锻造变形抗力计算

锻造实训题库及答案解析一、单项选择题1. 锻造过程中，金属材料的塑性变形主要发生在（）。

A. 初始阶段B. 中间阶段C. 终了阶段D. 全过程答案：B2. 锻造工艺中，为了提高金属的塑性，通常采用（）。

A. 降低温度B. 提高温度C. 保持室温D. 交替温度答案：B3. 在锻造过程中，金属材料的变形抗力随着温度的升高而（）。

A. 增加B. 减少C. 不变D. 先增加后减少答案：B4. 下列哪项不是锻造的基本工序之一？A. 镦粗B. 拔长C. 切割D. 冲孔答案：C5. 锻造过程中，金属材料的变形量通常用（）来表示。

A. 长度B. 宽度C. 厚度D. 真应变答案：D二、多项选择题6. 锻造工艺中，常用的加热设备包括（）。

A. 电炉B. 燃气炉C. 感应炉D. 空气炉答案：A, B, C7. 锻造中，金属材料的塑性变形可以通过（）来实现。

A. 压力B. 温度C. 速度D. 化学成分答案：A, B8. 锻造过程中，金属材料的变形抗力受哪些因素影响？A. 材料的化学成分B. 材料的初始温度C. 变形速度D. 变形程度答案：A, B, C, D三、判断题9. 锻造过程中，金属材料的塑性变形总是伴随着硬度的增加。

（）答案：正确10. 锻造过程中，金属材料的塑性变形可以通过增加变形速度来实现。

（）答案：错误四、简答题11. 简述锻造工艺中常见的几种锻造方法及其特点。

答案：锻造工艺中常见的锻造方法包括自由锻造、模锻、锤锻和压力机锻造。

自由锻造适用于形状简单的零件，操作灵活；模锻适用于形状复杂、精度要求高的零件，生产效率高；锤锻适用于中小批量生产，设备简单；压力机锻造适用于大批量生产，精度高，生产效率高。

五、计算题12. 若某金属材料在锻造过程中的真应变为2，求其变形量。

答案：真应变定义为ε = ln(Lf/Li)，其中Lf为最终长度，Li为初始长度。

当ε=2时，Lf = Li * e^2。

变形量为Lf - Li，即Li* (e^2 - 1)。

第二篇金属压力加工一.压力加工：利用金属在外力作用下产生的塑性变形来获得具有一定形状和力学性能的原材料，毛坯或零件的生产方法，叫压力加工二.加工途径：扎制、拉拔、挤压、冲压2-1-1金属塑性变形弹性变形的原因：金属所受外力<屈服强度塑性变形的原因：金属所受外力>屈服强度塑性变形的实质：晶体内部间产生了滑移的结果2-1-2金属塑性变形对金属组织性能的影响一.组织：1.晶粒沿最大变形方向伸长2.晶粒与晶格发生扭曲，产生内应力3.晶粒间产生碎晶二.性能：1.强度硬度增高，韧性塑性下降，叫冷变形硬化2.有回复性（回复温度=0.25-0.3熔点）3.强化金属材料的重要途径，利用金属的冷变形实现的三.金属变形中的冷变形与热变形冷变形：T<T(再结晶)热变形：T>T(再结晶)——热变形——细化晶粒，恢复塑性韧性三.纤维组织：铸铁在压力加工中，沿变形方向被拉长成纤维状的组织影响：1.纤维组织越明显，金属在纵向（平行纤维的方向）上，塑性与韧性提高，在横向上塑性下降2.纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关，变形程度越大，纤维程度月明显3.金属组织的纤维组织稳定性好，不可用热处理方法加以消除，但可用锻压的方法使金属重新变形，才能改变形状与方向2-1-3金属的可锻性1.概念：金属的可锻性是衡量材料经受压力加工时，获得优质制品难易程度的工艺性能，可锻性好，适合压力加工；反之，不适合压力加工，，可锻性常用金属塑性与变形抗力来综合衡量，其塑性越好，变形抗力就越小，可锻性就越好，反之则差。

