第三编金属压力加工

1、 1. 金属塑性成形的机理、工艺；金属塑性成形的机理、工艺； 2. 金属塑性成形性及其影响因素。金属塑性成形性及其影响因素。 3.1 3.1 概述概述 3.2 3.2 塑性成型的理论基础塑性成型的理论基础 3.4 3.4 薄板的冲压成型薄板的冲压成型 3.5 3.5 塑性成型新工艺塑性成型新工艺 3.3 3.3 塑性成型方法及工艺塑性成型方法及工艺金属塑性成型的基本生产方法：金属塑性成型的基本生产方法：轧制示意图轧制示意图挤压示意图挤压示意图金属塑性成型金属塑性成型：由由利用金属在外力作用下所产生的利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的塑性变形，来获得具有一

2、定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工。3.1 3.1 概述概述锻压生产方式示意图锻压生产方式示意图船链、系泊链链、系泊链 横档横档大制造环境下的压力加工自动线大制造环境下的压力加工自动线万吨水压机万吨水压机优于铸件和切削加工件优于铸件和切削加工件易实现机械化、自动化易实现机械化、自动化，锻锻造造锻锻压压金属晶体单晶体（理想金属）多晶体（实际金属）问题：金属材料为什么能产生塑性变形？塑性变形的实质？ 晶体的两个部分之间沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移向）发生的相对移动。（1）正应力作用下，试样发生弹性伸长并在足够大时发生

3、断裂。切应力能使试样发生弹性歪扭，当增大到一定值时，则一定晶面两侧的两部分晶体产生相对移动。（2）如果除去外力，晶格的弹性歪扭随之消失，而滑移到新位置的原子已经不能回到原来地位置，在新的位置上处于平衡状态。（3）以上原因使得晶体产生微量的塑性变形，许多晶面滑移的总和，就产生了宏观的塑性变形。孪生变形：晶体的一部分孪生变形：晶体的一部分沿一定的晶面（孪生面）沿一定的晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）进行和晶向（孪生方向）进行剪切变形的现象。剪切变形的现象。密排六方密排六方金属常以孪生方金属常以孪生方式变形；式变形；体心立方体心立方金属只有在低温金属只有在低温拉伸或受到冲击载荷时才拉伸或受到冲击载荷

4、时才发生孪生变形；发生孪生变形；面心立方面心立方金属容易滑移变金属容易滑移变形一般不发生孪生变形形一般不发生孪生变形。问题：计算应力远远大于实际变形应力？切应力位错滑移面晶粒位向与受力变形关系3.2.1 3.2.1 塑性变形理论及假设塑性变形理论及假设3.2.2 3.2.2 金属变形过程中的组织与性能金属变形过程中的组织与性能3.2.3 3.2.3 冷变形及热变形冷变形及热变形3.2.4 3.2.4 影响塑性变形的因数影响塑性变形的因数本节的重点：本节的重点： 1. 金属塑性成型的原理；金属塑性成型的原理； 2. 纤维组织的形成及利用；纤维组织的形成及利用； 3. 金属可锻性及其影响因素。金属

5、可锻性及其影响因素。3.2.1 3.2.1 塑性变形理论及假设塑性变形理论及假设1 1 最小阻力定律最小阻力定律 如果金属颗粒在几个方如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗向上都可移动，那么金属颗粒就沿着粒就沿着阻力最小阻力最小的方向移的方向移动，这就叫做动，这就叫做最小阻力定最小阻力定律律。圆形、方形、矩形截面圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方上各质点在镦粗时的流动方向，方形截面镦粗后的截面向，方形截面镦粗后的截面形状。形状。推论：任何形状的具有足够塑性的物推论：任何形状的具有足够塑性的物体，都可以在平锤头下镦粗成圆形。体，都可以在平锤头下镦粗成圆形。 在压力加工过程中，常用

6、在压力加工过程中，常用锻造比锻造比(Y锻锻)来表示变来表示变形度形度。锻造比的计算公式与变形方式有关。锻造比的计算公式与变形方式有关。 拔长时的锻造比为拔长时的锻造比为:Y拔拔F0/F, 镦粗时的锻造比为镦粗时的锻造比为:Y镦镦H0/H. 根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔根据锻造比即可得出坯料的尺寸。例如采用拔长锻造时，坯料所用的截面长锻造时，坯料所用的截面F坯料的大小应保证满坯料的大小应保证满足技术要求规定的锻造比足技术要求规定的锻造比Y拔，即坯料截面积应为：拔，即坯料截面积应为：F坯料坯料 = Y拔拔/F锻件锻件3 3 变形程度的计算变形程度的计算2 2 塑性变形前后体积不变的假设

