材料成形技术基础新编课件第三章

1、1 材料成形技术基础材料成形技术基础 第三章第三章 固态材料塑性固态材料塑性 成形过程成形过程 2 第二章第二章 概述概述 第三章第三章 概述概述 概念概念 它是指在外力作用下，使它是指在外力作用下，使金属金属材料产生材料产生 预期的预期的塑性变形塑性变形，以，以获得所需形状、尺寸和获得所需形状、尺寸和 力学性能的毛坯或零件的加工方法力学性能的毛坯或零件的加工方法。 在工业生产中又称在工业生产中又称压力加工压力加工。 3 第二章第二章 概述概述 第三章第三章 概述概述 金属材料固态成形的金属材料固态成形的基本成形条件基本成形条件: : 1.1.被成形的金属材料应具备一定的被成形的金属材料应具备

2、一定的塑性塑性; ; 2.2.要有要有外力外力作用于固态金属材料上。作用于固态金属材料上。 金属固态成形受到内外两方面因素的制约。 1.内在因素内在因素即金属本身能否进行固态变形和可形变的能力 大小。 2.外在因素外在因素即需要多大的外力。另外，外界条件（如温度 等）对内外因素有相当大的影响，且成形过程中两因素 相互影响。 4 第二章第二章 概述概述 第三章第三章 概述概述 金属塑性成形的主要方法金属塑性成形的主要方法 5 第二章第二章 概述概述 金属固态塑性成形优缺点金属固态塑性成形优缺点 优点：优点： 组织细化致密、力学性能提高；组织细化致密、力学性能提高； 体积不变的材料转移成形，材料利

3、用率高体积不变的材料转移成形，材料利用率高; ; 生产率高，易机械化、自动化等。生产率高，易机械化、自动化等。 可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。可获得精度较高的零件或毛坯，可实现少无切削加工。 缺点：缺点： 不能加工脆性材料；不能加工脆性材料； 难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品；难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品； 设备、模具投资费用大。设备、模具投资费用大。 6 第二章第二章 概述概述 第三章第三章 概述概述 按金属固态成形时的温度分为两大类：按金属固态成形时的温度分为两大类： 冷变形过程冷变形过程 冷变形是指金属在进行塑性变形时的温度冷

4、变形是指金属在进行塑性变形时的温度低于低于该金属的该金属的再再 结晶温度结晶温度。 冷变形过程的特征：冷变形过程的特征：变形后具有加工硬化现象，强度、硬变形后具有加工硬化现象，强度、硬 度升高，塑性和韧度下降度升高，塑性和韧度下降. . 热变形过程热变形过程 是指金属材料在其是指金属材料在其再结晶温度以上再结晶温度以上进行的塑性变形。进行的塑性变形。 7 第二章第二章 概述概述 第三章第三章 概述概述 冷变形过程的特征：冷变形过程的特征： 变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度变形后具有加工硬化现象，强度、硬度升高，塑性和韧度 下降。下降。 热变形过程的特征：热变形过程的特征： 金

5、属在热变形中始终保持金属在热变形中始终保持良好的塑性良好的塑性，可使工件进行大量，可使工件进行大量 的塑性变形；又因高温下金属的屈服强度较低，故的塑性变形；又因高温下金属的屈服强度较低，故变形抗力低，变形抗力低， 易于变形易于变形。 热变形使内部组织结构致密细小，力学性能特别是热变形使内部组织结构致密细小，力学性能特别是韧度明显韧度明显 改善和提高改善和提高。因为金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实，因为金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实， 粗大（树枝状）的晶粒组织结构被再结晶细化。粗大（树枝状）的晶粒组织结构被再结晶细化。 形成形成纤维组织纤维组织，力学性能，力学性能具有方向性。具有方向性

6、。 8 第二章第二章 概述概述 第三章第三章 概述概述 冷变形过程优点：冷变形过程优点： 冷变形制成的产品冷变形制成的产品尺寸精度高、表面质量好尺寸精度高、表面质量好。 对于不能用热处理方法对于不能用热处理方法提高强度、硬度提高强度、硬度的金属构件（特别是薄壁细长件）的金属构件（特别是薄壁细长件） 利用加工硬化来提高构件的强度、硬度不但有效而且经济。利用加工硬化来提高构件的强度、硬度不但有效而且经济。 冷变形过程缺点：冷变形过程缺点： 冷变形过程的加工硬化使金属的冷变形过程的加工硬化使金属的塑性变差塑性变差，给进一步塑性变形带来困难。给进一步塑性变形带来困难。 对加工坯料对加工坯料要求其表面干

7、净、无氧化皮、平整要求其表面干净、无氧化皮、平整。 加工硬化使金属变形处加工硬化使金属变形处电阻升高，耐蚀性降低电阻升高，耐蚀性降低。 9 第二章第二章 概述概述 3.2 3.2 金属塑性成形过程的理论基础金属塑性成形过程的理论基础 一、金属塑性变形的能力一、金属塑性变形的能力（可锻性）（可锻性） 指金属材料在塑性成形加工时获得优质毛坯或指金属材料在塑性成形加工时获得优质毛坯或 零件的难易程度。零件的难易程度。 衡量因素衡量因素塑性指标和变形抗力；塑性指标和变形抗力； 塑性越高，变形抗力越低，可锻性越好塑性越高，变形抗力越低，可锻性越好。 10 第二章第二章 概述概述 影响金属塑性成形性能的因

