工程材料第8章课件

1、第8章 金属塑性成形第第8 8章章 金属塑性成形金属塑性成形第8章 金属塑性成形8.2 金属塑性成形方法金属塑性成形方法28.1 金属塑性成形原理金属塑性成形原理18.3 金属塑性成形工艺金属塑性成形工艺38.5 金属塑性成形的新技术金属塑性成形的新技术58.4 金属塑性成形的结构设计金属塑性成形的结构设计4第8章 金属塑性成形8.1 8.1 金属塑性成形原理金属塑性成形原理 金属塑性成形是指对金属材料施加外力作用，利用金属材料金属塑性成形是指对金属材料施加外力作用，利用金属材料的塑性使其产生塑性变形，从而获得具有一定的形状、尺寸、组的塑性使其产生塑性变形，从而获得具有一定的形状、尺寸、组织和

2、性能的工件或毛坯的加工方法，也称为塑性加工或压力加工。织和性能的工件或毛坯的加工方法，也称为塑性加工或压力加工。与液态成形方法相比，塑性成形是在固态下完成的，成形后不仅与液态成形方法相比，塑性成形是在固态下完成的，成形后不仅可以改变形状，还可以改变性能。与金属切削加工、铸造、焊接可以改变形状，还可以改变性能。与金属切削加工、铸造、焊接等加工工艺相比，塑性成形使金属组织致密、晶粒细小、力学性等加工工艺相比，塑性成形使金属组织致密、晶粒细小、力学性能提高。能提高。第8章 金属塑性成形8.1.1 8.1.1 金属的塑性变形金属的塑性变形 金属在外力作用下内部产生应力，该应力使原子偏离原来的平衡位置，

3、使金属在外力作用下内部产生应力，该应力使原子偏离原来的平衡位置，使金属产生变形。如果外力比较小，当外力去除后，原子达到新的平衡状态，金金属产生变形。如果外力比较小，当外力去除后，原子达到新的平衡状态，金属恢复不到原来的形状和尺寸，产生永久变形，这种变形称为塑性变形。属恢复不到原来的形状和尺寸，产生永久变形，这种变形称为塑性变形。 滑移是指在切应力作用下晶体的一部分相对于晶体的另一部分沿滑移面做滑移是指在切应力作用下晶体的一部分相对于晶体的另一部分沿滑移面做整体滑动。如图整体滑动。如图8-18-1所示为单晶体在切应力作用下的滑移变形过程。所示为单晶体在切应力作用下的滑移变形过程。图图8-1 8-

4、1 单晶体在切应力作用下的滑移变形过程单晶体在切应力作用下的滑移变形过程第8章 金属塑性成形 孪生是指在切应力作用下，晶体的一部分原子相对于另一部分原子沿某个晶面孪生是指在切应力作用下，晶体的一部分原子相对于另一部分原子沿某个晶面转动，使未转动部分与转动部分的原子排列成镜面对称。单晶体在切应力作用下的转动，使未转动部分与转动部分的原子排列成镜面对称。单晶体在切应力作用下的孪生变形过程如图孪生变形过程如图8-28-2所示。孪生变形只有在滑移变形受到限制而无法进行的情况所示。孪生变形只有在滑移变形受到限制而无法进行的情况下才会发生。如镁、锌、镉等具有密排六方晶格的金属滑移变形比较困难，容易产下才会

5、发生。如镁、锌、镉等具有密排六方晶格的金属滑移变形比较困难，容易产生孪生变形；面心立方晶格的金属一般不易发生孪生变形；体心立方晶格的金属只生孪生变形；面心立方晶格的金属一般不易发生孪生变形；体心立方晶格的金属只有在低温或室温冲击载荷作用下，才可能发生孪生变形。有在低温或室温冲击载荷作用下，才可能发生孪生变形。图图8-2 8-2 单晶体在切应力作用下的孪生变形过程单晶体在切应力作用下的孪生变形过程第8章 金属塑性成形1.1.金属塑性变形的分类金属塑性变形的分类 金属在不同温度下变形后的组织、性能不同，因此，金属的塑性变形根据变金属在不同温度下变形后的组织、性能不同，因此，金属的塑性变形根据变形温

6、度的不同可分为冷变形和热变形两种。形温度的不同可分为冷变形和热变形两种。 变形温度在再结晶温度变形温度在再结晶温度t t再以下的变形称为冷变形，具有加工硬化现象，变再以下的变形称为冷变形，具有加工硬化现象，变形过程中需施加较大的力，并要避免变形过大和防止破裂。变形温度在再结晶温形过程中需施加较大的力，并要避免变形过大和防止破裂。变形温度在再结晶温度度t t再以上的变形称为热变形，变形过程中施加较小的力可产生较大的变形，同再以上的变形称为热变形，变形过程中施加较小的力可产生较大的变形，同时变形后，金属具有再结晶组织，机械性能优良，超过变形前的材料性能。因而时变形后，金属具有再结晶组织，机械性能优

7、良，超过变形前的材料性能。因而金属压力加工中，多采用热变形。金属压力加工中，多采用热变形。 例如，铸锭在热加工前内部组织例如，铸锭在热加工前内部组织不均匀，晶粒粗大且存在气孔、缩松不均匀，晶粒粗大且存在气孔、缩松等铸造缺陷。热加工后，金属经塑性等铸造缺陷。热加工后，金属经塑性变形及再结晶，细化了铸造组织，同变形及再结晶，细化了铸造组织，同时使气孔、缩松等压合在一起，增加时使气孔、缩松等压合在一起，增加了致密性，如图了致密性，如图8-38-3所示。所示。图图8-3 8-3 铸锭热变形前、后的组织铸锭热变形前、后的组织8.1.2 8.1.2 金属塑性变形后的组织和性能金属塑性变形后的组织和性能第8