7、塑性变形前后体积不变的假设纤维组织的利用原则：纤维组织的利用原则： 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、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，获得细化的结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶组织再结晶组织。 2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等结合在一起，使金属、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等结合在一起，使金属更加致密，其机械性能会有很大提高。更加致密，其机械性能会有很大提高。 3、此外，铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶、此外，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

8、变形，它们将沿着变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。这种结构叫形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织纤维组织。3.2.2 3.2.2 金属变形过程中的组织与性能金属变形过程中的组织与性能 使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；断； 使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。最大切应力与纤维方向垂直。 4、具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性、具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向能不相同。顺纤维方向的机

9、械性能比横纤维方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能的方向性也就越显著。机械性能的方向性也就越显著。纤维纤维组织组织 当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的的切应力顺着纤维方向切应力顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱，故螺钉的承载能力较弱(如图如图示示 )。 当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时(如图如图示示)，纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利，

10、纤维不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。故螺钉质量较好。实例：实例：3.2.3 3.2.3 冷变形及热变形冷变形及热变形冷变形冷变形 变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有只有加工硬化加工硬化而无回复与再结晶现象，变形后的金而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为属只具有加工硬化组织，这种变形称为冷变形冷变形。热变形热变形 变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的加加工硬化工硬化被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴

11、晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为这种变形称为热变形热变形。冷变形冷变形 再结晶温度以下的塑性变形。热变形热变形 再结晶温度以上的塑性变形冷变形冷变形加工硬化冲压、冷弯、冷挤、冷轧塑性材料热变形热变形加工硬化+再结晶锻造、热挤、轧制变形量大，易氧化 消除加工硬化，提高消除加工硬化，提高塑性。塑性。在结晶速度取决于加在结晶速度取决于加热温度和变形程度。热温度和变形程度。再结晶是一个形核、再结晶是一个形核、长大过程。长大过程。保持加工硬化，消保持加工硬化，消除内应力。如冷卷除内应力。如冷卷弹簧进行去应力退弹簧进行去应力退火。火。问题：为什么锻

12、件质量优于铸件质量？问题：为什么锻件质量优于铸件质量？ 金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬金属材料在冷塑性变形时，其强度、硬度升高，而塑性、韧性下降的现象度升高，而塑性、韧性下降的现象冷变冷变形强化形强化.加工硬化的应用原因？提高强度使变形均匀 提高安全性产生原因：滑移面上产生了微小碎晶，晶格畸变。（内应力）硬化指数硬化指数n是冷变形硬化参数，反是冷变形硬化参数，反映材料的变形抗力。映材料的变形抗力。n 3.2.4 3.2.4 影响塑性变形的因素影响塑性变形的因素 可锻性可锻性常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的的

13、工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的塑性塑性和和变形抗变形抗力力来综合评定的。来综合评定的。 塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破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。坏其完整性的能力。 变形抗力变形抗力是指金属对变形的抵抗力。是指金属对变形的抵抗力。 金属的可锻性取决于金属的可锻性取决于材料的性质材料的性质(内因内因)和和加工条加工条件件(外因外因)。材料性质的影响材料性质的影响( (内因内因) )(1) (1) 化学成分的影响化学成分的影响 纯金属的可锻性比合金的可锻性好。纯金属的可锻性比合金的可锻性好。 钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑

14、钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。性越差，变形抗力越大。 例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。依次下降的。(2) (2) 金属组织的影响金属组织的影响 纯金属及固溶体纯金属及固溶体(如奥氏体如奥氏体)的可锻性好。而碳化的可锻性好。而碳化物物(如渗碳体如渗碳体)的可锻性差。的可锻性差。 铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好。匀的组织的可锻性好。加工条件的影响加工条件的影响( (外因外因) ) 在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能在一

15、定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。 若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为能降低，这种现象称为“过热过热”。若加热温度更高若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧过烧”。 金属锻造加热时允许的最高温度称为金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时

16、停止不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称锻造的温度称终锻温度终锻温度。(1) (1) 变形温度的影响变形温度的影响(2) (2) 变形速度的影响变形速度的影响 一方面由于变形速度的增大，一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。变形抗力增大，可锻性变坏。 另一方面，金属在变形过程中，另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高化为热能，使金属温度升高(称为称为热效应现象热效应现象