8、素影响金属塑性成形性能的因素： 内在因素、加工条件、应力状态等。内在因素、加工条件、应力状态等。 内在因素：内在因素： 化学成分化学成分钢的含碳量越大，塑性成形性越好钢的含碳量越大，塑性成形性越好; ;钢的合金元素钢的合金元素 含量越高，塑性成形性能越差含量越高，塑性成形性能越差. . 金属组织金属组织单相固溶体的塑性成形性优于多相组织，常温下单相固溶体的塑性成形性优于多相组织，常温下 ，均匀细晶的塑性成形性优于粗晶组织，钢中存在网状二次渗碳体，均匀细晶的塑性成形性优于粗晶组织，钢中存在网状二次渗碳体 时塑性成形性下降。时塑性成形性下降。 3.2 金属塑性成形过程的理论基础金属塑性成形过程的理

9、论基础 3.2 3.2 金属塑性成形过程的理论基础金属塑性成形过程的理论基础 11 第二章第二章 概述概述 加工条件：加工条件： 变形温度变形温度 温度越高，塑性指标增加，变形抗力降低，可锻性温度越高，塑性指标增加，变形抗力降低，可锻性 提高。提高。 变形速度变形速度 一方面一方面变形速度增大硬化速度随之增大，塑性指标变形速度增大硬化速度随之增大，塑性指标 下降，变形抗力增大，可锻性变坏；下降，变形抗力增大，可锻性变坏； 另一方面另一方面变形速度越大，热效应越明显，使塑性指变形速度越大，热效应越明显，使塑性指 标提高、变形抗力下降，可锻性变好。标提高、变形抗力下降，可锻性变好。 一般生产条件下

10、采用较小变形速度。一般生产条件下采用较小变形速度。 3.2 3.2 金属塑性成形过程的理论基础金属塑性成形过程的理论基础 12 第二章第二章 概述概述 3.2 3.2 金属塑性成形过程的理论基础金属塑性成形过程的理论基础 应力状态：应力状态： 三个方向中的三个方向中的压应力数目压应力数目越多，塑性越好，变形抗力增大；拉应力越多，塑性越好，变形抗力增大；拉应力 数目多，则金属的塑性就差，变形抗力降低。数目多，则金属的塑性就差，变形抗力降低。 13 3.2.2 3.2.2 塑性变形基本规律塑性变形基本规律 体积不变规律体积不变规律 金属固态成形加工金属固态成形加工 中金属变形后的体积等中金属变形后

11、的体积等 于变形前的体积（又叫于变形前的体积（又叫 质量恒定定理）质量恒定定理） 最小阻力定律最小阻力定律 金属在塑性变形过金属在塑性变形过 程中，其质点都将沿着程中，其质点都将沿着 阻力最小的方向移动。阻力最小的方向移动。 金属内某一 质点塑性变 形时移动的 最小阻力方 向就是通过 该质点向金 属变形部分 的周边所作 的最短法线 方向。 14 3.3 3.3 锻造方法锻造方法 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 定义：定义：自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料 在在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从产生变形，

12、从 而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。 15 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 自自 由由 锻锻 优优 点点 16 自自 由由 锻锻 缺缺 点点 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 17 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 自由锻成形过程自由锻成形过程 零件图零件图 - 绘制锻件图绘制锻件图 - 计算坯料质量计算坯料质量 和尺寸和尺寸-下料下料-确定工序确定工序-加热温度加热温度-设设 备等备等- 加热坯料、锻打加热坯料、锻打-检验检验-锻件锻件 18 第二章第二章 概述概述 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造

13、 1）绘制锻件图）绘制锻件图 绘制锻件图时要考虑绘制锻件图时要考虑: 敷料敷料 加工余量加工余量 锻件公差锻件公差 19 第二章第二章 概述概述 锻件加工余量：锻件加工余量： 与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有 关，关，通常自由锻锻件的加工余量为通常自由锻锻件的加工余量为46mm，它与生产的设，它与生产的设 备、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大备、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大 ，形状越复杂，则余量就大。，形状越复杂，则余量就大。 锻件公差：锻件公差： 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量锻件公差是锻

14、件名义尺寸的允许变动量，因为锻造操作，因为锻造操作 中掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使中掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使 锻件的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于锻件的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于 提高生产率。自由锻锻件的公差一般为提高生产率。自由锻锻件的公差一般为（12）mm。 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 20 第二章第二章 概述概述 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 2）计算坯料质量和尺寸）计算坯料质量和尺寸 确定坯料质量：确定坯料质量： G坯料坯料=G锻件锻件+G烧损烧损+G料头料头 式中：式中：G

