第三章 塑性成形.ppt

第三章塑性成形及工艺控制,塑性成形（加工）：指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可在冷态或热态下进行塑性成形。,塑性成形加工的特点：优点：1）改善金属的组织，提高金属的力学性能；2）节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利用率和经济效益。材料利用率一般可达到60%70%，先进的可达到85%90%。3）具有较高的生产率。4）适应性广。,缺点：1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造；2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用高；4）生产现场劳动条件较差。,常用塑性成形加工方法有：1）自由锻造；2）模型锻造；3）挤压；4）拉拔；5）轧制；6）板料冲压。如图3-1所示。,塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高的重要零部件。,图3-1各种塑性成形方法,第1节塑性成形理论基础,3.1.1塑性成形基本规律,3.1.2金属的塑性成形性能,3.1.1塑性成形基本规律,塑性成形规律：就是塑性成形时金属质点流动的规律，即在给定条件下，变形体内将出现什么样的位移速度场和位移场，以确定物体形状、尺寸的变化及应变场。从而为选择变形工步和设计成形模具奠定基础。,1.体积不变定律金属塑性变形前后体积不变，实际中略有缩小；可计算各工序尺寸。,2.最小阻力定律塑性变形时金属质点首先向阻力最小方向移动。一般金属某质点移动时阻力最小方向是通过该质点向金属变形部分的周边所作的法线方向，如图3-15，图3-16所示。,图3-15不同截面的金属流动情况,a)圆形b)正方形c)长方形,图3-16金属镦粗变形,3.1.2金属的塑性成形性能,也可称为金属的可锻性。金属的可锻性是用来衡量金属材料在经受塑性成形加工时获得优质零件难易程度，是金属的工艺性能指标之一。常用金属的塑性和变形抗力两个因素来综合衡量。,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。,是指压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力，材料的变形抗力越小，其可锻性越好。,金属可锻性的影响因素：,1.金属本质的影响1）金属的化学成分：化学成分不同，塑性不同，可锻性不同。a）纯金属比合金的塑性好，变形抗力小，因此纯金属比合金的可锻性好；b）合金元素的含量越高，锻造性越差，因此低碳钢比高碳钢的可锻性好；相同碳含量的碳钢比合金钢的锻造性好，低合金钢比高合金钢的可锻性好；C）钢中含P、S、H杂质元素越多，可锻性越差。2）金属的组织状态：组织结构不同，可锻造性不同；单一固溶体组成的合金，塑性好，可锻性好；铸态柱状组织和粗晶结构不如细小均匀的晶粒结构；金属内部有缺陷也不一样。,1）变形温度：温度升高，塑性上升，降低变形抗力，易于锻造；但温度过高也会产生相应的缺陷，如氧化，脱碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。锻造温度范围指始锻温度与终锻温度间的温度范围，以合金状态图为依据。对始锻温度，原则是在不出现过热和过烧的前提下，尽量提高始锻温度。碳钢的始锻温度为AE线下2000C。终锻温度即停止锻造的温度，对于锻件质量有很大影响，终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大，降低锻件力学性能；太低，再结晶困难，冷变形强化现象严重，变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏设备和工具。碳钢锻造温度见图3-17b。,2.金属的变形条件,返回文档,图3-17b碳钢的锻造温度范围,表3-1常用金属材料的锻造温度范围,11,2）变形速度：(应变速率）指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。