工艺技术-金属压力加工培训教材(ppt 114页)

金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 1 第三篇 金属压力加工 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 主要内容： 本篇重点： 1. 了解金属塑性成型的理论 基础； 2. 掌握 金属的塑性成型方法 及工艺 ； 3. 掌握 薄板冲压成形工艺， 包括各种成形模具结构、 基本工序和典形零件的工 艺制定 。 第 9章 金属压力加工基础 第 10章 常用的锻造方法 第 11章 板料冲压 第 12章 特种压力加工方法简介 * 2 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 3 概述概述 一、金属压力加工（ 塑性成形 或俗称 “打铁 ”） 金属在外力作用下产生 塑性变形 ，从而获得具有一定形 状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也 称为 压力加工 。 二、塑性成形的基本生产方式 5模锻 1轧制 2挤压 3拉拔 4自由锻造 6板料冲压 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 4 1轧制 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 5 轧制产品 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 6 2挤压 施加强大压力作用于模具，迫使放在模具内的金属坯 料产生定向塑性变形并从模孔中挤出，从而获得所需零件 或半成品的加工方法。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 7 挤压产品 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 8 3拉拔 将金属坯料从拉拨模的模孔中拉出而变形的加工方法 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 9 拉拔产品 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 10 4自由锻造 上砥铁 下砥铁 坯料 只用简单的通用性工具或在锻造设备的上、下砧间直接使 坯料变形而获得所需锻件的锻造方法。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 11 5模锻 利用 模具 使坯料变形而获得所需锻件的锻造方法。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 12 6板料冲压 利用 冲模 对金属板料施加压力，使其产生 分离 或 变形 获得 所需零件的工艺方法。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 13 4. 毛坯或零件的精度较高 三、塑性成形（压力加工）的特点 1力学性能高 1）组织致密； 2）晶粒细化； 3）压合铸造缺陷； 4）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节约材料 3生产率高 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 。 金属塑性成形加工一般是利用 压力机和模具 进行成形加工 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 第第 9章章 塑性成型的理论基础塑性成型的理论基础 9.1 金属塑性变形的实质 9.2 塑性变形对金属组织和性能的影响 9.3 金属的可锻性 重点内容： 1. 金属塑性成型的原理； 2. 纤维组织的形成及利用； 3. 金属可锻性及其影响因素。 主要内容 * 14 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 上次课内容的回顾 常用的压力加工生产方式： 自由锻、模锻、板料冲压、 轧制、挤压、 拉拔 * 15 型砂应具备的性能： 强度、透气性、耐火性、退让性 特种铸造 铸件壁厚的设计： （ 1） 铸件壁厚应均匀、避免厚大截面 1 铸件的结构圆角 2 避免锐角连接 3 厚壁与薄壁间的联接要逐步过渡 4 减缓筋、辐收缩的阻碍 （ 2）铸件壁的连接： 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 16 第一节 金属塑性变形的实质 1.单晶体的塑性变形 1）滑移： 单晶体承受 切应力 时， 晶体会发生弹性变形，当切应力的 数值超过某一临界值时，晶体内 的一部分相对 另一部分沿一定 的晶面（称滑移面）和晶向（称滑移方向） 发生相对 滑动 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 17 但实际金属的滑移是靠 位错 的移动来实现的。 实际晶体内部存在大量 缺陷 。其中，以 位错 对金属塑性变 形的影响最为明显。由于位错的存在，部分原子处于 不稳定 状 态。在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位的原子很 容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置上，形成 位错 运动 。