15、G坯料坯料坯料质量。坯料质量。 G G锻件锻件锻件质量。锻件质量。 G G烧损烧损加热时坯料因表面氧化而烧损的质量，加热时坯料因表面氧化而烧损的质量， 第一次加热取被加热金属质量分数的第一次加热取被加热金属质量分数的2%2% 3%3%，以后各次加，以后各次加 热取热取1.5%1.5% 2.0%2.0%； G G料头料头锻造过程中被冲掉的那部分金属的质量锻造过程中被冲掉的那部分金属的质量 ，如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部产生的料头等。，如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部产生的料头等。 21 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 通常，对于中、小型锻件都用型材（使用最多的是圆钢通常，对于中、小

16、型锻件都用型材（使用最多的是圆钢 ），这样可不考虑料头因素，故可将上式简化为：），这样可不考虑料头因素，故可将上式简化为： G坯料 坯料 =（ （1+K）G锻件 锻件 K K是一个与锻件形状有关的系数。对于是一个与锻件形状有关的系数。对于实心盘类锻件，实心盘类锻件，K=2K=23 3；对于；对于阶梯轴阶梯轴 类锻件，类锻件，K=8K=81010；对于；对于空心类锻件，空心类锻件，K K：1010 1212；对于其他形状的锻件；对于其他形状的锻件 ，可视其复杂程度参照上述，可视其复杂程度参照上述3 3类锻件取类锻件取K K值。值。 锻件的质量是根据锻件的名义尺寸来计算的，即：锻件的质量是根据锻件

17、的名义尺寸来计算的，即：. . G G锻件 锻件 = r = rV V锻件 锻件 22 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 确定坯料尺寸确定坯料尺寸 对于圆型材料（如圆钢）：对于圆型材料（如圆钢）： 当锻件锻造的第一工序为镦粗时，则：当锻件锻造的第一工序为镦粗时，则： 坯料直径：坯料直径： D =D =（0.8 0.8 1 1）V V1 11/3 1/3 V V1 1 = G = G1 1r r 式中式中V V1 1坯料的体积；坯料的体积； G G1 1坯料的质量。坯料的质量。 坯料的高度或长度：坯料的高度或长度：H = VH = V1 1（D D2 2）2 2 ，且，且H H应满足：应

18、满足： 1.25D H 2.5D1.25D H 2.5D。 23 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 当锻造件的第一工序为拔长时，则：当锻造件的第一工序为拔长时，则： F1 YF1 Y锻 锻F F锻锻 式中式中F F1 1坯料的截面积；坯料的截面积； Y Y锻 锻锻造比，对于圆钢， 锻造比，对于圆钢，Y Y锻 锻= 1.3 = 1.3 1.51.5； F F锻 锻锻件的最大截面积。 锻件的最大截面积。 坯料的直径：坯料的直径： D = 2FD = 2F1 1 坯料的长度：坯料的长度： L = VL = V1 1F F1 1 要注意的是要注意的是，圆钢直径的大小是有标准的，如圆钢直径的大小

19、是有标准的，如2525，3030，3535， 4040，如计算的坯料直径如计算的坯料直径D D与圆钢标准直径不符，则应将坯料直径就与圆钢标准直径不符，则应将坯料直径就 近取成圆钢直径，然后再重新计算坯料高度日或长度近取成圆钢直径，然后再重新计算坯料高度日或长度L L。 24 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。 选择锻造工序选择锻造工序 分为分为基本工序、辅助工序、精整工序基本工序、辅助工序、精整工序三类。三类。 基本工序基本工序：镦粗、拔长、冲孔镦粗、拔长、冲孔等等 25 3.3.1 3.3.1 自由锻造自

20、由锻造 盘类锻件盘类锻件 轴及杆类锻件轴及杆类锻件 可采用镦粗、冲孔、压肩、整修可采用镦粗、冲孔、压肩、整修 可采用拔长、压肩、整修可采用拔长、压肩、整修 26 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 筒及环类锻件筒及环类锻件 弯曲类锻件弯曲类锻件 可采用镦粗、冲孔、拔长、整修可采用镦粗、冲孔、拔长、整修 可采用拔长、弯曲可采用拔长、弯曲 27 曲拐轴类锻件曲拐轴类锻件 其他复杂锻件其他复杂锻件 可采用拔长、分段、错移、整修可采用拔长、分段、错移、整修 可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 28 3.3.1 3.3.1

21、 自由锻造自由锻造 辅助工序辅助工序：压肩、倒棱、压钳口压肩、倒棱、压钳口等。等。 精整工序精整工序：整形、清除表面氧化皮整形、清除表面氧化皮等。 29 第二章第二章 概述概述 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 锻造温度范围及加热冷却范围锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围常用金属材料的锻造温度范围 合金种类始锻温度/终锻温度/ 碳素钢15，25，3012001250750 800 35，40，451200800 60，65，T8,T101100800 合金钢合金结构钢合金结构钢1150 1200800 850 低合金工具钢低合金工具钢1100 1150850 高速钢

22、高速钢1100 1150900 有色金属H68850700 硬铝硬铝470380 30 第二章第二章 概述概述 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 锻后锻件的冷却：锻后锻件的冷却： 锻件仍有较高的温度，冷却时由于锻件仍有较高的温度，冷却时由于 表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收 缩不一，可能使一些塑性较低的或大型缩不一，可能使一些塑性较低的或大型 复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。 31 第二章第二章 概述概述 锻件冷却方式常有下列锻件冷却方式常有下列3种：种： 1）直接在空气中冷却（空冷），直接在空气中冷却（空冷），此种多用于