变形速度的影响较复杂：一方面变形速度增大，冷变形强化现象严重，变形抗力增大，可锻性变坏；另一方面变形速度很大时产生的热能使金属温度升高，提高塑性，降低变形抗力，可锻性变好。,3）变形时的应力状态：不同压力加工方法，金属内部的应力状态是不同的，如图所示。在金属塑性变形时，压应力数目越多，其塑性变形越好，因为压应力使滑移面紧密结合，防止产生裂纹；拉应力则使塑性变形降低，应为它使缺陷扩大，使滑移面分离。但压应力时变形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗力。,三向压应力塑性最好、变形抗力最大。,三向拉应力塑性最差、变形抗力最小。,第2节塑性成形方法,3.2.1锻造,3.2.1.1自由锻,自由锻指将金属坯料放在锻造设备的上下抵铁（砧块）之间，施加冲击力或压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方法。坯料在锻造过程中，除与上下抵铁或其它辅助工具接触的部分表面外，都是自由表面，变形不受限制，所用设备与工具通用性强。自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。,1.自由锻设备自由锻设备常用的有锻锤和压力机。1）空气锤：它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能量小，适用于小型锻件；其结构与原理如图所示。65750Kg2）蒸汽空气锤：利用蒸汽或压缩空气作为动力，构造及工作原理如图所示，适用于中小型锻件。630Kg5T3）水压机：以压力代替锤锻时的冲击力，适用于锻造大型锻件；5001500t。其原理和结构如图所示。,落下部分总重量=活塞+锤头+锤杆,工作液体产生的最大压力,锻锤吨位=,压力机吨位=,图3-20空气锤,图3-21双柱式蒸汽空气自由锻锤,1工作气缸2落下部分3机架4砧座5操作手柄6滑阀7进气管8滑阀气缸9活塞10锤杆11排气管,图3-22自由锻水压机本体结构,1工作缸2工作柱塞3上横梁4活动横梁5立柱6下横梁7回程缸8回程柱塞9回程横梁10拉杆11上砧12下砧,1）基本工序：改变坯料的形状和尺寸以使锻件基本成形的工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移等。最常用的是镦粗、拔长、冲孔。,2.自由锻工序根据作用与变形要求的不同，可分为基本工序、辅助工序和精整工序。,H,完全礅粗,局部礅粗,，S,1.25H0/D02.5,3.冲孔：,4.扩孔：,6.扭转：,7.错移：,1.礅粗：,2.拔长：,，S,L,芯轴扩孔,5.弯曲：,2）辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。3）精整工序：是为减少锻件表面缺陷而进行的后处理工序。如消除表面的不平和歪扭，修整鼓形、平整端面、校直弯曲。,3.自由锻的特点优点：1）自由锻使用工具简单，有很大的通用性，不需要造价昂贵的模具；2）可锻造各种重量的锻件（从不足1Kg到上百吨），对大型锻件，它是唯一方法3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属的流动阻力也小，故相同重量的锻件，自由锻比模锻所需的设备吨位小。缺点：1）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，金属材料消耗多；2）锻件形状比较简单，生产率低，劳动强度大。故自由锻只适用于单件或小批量生产。,3.2.1.2模锻（模型锻造）,模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力的作用下迫使坯料变形而获得锻件的一种加工方法。坯料变形时，金属的流动受到模膛的限制和引导，从而获得与模膛形状一致的锻件。