06第六章 常用金属塑性成形方法

1、 金属塑性成型：对坯料施加外力，使其 产生塑性变形，改变尺寸、形状及 性能，以制造零件或毛坯 制造毛坯：改善性能 制造工件：效率高 一、自由锻造 坯料在铁砧间受力变形时，可朝各个方向 自由流动，不受限制 用于制坯和形状简单的锻件 1. 特点和应用 通用性强，灵活性大，工具简单 适合于单件、小批量和大型锻件 锻造过程由一系列变形过程组成 根据变形性质和变形程度不同，工序分为： 基本工序 辅助工序 修整工序 基本工序：能够大幅度地改变坯料形状和 尺寸的工序 辅助工序：为了完成基本工序使坯料预先 变形的工序 修整工序：用来精整锻件尺寸和形状而 使其完全达到锻件图要求的 工序 （1）拔长 横截面积减小

2、，长度增加 芯轴拔长：减小空心坯料的外径，增 加其长度 （2）镦粗 使高度减小，横截面积增大的工序 （3）冲孔和扩孔 制造出通孔或不通孔的工序 扩孔： 有冲头扩孔和芯轴扩孔 3.自由锻工艺规程 锻造过程是按早一定的变形方案和工艺参数，将 坯料逐步锻成符合技术要求的锻件 工艺规程是指导生产的依据，包括： 1）根据零件图绘制锻件图 2）确定坯料的重量和尺寸 3）指定变形工艺选用工具 4）选择锻造设备的吨位 5）确定锻造温度范围，制定坯料加热和锻后冷 却规范 6）制定锻件热处理规范 7）提出锻件的技术条件和检验要求 8）填写工艺卡片等 （1） 绘制锻件图 根据零件图，考虑了加工余量、锻造公差、 工艺

3、余块等绘制而成 加工余量 锻件的尺寸精度和表面粗糙度不能达到零 件图的要求，锻后需要机械加工 大小：取决于零件形状、尺寸、精度、生 产条件等 锻造公差 由于过程中的测量误差、收缩、氧化、工 人技术水平等，允许有一度限度的误差 工艺余块 为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要， 在零件的某些地方添加一部分大于余量 的金属 往往是凸台、台阶、小孔、斜面、锥面等 部分 （2） 块料质量及尺寸 G坯=G锻+G烧+G切 G锻锻件质量；锻件体积密度 G烧烧损量；一般用烧损率表示 G切切掉部分的质量 尺寸的确定：根据坯料质量和截面大小， 可确定坯料长度 （3）选择锻造工序 自由锻规程最重要的工序 确定锻造所需的

4、基本工序、辅助工序和修 整工序；决定工序顺序；设计工序尺寸 等 也包括：确定夹具、加热设备、加热规范、 加热次数、冷却规范、锻造设备、后续 处理等 在自由锻设备上使用可移动模具生产锻件 的一种锻造方法。 优点： （与自由锻相比） 1）对工人要求不高 2）尺寸精度高，加工余量小 3）锻件组织致密，纤维分布合理 优点： （与模锻相比） 1）设备投资少 2）工艺操作灵活 3）胎模结构简单 缺点： 精度比模锻低，工人劳动强度大，需要设 备吨位大，只能生产小型锻件 1. 扣模 由上、下扣组成 生产长杆非回转体锻件，也可用于制坯 2. 筒模 呈圆筒形 主要用于锻造回转体类件，如齿轮，法兰 盘等 有整体模、

5、镶块模、带垫模等 3. 合模 通常由上、下模部分组成 为保证合模精度，一般用导柱定位 多用于生产形状较复杂的非回转体锻件， 如连杆 既模型锻造 利用模具使毛坯变形成型 金属在模膛内变形、流动、成型 1）生产率高 2）尺寸和形状精确，加工余量小，利用率高 3）可锻造比较复杂的锻件 4）流线分布更合理 缺点：在模膛内受三向压力，其变形抗力 大，所需设备吨位大 模具制造费用昂贵 模锻:分为锤上模锻和压力机模锻 锤上模锻：施加力为冲击力 压力机模锻：施加力为静压力 是在自由锻、胎模锻基础上发展起来的一 种效率更高的锻造方法。 1. 锻模结构 由上模和下模组成。 上模紧固在锤头上，随锤头 一起在上下往复