8、章 金属塑性成形2.2.金属冷变形后的组织与性能金属冷变形后的组织与性能 金属在一定温度下变形时，内部组织会发生一系列变化，如图金属在一定温度下变形时，内部组织会发生一系列变化，如图8-48-4所示。所示。晶粒在外力作用下被扭曲、拉长，随着变形量的增加逐渐呈纤维状，并且有晶粒在外力作用下被扭曲、拉长，随着变形量的增加逐渐呈纤维状，并且有些晶粒破碎形成碎晶，扭曲的晶格和纤维状组织对金属进一步变形有阻碍作些晶粒破碎形成碎晶，扭曲的晶格和纤维状组织对金属进一步变形有阻碍作用，使金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化。用，使金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化

9、。具有加工硬化现象的变形方式称为冷变形。具有加工硬化现象的变形方式称为冷变形。图图8-4 8-4 变形前、后晶粒形状变化变形前、后晶粒形状变化第8章 金属塑性成形3.3.金属热变形后的组织与性能金属热变形后的组织与性能1 1）回复、再结晶过程）回复、再结晶过程 金属冷变形后有一部分变形功（约金属冷变形后有一部分变形功（约1 11010）会被金属吸收，储存在金属）会被金属吸收，储存在金属中（如晶格畸变、缺陷等），使金属内能升高且处于不稳定状态，有自发向稳定中（如晶格畸变、缺陷等），使金属内能升高且处于不稳定状态，有自发向稳定状态转变的趋势。在一般温度下原子扩散很慢，不易实现。当温度升高时，原子状

10、态转变的趋势。在一般温度下原子扩散很慢，不易实现。当温度升高时，原子动能增加，金属内部组织会发生一系列变化，如图动能增加，金属内部组织会发生一系列变化，如图8-58-5所示。所示。图图8-5 8-5 回复、再结晶过程回复、再结晶过程第8章 金属塑性成形 当温度较低时，显微组织没有变化，但晶体中的缺陷密度与分布会发当温度较低时，显微组织没有变化，但晶体中的缺陷密度与分布会发生变化，此时金属的强度和硬度稍有降低，见图生变化，此时金属的强度和硬度稍有降低，见图8-58-5（c c），这一过程称为），这一过程称为回复，此时的温度称为回复温度。一般情况下，纯金属的回复温度回复，此时的温度称为回复温度。一

11、般情况下，纯金属的回复温度t t回回=0.25=0.250.30.3t t熔熔。当温度进一步升高时，金属原子获得更多的热能，开始以。当温度进一步升高时，金属原子获得更多的热能，开始以某些碎晶或杂质为核心形核并长大，直到全部冷变形晶粒消失也就消除了某些碎晶或杂质为核心形核并长大，直到全部冷变形晶粒消失也就消除了加工硬化。这个新晶粒的形核、长大过程称为再结晶。再结晶完成后如果加工硬化。这个新晶粒的形核、长大过程称为再结晶。再结晶完成后如果保持温度，新晶粒会逐渐长大，见图保持温度，新晶粒会逐渐长大，见图8-58-5（d d）。一般情况下，纯金属的再）。一般情况下，纯金属的再结晶温度结晶温度t t再再

12、=0.4=0.4t t熔熔。第8章 金属塑性成形 再结晶的新晶粒具有再结晶的新晶粒具有和冷变形基体相同的晶体和冷变形基体相同的晶体结构，因此，再结晶不是结构，因此，再结晶不是相变，其晶粒均匀细化，相变，其晶粒均匀细化，塑性好。变形金属在加热塑性好。变形金属在加热时组织与性能的变化如图时组织与性能的变化如图8-68-6所示。所示。图图8-6 8-6 金属在加热时组织与性能的变化金属在加热时组织与性能的变化第8章 金属塑性成形2）纤维组织）纤维组织 铸锭中的杂质在变形过程中，沿变形方向被拉长呈纤维状，这种结构称为铸锭中的杂质在变形过程中，沿变形方向被拉长呈纤维状，这种结构称为纤维组织。纤维组织的明

13、显程度与变形程度有关，变形程度越大，纤维组织越纤维组织。纤维组织的明显程度与变形程度有关，变形程度越大，纤维组织越明显。锻造中常用锻造比来表示变形程度。明显。锻造中常用锻造比来表示变形程度。 纤维组织使金属性能产生方向性，当拉应力方向与纤维长度方向一致时，纤维组织使金属性能产生方向性，当拉应力方向与纤维长度方向一致时，材料的塑性和韧性比拉应力方向垂直于纤维长度方向时高。因此，设计零件时，材料的塑性和韧性比拉应力方向垂直于纤维长度方向时高。因此，设计零件时，应尽量使纤维组织完整，与零件轮廓形状一致，使最大拉应力方向与纤维方向应尽量使纤维组织完整，与零件轮廓形状一致，使最大拉应力方向与纤维方向一致

14、，使切应力方向与纤维方向垂直。如图一致，使切应力方向与纤维方向垂直。如图8-7所示，铸锭纤维连贯，截面过渡所示，铸锭纤维连贯，截面过渡处纤维与切应力成一定角度，提高了承载能力。处纤维与切应力成一定角度，提高了承载能力。图图8-7 8-7 典型零件的截面流线典型零件的截面流线第8章 金属塑性成形4.4.金属温变形金属温变形 金属温变形是介于热变形和冷变形之间的变形方式，其变形温度金属温变形是介于热变形和冷变形之间的变形方式，其变形温度应严格控制在再结晶温度以下，且又要保证金属在锻造过程中能够发应严格控制在再结晶温度以下，且又要保证金属在锻造过程中能够发生回复。对于冷变形困难的金属，采用温变形可提

15、高一次变形量，减生回复。对于冷变形困难的金属，采用温变形可提高一次变形量，减小变形抗力。温变形时金属发生了回复作用，锻件强度较冷变形时低。小变形抗力。温变形时金属发生了回复作用，锻件强度较冷变形时低。如果热变形时氧化严重的金属可采用温变形来提高其表面质量。温变如果热变形时氧化严重的金属可采用温变形来提高其表面质量。温变形中严格控制的因素是温度，因为在再结晶温度以下一定范围金属会形中严格控制的因素是温度，因为在再结晶温度以下一定范围金属会脆化，硬度升高，所以温变形温度范围较窄。脆化，硬度升高，所以温变形温度范围较窄。第8章 金属塑性成形5.5.影响金属塑性变形性能的因素影响金属塑性变形性能的因素