,与自由锻相比，模锻的优点是：1）由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂；2）锻件内部的锻造流线比较完整，从而提高了零件的力学性能和使用寿命。3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工时；,4）生产率较高；5）操作简单，易于实现机械化；6）生产批量越大成本越低。,模锻的缺点：1）模锻是整体成形，摩擦阻力大，故模锻所需设备吨位大，设备费用高；2）锻模加工工艺复杂，制造周期长，费用高。故只适用于中小型锻件（150Kg）的成批或大批生产。如图所示为典型模锻件。,模锻广泛应用于国防工业和机械制造业，按质量计算模锻件在飞机上占85%，坦克占70%，汽车占80%，机车占60%。,图3-23典型模锻件,按使用设备不同，模锻可分为：锤上模锻、曲柄（热模锻）压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻等。,1.锤上模锻锤上模锻即在模锻锤上的模锻。模锻锤的构造如下图所示，锻模结构如下图所示，由带有燕尾的上模和下模组成。,锻模结构,锻模,模膛,飞边槽,形成锻件基本形状和尺寸的型腔。,容纳多余的金属。,返回文档,模锻锤,锤上锻模,1锤头2上模3飞边槽4下模5模垫6、7、10楔铁8分模面9模膛,图3-10盘类锻件的模锻过程,25,模膛根据其功能不同可分为制坯模膛和模锻模膛两大类：（1）制坯模膛。用于将形状复杂的模锻件初步锻成近似锻件的模膛。又可分为：1）拔长模膛。减少坯料某部分横截面积，增加该部分长度，如图3-25a所示。,a）开式b）闭式,图3-25a拔长模膛,2）滚压模膛。减少坯料某部的横截面积和增加另一部分的横截面积，起分配金属和光整表面的作用。如图3-25b所示。,a）开式b）闭式,图3-25b滚压模膛,3）弯曲模膛。使坯料弯曲的模膛，如图3-25-c所示。,4）切断模膛。是在上模与下模的角部形成的一对刀口，用来切断金属坯料。如图3-25d所示。,图3-25c弯曲模膛,图3-25d切断模膛,图3-26带冲孔连皮和飞边的模锻齿轮件,1飞边2分模面3冲孔连皮4锻件,弯曲连杆的锻模及成形过程示意图,弯曲连杆的锻模及成形过程示意图,视频锤上模锻,锤上模锻操作简便、工艺适应性广，在中、小锻件的生产中得到广泛的应用。但锤上模锻锻造时振动及噪声大、劳动条件差、蒸汽作功效率低、能源消耗大，近年来大吨位的模锻机有逐步被压力机取代的趋势。生产上常用的压力机有摩擦压力机、曲柄压力机、平锻压力机等。,2.曲柄压力机（热模锻压力机）上模锻,工作原理:曲柄压力机的工作原理如图3-24所示。电动机4通过V形皮带带动带轮3转动，带轮3通过传动轴经小齿轮6、大齿轮7带动曲轴9，并经连杆10将曲轴9的旋转运动变成滑块1的往复运动。冲模的上模固定在滑块上，从而完成对坯料的加压过程。,图3-24曲柄压力机工作原理示意图,1滑块；2制动器床身；3带轮；4电动机；5转轴；6小齿轮、7大齿轮；8离合器；9曲轴；10连杆；11工作台；12楔形垫块,曲柄压力机的吨位一般为2001200kN；与锤上模锻比，具有下述特点：优点：1）锻造力是压力，坯料的变形速度较低，可锻造较低塑性合金；2）锻造时滑块的行程不变，每个变形工步在一次行程中即可完成，便于实现机械化和自动化，具有很高生产率；3）滑块运动精度高，并有锻件顶出装置，使模锻斜度、加工余量、锻造公差减小，锻件精度比锤上模锻高。4）振动和噪声较小，劳动条件改善。,缺点：1）设备费用高，模具结构复杂；2）滑块行程和压力不能在锻造过程中调整，因此不能进行拔长、滚压等制坯。,3.摩擦压力机上模锻,摩擦压力机是将飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变形能进行锻造的，属锻锤类锻压设备。其结构与传动原理如图所示。摩擦压力机上模锻的特点如下：1）滑块运动速度低，可锻造低塑性合金钢和有色金属；2）承受偏心载荷能力差，仅适合单膛模锻；3）打击速度低，可采用组合模具，降低生产成本，缩短生产周期；,图3-26摩擦压力机工作原理示意图,1螺杆；2螺母；3飞轮；4左、右摩擦轮；5电动机；6皮带；7带轮；8滑块；9导轨；10工作台；11操纵手柄,4）滑块行程不固定，故工艺性广泛。