金属材料与热加工基础 教案 李蕾 第七章 锻压加工及应用.docx

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1、金属材料与热加工基础课程教案系（部）教研室课程代码学分课程性质必修（）专业选修（）公共选修（）授课专业授课班级任课教师职称考核方式金属材料S技加工及砒数案(章节备课)章次第七章锻压加工及应用课时安排总学时数：12理论教学时数：10实验教学时数：2学的球教目本章通过学习锻压加工的基础知识、锻造加工的基本方法，自由锻的工艺设计，板料冲压基本工序，使学生初步具有自由锻工艺设计的能力，具有合理选择毛坯或零件锻压加工方法的能力，能够分析锻件常见缺陷产生的原因。本章知识结构图示rr金属的塑性变形锻压加工基础知识受造流线与锻造比金属的锻造比铲自由锻的基本工序J自由锻造的应用自由锻工艺规程的制定-模锻的应用冲

2、压基本工序前J典型零件的冲压工序常见冲压方法及应用I、冲压件的结构工艺性生产中常见问题分析J加热常见缺陷自由锻常见缺陷模锻件常见缺陷章重点与难点重点：自由锻造、板料冲压的工艺及应用难点：自由锻造、板料冲压的工艺及应用教学方法手段1教法：(1)案例引导法(2)问题法(3)小组讨论法(4)实验法2 .学习法：(1)文献查阅法(2)分组合作学习法(3)自主学习法3 .教学手段：多媒体、热处理视频。主要参考资料金属材料与热加工基础备注金属材料S技加工及砒数案（课时备课）第1次课2学时第一节锻压加工基础知识次点点I工生重点：冷变形强化；加热对冷变形金属性能的影响；锻造流线及锻造比；难点：锻造流线及锻造比

3、学容进安教内与程案例导入锻压是利用外力的作用使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。它是锻造和冲压的总称,属于压力加工。常见的金属压力加工方法有锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等，如图7-2所示。金属锻压加工主要有以下特点：（1） 改善了金属内部组织，提高了金属的力学性能。（2） 节省金属材料。（3）具有较高的生产率提示：锻压加工不能加工脆性金属，如铸铁；不能加工形状特别复杂（尤其是具有复杂内腔）的零件或毛坯；不能加工体积特别大（设备吨位难以满足变形力需要）的零件或毛坯。备注：排一、金属的塑性变形1 .冷变形强化（加工硬化）随着金属冷变形程度的增加，

4、金属材料的强度和硬度都有所提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化。2 .加热对冷变形金属性能的影响（1）回复当加热温度不高时，原子扩散能力较低，显微组织变化不大，强度、硬度稍有下降，塑性略有提高，内应力显著下降，这种现象称为回复。利用回复现象进行低温退火，如冷拔弹簧钢丝绕制弹簧后常进行低温退火（也称定形处理），其实质就是利用回复保持冷拔钢丝的高强度，消除冷卷弹簧时产生的内应力，减少弹簧变形、开裂。(2)再结晶再结晶是在一定的温度范围内进行的，开始产生再结晶现象的最低温度称为再结晶温度。纯金属的再结晶温度为：T再%0.4T熔式中T熔一纯金属的熔点温度，单位为开氏(K)。(3)晶粒长大己形成

5、纤维组织的金属，通过再结晶一般都能得到细小而均匀的等轴晶粒。但是如果加热温度过高或加热时间过长，则晶粒会明显长大，成为粗晶粒组织，从而使金属的可锻性恶化。3.冷塑性变形与热塑性变形(冷加工与热加工)(1)冷变形在再结晶温度以下进行的变形称为冷变形，也称冷加工。如冷冲压、冷弯、冷挤、冷徽、冷轧和冷拔等，有加工硬化现象。(2)热变形在再结晶温度以上进行的变形称为热变形，也称热加工。如锻造、热挤和热轧等。提示：冷加工与热加工并不是以具体的加工温度的高低来区分的。鹤的最低再结晶温度约为1200,所以，鸨即使在稍低于12O(TC高温下的加工仍属于冷加工；而锡的最低再结晶温度约为-71C,锡即使在室温下加