16、 影响金属塑性变形性能的因素包括材料性质和变形条件两个方面。影响金属塑性变形性能的因素包括材料性质和变形条件两个方面。 1 1）材料性质的影响）材料性质的影响 材料性质的影响如下：材料性质的影响如下： （1 1）化学成分的影响。不同化学成分的金属的塑性变形性能不同。）化学成分的影响。不同化学成分的金属的塑性变形性能不同。 （2 2）金属组织的影响。金属内部的组织结构不同，其塑性变形性能也有很大）金属组织的影响。金属内部的组织结构不同，其塑性变形性能也有很大差别。单相组织比多相组织的变形性能好。差别。单相组织比多相组织的变形性能好。 2 2）变形条件的影响）变形条件的影响 变形条件的影响如下：变

17、形条件的影响如下： （1 1）变形温度的影响。一般来）变形温度的影响。一般来说，在一定的温度范围内，随着变说，在一定的温度范围内，随着变形温度的提高，金属的塑性变形性形温度的提高，金属的塑性变形性能也提高。能也提高。 （2 2）变形速度的影响。变形速）变形速度的影响。变形速度是单位时间内的变形程度，它对度是单位时间内的变形程度，它对金属的塑性与变形抗力的影响如图金属的塑性与变形抗力的影响如图8-88-8所示。所示。图图8-8 8-8 变形速度对金属的塑性与变形抗力的影响变形速度对金属的塑性与变形抗力的影响11变形抗力曲线；变形抗力曲线； 22塑性变化曲线塑性变化曲线第8章 金属塑性成形 （3

18、3）应力状态的影响。金属在不同方向进行变形时，所产生的应力（压）应力状态的影响。金属在不同方向进行变形时，所产生的应力（压应力或拉应力）大小和性质不同。如图应力或拉应力）大小和性质不同。如图8-98-9所示，挤压变形时为三向受压状态，所示，挤压变形时为三向受压状态，而拉拔变形时为两向受压一向受拉状态。而拉拔变形时为两向受压一向受拉状态。图图8-9 8-9 应力状态示意图应力状态示意图第8章 金属塑性成形8.2 8.2 金属塑性成形方法金属塑性成形方法8.2.1 8.2.1 锻造成形锻造成形1.1.自由锻造自由锻造 自由锻造是在自由锻造设备的基础上，利用简单的通用性工具（如自由锻造是在自由锻造设

19、备的基础上，利用简单的通用性工具（如砧子、型砧、胎模等），使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量砧子、型砧、胎模等），使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。自由锻造主要用于单件、小批量生产，是大型锻件的锻件的加工方法。自由锻造主要用于单件、小批量生产，是大型锻件唯一的生产方法。唯一的生产方法。 常用的自由锻造设备有空气锤、蒸汽常用的自由锻造设备有空气锤、蒸汽空气自由锻锤、液压机等。空气自由锻锤、液压机等。自由锻造设备通用性好，工具简单，可锻大型件，锻件组织细密，力学自由锻造设备通用性好，工具简单，可锻大型件，锻件组织细密，力学性能好；但操作技术要求高，生产效率低。自由锻件

20、形状较简单，加工性能好；但操作技术要求高，生产效率低。自由锻件形状较简单，加工余量大，精度低。一般小型自由锻件以成形为主，大型自由锻件（尤其余量大，精度低。一般小型自由锻件以成形为主，大型自由锻件（尤其是重要件）和特殊钢则以改善内部质量为主。是重要件）和特殊钢则以改善内部质量为主。 自由锻造的工序包括拔长、镦粗、冲孔、弯曲、切割、错移、锻接自由锻造的工序包括拔长、镦粗、冲孔、弯曲、切割、错移、锻接和扭转。和扭转。第8章 金属塑性成形1 1）拔长）拔长 （1 1）在平砧上拔长。如图）在平砧上拔长。如图8-108-10（a a）所示为在锻锤上、下砧间拔长。高度为）所示为在锻锤上、下砧间拔长。高度为

21、H H（或直径为（或直径为D D）的坯料由右向左送进，每次送进量为）的坯料由右向左送进，每次送进量为L L。为了使锻件表面平整，。为了使锻件表面平整，L L应小于砧宽应小于砧宽B B，一般，一般L L0.750.75B B。对于重要锻件为了整个坯料产生均匀的塑性变。对于重要锻件为了整个坯料产生均匀的塑性变形，形，L L/ /H H（或（或L L/ /D D）应为）应为0.40.40.80.8。 （2 2）在芯棒上拔长。如图）在芯棒上拔长。如图8-108-10（b b）所示为在芯棒上拔长空心坯料。锻造时，）所示为在芯棒上拔长空心坯料。锻造时，先把芯棒插入冲好孔的坯料中，然后当做实心坯料进行拔长。

22、拔长时，一般不先把芯棒插入冲好孔的坯料中，然后当做实心坯料进行拔长。拔长时，一般不是一次拔成，而是先将坯料拔成六角形，锻到所需长度后，再倒角滚圆，取出是一次拔成，而是先将坯料拔成六角形，锻到所需长度后，再倒角滚圆，取出芯棒。为便于取出芯棒，芯棒的工作部分应有芯棒。为便于取出芯棒，芯棒的工作部分应有11001100左右的斜度。这种拔长方左右的斜度。这种拔长方法可使空心坯料的长度增加，壁厚减小，而内径不变，常用于锻造套筒类长空法可使空心坯料的长度增加，壁厚减小，而内径不变，常用于锻造套筒类长空心锻件。心锻件。图图8-10 8-10 拔长拔长第8章 金属塑性成形2 2）镦粗）镦粗 镦粗是使毛坯高度减

