和控制合適的變形溫度及變形速度（3）增加三向壓力（加大設備噸位、采用閉模、增加阻溝槽、排氣孔、預鍛加終鍛等）（4）采用中間退火，以消除變形過程中產生的硬化、變形不均勻、殘余應力等 鍛件中的折疊（夾層、重疊等）折疊是在金屬變形流動過程中已氧化過的表面金屬匯合在一起

19、而形成的。1，折疊特征（1）折疊與其周圍金屬流線方向一致。（2）折疊尾部一般呈小圓角或雞爪形。（3）折疊兩側有較重的脫碳或氧化現象。2，折疊的類型及形成過程（1）由兩股（或多股）金屬對流匯合而形成的折疊。（2）由一股金屬的急速大量流動將臨近部分的表層金屬帶著流動，兩者匯合而形成折疊。（3）由于變形金屬發生彎曲、回流而形成折疊。（4）部分金屬局部變形，被壓入另一部分金屬內而形成折疊。3，預防原則措施（1）選擇合適的模具R角和脫模斜度。（2）選擇合適的變形量。（3）復雜工件要采取預鍛或選擇合適的流線方向。第二章第二章 下料與加熱規范下料與加熱規范一，算料和下料一，算料和下料 算料的基本公式:鍛造前

20、的坯料體積和鍛造后的體積基本相等.根據鍛件毛坯圖計算出毛坯及預留飛邊的體積，再根據材料比重計算出鍛件質量（重量）。銅合金鍛造中常以銅料質量來控制下料:G=V G-質量;-材料密度;V-材料體積 Hpb59-1 經驗公式:N是質量(g);D是直徑(mm);L是長度(mm);規格/mmg/1mm規格/mmg/1mm規格/mmg/1mm151.5295.614312.365161.71306.014412.95171.93316.4254513.52182.16326.844614.13192.41337.284714.73202.67347.724815.33212.94358.184916.01

21、223.23368.655016.69233.53379.155218.05243.85389.645419.47254.173910.045620.94264.514010.685822.46274.874111.236024.03285.234211.78表表1-3 黃銅棒重量換算表黃銅棒重量換算表 下料的方法 銅棒下料最常用的辦法有剪切和鋸切。剪切因設備投資較大且場地要寬大。鋸切設備投資較小，有手動機和自動機。簡易手動下料機價值在2000元左右；簡易自動下料機價值在10000元左右。規模不大時，采用簡易手動機，每人每班5000件左右；而規模較大，每日產能3萬件以上時，宜采用自動下料機，以

22、減少人力成本的支出，每臺班產5000件左右，一人可同時操作46臺自動機。鋸片常用規格：180*32*2*90；170*32*1.5*72；150*32*1.2*72；120*27*1.0*72；100*27*0.8*72；80*27*0.6*72等 鋸片與銅棒規格的選擇關系見表1-4 材料直徑/mm 鋸片厚度/mm材料直徑/mm鋸片厚度/開料的操作規范：開料的操作規范：頁 版 本 目 錄 頁 次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 頁版本 A/0 批準批準 審核審核 編制編制 馮建明 制 修 訂 記 錄 文件版本 制修日期 制修訂頁次 制 修 訂 摘 要 A 20

23、06.8.30 2 .作業規范鍛造開料操作指導書二，加熱及加熱規范二，加熱及加熱規范 加熱的目的和要求1，加熱的目的 提高金屬的塑性，降低金屬的變形抗力，既增加金屬的可鍛性，使金屬易于流動成形，并使鍛件獲得良好鍛后組織和力學性能。2，加熱的要求（1）在金屬材料所允許的導熱性和內應力的條件下，以最快的速度加熱到預定的溫度，提高效率，節約能源。（2）盡可能減少加熱金屬吸收有害氣體，如氧、氫、氮等氣體，減少氧化等缺陷，提高加熱質量。（3）在低溫加熱階段，要防止因加熱不當引起的材料裂紋等，（4）準確實施給定的加熱規范，防止產生過熱、過燒等現象。金屬坯料的加熱方法 一般分為火焰加熱和電加熱兩種1，火焰加

24、熱，火焰加熱 火焰加熱是把燃料（煤、焦碳、重油、柴油、煤油、煤氣、天然氣）在加熱爐內燃燒，通過所形成的燃燒產物，以對流或輻射的方式把熱量傳遞坯料表面，再由坯料表面向中心傳導，使坯料加熱到所需要的溫度。在普通高溫鍛造爐中，輻射傳熱量可占到總傳熱量的90%以上，通過火焰加熱的裝置稱為火焰爐?；鹧婕訜岬膭趧訔l件差，爐內氣氛、爐溫、及加熱質量較難控制。2，電加熱，電加熱 電加熱是通過電能轉變為熱能來加熱金屬坯料，電加熱具有加熱速度快、爐溫控制準確、加熱質量好、工件氧化少、勞動條件好、易于實現自動化操作等優點。主要用于精鍛和有色金屬鍛造。電加熱設備有電阻爐、感應加熱爐及接觸電加熱裝置等。3，感應加熱的原

25、理及優缺點，感應加熱的原理及優缺點 在感應器通人交變電流產生的交變磁場作用下，置于交變磁在感應器通人交變電流產生的交變磁場作用下，置于交變磁場中的金屬坯料內部便產生交變電勢并形成交變渦流。由于金屬場中的金屬坯料內部便產生交變電勢并形成交變渦流。由于金屬坯料電阻引起的渦流發熱和磁滯損失發熱，使坯料得到加熱，由坯料電阻引起的渦流發熱和磁滯損失發熱，使坯料得到加熱，由于感應加熱時的趨膚效應，金屬坯料表層的電流密度大，中心電于感應加熱時的趨膚效應，金屬坯料表層的電流密度大，中心電流密度小。感應加熱時熱量主要產生于坯料表層，并向坯料心部流密度小。感應加熱時熱量主要產生于坯料表層，并向坯料心部進行傳導。進

26、行傳導。鍛造加熱時多采用中頻加熱。鍛造加熱時多采用中頻加熱。感應加熱速度非?？?，不用保護氣氛也可實現少氧化加熱感應加熱速度非?？?，不用保護氣氛也可實現少氧化加熱（燒損率一般在（燒損率一般在0.5%）。感應加熱規范穩定，便于機械化、自動）。感應加熱規范穩定，便于機械化、自動化操作，易裝在生產流水線上，大批量生產。但設備投資較大，化操作，易裝在生產流水線上，大批量生產。但設備投資較大，耗電量也較大，一種規格感應器所能加熱的坯料尺寸范圍較窄。耗電量也較大，一種規格感應器所能加熱的坯料尺寸范圍較窄。加熱溫度控制規范加熱溫度控制規范類別牌號始鍛溫度終鍛溫度類別牌號始鍛溫度 終鍛溫度H59750850650700Hpb59-1720780650W602N720780650CZ132（DZR）750-800700H62800850650700Hpb63-3850700H68830850700750HSn60-1800820650760H70850870700750HSn62-1750820650700H80870890700800HFe59-1-1730780650680H90900950700800HNi65-5850870650750黃銅黃銅銅合金加熱溫度控制范圍/