,4.平锻机上模锻平锻机相当于卧式的曲柄压力机，它沿水平方向对坯料施加锻造压力。其结构和原理如图3-31所示。其特点是：,图3-25平锻机的工作原理示意图,1电动机；2传动带；3离合器；4带轮；5传动轴；6凸轮；7曲轴；8齿轮；9连杆；10小凸轮；11主滑块；12凸模；13挡料板；14固定凹模；15活动凹模；16杠杆17副滑块,其特点是：1）坯料都是棒料或管材，并且只进行局部（一端）加热和局部变形加工，因此可锻造立式锻压设备上不能锻造的某些长杆类锻件。平锻机上锻件如图3-32所示。2）锻模有两个分模面，锻件出模方便，可以锻出在其它设备上难以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的锻件。3）需配备对棒料局部加热的专用加热炉。4）是高效率、高质量、容易实现机械化的锻造方法，但设备结构复杂，价格贵，适用于大批量生产。,3.2.1.3胎模锻,胎模锻是在自由锻设备上使用简单的非固定模具（胎模）生产模锻件的一种工艺方法。胎模锻介于自由锻与模锻之间，汲取了两种锻造方法的优点。胎膜锻通常先在自由锻设备上制坯，然后将锻件放在胎模中用自由锻设备终锻成形，形状简单的锻件也可直接在胎模中成形。锻造时胎模置于自由锻设备的下砧上，用工具夹持住进行锻打。胎模锻适用于小型锻件的中小批量生产。,常用胎模的种类及用途,常用胎模的种类及用途,典型锻件的胎模锻锻造过程,图3-27为齿轮坯胎模锻的锻造过程。坯料（图3-27a）经自由锻镦粗成为中间坯料（图3-27b），图3-27c为将中间坯料放入套模中的情况，图3-27d为终锻结束时坯料成形的情况。,图3-27齿轮坯的胎模锻造,胎模锻的特点,(1)与自由锻相比，胎模锻不仅生产效率高，而且形状准确，加工余量小，尺寸精度高。锻件在胎模中成形，锻件内部组织细密，力学性能好。(2)与模锻相比，不需要昂贵的设备，胎模不仅制作简单、成本低，而且使用方便，能局部成形，可以用小胎模制造出较大的锻件。,但胎模锻锻件尺寸精度不如模锻件高，工人劳动强度大，胎模易于损坏，因此，胎模锻适用于中小型锻件的小批量生产，常用于没有模锻设备的中小型工厂。胎模锻见视频。,3.2.2板料冲压,板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。板料冲压又称薄板冲压或冷冲压。,1脚踏板2工作台3滑块4连杆5偏心套6制动器7偏心轴8离合器9皮带轮10电动机11床身12操作机构13垫板单柱式冲床工作原理图,3.2.2板料冲压,板料冲压的特点：,1）在常温下加工，金属板料必须具有足够的塑性和较低的变形抗力。2）金属板料经冷变形强化，获得一定的几何形状后，结构轻巧，强度和刚度较高。3）冲压件尺寸精度高，质量稳定，互换性好，一般不需机械加工即可作零件使用。4）冲压生产操作简单，生产率高，便于实现机械化和自动化。,5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。6）冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高，只适用于大批量生产。,冲压工艺广泛应用于汽车、飞机、农业机械、仪表电器、轻工和日用品等工业部门。,3.2.2.1板料冲压的基本工序,板料冲压的基本工序按变形性质可分为分离工序和变形工序两大类。,1.分离工序使坯料的一部分与另一部分分离的工序。主要有：,（1）冲孔和落料（冲裁）使坯料沿封闭轮廓分离的工序。两个工序的变形过程和模具结构是一样的，冲孔是在板料上冲出孔洞，而落料是得到与孔洞同样形状的板料。如图所示。,a)落料b)冲孔,落料与冲孔示意图,1）冲裁过程板料的冲裁过程如图所示。凸模与凹模具有与工件轮廓一样的刃口，凸、凹模之间存在一定的间隙。当压力机滑块将凸模推下时，将放在凸、凹模之间的板料冲裁成所需的工件。冲裁时板料的变形过程可分为三个阶段，如图所示。