23、小，横断面积增大的锻造工序。镦粗工序主要用于镦粗是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。镦粗工序主要用于锻造齿轮坯、圆饼类锻件，可有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。锻造齿轮坯、圆饼类锻件，可有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。镦粗与拔长的反复进行，可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态。镦粗与拔长的反复进行，可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态。 镦粗可分为完全镦粗、端部镦粗和中间镦粗三种形式。镦粗可分为完全镦粗、端部镦粗和中间镦粗三种形式。图图8-11 8-11 镦粗镦粗第8章 金属塑性成形3 3）冲孔）冲孔 冲孔是用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。如图

24、冲孔是用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。如图8-128-12所示，它所示，它可分为单面冲孔和双面冲孔两种，主要用于锻造空心锻件，如齿轮、圆环、套可分为单面冲孔和双面冲孔两种，主要用于锻造空心锻件，如齿轮、圆环、套筒等。筒等。图图8-12 8-12 冲孔冲孔第8章 金属塑性成形4 4）弯曲）弯曲 弯曲是采用一定的工具或模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序。弯曲是采用一定的工具或模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序。常用的弯曲方法有锻锤压紧弯曲法和模弯曲法两种。常用的弯曲方法有锻锤压紧弯曲法和模弯曲法两种。 （1 1）锻锤压紧弯曲法。锻锤压紧弯曲法是坯料的一端被上砧、下砧压）锻锤压紧弯曲法

25、。锻锤压紧弯曲法是坯料的一端被上砧、下砧压紧，用大锤打击或用吊车拉另一端，使其弯曲成形的方法，如图紧，用大锤打击或用吊车拉另一端，使其弯曲成形的方法，如图8-138-13所示。所示。图图8-13 8-13 锻锤压紧弯曲法锻锤压紧弯曲法第8章 金属塑性成形（2 2）模弯曲法。模弯曲法是在垫模中弯曲得到形状和尺寸较准确的小）模弯曲法。模弯曲法是在垫模中弯曲得到形状和尺寸较准确的小型锻件的成形方法，如图型锻件的成形方法，如图8-148-14所示。所示。图图8-14 8-14 模弯曲法模弯曲法第8章 金属塑性成形5 5）切割）切割 切割是指将坯料分成两部分的锻造工序。切割的工具称为剁刀。切割常用切割是

26、指将坯料分成两部分的锻造工序。切割的工具称为剁刀。切割常用于下料和切除锻件的余料。它可分为单面切割和双面切割，如图于下料和切除锻件的余料。它可分为单面切割和双面切割，如图8-158-15所示。所示。图图8-15 8-15 切割切割第8章 金属塑性成形6 6）错移）错移 错移是指将坯料的一部分相对于另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心错移是指将坯料的一部分相对于另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。如图平行的锻造工序，常用于锻造曲轴零件。如图8-168-16所示，错移时先对坯料进行局所示，错移时先对坯料进行局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方向相反且

27、垂直于轴线的冲击力或部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方向相反且垂直于轴线的冲击力或压力，使坯料实现错移。压力，使坯料实现错移。图图8-16 8-16 错移错移第8章 金属塑性成形7 7）锻接）锻接 锻接是将坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两者在固态结合的锻造工锻接是将坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法主要有咬接和搭接两种，如图序。锻接的方法主要有咬接和搭接两种，如图8-178-17所示。锻接后的接缝强度可所示。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的达被连接材料强度的70%70%80%80%。图图8-17 8-17 锻接锻接第8章 金属塑性成形8 8）

28、扭转）扭转 扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时可用锤击方法，如图可用锤击方法，如图8-188-18所示。所示。图图8-18 8-18 扭转扭转第8章 金属塑性成形2.2.模型锻造模型锻造1 1）锤上模锻）锤上模锻 在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻，如图在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻，如图8-198-19所示。常用的锤上模锻所示。常用的锤上模锻设备为蒸汽设备为蒸汽空气模锻锤。空气

29、模锻锤。图图8-198-19锤上模锻成形的示意图锤上模锻成形的示意图11锤头；锤头； 22楔铁；楔铁； 33上模；上模； 44锻造中的坯料；锻造中的坯料； 55下模；下模；66模座；模座； 77砧铁；砧铁； 88坯料；坯料； 99带毛边带毛边和连皮的锻件；和连皮的锻件；1010毛边和连皮；毛边和连皮； 1111锻件锻件第8章 金属塑性成形 （1 1）锻模结构。锤上模锻所用的锻模由上模和下模组成。上模和下模分）锻模结构。锤上模锻所用的锻模由上模和下模组成。上模和下模分别通过楔铁和键块固定在锤头下端和模座的燕尾槽内。锤上模锻成形时，上别通过楔铁和键块固定在锤头下端和模座的燕尾槽内。锤上模锻成形时，

30、上模和下模合在一起，金属在模膛内成形。模和下模合在一起，金属在模膛内成形。 （2 2）模锻件图的制定。模锻件图的制定要考虑以下几个方面：）模锻件图的制定。模锻件图的制定要考虑以下几个方面： 分模面位置的选择。确定分模面的原则是将分模面选在模锻件最大尺分模面位置的选择。确定分模面的原则是将分模面选在模锻件最大尺寸的截面上，使模膛深度最小、宽度最大，但模膛侧面不能有内凹的形状，寸的截面上，使模膛深度最小、宽度最大，但模膛侧面不能有内凹的形状，以便锻件成形后顺利出模；分模面应尽量选在平面上；饼类锻件应尽量选用以便锻件成形后顺利出模；分模面应尽量选在平面上；饼类锻件应尽量选用圆形的分模面；金属流线应符

31、合锻件工作时的受力特点。圆形的分模面；金属流线应符合锻件工作时的受力特点。 机械加工余量的确定。模锻件的尺寸较精确，其机械加工余量比自由机械加工余量的确定。模锻件的尺寸较精确，其机械加工余量比自由锻造小得多。机械加工余量取决于零件的轮廓尺寸、重量大小、精度和表面锻造小得多。机械加工余量取决于零件的轮廓尺寸、重量大小、精度和表面粗糙度等。粗糙度等。第8章 金属塑性成形 模锻斜度的选择。为便于模锻件从模膛中取出，模锻件上垂直于模锻斜度的选择。为便于模锻件从模膛中取出，模锻件上垂直于分模面的侧壁要有一定的斜度，称为模锻斜度，如图分模面的侧壁要有一定的斜度，称为模锻斜度，如图8-208-20（a a）