23、碳含此种多用于碳含 量小于量小于0.5%的碳钢和碳含量小于的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢的低合金钢 中小型锻件。中小型锻件。 2）在炉灰或干砂中缓冷在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和对用于中碳钢、高碳钢和 大多数低合金钢中的中型锻件。大多数低合金钢中的中型锻件。 3）随炉缓冷随炉缓冷 锻后随即将锻件放入锻后随即将锻件放入500到到700摄氏度摄氏度 的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻 件以及高合金钢的重要锻件。件以及高合金钢的重要锻件。 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 32 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造

24、自由锻典型过程举例自由锻典型过程举例 轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等 轴轴 类类 件件 自自 由由 锻锻 工工 序序 33 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 锻件名称：齿轮轴 坯料质量：2.8kg 坯料规格：90 x59mm 锻件材料：40Cr 锻造设备：150kg空气锤 锻件图： 火次温度（）操作说明简图 11200800 镦粗 拔长、打圆 压肩 拔长、打圆 34 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 盘盘 类类 件件 自自 由由 锻锻 工工 序序 35 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 锻件名称：双联齿轮 坯料质量：2.1kg 坯料规格

25、：65x83mm 锻件材料：45钢 锻造设备：150kg空气锤 锻件图： 火次温度（）操作说明简图 11200800 镦粗 压肩 拔长、打圆 36 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 环环 类类 件件 自自 由由 锻锻 工工 序序 37 第二章第二章 概述概述 锻造设备：锻造设备： 中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的 吨位选择见下表或查锻造手册。吨位选择见下表或查锻造手册。 锤的吨位/kg150250400560 锻件质量/kg6102640 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 38 自由锻件结构技术自由锻件结构技术 特征特征 自由锻件

26、上应避免自由锻件上应避免 锥体、曲线或曲线交锥体、曲线或曲线交 接以及椭圆形、工字接以及椭圆形、工字 形截面等结构。形截面等结构。 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 39 第二章第二章 概述概述 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 40 第二章第二章 概述概述 自由锻件上应自由锻件上应 避免加强筋、凸避免加强筋、凸 台等结构台等结构。 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 41 当锻件的横截面有当锻件的横截面有 急剧变化或形状较复急剧变化或形状较复 杂时，可将其设计成杂时，可将其设计成 几个简单件构成的组几个简单件构成的组 合件，用焊接或机械合件，用焊接或机械 连接方法连成整

27、体件。连接方法连成整体件。 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 42 第二章第二章 概述概述 复杂件结构复杂件结构 成形性差的结构成形性差的结构 成形性好的结构成形性好的结构 3.3.1 3.3.1 自由锻造自由锻造 43 第二章第二章 概述概述 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 定义：定义：它是将坯料置于锻模模腔内它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力然后施加冲击力或压力 使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。 模型锻造时坯料是模型锻造时坯料是 整体塑性成形整体塑性成形 坯料坯料三向受压三向受压。 44 第二章第二章 概述概述 与

28、自由锻相比，模锻具有如下优点与自由锻相比，模锻具有如下优点: 生产效率高。生产效率高。 能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理。能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理。 模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。 节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件 下，能降低零件成本。下，能降低零件成本。 模锻操作简单，劳动强度低。模锻操作简单，劳动强度低。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 45 第二章第二章 概述概述 缺点：缺点： 模锻设备吨位限制，锻件质量一般在

29、模锻设备吨位限制，锻件质量一般在 150kg以下。设备投资较大，模具费用高，以下。设备投资较大，模具费用高， 工艺灵活性较差，生产准备周期较长。工艺灵活性较差，生产准备周期较长。 适合于小型锻件的大批、大量生产。适合于小型锻件的大批、大量生产。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 46 模锻过程模锻过程 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 47 第二章第二章 概述概述 模锻过程模锻过程 1)1)绘制模锻件图绘制模锻件图 应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料 、模锻、模锻 斜度斜度 、模锻件圆角半径、模锻件圆角半径 等。等。 分模面分模面 确定

30、分模面位置原则：确定分模面位置原则： a)a)要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件最大截面上最大截面上。 b)b)所选定的分模面应能所选定的分模面应能使模膛的深度最浅使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于锻件，这样有利于金属充满模膛，便于锻件 的取出和锻模的制造。的取出和锻模的制造。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 48 c) 选定的分模面应能使选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模和，这样在安装锻模和 生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。生

31、产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。 d）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。 e)所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样既可提高材料的利用率，所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少，这样既可提高材料的利用率， 又减少了切削加工的工作量。第又减少了切削加工的工作量。第2种孔不能锻。种孔不能锻。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 49 第二章第二章 概述概述 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 50 第二章第二章 概述概述 加工余量、锻件公差和敷料加工余量、锻件公差和敷料 模锻