17、)。变形速度越大，热。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降高、变形抗力下降(图中图中a点以后点以后)，可锻性变好。可锻性变好。(3) (3) 应力状态的影响应力状态的影响挤压时为三向受压状态。挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好；拉应力的数量愈多，则其压应力的数量愈多，则其塑性愈好；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。塑性愈差。思思 考考 题题1.纤维组织是怎样形成的纤维组织是怎样形成的?它对金属的力它对金属的力学性能有何影响学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加

18、工成形和用棒料试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同不同?3.3.1 模膛锻造成型工艺模膛锻造成型工艺3.3.2 锻模模膛及其功用锻模模膛及其功用3.3.3 制坯模膛制坯模膛3.3.4 锤上模锻成型工艺设计锤上模锻成型工艺设计3.3.5 压力机上模膛成型工艺压力机上模膛成型工艺3.3.6 模锻件的缺陷模锻件的缺陷自由锻概念自由锻概念 利用利用 使加热好的金属在上、使加热好的金属在上、下抵铁之间产生变形。下抵铁之间产生变形。 冲击力冲击力或或压力压力 工艺特点：工艺特点： 坯料变形时，除与上、下抵铁或其它辅助工具坯料变形时，除与上

19、、下抵铁或其它辅助工具接触部分表面外，都是接触部分表面外，都是自由表面，变形不受限制。自由表面，变形不受限制。自由锻 自由锻应用自由锻应用 单件和小批量生产单件和小批量生产；特别适于重型、大特别适于重型、大型锻件生产型锻件生产。 (1)(1)手工锻造，生产小型锻件。手工锻造，生产小型锻件。 (2)(2)机器锻造，生产大、中、小型锻件。机器锻造，生产大、中、小型锻件。 ) 变形大、锻透深度大、内部质量好，没有振动，噪音小。20MPa(200个大气压)0.40.9MPa(49个大气压） 为方便基本工序的操作而为方便基本工序的操作而预先预先进行进行局部局部小小变形的工序变形的工序。 如倒棱、压肩等如

20、倒棱、压肩等。 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。如如镦粗、镦粗、拔长、冲孔拔长、冲孔、扩孔、扩孔、弯曲弯曲等。等。 修整锻件最修整锻件最终终形状和尺形状和尺寸、寸、消除表面不平和歪斜的消除表面不平和歪斜的工序工序。如修整鼓形、校平、校直等。如修整鼓形、校平、校直等。拔长并留出台阶锻出头部 拔长拔长及修整台阶锻出凹挡及拔长端部并修整3.3.1 3.3.1 模膛锻造成型工艺模膛锻造成型工艺1 1）坯料整体塑性变形，三向受压；）坯料整体塑性变形，三向受压；2 2）锻件尺寸精确，加工余量小；）锻件尺寸精确，加工余量小；3 3）锻件形状可较复杂；）锻件形状

21、可较复杂；4 4）生产率较高；）生产率较高；5 5）锻模造价高，制造周期长。）锻模造价高，制造周期长。适于适于小型锻件的成批大量生产。小型锻件的成批大量生产。如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的齿轮、轴、连杆等零件。齿轮、轴、连杆等零件。3.3.1.1 3.3.1.1 胎模锻造成型工艺及应用胎模锻造成型工艺及应用 是在自由锻设备上，使用可移动的胎模具是在自由锻设备上，使用可移动的胎模具生产锻件的锻造方法。生产锻件的锻造方法。 胎模成型与自由成型相比，具有较高的生产率，锻件质胎模成型与自由成型相比，具有较高的生产率，锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。与固

22、定模膛成型相比，量好，节省金属材料，降低锻件成本。与固定模膛成型相比，不需要专用锻造设备，模具简单，容易制造。不需要专用锻造设备，模具简单，容易制造。 锻件质量不如固定模膛成型的锻件高，工人劳动强度大，锻件质量不如固定模膛成型的锻件高，工人劳动强度大，胎模寿命短，生产率低。胎模寿命短，生产率低。 胎模成型只适用于小批量生产，多用在没有模锻设备的胎模成型只适用于小批量生产，多用在没有模锻设备的中小型工厂中。中小型工厂中。扣模；筒模；合模。扣模；筒模；合模。扣模组合筒模合模3.3.1.2 固定模膛成型工艺分类及设备固定模膛成型工艺分类及设备 固定模膛成型工艺主要分为锤上模膛成型工艺固定模膛成型工艺

