固态成形原理讲义-锻造(2011.4)PPT资料.ppt
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附加应力必定是成对出现,在趋向伸长较多的区域受附加压应力,在趋向伸长较少的区域受附加拉应力。
变形不均匀引起的不良后果:
1)可能引起物体应力状态的改变;
2)可能导致物体的破坏;
3)造成物体的歪扭;
4)形成残余应力;
5)可能残留铸态组织或粗大晶粒;
6)使坯料轴心偏析区外移;
7)引起剪切变形和局部粗晶。
2锻造工步的成形原理锻造工步的成形原理2.1镦粗成形原理镦粗成形原理2.1.1平砧镦粗坯料在上下平砧间或镦粗平板间进行的镦粗称为平砧镦粗。
(1)圆形截面坯料镦粗特点区域区域II:
由于摩擦影响最大,该区变形十分困难,称为“难变形区”。
区域区域IIII:
该区受摩擦的影响较小,应力状态有利于变形,因此该区变形程度最大,称为“大变形区”。
区域区域IIIIII:
其变形程度介于区域I与区域II之间,称为“小变形区”。
难变形区大变形区小变形区镦粗较高坯料()时:
坯料更高()时:
矮坯料()镦粗时:
(2)环形件镦粗特点:
在有摩擦的条件下镦粗时,最小主应力3是轴向,最大主应力1是径向,中间主应力2是切向,切向的应力是均匀分布的,故切向金属无相对位移,金属在轴向缩短,径向伸长。
2.1.2垫环镦粗坯料在单个垫环上或在两个垫环间进行的镦粗称为垫环镦粗。
实质:
镦挤。
垫环镦粗时的金属流动情况:
金属朝两个方向流动:
分流面:
沿着径向流向四周,使锻件的外径增大沿着轴向流入环孔,增大锻件凸肩高度。
的坯料:
镦粗开始阶段:
分流面在环孔附近;
镦粗到某一高度:
分流面扩大到整个环孔范围;
坯料镦粗程度很大时:
分流面已经超出了环孔直径。
D0环孔斜度大小对金属流动的影响:
环孔无斜度时:
金属向环孔中流动,仅受孔壁摩擦阻力;
环孔有斜度时:
孔壁摩擦阻力以及孔壁的反作用力。
垂直分力的作用:
水平分力的作用:
图2-28垫环镦粗的锻件尺寸比例孔板间镦粗特点:
孔板间镦粗特点:
变形体分为三区:
A区相当于环形件镦粗;
B区相当于圆坯料在摔子里拔长;
C区相当于一般镦粗。
2.1.3局部镦粗坯料只是局部长度(端部或中间)进行镦粗。
可以锻造凸肩直径和高度较大的饼块锻件,也可锻造端部带有较大法兰的轴杆锻件。
金属流动特征:
2.1.4镦粗工序的质量缺陷及控制质量缺陷:
(1)低塑性坯料:
易在侧表面产生纵向或呈45方向的裂纹,上、下端常残留铸态组织等。
(2)高坯料:
由于失稳而弯曲,并可能发展成折叠等。
产生变形不均的原因:
措施:
1)使用润滑剂和预热工具2)采用凹形坯料镦粗图2-45凹形坯料镦粗时受力情况图2-46凹形坯料镦粗3)采用软金属垫镦粗图2-47-1采用软金属垫板镦粗时坯料变形过程4)采用铆镦、叠镦和套环内镦粗图2-47-2铆镦图2-48用擀铁成形后的毛坯叠镦:
图2-49叠镦套环内镦粗:
图2-50套环内镦粗2.22.2拔长成形原理拔长成形原理使坯料横截面减小而长度增加的成形工序。
特点:
拔长是增长类成形工序,但就每次压缩时变形区的应变情况看,属于压缩类应变。
它是连续地局部加载,是通过轴向正应变1的累积而达到最终增长的目的。
2.2.1矩形截面坯料的拔长特点:
(1)外端金属对变形区金属流动的影响相对送进量(进料比):
l/a较小时:
金属多沿轴向流动,轴向的变形程度l较大,横向的变形程度a较小;
随着l/a的不断增大:
l逐渐减小,a逐渐增大。
送进长度l与宽度a相等时,两个方向的金属流动量并不等,即沿轴向的金属流动量多于横向。
(2)变形区金属对外端的影响2.2.2圆截面坯料的拔长特点:
产生中心裂纹的原因产生中心裂纹的原因:
1)工具与金属接触,通过AB、BC面,沿着与其垂直的方向,将外力H传给坯料的其它部分,于是坯料中心部分便受到合力R的作用;
2)轴心部分金属变形很小,变形金属主要沿横向流动,并对轴心部分金属作用以附加拉应力。
附加拉应力和合力R的方向是一致的。
愈靠近轴心部分受到大拉应力愈大。
图2-6-6平砧压缩圆形试件时用光弹法测得应力分布a)=0;
b)=7.5%;
c)=29%;
d)30%措施:
1)在平砧下拔长时,先将圆截面坯料压成矩形截面,再将矩形截面坯料拔长到一定尺寸,然后再压成八边形,最后压成圆形,其主要变形阶段是矩形截面坯料的拔长。
2)在型砧内进行拔长,利用工具的侧面压力限制金属的横向流动,迫使金属沿轴向伸长。
12m图2-38拔长砧子形状及其对变形区分布的影响a)上下V型砧;
b)上平下V型砧;
c)上下平砧I-难变形区;
II-大变形区;
III-小变形区2.2.3空心件拔长(芯轴拔长)减小空心坯料外径(壁厚)而增加其长度的工序。
A区:
B区:
外端对A区金属切向流动的限制与空心件的相对壁厚(t/d)有关。
2.2.4拔长工序质量问题及措施
(1)矩形截面坯料的拔长裂纹形式:
图2-51矩形截面坯料拔长时产生的裂纹a)侧表面裂纹b)角裂c)对角线裂纹d)内部横向裂纹1)侧表面裂纹拔长时送进量和压下量过大造成的。
当送进量和压下量很大时,轴心部分变形大,于是侧表面沿轴向受拉应力作用,当拉应力足够大时,便可能引起开裂,主要措施是适当控制压下量。
2)上、下表面横向裂纹原因:
主要措施:
(1)改善润滑条件;
(2)加大锤砧转角处的圆角;
(3)沿砧面的前后方向作成一定的凸弧或斜度,以利于表层金属沿轴向流动。
3)角裂原因:
4)对角线裂纹原因:
5)内部横向裂纹原因:
拔长大锭料时,如进料比很小,变形主要集中在上下表面层,锻件中心部分锻不透,轴心部分沿轴向受附加拉应力。
1)正确地选择送进量相对送进量l/h=0.50.8较为合适。
绝对送进量l=(0.40.8)B(B为砧宽)较为合适。
拔长操作时,应使前后各遍压缩时的进料位置相互错开。
图2-56拔长时前后两遍进料位置完全重叠时的变形分布图2-57拔长时前后两遍进料位置相互错开时的变形分布2)采用适当的操作方法和适合的工具表面折叠产生原因:
对策:
每次压缩后的锻件宽度与高度之比小于22.5,即(an/hn)0.4B当时,A0.5B对圆截面坯料,A0.3D。
倒角时的对角线裂纹:
(2)空心件拔长主要缺陷:
孔内壁裂纹(尤其是端部孔壁)和壁厚不均。
孔壁裂纹产生的原因:
芯轴拔长时金属的变形情况芯轴拔长时端部金属的变形情况为防止空心件拔长的缺陷,一般采取如下措施:
1)对于厚壁锻件(t/d0.5),采用上平砧和下V形型砧;
对于薄壁空心锻件(t/d05),上、下均采用V形型砧;
在锤上拔长厚壁锻件时,上下都可用平砧,但必须先锻成六方形再进行拔长,达到一定尺寸后再锻成圆形。
2)锻件两端部锻造终了的温度应比一般的终锻温度高100150;
锻造前芯轴应预热到150250。
3)为使锻件壁厚均匀和端部平整,坯料加热温度应当均匀,操作时每次转动的角度应致。
2.32.3冲孔成形原理冲孔成形原理采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序。
3.3.1开式冲孔AA区区:
直接受力区,处于三向受压的应力状态。
BB区:
区:
间接受力区,先呈弹性状态,然后进入塑性状态。
在弹性状态时径向受压,切向受拉。
内圈最易满足塑性条件,于是从内向外逐次进入塑性状态。
B区轴向变形:
(1)D/d较小,环壁较薄时:
较小,较大,应力顺序(按代数值)是、z、r,即1、2、3,且zr。
(2)D/d较大(D/d5),环壁较厚时:
较大,较第一种情况小,z1/2(r+)。
(3)D/d很大,环壁很厚时:
外侧的r和都是压应力,应力顺序是z、r即1、2、3。
2.3.2闭式冲孔(反挤)AA区:
属于环形金属包围下的镦粗,处于三向压应力状态和一向压缩两向伸长的应变状态。
凹模筒壁的作用,B区金属在径向和轴向都受压应力,轴向是最大主应力,切向是中间主应力,根据应力应变关系,轴向和切向是伸长应变,径向是压缩应变。
2.3.3冲孔工序质量问题及措施
(1)开式冲孔冲孔过程中的主要缺陷是“走样”、侧表面裂纹、内孔圆角处裂纹和孔冲偏等。
“走样”和裂纹等缺陷是与冲孔时的受力和变形情况有关的。
(2)闭式冲孔1)壁厚不均原因:
2)纵向裂纹3)横向裂纹2.42.4扩孔成形原理扩孔成形原理减少空心坯料壁厚而增加其内外径的锻造工序。
扩孔可分为两组:
第一组类似拔长的变形方式,属压缩类应变;
第二组类似胀形的变形方式,属伸长类应变。
2.4.1冲子扩孔受力特点:
受力特点:
坯料径向受压应力,切向受拉应力,轴向受力很小。
变形特点:
壁厚减薄,内外径扩大,高度有较小变化,属于伸长类应变。
坯料上端略有拉缩现象。
2.4.2芯轴扩孔特点:
马杠上扩孔时锻件尺寸的变化是壁厚减薄,内、外径扩大,宽度(高度)稍有增加。
芯轴扩孔1-扩孔砧子;
2-锻件;
3-芯轴(与杠);
4-支架图2-51芯轴扩孔时金属的变形流动2.4.3辗压扩孔(辗扩)特点:
工具旋转,变形连续,压下量较小,故具有表面变形的特征,辗轧扩孔的主要作用是轧环,而非扩孔。
2.4.4扩孔工序质量问题及措施
(1)冲子扩孔主要缺陷是裂纹和壁厚不均。
扩孔时坯料切向受拉应力,容易胀裂,故每次扩孔量不易太大。
壁厚不均原因:
(2)液压扩孔液压扩孔时的主要缺陷是锻件外形呈喇叭口畸形、胀裂和尺寸超差等。
(3)辗压扩孔辗压扩孔过程中的主要缺陷是尺寸超差和锻件端面内凹等。
2.52.5开式模锻成形原理开式模锻成形原理模锻特点:
毛坯在锻模型槽中被迫塑性流动成形,从而获得比自由锻质量高的锻件。
开式模锻特点:
(1)分模线垂直锤头打击方向;
(2)模膛中的金属体积逐渐减小(飞边模锻);
(3)金属利用率低。
闭式模锻特点:
(1)分模面平行锤头打击方向;
(2)模膛中的金属体积不变(无飞边模锻);
(3)金属利用率高。
开式模锻变形过程:
2.5.1开式模锻各阶段的应力应变分析
(1)第I阶段整体变形金属分为A、B两区。
A区为直接受力区,B区为间接受力区。
(2)第阶段金属也有两个流动的方向,金属一方面充填模腔,一方面由桥口处流出形成飞边,并逐渐减薄。
(3)第III阶段2.5.2开式模锻时影响金属成形的主要因素充填模膛特点:
1);
2)
(1)模膛(模锻件)的具体尺寸和形状1)变形金属与模壁的摩擦系数;
2)模壁斜度;
3)孔口圆角半径;
R很小时:
(a)消耗能量多,不易充满模膛;
(b)对某些件还可能产生折叠和切断金属纤维;
(c)模具此处温度升高较快,模锻时容易被压塌,使锻件卡在模膛内取不出来。
R较大:
增加消耗和机械加工量。
从保证锻件质量出发,孔口的圆角半径应适当地大一些。
4)模腔的宽度与深度;
5)模具温度
(2)飞边槽桥口部分的尺寸和飞边槽的位置I型飞边槽包括桥口和仓部。
桥口作用:
2)。
仓部作用:
桥口对金属流动的影响:
(3)终锻前坯料的具体形状和尺寸;
(4)坯料本身性质的不均匀情况;
(5)设备工作速
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