32、所示。）所示。 圆角半径的确定。为了便于金属在模膛中流动，防止锻模开裂，圆角半径的确定。为了便于金属在模膛中流动，防止锻模开裂，保证锻造流线的连续性，提高锻模寿命，模锻件上所有尖锐棱角都必须保证锻造流线的连续性，提高锻模寿命，模锻件上所有尖锐棱角都必须做成圆弧状，圆弧的半径称为圆角半径，如图做成圆弧状，圆弧的半径称为圆角半径，如图8-208-20（b b）所示。）所示。 冲孔连皮。具有通孔的模锻件在模锻时不能锻出通孔，因此，孔冲孔连皮。具有通孔的模锻件在模锻时不能锻出通孔，因此，孔内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连皮，如图内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连皮，如图8-208-20（c c）

33、所示。）所示。 锻件图的技术条件。锻件图的技术条件。图图8-20 8-20 模锻斜度、圆角半径和冲孔连皮的示意图模锻斜度、圆角半径和冲孔连皮的示意图第8章 金属塑性成形2 2）锻造压力机上模锻）锻造压力机上模锻 锻造压力机上模锻包锻造压力机上模锻包括热模锻压力机上模锻、括热模锻压力机上模锻、螺旋压力机上模锻和平锻螺旋压力机上模锻和平锻机上模锻。机上模锻。 （1 1）热模锻压力机上）热模锻压力机上模锻。热模锻压力机采用模锻。热模锻压力机采用整体床身或有预应力的框整体床身或有预应力的框架式床身，通过曲柄连杆架式床身，通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行机构使滑块往复运动进行模锻，如图模锻，如图8-2

34、18-21所示。所示。图图8-21 8-21 热模锻压力机上模锻的工作原理热模锻压力机上模锻的工作原理11下模；下模； 22曲轴；曲轴； 33带闸制动器；带闸制动器； 4V4V形带；形带；55电动机；电动机； 66轴；轴； 77传动齿轮；传动齿轮； 88摩擦离合器；摩擦离合器； 99连杆；连杆；1010滑块滑块第8章 金属塑性成形 热模锻压力机滑块运动精确，其模具有导向装置，分为预成形、预热模锻压力机滑块运动精确，其模具有导向装置，分为预成形、预锻、终锻等工序，如图锻、终锻等工序，如图8-228-22所示。所示。图图8-22 8-22 热模锻压力机上模锻的工序热模锻压力机上模锻的工序第8章 金

35、属塑性成形 （2 2）螺旋压力机上模锻。）螺旋压力机上模锻。螺旋压力机是利用飞轮旋转积螺旋压力机是利用飞轮旋转积蓄的能量，靠螺杆的旋转带动蓄的能量，靠螺杆的旋转带动滑块上、下运动使坯料模锻成滑块上、下运动使坯料模锻成形的。摩擦螺旋压力机的工作形的。摩擦螺旋压力机的工作原理如图原理如图8-238-23所示。所示。 摩擦螺旋压力机模锻设备摩擦螺旋压力机模锻设备投资较低，工艺适应性强，但投资较低，工艺适应性强，但生产效率较低，适合于中、小生产效率较低，适合于中、小型锻件的中、小批量生产，如型锻件的中、小批量生产，如阀体、螺钉、齿轮等。阀体、螺钉、齿轮等。图图8-23 8-23 摩擦螺旋压力机的工作原

36、理摩擦螺旋压力机的工作原理11工作台；工作台； 22导轨；导轨； 33滑块；滑块； 44电动机；电动机； 55摩擦摩擦轮；轮； 66飞轮；飞轮； 77固定螺母；固定螺母； 88螺杆；螺杆； 99操纵杆操纵杆第8章 金属塑性成形 （3 3）平锻机上模锻。平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机，其）平锻机上模锻。平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机，其主滑块水平运动。平锻机模锻件成形工序包括积累、预成形和终锻三个工序，主滑块水平运动。平锻机模锻件成形工序包括积累、预成形和终锻三个工序，如图如图8-248-24所示。所示。图图8-24 8-24 平锻机模锻件成形工序平锻机模锻件成形工序第8

37、章 金属塑性成形3.3.胎模锻造胎模锻造 胎模主要有扣模、套筒模和合模三种类型。胎模主要有扣模、套筒模和合模三种类型。 （1 1）扣模。扣膜用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛，如图）扣模。扣膜用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛，如图8-258-25（a a）所示。锻造时工件一般不翻转，不产生毛边。扣膜既可用于制坯，又可用于所示。锻造时工件一般不翻转，不产生毛边。扣膜既可用于制坯，又可用于成形。成形。 （2 2）套筒模。套筒模主要用于锻造回转体锻件，如齿轮、法兰等。套筒）套筒模。套筒模主要用于锻造回转体锻件，如齿轮、法兰等。套筒模有开式套筒模和闭式套筒模两种类型。模有开式套筒模和闭式套筒模两

38、种类型。 开式套筒模。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），没有上模开式套筒模。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）。其优点为结构简单，可以得到很小或不带锻模斜度的锻（锤砧代替上模）。其优点为结构简单，可以得到很小或不带锻模斜度的锻件，取件时一般要翻转件，取件时一般要翻转180180；缺点是对上砧、下砧的平行度要求较严，否则；缺点是对上砧、下砧的平行度要求较严，否则易使毛坯偏斜或填充不满。易使毛坯偏斜或填充不满。第8章 金属塑性成形图图8-25 8-25 胎模类型胎模类型 闭式套筒模。闭式套筒模一般由上模、套筒等组成，如图闭式套筒模。闭式套筒模一般由上模、套筒等组成，