32、件的加工余量和公差比自由锻模锻件的加工余量和公差比自由锻 件的小得多。小型模锻件的加工余量一件的小得多。小型模锻件的加工余量一 般在般在24mm，锻件公差一般为，锻件公差一般为0.5 1mm。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 51 第二章第二章 概述概述 对于孔径对于孔径d25mm的模锻的模锻 件，孔应锻出，但须留件，孔应锻出，但须留冲冲 孔连皮孔连皮； 冲孔连皮厚度与孔径冲孔连皮厚度与孔径 有关，当孔径为有关，当孔径为30 80mm时，连皮厚度为时，连皮厚度为4 8mm。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 52 第二章第二章 概述概述 模锻斜度模锻斜度 目的目的是便于是便于

33、从模膛中取出锻件从模膛中取出锻件。 常用模锻斜度系列为：常用模锻斜度系列为： 357101215 模锻斜度与模膛深度有关，当模膛深度模锻斜度与模膛深度有关，当模膛深度 与宽度的比值（与宽度的比值（h/b)越大时，取较大的斜越大时，取较大的斜 度值。度值。内壁斜度应比外壁斜度大内壁斜度应比外壁斜度大25 在具有在具有顶出装置的锻压机械上，其模锻顶出装置的锻压机械上，其模锻 件上的斜度比没有顶出装置的小一级件上的斜度比没有顶出装置的小一级。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 53 模锻件圆角半径模锻件圆角半径 模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。 目

34、的目的:增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻 模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻 模的使用寿命模的使用寿命。 要求要求: 钢质模锻件钢质模锻件 外圆角半径外圆角半径取取1.5 12mm， 内圆角半径内圆角半径比比外圆角大外圆角大2 3倍倍；模模 膛深度越深，圆角半径取值越大。膛深度越深，圆角半径取值越大。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 54 第二章第二章 概述概述 例例 一齿轮，材料为一齿轮，材料为45钢，产量为钢，产量为3000件件/月，选用模锻加工。月，

35、选用模锻加工。 该件该件直径直径25的孔不锻出的孔不锻出（因放在机加工余量后孔径（因放在机加工余量后孔径25），外），外 径的加工余量放径的加工余量放4mm（半径上放（半径上放2mm），高度上加工余量放），高度上加工余量放 2.5mm。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度5 。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 54 55 第二章第二章 概述概述 2）坯料质量和尺寸计算）坯料质量和尺寸计算 模锻件坯料质量模锻件坯料质量 =模锻件质量模锻件质量+氧化烧损质量氧化烧损质量+飞边（连皮）质量飞边（连皮）质量 飞边质量飞边质量的多少与锻

36、件形状和大小有关，一般按锻的多少与锻件形状和大小有关，一般按锻 件质量的件质量的20% 25%计算。计算。 氧化烧损氧化烧损按锻件质量和飞边质量总和的按锻件质量和飞边质量总和的3% 4%计计 算，算，其他规则可参照自由锻坯料质量及尺寸计算其他规则可参照自由锻坯料质量及尺寸计算。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 55 56 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 56 3）模锻工序确定）模锻工序确定 盘类模锻件：盘类模锻件： 一般采用一般采用镦粗和镦粗和 终锻终锻工序；对于一些工序；对于一些 高轮毂、薄轮辐的模高轮毂、薄轮辐的模 锻件，采用锻件，采用镦粗镦粗-预锻预锻- 终锻工序。终

37、锻工序。 57 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 长轴类模锻件工序长轴类模锻件工序 选择有：选择有： 预锻预锻-终锻终锻 滚压滚压-预锻预锻-终锻终锻 拔长拔长-滚压滚压-预锻预锻-终锻终锻 拔长拔长-滚压滚压-弯曲弯曲-预锻预锻- 终锻等终锻等 58 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 模锻件成形过程中工序模锻件成形过程中工序 的多少的多少与零件结构设计、坯与零件结构设计、坯 料形状及制坯手段料形状及制坯手段等有关。等有关。 如：弯曲连杆模锻如：弯曲连杆模锻 59 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 锻造截面变化较大的长轴类锻件时，常采用断面锻造截面变化较大的长轴类锻件时

38、，常采用断面 呈周期性变化的坯料见图所示：呈周期性变化的坯料见图所示： （a）周期性轧制坯料）周期性轧制坯料 （b）弯曲）弯曲 （c）预锻）预锻 （d）终锻）终锻 60 或者用辊锻机来轧制原坯料代替拔长和滚压工序见图，这样或者用辊锻机来轧制原坯料代替拔长和滚压工序见图，这样 可使模锻过程简化，生产效率高。可使模锻过程简化，生产效率高。 （a）原料）原料 （b）辊锻）辊锻 （c）坯料）坯料 1扇形辊锻模扇形辊锻模 2锻辊锻辊 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 61 第二章第二章 概述概述 4）修整工序）修整工序 切边与冲孔切边与冲孔 锻成的模锻件，通常其周边都带有飞边，有通孔的锻成的模锻

39、件，通常其周边都带有飞边，有通孔的 锻件还有连皮。须用切边模和冲孔模将飞边和连皮切除。锻件还有连皮。须用切边模和冲孔模将飞边和连皮切除。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 62 第二章第二章 概述概述 校正校正 在形状复杂的锻件切边（冲连皮）之后进行在形状复杂的锻件切边（冲连皮）之后进行 校正校正提高锻件精度提高锻件精度。 热处理热处理 目的是为了目的是为了消除锻件的过热组织或加工硬消除锻件的过热组织或加工硬 化组织、内应力化组织、内应力等，使模锻件具有所需的组织和性能。等，使模锻件具有所需的组织和性能。 清理清理 清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以提