当凸模开始接触板料并下压时，板料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等变形弹性变形阶段；凸模继续下压，板料的应力达到屈服点，板料发生塑性变形塑性变形阶段；当板料应力达到抗剪强度时，板料在与凸、凹模刃口接触处产生裂纹，当上下裂纹相连时，板料便分成了两部分断裂分离阶段。,冲裁时板料的变形过程,板料的冲裁示意图,返回文档,冲裁过程,a)变形三阶段b)冲裁力的变化c)冲裁零件断面,2）凸凹模间隙（Z）。间隙对冲裁件质量、冲裁力大小和模具寿命影响很大。间隙合适，上下裂纹重合，断口表面平整，毛刺小，冲裁力小。间隙太小，上下裂纹不重合，断口中部出现撕裂，毛刺也会增大，还会加速模具模损，冲裁质量很快恶化；间隙太大，材料的拉伸变形增大，塌角、毛刺、剪裂带均增大，冲裁质量恶化。合理的冲裁间隙要求是：既能保证冲裁件质量，又能延长模具的寿命和降低冲裁力。,实际生产中，模具的间隙数值可通过查表获得。也可利用下式计算：Z=mSS材料的厚度，mmM与材料性能、厚度有关的系数（当S3mm时，低碳钢和纯铁m=0.060.09；铜和铝合金=0.060.10；高碳钢m=0.080.12,3）凹凸模刃口尺寸的确定。冲裁后，冲下件的尺寸和余料的相应尺寸是不同的，二者相差数值为模具间隙。故在设计冲孔模具时，应使凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，凹模刃口尺寸为孔的尺寸加间隙值；落料模具时，凹模刃口尺寸为成品尺寸，凸模刃口尺寸为成品尺寸减去相应间隙值。,落料：以凹模为设计基准,D凹=d落,D凸=D凹-Z,D凸=d孔,D凹=D凸+Z,冲孔：以凸模为设计基准,4）冲裁力计算。冲裁力是选用冲床吨位和检验模具强度的主要依据，平刃冲模的冲裁力可用下式计算：,冲裁力，单位为kN；冲裁件周边长度，单位为mm；板料剪切强度，单位为MPa；板料厚度，单位为mm；安全系数，与模具间隙、刃口、材料力学性能、厚度等有关，常取1.3。,式中,5）冲裁件的排样。排样指落料件在条料、带料或板料上进行合理布置的方法。如图为四种不同排样方法消耗材料的对比。排样可分为有搭边排样（沿冲裁件周边都有工艺余料，称为搭边）（如图3-36a、b、c)和无搭边排样（沿冲裁件周边没有工艺余料）（图3-36d）。,a)182.7mm2b)117mm2c)112.63mm2d)97.5mm2,不同排样方式材料消耗对比,（2）修整。利用修整模沿冲裁件的外缘或内孔，切去一薄层金属，以除去塌角、剪裂带和毛刺，提高尺寸精度和降低表面粗糙度。修整冲裁件的外形为外缘修整，修整内孔为内缘修整。如图所示。,（3）切断。指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。剪刃安装在剪床上，把大板料剪成条料或平板零件。,a)外缘修整b）内缘修整,修正工序简图,1-凸模2-凹模,（4）切口。将材料沿不封闭的曲线部分地分离开，其分离部分的材料发生弯曲的冲压方法。,2.变形工序,变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生相对位移而不破裂的工序。（1）拉深。是使平面板料变为开口的中空形状零件的冲压工序，又称拉延。拉深件种类很多，大体可分为旋转件、矩形件和复杂件，如图所示。对较深零件还可采用多次拉深法，如图所示。,返回文档,图3-38各种拉深件,返回文档,图3-39拉深工序图,1坯料2第一次拉深的产品（第二次拉深的坯料）3凸模4凹模5成品,1）拉深变形过程。拉深过程如图所示，板料在拉深过程中的变形过程和应力分布如图所示，在凸模压力作用下，处于凸模底部的板料被压入凹模，形成筒底，在拉深过程中基本不变形，受径向和切向拉应力；拉深零件的侧壁由底部以外的环形部分变形后形成，受轴向拉应力；尚未进入凹模的环形区存在径向拉应力和切向压应力。,拉深过程及变形和应力,1凸模2压边圈3板料4凹模,a）变形过程b）应力分布,由于上述应力的作用，拉深件的壁厚在不同的部位有减薄或增厚的变化，侧壁的上部增加最多，靠近底部的圆角部位附近，壁厚最小，也是拉深过程中最容易破裂的部分。