23、主要分为锤上模膛成型工艺和压力机上模膛成型工艺。和压力机上模膛成型工艺。 锤上模锻成型用于大批量锻件生产。所用设备锤上模锻成型用于大批量锻件生产。所用设备有蒸汽有蒸汽-空气锤、无砧座锤、高速锤等。空气锤、无砧座锤、高速锤等。 压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、压力机上模膛成型常用的设备有曲柄压力机、摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。摩擦压力机和平锻机、模锻水压机等。模膛模膛种类种类制坯模膛（制坯模膛（体积分配体积分配） 模锻模膛（模锻模膛（锻件成形锻件成形）切断模膛（切断模膛（锻件与坯料切离锻件与坯料切离）预锻预锻初步成形初步成形终锻终锻最终成形最终成形设飞边槽设飞边槽 放收缩率放收缩率

24、镦粗镦粗拔长拔长滚挤滚挤弯曲弯曲3.3.2 3.3.2 锻模锻模模膛及其功用模膛及其功用3.3.2.1 预锻模膛预锻模膛 预锻模膛的作用是：预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。寿命。 预锻模膛和终锻模膛的区别是预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角前者的圆角和和斜度较斜度较大大，没有，没有飞边槽飞边槽。飞边槽的作用？飞边槽的作用？3.3.2.2 终锻模膛终锻模膛 终锻模膛的作用是：是使坯终锻模膛

25、的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。的形状相同。 终锻模膛的尺寸应比锻件终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取缩量取1.5% 沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻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。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，称为终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮冲孔连皮。为什么为什么?3.3.3 3.3.3 制坯制坯模膛模膛 拔长模膛

26、拔长模膛用来减小坯料某用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的部分的横截面积，以增加该部分的长度。长度。 滚压模膛滚压模膛用来减小坯料用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。按模锻件形状来分布。 弯曲模膛弯曲模膛对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛来弯曲坯料。模膛来弯曲坯料。 切断模膛切断模膛上模与下模的角部组成的一对刀口，上模与下模的角部组成的一对刀口，用来切断金属。用来切断金属。 实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应选用单实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应选

27、用单模膛锻模或多模膛锻模。模膛锻模或多模膛锻模。 一般一般形状简单的锻件形状简单的锻件采用仅有终锻模膛的采用仅有终锻模膛的单模单模膛锻模，膛锻模，而而形状复杂的锻件形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线（如截面不均匀、轴线弯曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、终锻弯曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、终锻等等多个模膛多个模膛的锻模逐步成形。的锻模逐步成形。 下面让我们来看一下弯曲连杆在锤上模锻时所用的多模下面让我们来看一下弯曲连杆在锤上模锻时所用的多模膛锻模及其成形过程。膛锻模及其成形过程。弯曲弯曲滚挤滚挤拔长拔长锻模锻模切边模切边模制坯工步制坯工步预锻预锻终锻终锻切边切边模锻工模锻工步步切断

28、工切断工步步3.3.4 3.3.4 锤上模锻成型工艺设计锤上模锻成型工艺设计 锤上模锻成型的工艺过程一般为：锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯切断毛坯加热坯料加热坯料模锻模锻切除模锻件的飞边切除模锻件的飞边校正锻件校正锻件锻件热处理锻件热处理表面清理表面清理检验检验成堆存放成堆存放。 锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计算锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步坯料尺寸、确定模锻工步(选择模膛选择模膛)、选择设备及安、选择设备及安排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻工步的确定。工步的确定。选择模锻件的分模面

29、选择模锻件的分模面 分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。制订模锻锻分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。制订模锻锻件图时，必须按以下原则确定分模面位置：件图时，必须按以下原则确定分模面位置： 要保证模锻件能从模膛中取出，要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在模锻件最分模面应选在模锻件最大尺寸的截面上大尺寸的截面上。 按选定的分模面制成锻模后，应使上下按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛两模沿分模面的模膛轮廓一致轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时调整锻模位置。调整锻模位置。 最好把分模面选在最好把分模面选在模膛

30、深度最浅的位置处模膛深度最浅的位置处。这样可使金属很。这样可使金属很容易充满模膛，便于取出锻件，并有利于锻模的制造。容易充满模膛，便于取出锻件，并有利于锻模的制造。3.3.4.1 3.3.4.1 模锻图的制定模锻图的制定选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。最好使分模面为一个平面，使上下锻模的模膛深度最好使分模面为一个平面，使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。 形状复杂件宜采用锻形状复杂件宜采用锻- -焊、锻焊、锻- -螺纹联接等组合螺纹联接等组合结构，以简化模具和减少余块。结构，以简化模具和