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性变形。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 18 2）孪生： 晶体的一部分相对另一部分沿一定的晶面和晶向发生相对 转动 。 2. 多晶体的塑性变形 晶内变形 晶间变形 滑移 孪生 滑动 转动 多晶体塑性变形的实质： 晶粒内部发生滑移和孪生；同时晶 粒之间发生滑移和转动。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 19 第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 1. 金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化： 晶粒沿变形最大方向伸长； 晶格与晶粒均发生畸变； 晶粒间产生碎晶。 2. 加工硬化： 随着变形程度的增加， 其强度和硬度不断提高，塑性和韧性 不断下降。 有利 ：强化金属材料 不利 ：进一步的塑性变形带来困难 原因： 滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大 滑移阻力，使滑移难以进行。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 20 3. 回复 T回 = （ 0.250.3） T熔 (K ) 加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定状 态的倾向。对具有加工硬化现象的金属加热，使原子获得热态的倾向。对具有加工硬化现象的金属加热，使原子获得热 能，当加热温度能，当加热温度 T回回 (用用 K氏温标氏温标 )并使原子恢复正常排列，消除并使原子恢复正常排列，消除 晶格扭曲，使加工硬化现象得到晶格扭曲，使加工硬化现象得到 部分消除部分消除 。 经过回复处理能使冷变形后的金属在具备高强度的同时，经过回复处理能使冷变形后的金属在具备高强度的同时， 减少脆性，适当提高其塑性。减少脆性，适当提高其塑性。 注：开尔文温度（绝对温度） (T) 单位 :开尔文 (K) 换算关系 :T=t+273 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 21 对具有加工硬化现象的金属加热，使原子获得热能，当对具有加工硬化现象的金属加热，使原子获得热能，当 加热温度加热温度 T再再 (用用 K氏温标氏温标 )并使某些碎晶或杂质为核心构成新晶并使某些碎晶或杂质为核心构成新晶 粒，从而粒，从而 消除了全部加工硬化消除了全部加工硬化 现象。现象。 经过回复处理能使冷变形后的金属恢复良好的塑性。经过回复处理能使冷变形后的金属恢复良好的塑性。 4. 再结晶 T再 = 0.4 T熔 (K ) 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 22 金属的回复和再结晶示意图 5 . 冷变形及热变形 （ 1）冷变形： 在再结晶温度以下的变形； 冷变形后金属强度、硬度较高，低粗糙度值。但变形程度 不宜过大，否则易裂。 （ 2）热变形： 再结晶温度以上变形。 变形具有强化作用，再结晶具有强化消除作用。在热变形 时无加工硬化痕迹。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再结晶 ，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的 再结晶组织 。 2、同时铸锭中的气孔、缩松等 经热塑变形后被压实或焊合 在一起， 使金属 组织更加致密 ，其力学性能会有很大提高。 3、铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的 晶粒形状 和沿晶 界分布的 杂质形状 都发生了变形，它们将 沿着变形方向被拉长，呈 纤维形状 。这种结构叫 纤维组织 。 具有纤维组织的金属， 各个方向上的力学性能不相同 。顺纤维方 向的力学性能比横纤维方向的好。 金属压力加工大多属金属压力加工大多属 热变形热变形 ，具有再结晶组织，热加工后，具有再结晶组织，热加工后 组织性能变化：组织性能变化： 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 24 6 . 纤维组织 变形程度越大，纤维组织越明显。 压力加工中常用锻造比 y来表示变形程度。 拔长时锻造比 y拔 =A0/A 镦粗时锻造比 y镦 =H0/H 纤维组织很稳定，不能（难以）用热处理方法来消除。只有经 过锻压来改变其方向、形状。 铸锭热变形前后的组织 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 25 在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向于纤维方向在设计和制造零件时，应使最大正应力的方向于纤维方向 重合，最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量使纤维组织不重合，最大切应力的方向于纤维方向垂直。尽量使纤维组织不 被切断。被切断。 （ 1）在 平行 于纤维组织的方向上： 材料的 抗拉 强度提高 （ 2）在 垂直 于纤维组织的方向上： 材料的 抗剪 强度提高 螺栓的冷镦 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 26 第三节 金属的可锻性 一、可锻性 金属材料在压力加工时成形的难易程度。