底部和侧壁的拉应力应限制在不使材料发生塑性变形内，而环形区内的径向拉应力应达到或超过材料的屈服极限，任何部位的应力总和应小于强度极限。否则会造成拉穿缺陷。同时环状变形区的切向压力很大，易使板料出现皱折，应采取措施预防。,返回文档,视频7拉深工序,图3-34圆筒形工件拉深过程示意图,2）拉深系数与拉深次数。拉深系数，板料拉深时的变形程度，即拉深后的工件直径与板料直径或半成品直径之比。拉深系数越小，生产率越高，拉深应力越大。能保证拉深过程正常进行的最小拉深系数，称为极限拉深系数。它与材料的内部组织、力学性能、板料相对厚度、冲模的圆角半径、间隙值及润滑条件有关。对不能一次拉制成形的可多次拉深，拉深系数可取大些。,总拉深系数为每次拉深系数的乘积。从拉深系数的表达式中可以知道，拉深系数的数值小于1，拉深系数m愈小，拉深变形程度愈大，所需要的拉深次数愈少。通常每次拉深的拉深系数控制在0.50.8之间，而且m1m2m3mn-1mn。深冲件采用多次拉深工艺时，为了消除加工硬化现象，必要时需在两道拉深工序之间对冲压件采取中间再结晶退火处理，恢复材料的塑性，以利于进一步拉深，防止拉深件产生裂纹。,m=d/D=（0.5-0.8）,第一次拉深系数：m1=,以后每次拉深系数mn=,总拉深系数,3）拉深废品及缺陷。拉深过程中，环状变形区的切向压力很大，当毛坯不能顺利变形及沿高度方向伸长时，易使板料出现皱折，严重时导致坯料拉穿。如图3-41所示。,拉深件的起皱和拉裂,预防措施：1）拉深模具的工作部分，应加工成合理的圆角，2）控制凸模和凹模之间的间隙；3）合理的拉深系数；4）为减少由于摩擦引起的拉深件内应力的增加及减少模具磨损，应涂润滑剂。5）为防止皱折，通常用压边圈将工件压住，但压力应适中。,（2）弯曲,将平直板料弯成一定的角度或圆弧的工序。,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,弯裂,3）弯曲工艺特点,弯曲半径rrmin=（0.25-1）t；,弯曲线应尽量与坯料纤维方向垂直；,“回弹”问题,弯与纤维方向垂直,弯与纤维方向平行,（3）翻边。是使平板坯料上的孔或外圆获得内、外凸缘的变形工序。如图3-45所示。,图3-45翻边简图1坯料2翻边3凸模4凹模,视频翻边工序,（4）成形。利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。如压肋、收口、胀形等。如图所示为橡皮压肋和橡皮胀形。,a)压肋b)胀形,成形工序简图,视频压筋工序,视频胀型工序,视频收口工序,1.简单模（单工序模）在压力机的一次行程中只完成一道工序的模具，如图所示。模具结构简单，制造方便，适于小批量生产。,3.2.2.2冲模的分类与构造,简单模,1凸模2凹模3上模板4下模板5模柄6凸模压板7凹模压板8卸料9导板10定位销11导套12导柱,2.连续模连续模又称级进模，在冲床的一次行程中，在模具不同部位上同时完成数道冲压工序的模具，如图所示。连续模生产效率高、易于实现自动化，但定位精度要求高，制造成本高，适于大批量生产。,用导正销定距的冲孔落料连续模,3.复合模在压力机的一次行程中，在模具的同一位置完成一道以上工序的模具，如图所示的冲孔落料复合模。零件精度高、平整性及生产率高，但模具制造复杂成本高，适于大批量生产中小型零件。,冲孔落料复合模,3.2.3其他塑性加工方法,1.挤压成形挤压成形是使坯料在挤压力作用下，使模具内的金属坯料产生定向塑性变形，并通过模具上的孔型，而获得具有一定形状和尺寸的零件的加工方法。挤压的优点：1)提高了材料的变形能力。挤压时金属坯料在三向受压状态变形，因此可提高金属坯料的塑性；2)生产灵活性大。可挤各种形状复杂、深孔、薄壁、异性断面的零件；3)零件精度高、表面粗糙度低；4)挤压件内部的纤维组织提高了力学性能；5)生产率较高。,缺点：变形阻力大，需能量较大的设备，模具易磨损。,成形方式：根据成形时温度的不同可分为：1）热挤压：在挤压前，将金属坯料加热，使坯料在一般锻造温度范围内进行挤压。