2.可锻性取决于：A.化学成分，成分不同，可锻性不同，纯金属可锻性比合金好，碳钢含C量越底，可锻性越好，当钢中含能形成碳化物的元素多，则可锻性差B.金属组织：纯金属含固熔体（镍氏体或单一体）可锻性好，含碳化物则差。

铸态组织和粗晶结构不如晶粒细小又均匀的组织可锻性好。

3.加工条件： 1.变形温度：（T外在T结晶以上）2变形速度：3.在三个方向上的应力，其中压应力越多，金属塑性越好，拉应力越多则金属塑性越差同号应力状态下引起的变形拉力>异号应力产拉力2-2锻造概念：利用冲压力或压力使金属在抵御或锻造中变形从而获得所需形状或尺寸的零件，这类工艺方法叫锻造二.锻造方法：自由锻造——大件模锻——复杂件胎膜锻三.冲压1.热冲压：8mm—10mm2.冷冲压：6mm以下1。

鋁的鍛造熱力規範1．锻造温度范围确定铝合金的锻造温度范围主要依据的是塑性图、变形抗力图等。

图13至图15分别为LF21，LD5，LC4三种不同铝合金的塑性图。

图16为LD5合金的变形抗力图。

由图13至图15可看出，高塑性合金LF21在300～500℃温度范围内具有较高的塑性，且对变形速度不敏感，无论在锤上或压力机上锻造，极限变形程度均可达80%以上；对于中塑性合金LD5，其塑性温度范围为350～500℃。

变形速度虽不影响其塑性温度范围，但影响其塑性极限，在锤上变形时，它的极限变形程度为60%～65%，而在压力机上变形时，极限变形程度达到80%；低塑性合金LC4对变形速度更加敏感，在锤上变形的塑性温度范围是350～430℃，在压力机上的是350～450℃，在锤上锻造的极限变形程度是60%，在压力机上可以达到70%～80%。

图13 铝合金LF21的塑性图图14 铝合金LD5的塑性图图15 铝合金LC4的塑性图图16 LD5合金的应力-应变曲线应变速率：1－10-2s-1；2－1s-1; 3－10s-1;4－100s-1；5—200s-1对于高强度铝合金，因为它们的合金化程度高，生成的化合物相十分复杂，在坯料中心或显微组织的晶界上，往往偏析有低熔点共晶，故始锻温度必须保证低于共晶熔化温度，若稍有偏高，就很容易引起过烧。

例如超硬铝LC4，它的合金元素总含量为10.4%，约为LD2锻铝的5倍。

它的强化相主要是MgZn2和Al2CuMg化合物，Al与MgZn2形成低熔点共晶，其熔化温度是470℃，因此始锻温度较低，一般取为430℃。

另外，有些铝合金若始锻温度偏高，容易引起强度性能下降。

例如LD10合金，始锻温度高于470℃时，强度性能约下降24MPa；LF6合金始锻温度从360℃提高到420℃，强度性能下降15MPa。

这是由于再结晶晶粒长大的缘故。

图16 表示出了温度对变形抗力的明显作用，LD5合金的锻造温度从450℃下降到300℃时，其变形抗力（或所需压力）就增加1倍。

锻造基础1 锻造是一种借助工具或模具在冲击或压力作用下加工金属机械零件可零件毛坯的方法。

与其它加工方法相比，锻造加工生产率最高；锻造的形状、尺寸稳定性好，并有最佳的综合力学性能。

按使用工具和生产工艺的不同自由锻：一般是指借助简单工具，如锤、砧、摔子、冲子、垫铁等对铸锭或棒材进行镦粗、拔长、扩孔等方式生产毛坯。

锻造模锻：是指将坯料放入上下模块的型槽间，借助锻锤锤头、压力机滑块或液压机活动横梁向下的冲击或压力成形为锻件。

特种锻造：有些零件采用专用设备可以大幅度提高生产率，锻件的各种要求（如尺寸、形状、性能等）也可以得到很好的保证。

2材料准备：A 选择材料 B 按锻件大小切成一定长度的毛坯2.1 材料：钢锭和型材1）钢锭钢锭内部组织钢锭表层为细小等轴结晶区（亦称激冷区），向里为柱状结晶区，再往里为倾斜树枝状结晶区，心部为粗大等轴结晶区。