可锻性的优劣 是以金属的 塑性 和 变形抗力 来综合评定的。 1 . 可锻性的衡量指标 * 1）塑性： 2）变形抗力： 材料的塑性越好，其可锻性越好。 材料的变形抗力越小，其可锻性越好。 塑性 是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不 破坏其完整性的能力。 变形抗力 是指金属对变形的抵抗力。 2 . 影响可锻性的因素 金属的可锻性取决于 材料的性质 (内因 )和 加工条件 (外因 ) 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 27 1）金属的本质（内在因素） 化学成分： 纯金属的可锻性比合金好；有些元素可使可锻性纯金属的可锻性比合金好；有些元素可使可锻性 显著下降（如铬，钨，钒等）。钢的含碳量越低，可锻性越好显著下降（如铬，钨，钒等）。钢的含碳量越低，可锻性越好 。 组织状态： 纯金属 和 固溶体 具有良好的可锻性。 2）加工条件 （外在因素 ） 变形温度： T温 越高，材料的可锻性越好。 温度 原子的运动能力 容易滑移 塑性 变形抗力 可锻 性改善 . 过热： 超过一定温度，晶粒急剧长大，锻造性能 ， 机械性能 。已过热工件可通过锻造，控制冷却速度，热处 理，使晶粒细化。 过烧： 接近材料熔化温度，晶间的低熔点物质开始熔化，且晶界 上形成氧化层。金属失去锻造性能，一击便碎，无法挽回 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 28 始锻温度 ： 终锻温度 ： 过热、过烧 缺陷 加工硬化 45: 1200 800 变形速度 ：单位时间的变形程度。 加工硬化积累 塑性 ，变形抗力 ， 可锻性变差 变形热效应 塑性 ，变形抗力 ， 可锻性变好 变形速度 塑 性 、 变 形 抗 力 塑 性 变形抗力 变形速度对塑性及变形抗力的影响 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 29 应力状态： （ 1）三向应力中，）三向应力中， 压应力压应力 数目愈多，则数目愈多，则 塑性越好塑性越好 ； 拉应力拉应力 数目愈多，则数目愈多，则 塑性越差塑性越差 。 （ 2） 同号同号 应力状态下引起的变形抗力应力状态下引起的变形抗力 大于大于 异号异号 应力状态下应力状态下 引起的变形抗力。引起的变形抗力。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 30 第十章第十章 锻造锻造 第一节 锻造方法 金属塑性成型方法 主要分为 无模自由成型 (也称为自由锻 ) 和 模膛塑性成型 (也称为模锻 )。 只用简单的通用性工具或在锻造设备的上、下砧间直接使 坯料变形而获得所需锻件的锻造方法。 一、自由锻造 优点： 设备工具简单、通用性大，成本低，工艺灵活性，使 用范围广，特别适用于 单件、小批量生产 。 自由锻是大型件唯一 的锻造方法 。 缺点： 生产率低，劳动强度大，锻件精度差、表面粗糙、加 工余量大。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 31 自由锻分自由锻分为 手工自由锻 和 机器自由锻 两种，目前大 多采用机器锻造。 （ 1） 手工自由锻 ：使用 锻锤 （空气锤和蒸汽 -空气自由锻锤 ），依靠产生的 冲击力 使金属坯料变形，由于能力有限，只用来 锻造 中、小型 锻件。 （ 2） 机器自由锻 ：使用 液压机（ 水压机和油压机 ） ，依靠产 生的 静压力 使金属坯料变形。其中，水压机可产生很大作用力， 能锻造质量达 300t的锻件，是 重型 机械厂锻造生产的主要设备。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 32 1、自由锻的工序、自由锻的工序 基本工序 ：使金属坯料实现较大变形，达到或基本达到锻 件所需形状和尺寸的工序。主要包括： 镦粗、拔长、冲 孔 、弯曲、错移、扭转等。 辅助工序 ： 进行基本工序之前的预变形工序。如压钳口、 倒棱、压肩等。 精整工序 ： 在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位 置精度的工序。 如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 33 2、自由锻基本工序 （ 1）镦粗 定义： 使坯料高度减小，横截面积增大的锻造工序，若使材料 局部截面增大则为局部镦粗。 镦粗后坯料表面将成鼓形。 适用： 1）锻造高度小、截面大的饼块、盘套类的工件。 2）空心锻件冲孔前的端面平整。 3）增加杆类零件拔长时的锻造比。 注意： 为防止镦粗时产生弯曲，坯料的高径比为： 1. 5H0/D02.5 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 34 当镦粗时的 H0/D0 2.53时 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 35 （ 2） 拔长 定义： 使坯料横截面积减小，长度增加的锻造工序。适用锻造 轴类、杆类工件。 注意： 1）拔长的送进量应小于坯料宽度； 2）拔长矩形坯料时，要不断将坯料翻转 90，以免偏心与 弯曲； 3）将圆形断面坯料拔长为圆形断面锻件时，应先拔长为较 大截面的方坯，再拔长为小方坯，最后滚圆成圆棒； 4）为达到规定的锻造比和改变金属内部组织结构，锻制以 钢锭为坯料的锻件时，拔长经常与镦粗交替反复使用。