31、减少余块。避免横截面面积相避免横截面面积相差过大差过大 。避免薄壁、高肋及避免薄壁、高肋及直径过大的凸缘直径过大的凸缘 确定模锻件的机械加工余量及公差确定模锻件的机械加工余量及公差 机械加工余量一般为机械加工余量一般为14 mm，锻造公差一般取在，锻造公差一般取在0.33 mm之间。之间。标注模锻斜度标注模锻斜度 当模膛宽度当模膛宽度b小而深度小而深度h大时，模锻斜度要取大些。内壁斜度要略大大时，模锻斜度要取大些。内壁斜度要略大于外壁斜度于外壁斜度(a 2 a 1)。标注模锻圆角半径标注模锻圆角半径 锻件上所有转角处都应做成圆角锻件上所有转角处都应做成圆角(。一般内圆角半径（。一般内圆角半径（

32、R）应大于其外）应大于其外圆半径（圆半径（r）。）。留出冲孔连皮留出冲孔连皮 锻件上直径小于锻件上直径小于25mm的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大于的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大于25mm的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。 冲孔连皮的厚度冲孔连皮的厚度s与孔径与孔径d有关，当有关，当d =3080mm时，时，s =48mm。模锻圆角半径模锻圆角半径内圆角半径内圆角半径R是外圆角半径是外圆角半径r的倍的倍内壁斜度内壁斜度应比外壁应比外壁斜度斜度大一级大一级齿轮坯的模锻锻件图齿轮坯的模锻锻件图 长轴类锻件长

33、轴类锻件，如台阶轴、曲，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等轴、连杆、弯曲摇臂等(图图8-12)；一般为拔长、滚挤、预锻、弯曲、一般为拔长、滚挤、预锻、弯曲、预锻、终锻成型。预锻、终锻成型。 盘类模锻件盘类模锻件，如齿轮、法，如齿轮、法兰盘等兰盘等(图图8-13)。一般为镦粗、。一般为镦粗、预锻、终锻成型。预锻、终锻成型。 模锻工步确定以后，再根模锻工步确定以后，再根据已确定的工步选择相应的制据已确定的工步选择相应的制坯模膛和模锻模膛。坯模膛和模锻模膛。3.3.4.2 模锻工步的确定及模膛种类的选择模锻工步的确定及模膛种类的选择3.3.4.3 模锻成型件的结构工艺性模锻成型件的结构工艺性模锻零件必

34、须具有一个合理的模锻零件必须具有一个合理的分模面分模面，以保证模锻件易于从锻，以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模容易制造。模中取出、敷料最少、锻模容易制造。零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度模锻斜度。非。非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平为了使金属容易充满模膛和减少工序，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，或具有直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、薄壁、高筋、凸起凸起等结构。等结构。在零件

35、结构允许的条件下，设计时尽量避免有在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构深孔或多孔结构。 在可能条件下，应采用锻在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。锻工艺。模锻成型件的结构模锻成型件的结构截面相差过大截面相差过大过扁、过薄过扁、过薄自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性避免锥体和斜面结构避免锥体和斜面结构几何体间的交接处几何体间的交接处不应形成空间曲线不应形成空间曲线自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性自由锻件上不应设计自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面出加强筋、凸台、工字形截面截面变化大的锻件，截面变化大

36、的锻件，采用组合连接采用组合连接1错模错模 锤头导轨的间隙过大、模具缺少锤头导轨的间隙过大、模具缺少平衡导锁以及模具安装不合理等原因平衡导锁以及模具安装不合理等原因都可能产生错模，如图所示。都可能产生错模，如图所示。2 2欠压欠压 即上、下模分模面未打靠，也称即上、下模分模面未打靠，也称“锻不足锻不足”。3局部充不满局部充不满 由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使锻件上的凸筋、外圆角等部位因模槽未充满而锻件上的凸筋、外圆角等部位因模槽未充满而欠缺，这种缺陷一般无法修正。欠缺，这种缺陷一般无法修正。锻造缺陷锻造缺陷4折纹折纹 由于操作不当或模槽设计不合理等原因