塑性好，变形抗力小，但对模具的耐热性能要求高，且零件尺寸精度较低，表面较粗糙。2）温挤压：将金属加热到一定温度（对钢材一般为8000C以下），再挤压。既利用其塑性好，变形抗力低；又可提高尺寸精度，减小表面粗糙度。,3）冷挤压：使金属在室温状态下挤压成形。变形抗力大，但零件尺寸精度高，表面粗糙度低。冷挤压成形所产生的加工硬化作用，提高零件的强度。适用于变形抗力较低，塑性较好的有色金属及其合金、低碳钢、低碳合金钢。,根据金属的流动方向和凸模运动方向，挤压分为正挤、反挤、复合挤压和径向挤压。另外，还有静液挤压等。,正挤压：,金属流动方向与凸模运动方向相同的挤压方式。,反挤压：,金属流动方向与凸模运动方向相反的挤压方式。,复合挤压：一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部分金属流向相反的挤压方式。,复合挤压,径向挤压,径向挤压：,金属流动方向与凸模运动方向成90角度的挤压方式。,静液挤压：,静液挤压主要利用液体对坯料施加压力，使金属坯料通过凹模成形。,一般，静液挤压时的挤压力较其他挤压方法小1050，这是因为静液挤压不存在摩擦力。,静液挤压适于低塑性材料（Be、Ta、Cr、Mo、W等）成形、常规材料的大变形量（不经中间退火）成形和复杂零件（螺旋齿轮、麻花钻等）的成形。,2.轧制成形轧制也叫压延，是金属坯料通过一对旋转轧辊之间的间隙而使坯料受挤压产生横截面减少、长度增加的塑性变形过程。它是生产型材、板材和管材的主要方法。生产效率高、产品质量好、成本低、节约金属。,热轧和冷轧（按轧制温度分类）,热轧是将材料加热到再结晶温度以上进行轧制，热轧变形抗力小，塑性较好或变形量大，生产效率高，适合轧制较大断面尺寸，塑性较差或变形量较大的材料。,冷轧是在室温下对材料进行轧制。与热轧相比，冷轧产品尺寸精度高，表面光洁，机械强度高。冷轧变形抗力大，适于轧制塑性好，尺寸小的线材、薄板材等。,现代化的连续轧制生产线,根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制可分为纵轧、横轧、斜轧和楔横轧。,轧制的主要工艺类型,横轧：轧辊轴线与坯料轴线方向平行。,斜轧：轧辊轴线与坯料轴线方向互成一定的角度。,在轧制过程中，金属棒料在轧辊间螺旋型槽里受到轧制，并被分离成单个的小球，轧辊每旋转一周即可轧制出一个钢球。,轧制时坯料径向尺寸减小，长度增加,金属变形过程,楔横轧主要,用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。,楔横轧：利用两个外表镶有凸块并作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的方法。,3.拉拔成形拉拔是在外加拉力的作用下使金属坯料通过一定形状的模孔，使其横截面减小、长度增加的加工方法，如图所示。产品形状尺寸精确、表面质量好、机械强度高，常用于拔制金属丝、细管材和异型材等。,常用拉拔零件的横截面,管材拉拔类型：,管材拉拔工艺上大致可分为无芯头拉拔（空拉）、固定芯头拉拔和游动芯头拉拔三大类。,拉拔模具：,为提高拉拔件的表面光洁度和模具寿命，通常用硬质合金或工具钢制成，模孔小于0.2mm的用金刚石。,4.超塑性成形（1）超塑性成形的基本概念超塑性是指金属材料在特定条件下所表现出极大的异常塑性的现象。利用材料的超塑性进行成形的方法即为超塑性成形。其变形抗力低、充模性能好、工件尺寸精确、力学性能好。,金属及合金在特定的组织条件、温度条件及变形速度下进行变形时，可呈现出异乎寻常的塑性(伸长率可超过100%，甚至1000%以上)，而变形抗力则大大降低（常态的1/5左右，甚至更低），这种现象称为超塑性。超塑性分为细晶超塑性(又称恒温超塑性)和相变超塑性(又称动态超塑性)等。细晶超塑性形成的主要条件是：采用变形和热处理方法获得0.55m的超细等轴晶粒；超塑性成形的温度控制在（0.50.7）T熔K；超塑性成形的变形速度应控制在10-210-5m/s的低应变速率以下。相变超塑性形成的主要条件是：在金属及合金的相变点附近经过多次温度循环或应力循环即可。