39、如图8-258-25（b b）所示。锻造中金属在模膛的封闭空间中变形，不形成毛边。由于导向面间存所示。锻造中金属在模膛的封闭空间中变形，不形成毛边。由于导向面间存在间隙，往往在锻件端部间隙处形成横向毛刺，需进行修整。此方法要求坯在间隙，往往在锻件端部间隙处形成横向毛刺，需进行修整。此方法要求坯料尺寸精确，否则会增加锻件垂直方向的尺寸或不能充满模膛。料尺寸精确，否则会增加锻件垂直方向的尺寸或不能充满模膛。 （3 3）合模。合模一般由上模、下模及导向装置组成，如图）合模。合模一般由上模、下模及导向装置组成，如图8-258-25（c c）所）所示。合模可用来锻造形状复杂的锻件。在锻造过程中多余金属流

40、入飞边槽会示。合模可用来锻造形状复杂的锻件。在锻造过程中多余金属流入飞边槽会形成飞边。形成飞边。第8章 金属塑性成形 冲压成形主要应用于板料，是利用压力装置和模具使板材产生分离或塑冲压成形主要应用于板料，是利用压力装置和模具使板材产生分离或塑性变形，从而获得成形件的塑性成形方法。板料冲压工艺在工业生产中有着性变形，从而获得成形件的塑性成形方法。板料冲压工艺在工业生产中有着十分广泛的应用，特别是在汽车、拖拉机、航空航天、电器、仪表及国防等十分广泛的应用，特别是在汽车、拖拉机、航空航天、电器、仪表及国防等工业中占有极其重要的地位。工业中占有极其重要的地位。 板料冲压具有以下特点：板料冲压具有以下特

41、点： （1 1）可冲压出形状复杂的零件，废料较少，材料利用率高。）可冲压出形状复杂的零件，废料较少，材料利用率高。 （2 2）冲压件尺寸精度高，表面粗糙度低，互换性能好。）冲压件尺寸精度高，表面粗糙度低，互换性能好。 （3 3）可获得强度高、刚性好、质量轻的冲压件。）可获得强度高、刚性好、质量轻的冲压件。 （4 4）冲压操作简单，工艺过程便于实现机械化、自动化，生产率高；但）冲压操作简单，工艺过程便于实现机械化、自动化，生产率高；但冲模制造复杂，要求高。因此，这种工艺方法用于大批量生产时才能使冲压冲模制造复杂，要求高。因此，这种工艺方法用于大批量生产时才能使冲压产品成本降低。产品成本降低。8.

42、2.2 8.2.2 冲压成形冲压成形第8章 金属塑性成形1.1.冲压基本工序冲压基本工序板料冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两步。板料冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两步。1 1）分离工序）分离工序 分离工序是将坯料的一部分和另一部分分开的工序，如剪切、落料和冲孔、分离工序是将坯料的一部分和另一部分分开的工序，如剪切、落料和冲孔、整修等。整修等。图图8-26 8-26 落料的排样法落料的排样法第8章 金属塑性成形2 2）变形工序）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塑性变形而不破裂的工序，变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生塑性变形而不破裂的工序，如弯曲、拉深等

43、。如弯曲、拉深等。（1 1）弯曲。弯曲是使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。）弯曲。弯曲是使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。如图如图8-278-27所示为弯曲时金属变形简图。所示为弯曲时金属变形简图。（2 2）拉深。拉深是使坯料变形成开口空心零件的工序。如图）拉深。拉深是使坯料变形成开口空心零件的工序。如图8-288-28所示为拉深所示为拉深过程简图。为减少坯料断裂，拉深模的凸模和凹模边缘都不能是锋利的刃口，过程简图。为减少坯料断裂，拉深模的凸模和凹模边缘都不能是锋利的刃口，而应做成圆角。而应做成圆角。图图8-27 8-27 弯曲时金属变形简图弯曲时金属变形简图图

44、图8-28 8-28 拉深过程简图拉深过程简图第8章 金属塑性成形图图8-298-29常用小型冲床的基本结构常用小型冲床的基本结构11制动器；制动器； 22曲轴；曲轴； 33离合器；离合器； 44飞轮；飞轮； 55电动机；电动机； 66踏板；踏板； 77工作台；工作台； 88滑块；滑块； 99连杆连杆2.2.冲压设备冲压设备 冲压常用设备有剪床和冲床。冲压常用设备有剪床和冲床。剪床（也称为剪板机）的用途是将剪床（也称为剪板机）的用途是将板料切成一定宽度的条料，以供冲板料切成一定宽度的条料，以供冲压所用。冲床是冲压加工的基本设压所用。冲床是冲压加工的基本设备。常用小型冲床的基本结构如图备。常用小

45、型冲床的基本结构如图8-298-29所示。接通电源后，电动机所示。接通电源后，电动机5 5通过减速机构带动飞轮通过减速机构带动飞轮4 4旋转，踩旋转，踩下踏板下踏板6 6使离合器使离合器3 3闭合，通过曲轴闭合，通过曲轴2 2和连杆和连杆9 9使原处于最高极限位置的使原处于最高极限位置的滑块滑块8 8沿导轨向下运动，进行冲压。沿导轨向下运动，进行冲压。若踩下踏板若踩下踏板6 6后立即抬起，使离合后立即抬起，使离合器器3 3脱开，则在制动器脱开，则在制动器1 1的作用下，的作用下，使滑块使滑块8 8停止在最高位置上，完成停止在最高位置上，完成一个单次冲压；若不抬起踏板一个单次冲压；若不抬起踏板6

46、 6，则可进行连续冲压。则可进行连续冲压。第8章 金属塑性成形3.3.冲压模具冲压模具1 1）简单模）简单模 简单模是在压力机的一次行程中只完简单模是在压力机的一次行程中只完成一道工序的模具。如图成一道工序的模具。如图8-308-30所示为落料所示为落料用的简单模。凹模用的简单模。凹模8 8用凹模固定板用凹模固定板1212固定固定在下模座在下模座1111上，下模座上，下模座1111用螺栓固定在冲用螺栓固定在冲床的工作台上。凸模床的工作台上。凸模3 3用凸模固定板用凸模固定板4 4固定固定在上模座在上模座2 2上，上模座上，上模座2 2通过模柄通过模柄1 1与冲床与冲床的滑块连接，凸模的滑块连接