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 36 芯轴芯轴 拔长 拔长套筒类的空心锻件时，要使用一定锥度 的芯棒，称为 芯轴拔长。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 37 （ 3）冲孔 定义： 使坯料具有通孔或盲孔的锻造工序。 注意： 1）主要用于带孔的饼块类锻件及长筒类锻件的成形； 2）孔径大于 400mm，采用空心冲子冲孔； 3）薄饼类锻件上的孔在垫环上进行单面冲孔； 4）孔径小于 25mm，不冲出； 5）圆环类锻件，冲孔后还应进行扩孔； 6）为了保证冲孔质量，应先将坯料镦粗并使端面平整， 常用方法：镦粗 冲孔； 镦粗 冲孔 扩孔。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 38 芯轴芯轴 扩孔 减小空心坯料的壁厚而增大其内、外径的锻 造工序，称为 芯轴扩孔。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 39 （ 4）弯曲 定义： 使坯料弯成规定外形的锻造工序。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 40 （ 5）错移 定义： 使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的锻造工序 ，用来锻造曲拐或曲轴、麻花钻等工件。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 41 2、自由锻件结构工艺性、自由锻件结构工艺性 （ 1） 尽量避免锥体和斜面结构 锻造工艺复杂 操作不方便 成形困难 降低设备的使用率 轴类锻件结构 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 42 （ 2）锻件应由简单的几何体组成（避免圆柱与圆柱面 相交 (相贯线） ) 杆类锻件结构 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 上次课内容的回顾 回复 温度高，消除格扭曲 ，消除部分加工硬化。 再结晶 温度到该金属熔点绝对温度的 0.4倍时，消除全部 加工硬化 。冷变形及热变形 再结晶温度（上、下） 具有纤维组织的金属， 各个方向上的力学性能不相同 。顺纤维 方向的力学性能比横纤维方向的好。尽量使纤维组织不被切断。 加工硬化： 强度和硬度上升而塑性下降的现象称为加工硬化 。 有利 ：强化金属材料 不利 ：进一步的塑性变形带来困难 原因： 滑移面附近的晶粒碎晶块，晶格扭曲畸变，增大 滑移阻力，使滑移难以进行。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 上次课内容的回顾 避免锥体和斜面结构 几何体间的交接处 不应形成空间曲线 常用的锻造方法 :自由锻和模锻 自由锻是大型件唯一的锻造方法。 自由锻基本工序 :镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切割等。 金属的可锻性 可锻性的优劣是以金属的 塑性 和 变形抗力 来综合评定的 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 45 （ 3）锻件设计应避免出现加强筋、凸台等异形结构 盘类锻件结构 (a) 工艺性差的结构 (b) 工艺性好的结构 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 46 （ 4）避免锻打横截面有急剧变化或形状复杂的锻件 , 可分段锻造，再用机械连接或焊接组成整体。 组合类锻件结构 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 47 3、锻件分类及基本工序方案 （ 1）盘类零件 锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔 （ 2）轴类零件 锻造工序：拔长（或镦粗及拔长），切肩和锻台阶 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 48 （ 3）筒类零件 锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔，在心轴上拔长 （ 4）环类零件 锻造工序：镦粗（或拔长及镦粗），冲孔，在心轴上扩孔 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 49 （ 5）曲轴类零件 锻造工序：拔长（或镦粗及拔长），错移，锻台阶，扭转 （ 6）弯曲类零件 锻造工序：拔长，弯曲 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 50 二、模锻 模锻 是利用 模具 使坯料变形而获得所需锻件的锻造方法。 特点： 1）生产率高； 2）锻件的尺寸精度和表面质量高； 3）材料利用率高； 4）可锻造形状较复杂的零件； 5）模具成本高、设备昂贵； 6）锻件不能任意大。一般不得超过 150kg。 