实际生产中主要应用的是细晶超塑性。,（2）超塑性成形的特点,超塑性金属材料具有极其优异的塑性，成形性好。有些无法进行常规锻压制造的金属及合金材料也可采用超塑性成形，从而扩大了锻压材料的范围。超塑性金属材料变形抗力很小，可以在吨位较小设备上锻压出较大的制品，并且降低了模具的磨损，延长了模具的寿命。超塑性金属材料内部晶粒细小、组织均匀、力学性能较好，并且具有各向同性的特性。超塑性金属材料加工精度高，可获得尺寸精密、形状复杂的制品。,（3）超塑性成形的应用,模锻和挤压,超塑性模锻的工艺过程为：先对金属或合金进行适当的预处理，以获取具有微细晶粒的超塑性毛坯，然后将毛坯在超塑性变形温度及变形速度的条件下进行等温模锻或挤压，最后对制件进行热处理。图为超塑性模锻示意图。超塑性模锻目前主要应用于航天、仪表、模具等行业中生产高温合金以及钛合金等难以加工成形的高精度零件。如高强度合金（钛合金、高温合金）的飞机起落架、涡轮盘、注塑模等。,板料深冲,图3-50为超塑性板料深冲方法示意图。可一次深冲出薄壁深冲件。板料深冲件的深冲比H/d0可为普通拉深件的15倍，且工件壁厚均匀、无凸耳、无各向异性。,视频超塑成形,5.摆动辗压上模轴线相对坯料轴线倾斜一个角度，上模一边绕轴线旋转，一边对坯料进行压缩的加工方法。局部变形，无冲击，噪声振动小，生产率高；常用于加工回转体类、盘类零件，如汽车半轴、齿轮等。,摆动辗压,6.高速高能成形在极短时间内将化学能、电能、电磁能或机械能传递给坯料，使之迅速成形的加工方法，如爆炸成形、电液成形、电磁成形等。,1)爆炸成形,爆炸成形是利用炸药爆炸产生的化学能使金属材料产生塑性变形的加工方法，如图3-52所示。爆炸成形装置简单，操作容易，无需冲压设备，工件的尺寸不受设备能力限制，尤其适合于试制或小批量生产大型工件。,2)电液成形,电液成形是利用液体中电荷经电极放电，产生强大的冲击波从而使坯料在模具中成形的加工工艺，如图3-53所示。电液成形主要用于板料的拉深、胀形、翻边等，但由于受到设备容量的限制，电液成形仅适合中小件的成形，尤其适合管类零件的胀形加工。,3)电磁成形,电磁成形是利用脉冲磁场进行高速成形的一种压力加工方法，如图3-54所示。当开关闭合5时，线圈6中产生脉冲电流并在其周围形成强大的交变磁场，工件中因此产生感应电流并与磁场相互作用，最终使坯料高速贴模成形。,电液成形,电磁成形,第3节塑性成形工艺设计,3.3.1自由锻工艺规程的制订,自由锻的工艺规程包括：绘制锻件图，计算坯料的重量和尺寸，确定锻造工序，选定设备和工具，确定锻造温度范围，加热、冷却及热处理的方法及规范等。,1.绘制锻件图锻件图是根据零件图，并结合自由锻的工艺特点绘制而成。它是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。,1）余量：在零件加工表面上为切削加工而增加的尺寸。,2）公差,3）敷料：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。,是锻件名义尺寸的允许变动量,典型锻件图1敷料2余量,1）坯料质量。坯料质量为锻件质量与锻造时各种金属损耗的质量之和。可用下式计算：,2.计算坯料质量和尺寸,坯料质量；锻件质量；坯料加热时因氧化而烧损质量，常取锻件的2.5%；冲孔时的芯料质量；锻造中被切掉部分的质量。,式中,2）坯料尺寸。首先根据坯料质量计算出坯料体积，然后考虑锻造比和变形方式等因素确定坯料截面尺寸，最后计算出长度尺寸或钢锭尺寸。,3.确定变形工序确定变形工序的依据是锻件的形状特征、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等。包括确定锻件成形所必需的基本工序、辅助工序和精整工序，以及设备和工具。对轴杆类采用拔长为基本工序；对空心类采用镦粗加冲孔；对曲轴类采用拔长和错移。,工艺规程还包括选择锻造设备、确定加热火次、确定工夹具、加热设备、加热及冷却规范、热处理及锻件的后续热处理等。,3.3.2锻模工艺规程的制定,1.绘制锻件图,1）分模面的选择,分模面应选在锻件的最大截面处；,分模