2）大型钢锭的主要缺陷：偏析、夹杂、气体、气泡、缩孔、疏松、裂纹和溅疤等。

3）型材：铸锭经过轧制、挤压或锻造加工后的坯料常见缺陷：划痕（划伤）、折叠、发裂（铸锭皮下气泡破裂）、结疤（溅疤轧制成薄膜而附于轧材表面）、碳化物偏析、白点、非金属夹杂流线、粗晶环2.2下料方法:剪切法、冷折法、锯切法、砂轮切割法、气割法和车削法等。

3 加热3.1加热目的提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可锻性，从而使金属易于流动成形，并使锻件获得良好的组织和力学性能。

3.2加热方法:按采用的热源不同分为燃料加热和电加热两大类。

1）燃料（火焰）加热：利用固体（煤、焦炭等）、液体（重油、柴油等）或气体（煤气、天然气等）燃料燃烧时所产生的热能对坯料进行加热。

燃料在燃料炉内燃烧产生高温炉气（火焰），通过炉气对流、炉围（炉墙和炉顶）辐射和炉底热传导等方式，使金属坯料得到热量而被加热。

在低温（650℃以下）炉中，金属加热主要依靠对流传热，在中温（650--1000℃）和高温（1000℃以上）炉中，金属加热则以辐射方式为主。

一、锻造基础知识1. 锻压是锻造和冲压的合称，是利用锻压机械的锤头、砧块、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成形加工方法。

2. 当温度超过300-400℃（钢的蓝脆区），达到700-800℃时，变形阻力将急剧减小，变形能也得到很大改善。

根据在不同的温度区域进行的锻造，针对锻件质量和锻造工艺要求的不同，可分为冷锻、温锻、热锻三个成型温度区域。

原本这种温度区域的划分并无严格的界限，一般地讲，在有再结晶的温度区域的锻造叫热锻，不加热在室温下的锻造叫冷锻。

3. 锻模寿命（热锻2-5千个，温锻1-2万个，冷锻2-5万个）4. 在低温锻造时，锻件的尺寸变化很小。

在700℃以下锻造，氧化皮形成少，而且表面无脱碳现象。

因此，只要变形能在成形能范围内，冷锻容易得到很好的尺寸精度和表面光洁度。

只要控制好温度和润滑冷却，700℃以下的温锻也可以获得很好的精度。

热锻时，由于变形能和变形阻力都很小，可以锻造形状复杂的大锻件。

要得到高尺寸精度的锻件，可在900-1000℃温度域内用热锻加工5. 坯料在冷锻时要产生变形和加工硬化，使锻模承受高的荷载，因此，需要使用高强度的锻模和采用防止磨损和粘结的硬质润滑膜处理方法6. 一般说来，铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。

此外，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。

7. 计算锻造难度系数:K=锻件体积/最大包容体积(矩形);若K>6,则锻件属于易锻产品,若K<3,则属于难锻产品.(当然具体情况具体对待).8. 根据坯料的移动方式，锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。

闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边，材料的利用率就高。

用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。

由于没有飞边，锻件的受力面积就减少，所需要的荷载也减少。

锻件变形抗力系数计算公式锻件是一种常见的金属加工工艺，通过将金属材料加热至一定温度后，施加压力使其产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的工件。