40、高提高 模锻件的表面质量模锻件的表面质量。清理方法有：。清理方法有：滚筒打光。喷丸清理滚筒打光。喷丸清理 、酸洗、酸洗等。等。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 63 对于要求精度高和表面粗糙度低的模锻件，除进对于要求精度高和表面粗糙度低的模锻件，除进 行上述各修整工序外，还应在压力机上进行行上述各修整工序外，还应在压力机上进行精压。精压。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 64 第二章第二章 概述概述 5 5）锻模模膛）锻模模膛 分为分为模锻模膛模锻模膛和和制坯模膛制坯模膛两大类：两大类： 模锻模膛模锻模膛 模锻模膛分为模锻模膛分为终锻终锻模膛和模膛和预锻预锻模膛两种。模膛两

41、种。 终锻模膛终锻模膛作用：作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和使坯料最后变形到锻件所要求的形状和 尺寸尺寸。它的形状与锻件的形状相同；因锻件冷却时要收缩，。它的形状与锻件的形状相同；因锻件冷却时要收缩， 终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量，一般钢件收终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量，一般钢件收 缩量取缩量取1.2%1.2%1.5%1.5%。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 65 第二章第二章 概述概述 飞边槽作用：飞边槽作用：促使金属充满模膛，增加金属从促使金属充满模膛，增加金属从 模膛中流出的阻力，同时容纳多余的金属模膛中流出的阻力，同时容纳多余的金属。 3.3

42、.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 66 预锻模膛作用预锻模膛作用：使坯料变形到接近于锻使坯料变形到接近于锻 件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻 模膛，同时也减小了终锻模膛的磨损，延长模膛，同时也减小了终锻模膛的磨损，延长 使用寿命。使用寿命。 预锻模膛和终锻模膛的主要区别是：预锻模膛和终锻模膛的主要区别是：前前 者的圆角和斜度较大，没有飞边槽者的圆角和斜度较大，没有飞边槽 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 67 第二章第二章 概述概述 制坯模膛制坯模膛 对于形状复杂的模锻件为了使坯料形状基本接近对于形状复杂的模锻件为了使坯料形状基本接近 模锻

43、件形状，模锻件形状，使金属能合理分布和很好地充满模膛，使金属能合理分布和很好地充满模膛， 须预先在制坯模膛内制坯，然后再进行预锻和终锻。须预先在制坯模膛内制坯，然后再进行预锻和终锻。 制坯模膛：制坯模膛：拔长模膛、滚挤模膛、弯曲模膛、切拔长模膛、滚挤模膛、弯曲模膛、切 断模膛断模膛等。等。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 68 拔长模膛拔长模膛用来减少坯料某部分的横截用来减少坯料某部分的横截 面积，以增加该部分的长度。面积，以增加该部分的长度。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 69 滚挤模膛滚挤模膛用来减小坯料某部分的横截面积，以增用来减小坯料某部分的横截面积，以增 大另一

44、部分的横截面积。它主要是使金属按模锻件形大另一部分的横截面积。它主要是使金属按模锻件形 状分布状分布。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 70 第二章第二章 概述概述 弯曲模膛弯曲模膛对于弯曲的杆对于弯曲的杆 类模锻件，需用进行弯曲类模锻件，需用进行弯曲 制坯。制坯。 坯料可直接或先经其坯料可直接或先经其 他制坯工序后再放入弯曲他制坯工序后再放入弯曲 模膛内进行弯曲变形。模膛内进行弯曲变形。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 71 切断模膛切断模膛 用来从坯料上用来从坯料上 切下锻件或从锻件上切下锻件或从锻件上 切下钳口部金属。切下钳口部金属。 3.3.2 3.3.2 模型锻造

45、模型锻造 72 第二章第二章 概述概述 6）金属在模膛内的变形过程）金属在模膛内的变形过程 其形变过程可分为三个阶段。以锤上模锻盘类锻其形变过程可分为三个阶段。以锤上模锻盘类锻 件为例：件为例： 三个阶段：三个阶段： 充型阶段；充型阶段； 形成飞边和充满阶段；形成飞边和充满阶段； 锻足阶段锻足阶段。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 73 第二章第二章 概述概述 充型阶段。充型阶段。在最初的几次锻击时，金属在外力作用下发生塑在最初的几次锻击时，金属在外力作用下发生塑 性变形，坯料高度减小，水平尺寸增大，并有部分金属压入模膛性变形，坯料高度减小，水平尺寸增大，并有部分金属压入模膛 深处。

46、这一阶段深处。这一阶段直到金属与模膛侧壁接触达到飞边槽桥口为止直到金属与模膛侧壁接触达到飞边槽桥口为止如如 图。图。 形成飞边和充满阶段。形成飞边和充满阶段。在继续锻造时，由于金属充满模膛在继续锻造时，由于金属充满模膛 圆角和深处的阻力较大，金属向阻力较小的飞边槽内流动，形成圆角和深处的阻力较大，金属向阻力较小的飞边槽内流动，形成 飞边。由于飞边在随后急剧变冷以至金属流入飞边槽的阻力急剧飞边。由于飞边在随后急剧变冷以至金属流入飞边槽的阻力急剧 增大，变形力也迅速增大，见图（增大，变形力也迅速增大，见图（d d） 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 74 第二章第二章 概述概述 锻足阶段。