47、，凸模3 3可随滑块做上、下运可随滑块做上、下运动。为了使凸模动。为了使凸模3 3向下运动时能对准凹模向下运动时能对准凹模孔，并在凹模孔之间保持均匀间隙，通常孔，并在凹模孔之间保持均匀间隙，通常用导套用导套5 5和导柱和导柱6 6来保证。条料在凸模来保证。条料在凸模3 3上上沿两个导向板沿两个导向板7 7、1313送进，碰到定位销送进，碰到定位销9 9停停止。凸模止。凸模3 3向下冲压时，冲下部分进入凹向下冲压时，冲下部分进入凹模孔，而条料则夹住凸模模孔，而条料则夹住凸模3 3一起回程向上一起回程向上运动。条料碰到卸料板运动。条料碰到卸料板1010时被推下，这样时被推下，这样条料就可以继续沿两

48、个导向板条料就可以继续沿两个导向板7 7、1313送进。送进。重复上述动作，即可连续冲压。重复上述动作，即可连续冲压。图图8-30 8-30 落料用的简单模落料用的简单模11模柄；模柄； 22上模座；上模座； 33凸模；凸模； 44凸模固定板；凸模固定板； 55导套；导套； 66导柱；导柱；7 7、1313导向板；导向板； 88凹模；凹模； 99定位销；定位销； 1010卸料板；卸料板；1111下模座；下模座； 1212凹模凹模固定板固定板第8章 金属塑性成形2 2）连续模）连续模 连续模是把两个或两个以上的简单模安装在一个模板上，在压力连续模是把两个或两个以上的简单模安装在一个模板上，在压力

49、机一次行程内在模具不同部位上同时完成两个以上冲压工序。该冲模机一次行程内在模具不同部位上同时完成两个以上冲压工序。该冲模生产效率高，易于实现自动化生产，但模板定位精度要求高，具有制生产效率高，易于实现自动化生产，但模板定位精度要求高，具有制造麻烦和成本高的缺点。造麻烦和成本高的缺点。3 3）复合模）复合模 复合模是利用压力机的一次行程，在模具的同一位置完成数道工复合模是利用压力机的一次行程，在模具的同一位置完成数道工序的模具。该冲模适用于产量大、精度高的冲压件。序的模具。该冲模适用于产量大、精度高的冲压件。第8章 金属塑性成形8.2.3 8.2.3 拉拔、挤压和轧制成形拉拔、挤压和轧制成形1.

50、1.拉拔成形拉拔成形 拉拔成形是靠拉拔机的钳口夹住穿过拉拔模孔的金属坯料，从模孔中拉拉拔成形是靠拉拔机的钳口夹住穿过拉拔模孔的金属坯料，从模孔中拉出，从而获得与模孔形状、尺寸相同的产品的一种加工方法。它一般在冷态出，从而获得与模孔形状、尺寸相同的产品的一种加工方法。它一般在冷态下进行，可拉拔断面尺寸很小的线材和管材，如直径为下进行，可拉拔断面尺寸很小的线材和管材，如直径为0.015 mm0.015 mm的金属线，的金属线，直径为直径为0.25 mm0.25 mm的管材等。拉拔制品的尺寸精度、表面光洁度和强度都很高，的管材等。拉拔制品的尺寸精度、表面光洁度和强度都很高，主要用于制造电线、电缆、金

51、属网线和各种管材。主要用于制造电线、电缆、金属网线和各种管材。2.2.挤压成形挤压成形 挤压成形是使装入挤压筒内的坯料，在挤压筒后端挤压轴的推力作用下，挤压成形是使装入挤压筒内的坯料，在挤压筒后端挤压轴的推力作用下，从挤压筒前端的模孔流出，从而获得与挤压模孔形状、尺寸相同的产品的一从挤压筒前端的模孔流出，从而获得与挤压模孔形状、尺寸相同的产品的一种加工方法。挤压成形有正挤压成形和反挤压成形两种基本方式。正挤压成种加工方法。挤压成形有正挤压成形和反挤压成形两种基本方式。正挤压成形时，挤压轴的运动方向与从模孔中挤出的金属流动方向一致；反挤压成形形时，挤压轴的运动方向与从模孔中挤出的金属流动方向一致

52、；反挤压成形时，挤压轴的运动方向与从模孔中挤出的金属流动方向相反。挤压成形可用时，挤压轴的运动方向与从模孔中挤出的金属流动方向相反。挤压成形可用于加工各种复杂断面的实心型材、棒材、空心型材和管材。它是有色金属型于加工各种复杂断面的实心型材、棒材、空心型材和管材。它是有色金属型材、管材的主要生产方法。材、管材的主要生产方法。第8章 金属塑性成形纵轧成形纵轧成形纵轧成形是两轧辊旋转方纵轧成形是两轧辊旋转方向相反，轧件的纵轴线与向相反，轧件的纵轴线与轧辊轴线垂直的轧制方轧辊轴线垂直的轧制方式。金属不论在热态或冷式。金属不论在热态或冷态都可以进行纵轧成形。态都可以进行纵轧成形。横轧成形横轧成形横轧成形

53、是两轧辊旋转方横轧成形是两轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线平行，轧件获得轧辊轴线平行，轧件获得绕纵轴线旋转运动的轧制绕纵轴线旋转运动的轧制方式。方式。斜轧成形斜轧成形斜轧成形是两轧辊旋转方斜轧成形是两轧辊旋转方向相同，轧件的纵轴线与向相同，轧件的纵轴线与轧辊轴线成一定倾斜角度轧辊轴线成一定倾斜角度的轧制方式，是生产无缝的轧制方式，是生产无缝钢管的基本方法。钢管的基本方法。3.3.轧制成形轧制成形 轧制成形是使通过两个或两个以上旋转轧辊间的轧件产生压缩变形，使轧制成形是使通过两个或两个以上旋转轧辊间的轧件产生压缩变形，使其横断面面积减小并改变形状，从而使其纵向长度增