在锻件的加工过程中，变形抗力系数是一个重要的参数，它反映了金属材料在加工过程中的变形能力和抗变形能力。

本文将介绍锻件变形抗力系数的计算公式及其在工程实践中的应用。

锻件变形抗力系数的计算公式如下：K = (F/A) / (ε)。

其中，K为变形抗力系数，F为施加在金属材料上的变形力，A为金属材料的横截面积，ε为金属材料的塑性应变。

通过这个公式，我们可以计算出金属材料在变形过程中的抗力系数，从而评估其变形能力和抗变形能力。

在工程实践中，锻件变形抗力系数的计算对于确定合理的加工工艺参数和预测材料变形行为具有重要意义。

首先，通过计算变形抗力系数，可以确定所需的变形力大小，从而选择合适的锻件设备和工艺参数。

其次，通过变形抗力系数的计算，可以预测金属材料在加工过程中的变形行为，进而优化加工工艺，提高产品质量和生产效率。

除此之外，锻件变形抗力系数的计算还可以为材料的力学性能评价和材料选择提供参考。

通过比较不同材料的变形抗力系数，可以评估它们的塑性变形能力和抗变形能力，从而选择合适的材料用于特定的工程应用。

需要注意的是，锻件变形抗力系数的计算需要考虑多种因素，如材料的组织结构、温度、变形速率等。

因此，在实际应用中，需要综合考虑这些因素，结合实验数据和理论计算，得出准确的变形抗力系数值。

总之，锻件变形抗力系数的计算公式为工程实践提供了重要的理论基础和计算方法。

通过计算变形抗力系数，可以确定合理的加工工艺参数，预测材料的变形行为，评价材料的力学性能，从而为锻件加工提供科学的指导和支持。

希望本文的介绍能够对锻件加工工程技术人员有所帮助，促进锻件加工技术的进步和发展。

金属塑性变形抗力计算的意义及方法摘要：变形抗力作为材料的一种特性，反映了热变形过程中显微组织变化情况，因此，如果金属塑性变形中的变形抗力能够准确地测量出来，那么伴随变形过程的显微组织变化，就能够通过变形抗力的变化而预报出来。

从而能够在变形后不进行性能测试的情况下，预测工件的力学性能。

本文着重介绍金属塑性变形抗力及其计算的意义及方法。

关键词：塑性变形抗力；变形抗力；计算方法；意义金属材料的变形抗力是指金属在一定的变形条件下进行塑性变形时，在单位横截面积上抵抗此变形的能力。

变形抗力是表征金属和合金压力加工性能的一个基本量。

变形抗力的研究起步很早，由于实验条件有限，20世纪40年代以前属于研究的萌芽阶段，20世纪40年代以后随着热模拟技术的应用对变形抗力的研究才有了很大的进步。

1 变形抗力的测定方法简单应力状态下，应力状态在变形物体内均匀分布1.1 拉伸试验法：/pl P F ε= ()0ln /l l ε=1.2 压缩试验法：/pc P F ε= ()0ln /h h ε=1.3 扭转试验法： 圆柱体试样4032Mr d τπ=⋅ 空心管试样02M F d τ=平2 影响变形抗力的主要因素2.1金属的化学成分及组织对塑性变形抗力的影响2.1.1化学成分对塑性变形抗力的影响对于各种纯金属，原子间结合力大的，滑移阻力大，变形抗力也大。

同一种金属，纯度愈高，变形抗力愈小。

合金元素的存在及其在基体中存在的形式对变形抗力有显著影响。

原因：1）溶入固溶体，基体金属点阵畸变增加；2）形成化合物；3）形成第二相组织，使变形抗力增加。

2.1.2组织对塑性变形抗力的影响1）基体金属原子间结合力大，变形抗力大。

单相组织合金含量越高，S σ越大。

原因：晶格畸变。

单相组织变形抗力大于多相组织。

硬而脆第二相在基体相晶粒内呈颗粒状弥散质点均匀分布，则S σ高。

2）第二相越细、分布越均匀、数量越多，则S σ越高。

质点阻碍滑移。

3）晶粒直径越大，变形抗力越大。

进阶篇：3.8）锻造件设计本章⽬的：设计出符合锻造⼯艺的零件1.定义：锻造是⼀种利⽤锻压机械对⾦属坯料施加压⼒，使其产⽣塑性变形以获得具有⼀定机械性能、⼀定形状和尺⼨锻件的加⼯⽅法。