37、，锻件表由于操作不当或模槽设计不合理等原因，锻件表面产生金属重叠称为折纹。由于折纹处之金属已经氧面产生金属重叠称为折纹。由于折纹处之金属已经氧化，因此一般无法修正。化，因此一般无法修正。5凹坑凹坑 由于模槽中未吹除的氧化皮被压入锻件中，锻件由于模槽中未吹除的氧化皮被压入锻件中，锻件清理后氧化皮脱落即形成凹坑或麻点。清理后氧化皮脱落即形成凹坑或麻点。6残留毛刺残留毛刺 由于切边模的间隙过大或间隙不均以及切边凹模由于切边模的间隙过大或间隙不均以及切边凹模刃口变钝等原因常导致锻件切边后在分模面处出现残刃口变钝等原因常导致锻件切边后在分模面处出现残留毛刺。残留毛刺过大时需要砂轮磨掉。留毛刺。残留毛刺过

38、大时需要砂轮磨掉。 1）剪床）剪床把板料切成一定宽度的条料，为后续的把板料切成一定宽度的条料，为后续的冲压备料。冲压备料。 2）冲床）冲床完成冲压的各道工序，产出合格的产品。完成冲压的各道工序，产出合格的产品。金属板料金属板料产生分离、变形产生分离、变形冲压件冲压件冲模和冲床冲模和冲床冲床冲压设备冲模冲压工具（分上模和下模）成品成品尺寸精度高尺寸精度高表面质量好、表面质量好、应用：应用：汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工和日用品及汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工和日用品及国防工业生产等领域。国防工业生产等领域。常用的冲压材料常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜

39、有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、合金等金属板料、带料与卷料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等非金属板料。纤维板等非金属板料。即用即用带带刃口的冲模使刃口的冲模使板料分离。板料分离。沿封闭轮廓分离沿封闭轮廓分离（冲孔、落料冲孔、落料等等）沿非封闭轮廓分离沿非封闭轮廓分离（切断、切口、剖切切断、切口、剖切等）等）冲冲裁裁凸模凸模凹凹模模板坯板坯1）冲裁变形过程）冲裁变形过程三个阶段：弹性变形三个阶段：弹性变形塑性变形塑性变形剪裂分离剪裂分离 冲后冲后断面特征：断面特征： 对应各变形阶段，对应各变形阶段，冲裁断面相应地分为冲裁

40、断面相应地分为塌塌角、光亮带、剪裂带和角、光亮带、剪裂带和毛刺区毛刺区。 光亮带宽度越大，光亮带宽度越大，塌角越小，剪裂带的宽塌角越小，剪裂带的宽度和斜度越小，则剪切度和斜度越小，则剪切面的质量越好面的质量越好.塌角塌角光亮带光亮带剪裂带剪裂带毛刺毛刺塌角塌角光亮带光亮带剪裂带剪裂带毛刺毛刺冲裁件断面组成示意图冲裁件断面组成示意图冲孔件冲孔件落料件落料件2）冲裁间隙冲裁间隙 ：指凹模与凸模工作部分的水平投影尺寸之差。：指凹模与凸模工作部分的水平投影尺寸之差。（一般用字母（一般用字母Z代表双边间隙）代表双边间隙）冲裁间隙的大小直接影响冲裁件的质量、冲裁力的大小和模冲裁间隙的大小直接影响冲裁件的质

41、量、冲裁力的大小和模具寿命。具寿命。冲裁间隙的影响：冲裁间隙的影响：对断面质量：对断面质量：Z过大，断面质量不好；过大，断面质量不好；对模具寿命：对模具寿命：Z加大，提高寿命；加大，提高寿命；对冲裁力：对冲裁力：Z加大，可减小冲裁力。加大，可减小冲裁力。确定新制凸模、凹模尺寸的基本原则为：确定新制凸模、凹模尺寸的基本原则为：落料落料以以凹模凹模为基准，凹模尺寸接近于落料件的最尺寸，凸为基准，凹模尺寸接近于落料件的最尺寸，凸模比凹模缩小一个最小间隙值；模比凹模缩小一个最小间隙值；冲孔冲孔以以凸模凸模为基准，凸模尺寸接近于冲孔件的最大尺寸，为基准，凸模尺寸接近于冲孔件的最大尺寸，凹模比凸模放大一个