6、工却仍属于热加工。二、锻造流线与锻造比1 .锻造流线(纤维组织)在设计和制造机械零件时，必须考虑锻造流线的合理分布，使零件工作时的正应力与流线方向一致，切应力与流线方向垂直，这样才能充分发挥材料的潜力。2 .锻造比在锻造生产中，金属的变形程度常以锻造比Y来表示，不同的锻造工序，锻造比的计算方法各不相同。即：拔长时，锻造比Y拔长=SOS=11O徽粗时，锻造比Y徽粗=SSo=HtH式中SO.10,HO一一坯料变形前的截面积、长度、高度；S、1、H一坯料变形后的截面积、长度、高度。结构钢钢锭的锻造比一般为24：其他类钢坏和轧材的锻造比一般为1I1.3。三、金属的锻造性能1 .化学成分的影响纯金属的可

7、锻性比合金的可锻性好。钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。2 .金属组织的影响纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而碳化物（如渗碳体）的可锻性差，铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好。3 .变形温度的影响在一定温度范围内，随着变形温度的升高，再结晶过程加速进行，变形抗力减少，金属的变形能力增加，从而改善了金属的可锻性。4 .变形速度的影响变形速度即为单位时间内金属的变形程度。四、小结及作业布置金属材料马拉加工及砒敖案（课时备课）第2次课2学时第二节自由锻造的应用次点点本重难重点：自由锻造

8、基本工序；自由锻造工艺规程制定难点：自由锻造工艺规程制定一、自由锻造的实质、特点及应用机器锻造是自由锻的主要方法。自由锻的主要特点是：(1)工艺灵活，工具简单，设备(锻锤或液压机)和工具的通用性强，成本低；(2)锻件重量几乎不受限制，可锻造十几克至数百吨的锻件；(3)锻件的形状和尺寸靠锻工的操作技术来保证，故尺寸精度低，加工余量大，生产率低，劳动强度大，适用于单件小批生产。备注：提示：自由锻是生产水轮发电机机轴、涡轮盘、船用柴油机曲轴、学容进安非教内与程排轧辐等重型锻件的唯一可行方法，在重型机械制造中占有重要地位。二、自由锻的基本工序自由锻是通过局部锻打逐步成形的，它的基本工序包括徽粗、拔长、

9、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转等。1徽粗徽粗时坯料原始高度与直径之比应小于等于2.5,否则会徽弯；徽粗时部分加热要均匀；锻打时坯料要不断转动以使其变形均匀。2 .拔长也称延伸，是指使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序，如图7-11所示。3 .冲孔冲孔是利用冲头在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序，常用于锻造齿轮坯、环套类等空心锻件。4 .弯曲弯曲是采用一定的工装模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，常用于锻造角尺、弯板、吊钩等轴线弯曲的零件。图7T4所示为锻锤压紧弯曲,图7-15所示为垫模弯曲。5 .切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序

10、，如图776所示，常用于切除锻件的料头、钢锭的冒口等。6 .错移错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离的锻造工序，如图7-17所示，常用于锻造曲轴类零件。7 .扭转扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法，如图7-18所示。三、自由锻工艺规程的制订工艺规程是组织生产过程、控制和检查产品质量的依据。自由锻工艺规程的制订包括绘制锻件图、计算坯料的质量和尺寸、确定锻造变形工序、选择锻造设备、确定锻造温度范围、冷却方式和热处理规范等内容。1 .绘制锻件图(1)工艺余块(2)机械加工余量锻件