通过锻造能消除⾦属在冶炼过程中产⽣的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的⾦属流线，锻件的机械性能⼀般优于同样材料的铸件。

相关机械中负载⾼、⼯作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可⽤轧制的板材、型材或焊接件外，多采⽤锻件。

锻造⽣产也是机械制造⼯业中提供⽑坯的主要途径之⼀。

2.锻造⽣产的分类2.1 根据变形时的温度1）热锻指终锻温度⾼于再结晶温度的锻造过程。

变形过程中冷变形强化和再结晶同时存在，属于动态再结晶。

2）冷锻指室温下进⾏的体积塑性成形。

可以避免加热出现的缺陷，精度和表⾯质量⾼，强度和硬度⾼。

但变形抗⼒⼤，需⽤较⼤吨位设备，多次变形时需增加再结晶退⽕和其它辅助⼯序。

主要局限于低碳钢、有⾊⾦属及其合⾦的薄件及⼩件加⼯。

其成形⽅式有实⼼件正挤压、空⼼件正挤压、反挤压、复合挤压和镦粗。

冷轧丝杆、长丝杆的轧制、冷镦六⾓螺栓。

3）温锻：温锻的⾦属变形温度是在再结晶温度以下和室温以上的温度范围内，温锻是⼀种少⽆切屑塑性成形⼯艺。

4）等温锻指模具和坯料要保持在相同的恒定温度下，为了实现这个要求，模具必须带加热和保温装置。

钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采⽤800℃作为划分线，⾼于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻，在室温下进⾏锻造的称为冷锻。

⽤于⼤多数⾏业的锻件都是热锻，温锻和冷锻主要⽤于汽车、通⽤机械等零件的锻造，温锻和冷锻可以有效的节材2.2 成型机理根据成形机理，锻造可分为⾃由锻、模锻、碾环、特殊锻造。

1）⾃由锻。

指⽤简单的通⽤性⼯具，或在锻造设备的上、下砧铁之间直接对坯料施加外⼒,使坯料产⽣变形⽽获得所需的⼏何形状及内部质量的锻件的加⼯⽅法。

采⽤⾃由锻⽅法⽣产的锻件称为⾃由锻件。

TC11材料锻件常见问题分析发表时间：2018-12-26T16:38:31.120Z 来源：《防护工程》2018年第29期作者：丁明明[导读] 钛合金较其他金属结构材料相比，具有三个显著的优点：比强度高、中温性能好和耐腐蚀。

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司黑龙江省哈尔滨市 150066摘要：钛合金较其他金属结构材料相比，具有三个显著的优点：比强度高、中温性能好和耐腐蚀。