42、最小间隙值。凹模比凸模放大一个最小间隙值。 模具的尺寸模具的尺寸冲孔： D凸 = D孔, D凹 = D凸 + 2Z落料： D凹 = D落料, D凸 = D凹 - 2Z尺寸模具间隙过小，模具寿命下降模具间隙过大，冲件质量下降模具间隙 Z = (0.050.25) t 其中 t 板料厚度。落料凹模和冲孔凸模尺寸落料凹模和冲孔凸模尺寸落料凹模落料凹模基本尺寸应取基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的工件尺寸公差范围内的较小的尺寸。较小的尺寸。冲孔凸模冲孔凸模基本尺寸应取基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的工件尺寸公差范围内的较大尺寸。较大尺寸。例题： 1. 尺寸为1000.1的落料件，其凹模刃口的尺寸应是（

43、） A、100 B、99.9 C、100.1 D、99.9-100.1之间都可以 2. 尺寸为1000.1的冲孔件，其凸模刃口的尺寸应是（ ） A、100 B、99.9 C、100.1 D、99.9-100.1之间都可以冲裁板料沿封闭轮廓分离的工序。（落料和冲孔）问题 ：冲孔和落料有何异同？相同：1、模具结构；2、坯料变形过程。 落料 冲孔合理选择间隙值合理选择间隙值Z Z（根据材料种类、料厚、精度要求等确定）（根据材料种类、料厚、精度要求等确定）当断面质量要求较高时，应选较小的间隙值；当断面质量要求较高时，应选较小的间隙值；当断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙。当断面质量无严格要求时，应

44、尽可能加大间隙。 经验公式：经验公式：Z Zm m （mm是系数，是系数， 是料厚）是料厚） 冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时：冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时：Z Z（6 68 8） 冲裁硬钢等材料时：冲裁硬钢等材料时：Z Z（8 81212） 冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适当增大。冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适当增大。问题：冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度达不到要求时，如何处理？外缘修整内孔修整 外层开裂：外层开裂： 故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲半径）故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲半径）, , 同时注意毛坯下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂同时

45、注意毛坯下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。直。 3 3）回弹回弹：弯曲问题？弯裂、回弹 拉深模与冲裁模的主要区别拉深模与冲裁模的主要区别: : 工作部分不是锋利的刃口而是圆角；工作部分不是锋利的刃口而是圆角； 凸模与凹模的间隙显著增加，一般凸模与凹模的间隙显著增加，一般 单侧间隙应稍大于板厚。单侧间隙应稍大于板厚。弹性变形弹性变形 塑性变形。塑性变形。1 1）拉深拉深变形变形d dd dD D0 0如拉深弹壳、笔帽等如拉深弹壳、笔帽等=0.50.8 -筒壁与底部的过渡处破裂。筒壁与底部的过渡处破裂。防止措施防止措施： 采用多次拉深，使用润滑剂；采用多次拉深，使用润滑剂；合理规定间隙及加

46、大模具圆角半径。合理规定间隙及加大模具圆角半径。 起皱起皱-由于切向压应力过大使毛坯失稳而由于切向压应力过大使毛坯失稳而 造成变形区折皱。造成变形区折皱。 防止措施防止措施：采用压边圈压紧坯料；采用压边圈压紧坯料；间隙不能过大，间隙不能过大，mm不能过小。不能过小。 压边力不宜过大能压住工件不致起皱即可。例题：工艺题例题：工艺题 用用2502501.5mm1.5mm的坯料能否一次拉深成直径为的坯料能否一次拉深成直径为50mm50mm的拉深件？应采取那些措施才能保证正常生产？的拉深件？应采取那些措施才能保证正常生产？ 实际生产中实际生产中，应根据冲压件的形状采用多个基本工序组合，应根据冲压件的形

47、状采用多个基本工序组合，经多次冲压才能完成。，经多次冲压才能完成。软模压肋曲面压缩翻边平面深长翻边翻孔 按照冲模完成的工序性质可分为按照冲模完成的工序性质可分为冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，按其工序的组合程度按其工序的组合程度 单工序模（简单模）单工序模（简单模）-只能完成一道冲压工序的冲模。只能完成一道冲压工序的冲模。 特点：特点：结构简单、制造容易，但生产效率低，适于生产小批结构简单、制造容易，但生产效率低，适于生产小批量、低精度的冲压件。量、低精度的冲压件。 连续模（级进模）连续模（级进模）-在冲床一次行程中，在模具不同工位上在冲床一次行程中，在模具