11、上凡是需要切削加工的表面应留加工余量。加工余量大小与零件形状、尺寸、精度、表面粗糙度和生产批量等有关，具体数值可查阅有关手册。(3)锻件公差锻件基本尺寸是零件的基本尺寸加上加工余量，锻件公差是指规定的锻件基本尺寸的允许变动量。一般锻件公差为加工余量的1413,具体数值可查阅有关手册。2 .计算坯料的质量和尺寸(1)确定坯料质量自由锻所用坯料质量为锻件质量与锻造时各种消耗的质量之和，可由下式计算：m坯料=m锻件+m烧损+m料头(2)确定坯料的尺寸(3)选择锻造工序表7-2为自由锻的分类及锻造用工序。四、小结及作业布置金属材料S拉加工及砒敖素(课时备课)第3次课2学时第二节自由锻造的应用第三节模锻

12、的应用次点点本重难重点：自由锻造工艺规程制定；自由锻结构工艺性；锤上模锻难点：自由锻结构工艺性学容进安非教内与程林4 .选择锻造设备5 .确定锻造温度范围(1)加热的目的锻造加热的目的是提高金属的塑性和降低变形抗力，以改善其可锻性和获得良好的锻后组织(2)锻造温度范围锻造温度范围是由始锻温度到终锻温度之间的温度区间。1)始锻温度是开始锻造时坯料的温度，也是允许的最高加热温度。2)终锻温度是坯料经过锻造成形，在停止锻造时锻件的温度。6 .冷却方式及热处理(1)冷却方式(2)热处理7 .填写工艺卡锻造工艺卡上需填写工艺规程制定的所有内容：坯料尺寸、工序安排、火次、加热温度范围、锻造设备、锻件锻后处

13、理等,表7-4为凸肩齿轮自由锻的工艺卡四、自由锻结构工艺性1 .尽量避免锥面或斜面结构图7-22a所示锻件，具有锥体或斜面结构，锻造时需要专用工具，锻件成形较困难，工艺过程免杂，改成图图7-22b所示结构即可改善锻件的工艺性。2 .避免几何体的交接处形成空间曲线图7-23a所示的圆柱面与圆柱面相交，锻件成形十分困难，改成图7-23b所示的平面相交，消除空间曲线，使得锻造难度下降。3 .避免加强筋、凸台等非规则截面外形。具有加强筋板或表面有凸台结构的锻件，自由锻难以锻出，应采用无备注：筋板或无内凸台结构，如图7-24所示。第三节模锻的应用一、锤上模锻1 .锻模的结构（1）制坯模膛模锻比较复杂的锻

14、件时，为了便于成形，先使坯料初步变形所用的模膛称为制坯模膛。1）拔长模膛用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度；坯料送进并需不断翻转，如图7-26a所示。2）滚压模膛在坯料长度基本不变的前提下，减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积；操作时需不断翻转坯料，如图7-26b所示。3）弯曲模膛4）切割模膛（2）模锻模膛可分为预锻模膛和终锻模膛。1）预锻模膛为改善终锻时金属流动条件，使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸的模膛。预锻模膛有利于坯料最终成形，并减少终锻模膛磨损。2）终锻模膛模锻时最后形成用的模膛，其作用是使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺寸。2 .模锻工艺规程的制订模锻工艺规程包括绘制模锻件图、计算坏料尺寸、确定模锻工步及安排修正工序等。（1）绘制模锻件图1）分模面位置的选择2）确定加工余量和公差3）确定模锻斜度4）圆角的确定锻件上凸起和凹下的部位均应带有圆角，如图7-32所示。5）冲孔连皮模锻时不能直接锻出零件上的通孔。所锻成的盲孔内留有一定厚度的金属层，称为冲孔连皮。（2）计算毛坯质量（3）确定模锻工步模锻工步是根据锻件的形状和尺寸确定的，如表7-5所示为长轴类锻件工步选择示例。3.模锻件的结构工艺性（1）模锻零件应具有合理的分模面（2）模锻件尽量避免薄壁、高筋、凸起和深的凹陷