6、运动。 合模时形成完整的模膛。 模膛 模膛根据其作用分为模锻模膛和制坯模膛 （1）模锻模膛 又分为终锻模膛和预锻模膛 预锻模膛 使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸 保证终锻时获得完整、无缺陷的优质锻件 有助于减少终锻模膛的磨损，利于提高 终锻模的使用寿命 终锻模膛：使坯料最后变形到锻件所 要求的形状尺寸 其形状与锻件形状相同 模锻方式：有开式模锻和闭式模锻 a）开式模锻 是变形金属的流动不完全受模腔限制的一 种锻造方式。 开式模锻时，多余的金属沿垂直于作用力 方向流动形成毛边。随着作用力的增大， 毛边减薄，温度降低，金属由毛边向外 流动受阻，最终迫使金属充满型腔 在开式模锻过程中，毛边槽的作用

7、是： 增加金属从模膛流出的阻力， 使金属易于充满 容纳多余的金属 缓冲锤击，提高模具寿命 闭式模锻的局限： 要求坯料体积精确 要求坯料形状和尺寸比例合适，并在型 槽内准确定位 锻件出模困难，需要顶件装置，使锻模 结构复杂 应用范围窄 复杂的模锻件，使坯料形状接近于锻件形状， 以利于充满型腔，预先制坯 拔长；滚压；弯曲；切断 拔长模膛 减小毛坯的断面积，增加其长度 有开式拔长模膛和闭式拔长模膛 滚压模膛 减小毛坯局部断面积，以增大另一部分 开式：适宜于断面变化不大的锻件 闭式：适宜于断面变化大的锻件 弯曲模膛 弯曲坯料，但没有积聚作用 切断模膛 切断棒料上的锻成的锻件，以实现连续 模锻或一棒多次

8、模锻 包括制订锻件图、计算坯料尺寸、确定模 锻工步、设计锻模、选择设备、安排修 整工序等 锻件图设计时，应考虑以下问题： 确定分模位置 分模面是上下模在锻件上的分界线 按以下原则确定 a）保证锻件能从模膛中取出 b）选定在锻件侧面的中部 c）选在使模膛深度最浅的位置 d）使零件上的敷料最少 e）使分模面为一个平面 确定加工余量、公差和敷料 模锻尺寸较准确，比自由锻的小 加工余量：14mm 公差：0.33mm 模锻斜度 与分模面相垂直的平面或曲面所附加的斜度 作用：使锻件顺利取出 外壁斜度越大，则取出锻件所需外力越小 斜度达到一定角度后，取出锻件不需任何 外力 外壁斜度：515 内壁斜度比外壁的

9、大25 模锻圆角半径 为了便于金属在型槽内流动和考虑到锻模 强度，锻件上凸出或凹下的部位应有适 当的圆角 避免尖角处产生裂纹，减慢外尖处的磨损， 提高锻模寿命 凸圆角半径：r=1.512mm 凹圆角半径： （23）r 投入生产前，确定模锻工艺方案，制定 生产的全部工艺过程 一般工艺过程包括： 下料加热模锻切边热处理精压 检验等 模锻工序是最关键的组成部分 模锻工序包括三类工步： 模锻工步 包括预锻和终锻工步 作用：获得锻件图所要求的形状和尺寸 制坯工步 包括镦粗、拔长、滚压、弯曲等 作用：改变毛坯的形状，适应锻件的形状 和尺寸的要求 切断工步 一料多件模锻时，切断已锻好的锻件 轴类件：制坯工步

10、 拔长，滚压，弯曲等 预锻、终锻和切断 盘类件：多采用镦粗制坯，然后终锻成型 有以下修整工序 切边和冲孔 飞边切边 冲孔连皮冲孔 热态：切断力小，不易产生裂纹 但锻件易变形 冷态：切断力大，但表面比较整齐 不易产生变形 校正 有热校和冷校 热校：热切边和冲孔后，将锻件立即放回 终锻模膛 冷校：热处理及清理加工后，用专用的校 正模膛内进行 清理 表面清理；去除氧化皮，污垢，及表面缺 陷。滚筒法、喷砂法、酸洗法 精压 对要求高精度和粗糙度值小的锻件，清理 后精压 平面精压：提高平面间的尺寸精度 体积精压：提高锻件所有尺寸的精度 热处理 可能出现过热组织或冷变形强化 一般进行正火或退火 锤上模锻：应