48、不同工位上同时完成多道冲压工序的冲模。同时完成多道冲压工序的冲模。 特点特点：结构简单，生产效率高，：结构简单，生产效率高， 复合模复合模-在冲床的一次行程中，在模具的同一工位上同时完成在冲床的一次行程中，在模具的同一工位上同时完成多道冲压工序的冲模。多道冲压工序的冲模。 特点特点：生产效率高但模具结构复杂，通常用于冲孔与落料、落：生产效率高但模具结构复杂，通常用于冲孔与落料、落料与拉深等少量工序的复合，料与拉深等少量工序的复合，适合适合大批量生产高精度的冲压件。大批量生产高精度的冲压件。连续模简单模连续模连续模冲孔冲孔凸模凸模落落 料料凸凸 模模 凹凹模模导导正正销销复合模复合模凸凹模凸凹模

49、凸凸模模凹凹模模 3.4.4.1 分析冲压件的结构工艺性分析冲压件的结构工艺性对冲裁件的要求对冲裁件的要求 冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用同时应避冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用同时应避免长槽与细长悬臂结构，否则制造模具困难。免长槽与细长悬臂结构，否则制造模具困难。利用率高利用率高利用率高利用率高落料外形不落料外形不合理合理3.4.4 3.4.4 冲压工艺的制定过程冲压工艺的制定过程零件形状与节约材料的关系零件形状与节约材料的关系 冲裁件的内、外形转角处，要尽量避免尖角，应以圆弧连冲裁件的内、外形转角处，要尽量避免尖角，应以圆弧连接。以避免尖角处应力集中被

50、冲模冲裂。接。以避免尖角处应力集中被冲模冲裂。冲孔件尺寸与厚度关系合理冲孔件尺寸与厚度关系合理弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径，并应考虑材料纤材料允许的最小弯曲半径，并应考虑材料纤维方向，以免成型过程中弯裂。维方向，以免成型过程中弯裂。弯曲边过短不易弯成型，故应使弯曲边高度弯曲边过短不易弯成型，故应使弯曲边高度H2s。若。若H2s，则必须压槽，或增加弯曲，则必须压槽，或增加弯曲边高度，然后加工去掉（如图）。边高度，然后加工去掉（如图）。弯曲带孔件时，为避免孔的变形，孔弯曲带孔件时，为避免孔的变形，孔的边缘距弯曲中心应有一定的距离

51、（如的边缘距弯曲中心应有一定的距离（如图）。图中图）。图中L1.52s。当。当L过小时过小时,可可在弯曲线上冲工艺孔在弯曲线上冲工艺孔,如对零件孔的精如对零件孔的精度要求较高，则应弯曲后再冲孔。度要求较高，则应弯曲后再冲孔。对弯曲件的要求对弯曲件的要求对拉伸件的要求对拉伸件的要求拉深件外形应简单、对称，且不宜太高。以便使拉深次数尽量少，并拉深件外形应简单、对称，且不宜太高。以便使拉深次数尽量少，并容易成型容易成型。拉深件的圆角半径（如图示）应满足：拉深件的圆角半径（如图示）应满足：rdS，R2S，r（3-5）S。否则，应增加整形工序。否则，应增加整形工序。拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超出拉伸

52、工艺壁厚变化的规律（最拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超出拉伸工艺壁厚变化的规律（最大变薄率约在大变薄率约在10%18%左右）。左右）。落料不超过落料不超过IT10，冲孔不超过，冲孔不超过IT9，弯曲不超过，弯曲不超过IT9IT10。拉深件高度尺寸精度为拉深件高度尺寸精度为IT8IT9，经整形工序后尺寸精度达，经整形工序后尺寸精度达T6IT7。拉深件直径尺寸精度为拉深件直径尺寸精度为IT9IT10。3.4.4 .3 拟订冲压工艺方案拟订冲压工艺方案1.选择冲压基本工序选择冲压基本工序 冲压基本工序的选择，主要是根据冲压件的形状、尺寸、公差及冲压基本工序的选择，主要是根据冲压件的形状、尺寸、公差及生产批量确定的。生产批量确定的。 (1)剪裁和冲裁剪裁和冲裁 剪裁与冲裁都能实现板料的分离。剪裁与冲裁都能实现板料的分离。 (2)弯曲弯曲 (3)拉深拉深3.4.4.2 冲压件的精度和表面质量冲压件的精度和表面质量 (1) 对于有孔或有切口的平板零件，当采用单工序模冲裁时，对于有孔或有切口的平板零件，当采用单工序模冲裁时，一般应先落料，后冲孔（或切口）；当一般应先落料，后冲孔（或切口）；当采用连续模采用连续模冲裁时，则冲裁时，则应先应先冲孔冲孔（或切口）后（或切口）