固定模锻生产设备 蒸气 空气模锻锤 曲柄压力机 摩擦压力机 平锻机 模锻按使用设备的不同，可分为： 固定模锻 （ 锤上模锻、 压力机上模锻）和 胎模锻 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 51 蒸气 空气模锻锤 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 52 曲柄压力机 行程不能调节 不能拔长和滚挤； 每个变形工步在一次 行程中完成 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 53 摩擦压力机 螺杆与滑块非刚性连 接，承受偏心能力差； 滑块行程、打击能量 可自动调节。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 54 平锻机 电动机运动传到 6曲轴后， 一方面通过主滑块 8带动 10 凸模作纵向运动。同时， 通过凸轮 19带动侧滑块 17 ，经杠杆系统 16带动活动 凹模 14横向运动 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 55 1、锤上模锻 （ 1）锻模结构）锻模结构 锻模 模膛 飞边槽 桥部 仓部 形成锻件基本形状和尺寸的空腔。 容纳多余的金属。 增加金属流动的阻力，促使金属充满模膛。 锤上模锻所用的锻模飞边槽 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 56 单模膛锻模及其固定 1 下模 2 上模 3 锤头 4 模座 5 上模用楔 6 上模用键 7 下模用楔 8 下模用键 9 模座楔 10 砧座 A 坯料 B 变形 C 带飞边的锻件 D 切下的飞边 E 锻件 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 57 （ 2）模膛的分类）模膛的分类 模膛 模锻模膛 制坯模膛 预锻模膛 终锻模膛 拔长模膛 滚压模膛 弯曲模膛 切断模膛 1)预锻模膛预锻模膛 a、 预锻模膛的功用预锻模膛的功用 使坯料变形到使坯料变形到 接近接近 于锻件的形状和尺寸于锻件的形状和尺寸 , 减少减少 终锻变形终锻变形 量量 , 以保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹或其它缺陷以保证终锻时获得成形饱满、无折叠、裂纹或其它缺陷 的优质锻件。的优质锻件。 对于形状简单或批量不大的模锻件可不设置预锻模膛。对于形状简单或批量不大的模锻件可不设置预锻模膛。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 58 b、预锻模膛的、预锻模膛的 特征特征 预锻模膛 没有毛 ( 飞 )边槽 , 模锻斜度和圆角半径较 大 。 c、飞边槽的、飞边槽的 作用作用 容纳多余的金属 增加充型力 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 59 a、 终锻模膛的终锻模膛的 功用功用 用来完成锻件的用来完成锻件的 最终成形最终成形 。 b、终锻模膛的、终锻模膛的 特征特征 终锻模膛终锻模膛 有毛有毛 (飞飞 )边槽边槽 ,模锻斜度和圆角半径较模锻斜度和圆角半径较 小小 。 2)终锻模膛终锻模膛 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为 冲孔连皮 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 60 弯曲连杆锻造过程 弯曲连杆锻造过程 弯 曲 连 杆 模 锻 模 膛 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 61 2、胎模锻 在 自由锻 设备上，采用不与上、下砧相连接的活动模具生 产模锻件的方法。 胎模锻 一般采用一般采用 自由锻方法制坯自由锻方法制坯 ，然后，然后 在胎模中成型在胎模中成型 。 1）胎模锻与自由锻相比 , 胎模锻件具有 : 形状和尺寸靠模具来保证。 尺寸精度和表面质量高 , 加工余量小。 纤维分布合理 , 内部组织致密 , 锻件质量较高。 操作简便 , 生产率较高。 2.胎模锻与锤上模锻相比 , 胎模锻具有 : 生产工艺适应性较好 , 操作灵活。 胎模结构较简单 , 制造容易 , 制造周期短 , 成本较低。 不需要昂贵的设备 , 能用小设备锻制大锻件 , 适合中小批量 生产。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 62 1. 扣模 胎膜按其结构大致可分为 扣模 、 套模 及 合模 三种类型。 （ 1）用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产 长杆类非回 转体锻件 ； （ 2）为合模锻造进行制坯； （ 3）用扣模锻造时坯料不转动。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 63 2. 筒模 筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等 盘类锻件 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 64 3. 合模 合模由上模和下模组成，并有导向结构，可生产形状复杂 精度较高的 非回转体锻件 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 65 3、 模 锻件的结构工艺性 1）必须有一个合理的分模面。 分模面 应保证模锻件能从模腔中取出来应保证模锻件能从模腔中取出来 ； 分模面的选择应使 模膛浅而对称 ； 分模面的选择应使锻件上所加 敷料最少 ； 分模面应最好是 平直面 。 