11、用广泛。但震动、噪声大， 劳动条件差 压力机：施加静压力。金属在模膛内缓慢 流动，在垂直于力的方向上容易成形， 对低塑性金属适宜。 曲柄压力机上模锻平锻机上模锻摩 擦压力机上模锻 依靠曲柄的转动，使滑块上下往复运动 特点及应用： 1）无震动，噪音小 2）一个往复行程可完成一个工步的变形 3）机身刚度大，滑块运动精度高，因此 锻件精度高 4）金属流动缓慢，有利于低塑像金属的 成形 缺点： 1）与模锻锤相比，造价较昂贵 2）滑块的行程和压力不能随意调节 3）对坯料表面的加热质量要求高 4）当设备操作或模具调整不当时，有可 能使滑块在接近下死点时发生闷车 工作部分作水平往复运动 平锻机与曲柄压力机区

12、别的主要标志是： 两个相互垂直的分模面 特点及应用： 1）锻造过程中坯料水平放置，其长度不 受设备空间的限制 2）有两个分模面，可锻造出侧面带有凸 台或凹槽的锻件 3）一只滑块上可装多个凸模，完成不同 的工步 4）飞边少，大多为闭式模锻 缺点： 1）设备结构复杂，造价昂贵 2）锻前需要清除坯料上的氧化皮 3）工艺适应性差，不适宜模锻非对称件 飞轮与两个圆轮相接触，靠摩擦力，飞轮 旋转带动螺杆转动，螺杆的转动在螺母 的约束下转换为滑块的上下滑动，从来 实现模锻。 特点： 1）具有锻锤和压力机的双重工作特点 2）摩擦压力机采用摩擦传动，所以传动 效率低 3）滑块运动速度低，再结晶充分进行， 有利于

13、塑性低的金属的成形 一、自由锻件的结构设计 自由锻只用简单的通用性工具，或在上下 砧间直接使坯料成形，难以锻出复杂的 锻件，故零件结构应尽量简单 （1）零件应力求简单 （2）应避免锥面和斜面的结构 （3）由数个简单几何体构成时，几何体的 斜线处不应构成空间曲线。最好是平 面与平面或平面与圆柱面的相接 （4）锻件上应尽量避免加强筋、凸台、 工字形截面或空间曲面 （5）应避免截面尺寸的急剧变化 设计成几个简单锻件，分别锻造， 再用焊接或机械连接 （1）必须具有合理的分模面 保证锻件易于从锻模中取出 （2）在零件的非接合面、不需进行切削 加工处应有合理的模锻斜度和圆角 取件方便，易于充填 （3）外形

14、力求简单、平直和对称 截面差异不宜过大，避免薄壁 （4）避免窄沟、深槽、深孔、多孔结构 利于制模方便 （5）形状复杂件，宜采用组合结构 一、轧制 利用轧辊对坯料进行变形 设备简单、生产率高、质量好 特点： 1）设备结构简单，吨位小 2）易实现自动化，生产率高 3）材料利用率高 4）制件的纤维组织与轮廓一致 5）轧辊容易制造 轧制分类： 纵轧，横轧，斜轧，楔横轧 1. 纵轧 轧辊轴线与坯料轴线互相垂直 有辊锻轧制和辗环轧制 （1） 辊锻轧制 坯料通过装有圆弧形模块的一对相对旋转 的轧辊时，受压变形的生产方法 适用于三种类型的锻件： 1）扁断面的长杆件 2）带有不变形头部而沿长度方向横截面积 递减的件 3）连杆成形辊锻 （2） 辗环轧制 扩大环形坯料的外径和内径，从而获得 环形零件 2. 横轧 轧辊的轴线与坯料的轴线互相平行的轧制 方法 .斜轧 轧辊互相倾斜配置，以相同的方向旋转。 轧件在轧辊的作用下反方向旋转，同时还 做轴向运动 . 楔横轧 带有楔形模具的两个轧辊，以相同的方向 旋转，棒料在它的