金属压力加工技术
主要内容：
一、金属塑性成形的概念 二、压力加工的基本生产方式 三、压力加工的特点
第一节 概述
一、金属塑性成形（压力加工）的概念
压力加工——金属材料在外力作用下产生塑性变
形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或 零件的生产方法。
• 利用外力使金属发生塑性变形，这是区别于其它工艺 方法的不同之处。
使金属坯料在回转轧辊的间隙中，靠摩擦力的作用， 得以连续进行轧辊而变形的加工方法，称为轧制。
轧制所用的坯料主要是钢锭。
在轧制过程中，金属坯料截面变小，长度增加，从 而获得各种形状的原材料。
• 在旋转的轧辊间改变钢锭，钢坯形状的 压力加工过程叫轧钢。
• 轧钢的目的与其他压力加工一样，一方 面是为了得到需要的形状，例如：钢板， 带钢，线材以及各种型钢等；另一方面 是为了改善钢的内部质量，我们常见的 汽车板、桥梁钢、锅炉钢、管线钢、螺 纹钢、钢筋、电工硅钢、镀锌板、镀锡 板，包括火车轮都是通过轧钢工艺加工 出来的。
• 因此，用于压力加工的金属材料必须具有良好的塑性。 • 大多数钢和有色金属及其合金都具有一定的塑性，可
以在不同温度下进行压力加工。 • 生铁和脆性有色金属不能进行压力加工。
二、压力加工的基本生产方式
1．轧制
2．挤压
4．自由锻造 5．模型锻造
1.轧制
3．拉拔 6．板料冲压 轧辊和金属坯料
间产生的摩擦力
位错：沿滑移面旧原子对破坏，新原子对形成，如 图3-2所示。
• 多晶体的塑性变形（晶内和晶间变形） • 晶内变形：外力作用下，某一晶粒的塑性变形。 • 晶间变形：晶粒之间的相互位移或转动。在外力作用
1.轧制
轧辊 坯料
轧制示意图
2.挤压
1—凸模 2—挤压筒 3—金属坯料 4—挤压模
3.拉拔
拉拔模
坯料
4.自由锻
上砥铁
坯料 下砥铁
5.模锻
6.板料冲压
• 压力加工的六种基本生产方式：轧制、挤压、 拉拔、自由锻、模锻和板料冲压。
• 其中轧制、挤压、拉拔主要用于生产金属型材、 板材、管材、线材等原材料。
三、压力加工的特点
（1）改善金属的组织、提高力学性能
金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提 高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树 枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可 使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金 属的力学性能。在零件设计时，若正确选用零件的受 力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。
（2）材料的利用率高
金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要 切除金属，因而材料利用率高。
（3）较高的生产率
塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形 加工的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦 工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效 提高约400倍以上。
（4）毛坯或零件的精度较高
应用先进的技术和设备，可实现少切削或无切削 加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不 经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精 密锻造后只需磨削便可达到所需精度。
• 自由锻和模锻用来制造机器零件或毛坯。
• 凡承受重载荷的机器零件，通常需采用锻件做 毛坯，再经过切削加工而成，如：机器的主轴、 连杆、重要齿轮、炮筒和枪管等。
• 板料冲压则广泛用于汽车制造、电器、仪表零 件及日用品工业等方面。
• 压力加工与铸造都是获得毛坯件的方法
• 但是压力加工与铸造方法相比，也有不 足之处，如：不能获得形状较为复杂的 零件。
轧辊
坯料
轧制示意图 槽钢和角钢
3
4
6
9
各种型钢示意图
1—圆钢；2—方钢；3— 扁钢；4—角钢；5—丁字 钢；6—工字钢；7—槽钢； 8—钢轨；9—Z字钢
二、压力加工的基本生产方式
2.挤压
• 将金属坯料放在模具内，用强大的压力，从一端的模 孔中挤出而变形的加工方法，称为挤压。
• 在挤压过程中，金属坯料的截面依照模孔的形状减小， 长度增加，从而获得各种形状复杂的等截面型材或零 件。适合于加工低碳钢、有色金属及其合金。
4.自由锻
将金属坯料放在抵铁间受冲击力或压力而变形的加 工方法，称为自由锻。
上抵铁
坯料
下抵铁
自由锻示意图
5.模锻
将金属坯料放在具有一定形状的锻模膛内，受冲击 力或压力而变形的加工方法，称为模锻。
下模 坯料
上模
模锻示意图
6.板料冲压
将板材放在冲模之间，使其受压产生切离或变形的 加工方法，称为板料冲压。
塑性变形
内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后，金 属的变形并不完全消失。如图3-1（c）（d）所示。
滑移面
在切向应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分， 沿着一定的晶面产生相对滑移，该面称为滑移面。
位错运动引起塑性变形
近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不 是整体的刚性运动而是以位错引起金属塑性变形。
第二节 金属的塑性变形
第二节 金属的塑性变形
• 金属的塑性变形，是压力加工的基础， 各种形状的锻件都是利用金属的塑性变 形来制造的。
• 因此，学习金属塑性变形的有关理论， 对改进锻造方法，提高锻件质量，降低 消耗都是十分必要的。
一、 金属塑性变形的实质
弹性变形
在外力作用下，材料内部产生应力，应力迫使原子 离开原来的平衡位置，改变了原子间的距离，使金 属发生变形。并引起原子位能的增高，但原子有返 回低位能的倾向。当外力停止作用后，应力消失， 变形也随之消失。如图3-1（b）所示。
1—凸模
2—挤压筒
3—金属坯料
4—挤压模
a正挤压b反挤压Fra bibliotek3.拉拔
将金属坯料通过模孔拉出而变形的加工方法， 称为拉拔。
拉拔主要用于制造各种细线材、薄壁管和各 种特殊几何形状的型材。
拉拔模
坯料
拉拔示意图
拉拔产品截面形状图
• 拉拔所获得的产品具有较高的精度与表 面光洁度，故亦常用于对轧制件（棒料、 管材）的再加工，以提高产品质量。低 碳钢和大多数有色金属及其合金都可以 经拉拔成形。
• 用途：承受冲击或交变应力的重要零件（如机 床主轴、齿轮、曲轴、连杆等），都应采用锻 件毛坯加工。所以压力加工在机械制造、军工、 航空、轻工、家用电器等行业得到广泛应用。 例如，飞机上的塑性成形零件的质量分数占 85%；汽车，拖拉机上的锻件质量分数约占 60%~80%。
• 缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特 别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大 的零件或毛坯。