47、锻足阶段。由于坯料体积往往都偏多或者飞边槽阻力由于坯料体积往往都偏多或者飞边槽阻力 偏大，因而，虽然模膛已经充满，但上下模还未合拢，需偏大，因而，虽然模膛已经充满，但上下模还未合拢，需 进一步锻足。进一步锻足。 特点：特点： 变形仅发生在变形仅发生在分模面附近区域，分模面附近区域，以便向飞边槽挤出以便向飞边槽挤出 多余的金属，变形力也急剧增大，直至达到最大值多余的金属，变形力也急剧增大，直至达到最大值p3p3 为止，见图（为止，见图（d d）中）中p2p3p2p3线。线。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 75 第二章第二章 概述概述 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 76 第

48、二章第二章 概述概述 飞边的作用：飞边的作用： 1. 强迫充填；强迫充填； 2. 容纳多余的金属；容纳多余的金属； 3. 减轻上模对下模的打击，起缓冲作用减轻上模对下模的打击，起缓冲作用 。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 77 第二章第二章 概述概述 影响金属充满模膛的因素：影响金属充满模膛的因素： 金属的塑性和变形抗力。金属的塑性和变形抗力。 塑性高、变形抗力低的金属容易充满模膛。塑性高、变形抗力低的金属容易充满模膛。 飞边槽的形状和位置。飞边槽的形状和位置。 飞边槽部宽度与高度之比（飞边槽部宽度与高度之比（b/hb/h）及槽部高度）及槽部高度h h是主是主 要因素。要因素。 b

49、/hb/h越大，越大，h h越小，则金属在飞边流动阻力越大越小，则金属在飞边流动阻力越大 。强迫充填作用越大，但变形抗力也增大。强迫充填作用越大，但变形抗力也增大。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 78 第二章第二章 概述概述 金属模锻时的温度。金属模锻时的温度。金属的温度高，其塑性好、抗力低金属的温度高，其塑性好、抗力低 ，易于充满模膛。，易于充满模膛。 锻件的形状和尺寸。锻件的形状和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分的锻件具有空心、薄壁或凸起部分的锻件 难于锻造、锻件尺寸越大，形状越复杂，则越难锻造。难于锻造、锻件尺寸越大，形状越复杂，则越难锻造。 设备的工作速度。设备的工作速度。工

50、作速度较大的设备其充填性较好。工作速度较大的设备其充填性较好。 充填方式。充填方式。镦粗比挤压易于充型。镦粗比挤压易于充型。 其他其他 如锻模有无润滑、有无预热等。如锻模有无润滑、有无预热等。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 79 7）模锻件结构技术特征）模锻件结构技术特征 模锻零件必须模锻零件必须具有一个合理的分模面具有一个合理的分模面，以保证模锻，以保证模锻 件件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模制造容易易于从锻模中取出、敷料最少、锻模制造容易。 零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件 截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高凸起截面间差别

51、过大，或具有薄壁、高筋、高凸起 等等 结构，以结构，以便于金属充满模膛和减少工序。便于金属充满模膛和减少工序。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 80 尽量避免有深孔或多孔尽量避免有深孔或多孔 结构。结构。 在可能的情况下，对复在可能的情况下，对复 杂零件采用锻杂零件采用锻-焊组合，焊组合， 以减少敷料，简化模锻过以减少敷料，简化模锻过 程。程。 3.3.2 3.3.2 模型锻造模型锻造 81 3.3.3 3.3.3 胎模锻造胎模锻造 概念：概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具 称为称为胎模的单膛模具胎模的单膛模具，将已加热的坯

52、料用，将已加热的坯料用自由锻方法预锻自由锻方法预锻 成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。 82 种类：种类： 扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。 1）扣模：）扣模： 用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。 锻造时工件一般锻造时工件一般不翻转，不产生毛边不翻转，不产生毛边，可用于制坯也可，可用于制坯也可 成形。成形。 3.3.3 3.3.3 胎模锻造胎模锻造 83 2）套筒模：）套筒模： 套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，有开套筒模主要用于

53、回转体锻件如齿轮、法兰等，有开 式和闭式两种。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），没有式和闭式两种。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），没有 上模（锤砧代替上模），上模（锤砧代替上模），优点优点是结构简单，可以得到很小或不带是结构简单，可以得到很小或不带 斜度的锻件。取件时一般要翻转斜度的锻件。取件时一般要翻转180180度度; ; 缺点缺点是对上下砧的平行度要求较严。是对上下砧的平行度要求较严。闭式套筒模闭式套筒模一般由上模一般由上模 、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，不形成不形成 毛边。毛边。 3.3.3 3.3.3 胎