分模面的定义： 上下模锻在模锻件上的分界面。上下模锻在模锻件上的分界面。 分模面的选择原则： 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 66 必须有一个合理的分模面 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 67 2） 只对机件配合面进行机加工。 3） 一定要有模锻斜度和圆角。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 68 4）外形力求简单 , 平直和对称 ,避免零件截面间差别过大 ,例 如：薄壁、高筋、凸起等。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 69 5）在结构设计时应避免有深孔或多孔结构，只能设计余块， 锻后机械加工成形。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 70 6）简化模锻工艺 , 采用锻 焊组合工艺。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 71 第二节 锤上模锻 工艺规程的制定 制订锤上模锻工艺规程： （ 1）绘制锻件图： （ a）选择分模面 （ b）确定余量、公差和敷料 （ c）确定模锻斜度 （ d）确定圆角半径 （ 2）计算坯料的质量和尺寸 （ 3）模锻工序的选择 （ 4）制定修整工序 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 72 第二节 锻造工艺规程的制定 一、绘制锻件图 1）分模面的选择 分模面 应保证模锻件能从模腔中取出来应保证模锻件能从模腔中取出来 ； 分模面的选择应使 模膛深度小（利于金属填充和取件） ； 分模面的选择应使 模膛对称（易于发现错模） ； 分模面的选择应使锻件上所加 敷料最少 ； 分模面的选择原则： 分模面应最好是 平直面 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 73 2）确定加工余量、公差和敷料 加工余量： 14mm 公差： 0.33mm 1）加工余量 ：在零件加工表面上为机械加工而增加的尺寸 。 3）敷料 (余块 ) :为了简化 零件的形状和结构、便于锻 造而增加的一部分金属。 2）公差 ：锻件的实际尺寸与 名义尺寸之间所允许的偏差。 孔径小于 30mm时，一般 不直接锻出。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 74 3）设计模锻斜度 外壁斜度： 57 0 内壁斜度： 712 0 4）设计模锻圆角 内圆角： r = 1.512mm 外圆角： R=（ 23） r 锻件所有两平面的交 角处都应做成圆角，可以 易于充满模膛，避免尖角 处产生裂纹，减缓锻件外 尖角处的磨损。模膛越深 ，圆角半径越大。 为方便锻件脱模，锻件沿锤击方向应有一定的斜度。模膛 越深，斜度越大。内侧斜度比外侧稍大些。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 75 5）确定冲孔连皮 （ 1）孔径 d大于 25mm的通孔应锻出，但需留冲孔连皮 。（ 2） 当孔径 d=3080mm时，冲出连皮的厚度 s=48mm。 （ 3）孔径 d小于 25mm或孔深大于冲头直径 3倍时 ,只压出凹穴 。 模锻只能锻出盲孔， 不能锻出通孔。 具有通孔的锻件，不可能靠上、下模模膛的突起部分将冲 孔处的金属全部挤掉，故终锻后在锻件孔内总要留下一层薄 金属，称 冲孔连皮 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 76 上述各参数确定后，便可绘制 锻件图 。下图为齿 轮坯的模锻锻件图。双点划线为零件轮廓外形，分模 面选在锻件高度的中部。零件轮辐部分不加工，故不 留加工余量。图中内孔中部的两条水平直线为冲孔连 皮切除后的痕迹线。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 77 坯料质量 模锻件质量 +毛边质量 +氧化损失 坯料截面积 (0.6 1.0) 锻件最大部分截面积 二、计算坯料的质量和尺寸 三、模锻工序的选择 1）长轴类锻件的基本工步 : 拔长 ; 滚挤 ; 弯曲 ; 预锻 ; 终锻等。 2）饼块类锻件的基本工步 : 镦粗制坯 ( 拔长 ; 滚挤 ; 打扁 ) ; 终锻等。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 78 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 79 切边 校正冲孔 四、制订修整工序 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 80 第十一章第十一章 冲压冲压 板料冲压： 利用 冲模 对金属板料施加压力，使其产生 分离 或 变形 获得所需零件的工艺方法。 板料冲压一般是在冷态下进行的，所以又叫 冷冲压 。只有 当板厚超过 8 10mm时，才采用 热冲压 。 板料冲压具有下列特点： 便于实现自动化，生产率很高，操作简便。 节省原材料，节省能源消耗。 产品重量轻、强度高、刚性好。 产品尺寸稳定，互换性好，可以加工形状复杂的零件 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 81 2. 冲床： 板料冲压生产中的主要设备。