在室温下，钛合金的比拉伸强度为高强钢的1.26倍，为高强铝合金的1.38倍。

在400~550℃的温度范围内，钛合金的比持久强度，比蠕变强度和比疲劳强度，都明显地优于耐热不锈钢。

具有良好的应用前景。

关键词：钛合金锻造 TC111.钛合金锻造特点1.1变形抗力高在锻造温度下钛合金的变形抗力比钢高。

同时，钛合金的变形抗力随温度降低而升高的速度比钢要快得多。

在模锻钛合金时，即使锻件温度有少许降低，也将导致变形抗力大大增加。

同时变形速度对钛合金的变形抗力影响较大，在锤上变形时的单位压力，比在压力机上变形时的单位压力要高出数倍。

应加强毛坯的防护润滑和模具润滑，尽量减少摩擦，以减少设备吨位。

1.2导热性差钛合金的导热性比钢、铝等金属差。

因此，锻坯出炉后表面冷却快。

如操作慢，就会造成较大的内外温度差。

这往往导致锻造过程中产生开裂现象和加剧坯料内外变形程度分布的不均匀性。

变形的不均匀性又必然导致锻件组织和力学性能的不均匀性。

金属温度的下降也会急剧增加变形抗力而使成形困难，甚至损坏锻造设备[3]。

1.3锻造温度范围窄两相钛合金通常在两相区进行锻造，其锻造温度范围窄（约为碳钢的1/3）。

需要在锻造中增加锻造火次，并要求工人操作熟练、反映灵敏，在每个环节都尽量争取时间。

此外，所有操作工具和模具都要严格预热。

此外，采用玻璃防护润滑剂润滑也能起到很好的隔热作用[4]。

1.4粘性大、易粘模钛合金的流动性差，但钛合金化学性质活泼、粘性大，在高温激烈变形时，金属激烈流动产生的新鲜表面容易粘在模具上，造成锻件和模具同时报废，模锻时必须加强润滑，在毛坯表面涂覆玻璃防护润滑剂，即起润滑的作用，又避免变形产生的新鲜表面与模具直接接触。

锻造变形抗力计算
一、镦粗：
变形抗力公式：P=m*ω*σb*F——公式（1）
公式（1）中：1) m=(1+ μ/3*D/h)
——μ：摩擦系数，热变形时:μ=0.3~0.5；
——D：镦粗后的直径；
——h：镦粗后的高度；
图1 镦粗形状图
注：比值D/h越大，即毛坯镦得越扁，端面摩擦阻力的影响就越显著，单位变形抗力也就越大。

2)ω:变形速度对单位变形抗力影响的系数
设备下行速度10-25cm/s时，取1.2~1.6;
设备下行速度25-75cm/s时，取1.6~2.0.
3)σb:变形温度下材料的强度极限
始锻温度1000℃时，σb= 6 Kg/mm2；
4)F: 镦粗模与毛坯的接触面积F=πD2/4
二、反挤压：
变形抗力公式：P=m*ω*σb*F——公式（2）
公式（2）中：1) m=(1+ μ/3*d/h)（1+e4μL /（D-d））
——μ：摩擦系数，热变形时:μ=0.3~0.5；
——d：反挤压后的内径；
——D：反挤压后的外径；
——h：反挤压后的底高度；
——H：反挤压后的总高度；
——L=H-h，当H<d/2时，取L=d/2-h；
——e：自然对数，e=2.718.
图2 反挤压形状图
2)σb:变形温度下材料的强度极限
温度950℃时，σb= 7 Kg/mm2；
3)F: 镦粗模与毛坯的接触面积F=πd2/4
注：公式（2）中其余字母同公式（1）中的字母取值。

变形量和邵氏硬度计算受力
变形量和邵氏硬度计算受力的详细介绍取决于具体的工程或实验背景。

一般而言：
变形量（Strain）：
变形量是材料在受到外部力作用下发生形变的程度。

计算公式为：$\text{Strain} = \frac{\text{变形}}{\text{原始长度}}$。

常用的变形量包括拉伸变形、剪切变形等，具体应用取决于材料性质和实验类型。

邵氏硬度计算（Shore Hardness）：
邵氏硬度是一种常用于测量材料硬度的方法，通过在材料表面施加标准形状的压力头，然后测量压头的深度来计算硬度值。

具体计算公式取决于硬度计的型号（比如A、D型）。

一般表达为：$\text{硬度} = \frac{\text{压头的深度}}{\text{压头施加的力}}$。

在实际应用中，确保使用正确的公式和仪器型号，并了解被测试材料的性质和特点，以获得准确的变形量和硬度值。

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