54、加的一种加工方法。根其横断面面积减小并改变形状，从而使其纵向长度增加的一种加工方法。根据轧辊与轧件的运动关系，轧制成形有纵轧成形、横轧成形和斜轧成形三种据轧辊与轧件的运动关系，轧制成形有纵轧成形、横轧成形和斜轧成形三种方式。方式。第8章 金属塑性成形1简化锻件形状。为了简化锻件形状。为了简化锻造工艺，零件简化锻造工艺，零件上的小孔、凹档、台上的小孔、凹档、台阶等部分，可加上工阶等部分，可加上工艺余块而不予锻出。艺余块而不予锻出。是否加工艺余块要根是否加工艺余块要根据零件的形状、尺寸、据零件的形状、尺寸、锻造技术水平和经济锻造技术水平和经济效果来确定。效果来确定。2确定机械加工余量、工确定机械加

55、工余量、工艺余块和锻件公差。机艺余块和锻件公差。机械加工余量是指为使零械加工余量是指为使零件具有一定的加工尺寸件具有一定的加工尺寸和表面粗糙度，对于零和表面粗糙度，对于零件表面需要加工的部分，件表面需要加工的部分，在锻件上留一层供机械在锻件上留一层供机械加工用的金属。加工用的金属。3绘制自由锻件的锻件图。绘制自由锻件的锻件图。在锻件图上，规定用粗在锻件图上，规定用粗实线绘出锻件的形状。实线绘出锻件的形状。为了便于了解零件的形为了便于了解零件的形状和检查锻件的实际机状和检查锻件的实际机械加工余量，在锻件图械加工余量，在锻件图上还要用双点画线绘出上还要用双点画线绘出零件的主要形状。零件的主要形状。

56、1.1.绘制锻件图绘制锻件图绘制自由锻件的锻件图可按以下步骤进行：绘制自由锻件的锻件图可按以下步骤进行：8.3 8.3 金属塑性成形工艺金属塑性成形工艺8.3.1 8.3.1 锻压成形工艺锻压成形工艺第8章 金属塑性成形2.2.计算坯料质量与尺寸计算坯料质量与尺寸1 1）坯料质量）坯料质量坯料质量可按下式计算坯料质量可按下式计算m m坯料坯料= =m m锻件锻件+ +m m烧损烧损+ +m m料头料头式中，式中，m m坯料坯料为坯料质量（为坯料质量（kgkg）；）；m m锻件锻件为锻件质量（为锻件质量（kgkg）；）；m m烧损烧损为加热时由于坯为加热时由于坯料表面氧化而烧损的质量（料表面氧化

57、而烧损的质量（kgkg），第一次加热时，），第一次加热时，m m烧损烧损取被加热金属的取被加热金属的2%2%3%3%，以后每次加热，以后每次加热，m m烧损烧损均取被加热金属的均取被加热金属的1.5%1.5%2.0%2.0%；m m料头料头为在锻造过程中，冲为在锻造过程中，冲掉或切掉的那部分金属的质量（掉或切掉的那部分金属的质量（kgkg），如冲孔时坯料中部的料芯和修切端部的），如冲孔时坯料中部的料芯和修切端部的料头等。料头等。 当锻造大型锻件时，若采用钢锭作为坯料，还要考虑应切掉的钢锭头部和当锻造大型锻件时，若采用钢锭作为坯料，还要考虑应切掉的钢锭头部和尾部的质量。尾部的质量。第8章 金属塑

58、性成形2 2）坯料尺寸）坯料尺寸 根据坯料质量就可以确定坯料尺寸。在计算坯料尺寸前先要考虑锻根据坯料质量就可以确定坯料尺寸。在计算坯料尺寸前先要考虑锻造比。锻造比是指坯料在锻造前、后断面积的比值。造比。锻造比是指坯料在锻造前、后断面积的比值。 对于拔长工序，其锻造比可按下式计算对于拔长工序，其锻造比可按下式计算1010LLRSSRdd或 式中，式中，R Rd d为拔长工序坯料的锻造比；为拔长工序坯料的锻造比；S S0 0为拔长前坯料的断面积（为拔长前坯料的断面积（mmmm2 2）；）；S S1 1为拔长后坯料的断面积（为拔长后坯料的断面积（mmmm2 2）；）；L L0 0为拔长前坯料的长度（

59、为拔长前坯料的长度（mmmm）；）；L L1 1为拔为拔长后坯料的长度（长后坯料的长度（mmmm）。）。 对于镦粗工序，其锻造比可按下式计算对于镦粗工序，其锻造比可按下式计算1010HHRSSRuu或第8章 金属塑性成形3.3.制定锻造工序制定锻造工序 根据不同类型的锻件制定不同的锻造工序。工序确定后，尚需确定所用根据不同类型的锻件制定不同的锻造工序。工序确定后，尚需确定所用工夹具、加热设备、加热和冷却规范及根据锻件质量确定锻造设备。工夹具、加热设备、加热和冷却规范及根据锻件质量确定锻造设备。4.4.选择锻造设备及模膛制造选择锻造设备及模膛制造 应根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序、设备的锻

60、造能力等因素，应根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序、设备的锻造能力等因素，结合工厂现有设备条件综合确定锻造设备。模膛制造主要根据锻件形状、尺结合工厂现有设备条件综合确定锻造设备。模膛制造主要根据锻件形状、尺寸及锻造工序等因素确定。寸及锻造工序等因素确定。5.5.修正工序修正工序 锻件经终锻成形后，为保证和提高锻件质量，还需安排以下修正工序。锻件经终锻成形后，为保证和提高锻件质量，还需安排以下修正工序。 1 1）切边和冲孔）切边和冲孔 2 2）校正）校正 3 3）清理）清理 4 4）精压）精压6.6.热处理热处理 为消除锻件加工硬化和过热组织，细化晶粒和满足其他所需的力学性能，为消除锻件加工硬