板料冲压生产中的主要设备。 安装上模具用于冲裁、弯曲、拉深和成形等冲压工序安装上模具用于冲裁、弯曲、拉深和成形等冲压工序 。 1. 剪床： 把板料剪成一定宽度的条料，以供下一道冲把板料剪成一定宽度的条料，以供下一道冲 压工序用的压工序用的 下料设备。 1）斜刃剪 2）平刃剪 3）圆盘剪 1）开式冲床 2）闭式冲床 板料冲压的设备主要是板料冲压的设备主要是 剪床剪床 和和 冲床冲床 。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 82 第一节 分离工序 冲裁： 板料沿封闭轮廓分离的工序 分离工序： 使坯料的一部分相对另一部分产生分离的工序。 板料冲压的基本工序可分为 分离工序 和 变形工序 两大类。 一、冲裁 冲裁包括 落料 和 冲孔 两个具体工序。 成形工序：拉深、弯曲、胀形和翻边 分离工序：剪切、落料、冲孔和修整 落料 ：被分离的部分为 成品 ，而周边是 废料 ； 冲孔 ：被分离的部分为 废料 ，而周边是 成品 ; 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 83 相同： 1、模具结构； 2、坯料变形过程。 问题 ： 冲孔和落料有何异同？ 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 上次课内容的回顾 终锻模膛： 沿模膛四周有 飞边槽 ，用以 增加 金属从模膛中流出的 阻力 ， 促使金属充满模膛 ，同时 容纳多余的金属 。 终锻后在孔内留下一薄层金属，称为 冲孔连皮。 固定模锻 : 预锻模膛、终锻模膛、 制坯 模膛 模锻圆角半径 锻件上所有转角处都应做成圆角。一般内圆角半径应大于其外圆半径。 模锻斜度、加工余量、圆角、冲孔连皮 基本工序： 分离工序、 变形工序 分离工序： 如 落料、冲孔 、切断、精冲等 模锻只能锻出盲孔，不能锻出通孔。 * 84 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 85 1）冲裁的变形过程 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 冲裁件断面质量及其影响因素 塌角 (圆角带） a： 它是在冲裁过 程中刃口附近的材料被牵连拉入 变形（弯曲和拉伸）的结果。 光面（光亮带） b： 它是在塑性 变形过程中凸模（或凹模）挤压 切入材料，使其受到剪切应力 和 挤压应力 的作用而形成的。 毛面（断裂带） c： 它是由于刃口 处的微裂纹在拉应力 作用下不 断扩展断裂而形成的。 毛刺 d： 冲裁毛刺是在刃口附近 的侧面上材料出现微裂纹时形成 的。 v要提高冲裁件的质量，就要增 大光面的宽度，缩小塌角和毛刺 高度，并减少冲裁件翘曲。 * 86 冲裁件断面的质量主要与凸凹模间隙、刃口锋利程度有关，同时也受模 具结构、材料性能及板料厚度等因素影响。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 87 a (小） b （好） c （大） v 当间隙过小时，如（ 图 a）所示， 凸模刃口裂纹外错，冲裁件产生第 二次剪切，出现第二光亮带，塌角 、毛刺都有所减小， 工件质量较高 ，模具寿命下降。 v 当间隙过大时，如（ 图 c）所示， 凸模刃口裂纹内错，冲裁件产生第 二次拉裂，光亮带减小，塌角与毛 刺增大， 冲裁件质量下降，模具寿 命较高。 v 当间隙合适时，如（ 图 b）所示， 这时 光亮带 约占板厚的 1/2 1/3左 右，切断面的塌角和毛刺、断裂带 均很小。零件的尺寸几乎与模具一 致，完全可以满足使用要求。 凸凹模间隙对冲裁件质量的影响 冲裁间隙（ Z） Z = D d Z = （ 5%10% ） t （ t为板厚） 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 88 1）设计 落料模 时， 以以 凹模凹模 刃口尺寸作为基准，根据间隙的刃口尺寸作为基准，根据间隙的 大小确定凸模尺寸。（凹模尺寸等于大小确定凸模尺寸。（凹模尺寸等于 落料件 的尺寸）的尺寸） D凹 = d落 D凸 = D凹 Z 2）设计 冲孔 模 时， 以以 凸模凸模 刃口尺寸作为基准，根据间隙的刃口尺寸作为基准，根据间隙的 大小确定凹模尺寸。（凸模尺寸等于大小确定凹模尺寸。（凸模尺寸等于 冲孔件 的尺寸）的尺寸） D凸 = d孔 D凹 = D凸 + Z 落料落料 凹模凹模 尺寸应取尺寸应取 落料件 公差范围内的公差范围内的 最小最小 极限尺寸极限尺寸 冲孔冲孔 凸模凸模 尺寸应取尺寸应取 冲孔件 公差范围内的公差范围内的 最大最大 极限尺寸极限尺寸 凸凹模刃口尺寸的确定 在 冲裁件尺寸 的测量和使用中，都是以 光面的尺寸为基准 。 落料件 的光面 是 凹模刃口 挤切材料产生的 孔 的光面 是 凸模刃口 挤切材料产生的 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 89 冲裁件排冲裁件排 样要合理样要合理 排样： 冲裁件在条料、带料或板料上合理布置的方法。 排样合理可使废料最少，材料利用率高。 落料件的排样有两种类型：无搭边排样和有搭边排样。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 90 （ N） 精密冲裁 ：改变冲裁条件，以增大变形区的静水压作用，抑制 材料的断裂，使塑性剪切变形延续到剪切的全过程，在材料不 出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料的分离，从而得到断面光滑 而垂直的精密零件。 