54、模锻造胎模锻造 84 3）合模：）合模： 一般由上下模及导向装置组成，见图，一般由上下模及导向装置组成，见图， 用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中多余金属流多余金属流 入飞边槽形成飞边。入飞边槽形成飞边。 3.3.3 3.3.3 胎模锻造胎模锻造 85 优点：优点： 与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（ 表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生 产率高和节约金属等优点。产率高和节约金属等优点。 与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎 模模具简单

55、、容易制造加工、成本低、生产准模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准 备周期短等优点。备周期短等优点。 3.3.3 3.3.3 胎模锻造胎模锻造 86 第二章第二章 概述概述 缺点：缺点： 胎模锻件比模锻件表面品质较差；胎模锻件比模锻件表面品质较差； 精度较低、所留的机加工余量大；精度较低、所留的机加工余量大； 操作者劳动强度大、胎模寿命较低。操作者劳动强度大、胎模寿命较低。 胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的锻件。胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的锻件。 3.3.3 3.3.3 胎模锻造胎模锻造 87 第二章第二章 概述概述 3.3.4 3.3.4 锻造生产技术指标锻造生产技术指标

56、 （1 1）锻件成本由下列几项组成）锻件成本由下列几项组成 原材料费用：原材料费用：主要是锯割好的各类型材或坯料的费用主要是锯割好的各类型材或坯料的费用； 燃料费用：燃料费用：即加热炉用的燃油、煤气等费用；即加热炉用的燃油、煤气等费用； 动力费用：动力费用：包括电力、蒸汽和压缩空气；包括电力、蒸汽和压缩空气； 生产工人工资和附加费用；生产工人工资和附加费用； 专项费用：专项费用：如添置过程装备费用，购置锻模等；如添置过程装备费用，购置锻模等； 车间经费：车间经费：包括管理和组织车间生产所发生的各项费用；包括管理和组织车间生产所发生的各项费用； 企业管理费企业管理费：在计算时把上述的总和分摊给全

57、月完成工时总量，在计算时把上述的总和分摊给全月完成工时总量， 得出单位小时生产费用成本。得出单位小时生产费用成本。 1）锻件成本及降低成本的主要途径）锻件成本及降低成本的主要途径 88 第二章第二章 概述概述 (2)降低成本的主要途径降低成本的主要途径 提高锻件品质，减少废品损失，提高锻件品质，减少废品损失， 提高劳动生产率。提高劳动生产率。 尽量节省燃料和动力。尽量节省燃料和动力。 3.3.4 3.3.4 锻造生产技术指标锻造生产技术指标 89 第二章第二章 概述概述 2）锻造生产技术经济指标）锻造生产技术经济指标 每一锻工锻件年产量（每一锻工锻件年产量（kg/人）；人）； 每一生产工人锻件

58、年产量（每一生产工人锻件年产量（kg/人）；人）； 车间总面积年产量（车间总面积年产量（kg/人）；人）； 每每104kN锻压设备能力年产量（锻压设备能力年产量（kg/104）；）； 锻件成品率；锻件成品率； 锻件千克成本（元锻件千克成本（元/kg）。）。 3.3.4 3.3.4 锻造生产技术指标锻造生产技术指标 90 第二章第二章 概述概述 3.4 3.4 板料成形方法板料成形方法 板料成形又叫板料成形又叫板料冲板料冲 压压,是利用压力装置是利用压力装置 和模具使板材产生和模具使板材产生分分 离或塑性变形离或塑性变形，从而，从而 获得成形件或制品的获得成形件或制品的 成形方法。成形方法。 9

59、1 一般冲压板厚一般冲压板厚3mm时，因冲裁力较大，应适当放时，因冲裁力较大，应适当放 大系数大系数m。 对冲裁件断面无特殊要求时，系数对冲裁件断面无特殊要求时，系数m可放大可放大1.5倍倍。 3.4 3.4 板料成形方法板料成形方法 102 第二章第二章 概述概述 3.4.1 3.4.1 板料分离过程板料分离过程 3）凸、凹模刃口尺寸确定）凸、凹模刃口尺寸确定 落料模落料模 凹模尺寸凹模尺寸= =落料件尺寸落料件尺寸 凸模尺寸凸模尺寸= =凹模尺寸凹模尺寸最小合理最小合理 间隙值间隙值 因凹模磨损后增大了落料尺寸，因凹模磨损后增大了落料尺寸， 因此，凹模设计应接近落料件最因此，凹模设计应接近

60、落料件最 小极限尺寸。小极限尺寸。 103 第二章第二章 概述概述 3.4.1 3.4.1 板料分离过程板料分离过程 冲孔模冲孔模 凸模尺寸凸模尺寸=冲孔尺寸，以凸模冲孔尺寸，以凸模 为基准设计。为基准设计。 凹模尺寸凹模尺寸=凸模尺寸凸模尺寸+最小合理最小合理 间隙值间隙值 凸模磨损后减小冲孔尺寸，因此凸模磨损后减小冲孔尺寸，因此 ，凸模设计应接近冲孔最大极限，凸模设计应接近冲孔最大极限 尺寸。尺寸。 104 3.4.1 3.4.1 板料分离过程板料分离过程 4）冲裁力计算冲裁力计算 冲裁力是选用设备吨位和检验模具强度冲裁力是选用设备吨位和检验模具强度 的一个重要依据。对于平刃冲模的冲裁力按