k 安全系数（ 1.3） L 冲裁件周边长度（ mm） t 坯料厚度（ mm） 坯料的抗剪强度（ N/mm2） 冲裁力计算 精密冲裁 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 91 第二节 变形工序 外缘 修整 内孔 修整 修整可提高其尺寸精度（ IT6-IT7 ），降低表面粗糙度（ Ra = 1.6-0.8 ）。 利用修正模沿冲裁件外 缘或内孔刮削一薄层金属， 切掉剪裂带和毛刺。 二、修整 使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被破坏的 工序 。 （拉深、弯曲、翻边、成形等） 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 92 1）拉深变形过程 1 . 拉深（拉延） 变形区在一拉一压的应力状态作用下， 使坯料在凸模的作用下压入凹模，获得空心 零件的冲压工序。 拉深过程及变形特点： 凸模和凹模有一定的圆角 ，其间隙一般稍大于板料厚度。拉深件的底部一 般不变形，厚度基本不变。直壁厚度有所减小。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 93 因直壁（ ABDC区）受轴向 拉应力 ，直壁的厚度有所减 小，而直壁与底部之间的过 渡圆角处减薄最严重，易开 裂 凹模外的环形区受 径向 拉应力 和切向 压应力， 因切向压 应力作用，法兰的 厚度有所增加，易 失稳起皱。 拉深过程中的变形和应力 在凸模作用下，位于凸模底部的板料（ ABO区）被拉入凸模 和凹模的间隙中，形成中空的筒底。筒底受径向和切向 拉应 力 ，这部分板料基本不变形，只起传力作用。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 94 2）拉深缺陷）拉深缺陷 拉裂（拉穿）： 当拉应力值超过材料的强度极限时，拉深件当拉应力值超过材料的强度极限时，拉深件 直壁与底部的过渡圆角处将被拉穿形成废品。直壁与底部的过渡圆角处将被拉穿形成废品。 起皱： 在凹模圆角处，切向压应力过大，板料过薄，易失稳在凹模圆角处，切向压应力过大，板料过薄，易失稳 产生起皱。产生起皱。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 95 3） 预防拉深缺陷采取的措施预防拉深缺陷采取的措施 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角； r凹 =10t r凸 =（ 0.61） r凹 凸凹模间隙要合理 Z =（ 1.11.2） t （ Z 单边间隙） 正确选择拉深系数（ m）多次拉深 拉深件直径 d与坯料直径 D的比值称为 拉深系数 ，用 m表 示，即 m = d/D。 它是衡量拉深变形程度的指标。它是衡量拉深变形程度的指标。 m越小，表明拉深件直越小，表明拉深件直 径越小，变形程度越大，坯料被拉入凹模越困难，易产生拉径越小，变形程度越大，坯料被拉入凹模越困难，易产生拉 穿废品。穿废品。 拉深系数不小于 0.5 0.8。坯料的塑性差取上限值，塑性 好取下限值。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 第一次拉深系数 m1 = d1/D 第二次拉深系数 m2 = d2/d1 第几次拉深系数 mn = dn/dn-1 总的拉深系数 m = m1m2mn 当当 m m2 m1 ，且超过 12次拉深后，应安排工序间的退 火处理。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 98 涂润滑油： 为了减少摩擦、降低拉深件壁部的拉应力和减小为了减少摩擦、降低拉深件壁部的拉应力和减小 模具的磨损，拉深时通常要加润滑剂或对坯料进行表面处理。模具的磨损，拉深时通常要加润滑剂或对坯料进行表面处理。 增加毛坯相对厚度（增加毛坯相对厚度（ /D）和拉深系数：）和拉深系数： 相对厚度越小或拉相对厚度越小或拉 深系数越小，越容易起皱。深系数越小，越容易起皱。 设置压边圈 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 99 2. 弯曲弯曲 将平直板料弯成一定角 度或圆弧的工序。 1）弯曲的变形特点 变形区域主要在圆角部位； 外层金属受拉应力，内层金属受压应力。 2）弯曲缺陷： 弯曲部位破裂 引起弯曲部位破裂的因素： 材料的强度偏低： 弯曲半径太小； 弯曲轴线与纤维方向不垂直； 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 100 3）防止弯曲件缺陷的方法）防止弯曲件缺陷的方法 合理选择弯曲半径 弯曲半径 r rmin=（ 0.251） t 如要 r 2t；若 H 2s， 则必须压槽，或增加弯曲边高度，然后加工去掉。 带孔件的弯曲：为防止孔变形， 孔的边缘距弯曲中心应有一 定的距离，孔的位置 L（ 1.52） t。 L过小时 ,可在弯曲线上冲 工艺孔，如对零件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 106 3）对拉深件的要求 拉深件的形状应力求简单、对称，并不宜太高； 拉深件的圆角半径应满足： rdt、 R 2t； 2. 改进结构可简化工艺及节省材料： 采用冲焊结构 金属工艺学 第三篇 金属塑性加工 * 107 在强度和刚度允许的条件下，应尽可能采用较薄的材料， 以减少金属的消耗。对局