成型技术-锻压

1、材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院第二章第二章 锻压锻压 锻压锻压是在外力作用下金属材料通过塑性变是在外力作用下金属材料通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法件或毛坯的加工方法 。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院第二章第二章 锻压锻压锻压加工的特点锻压加工的特点 1. 改善金属的组织、提高力学性能改善金属的组织、提高力学性能 2. 材料的利用率高材料的利用率高 3. 较高的生产率较高的生产率 4. 毛坯或零件的精度较高毛坯或零件的精度较高材料成

2、形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础一、金属塑性变形时遵循的规律一、金属塑性变形时遵循的规律 1. 体积不变规律体积不变规律应变状态应变状态 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础2. 最小阻力定律最小阻力定律如果金属质点有向如果金属质点有向几个方向移动的可几个方向移动的可能时，则金属各质能时，则金属各质点将向阻力最小的点将向阻力最小的方向移动。方向移动。 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础3. 加工硬化加工硬化 =

3、An 式中：式中： A 与材料有关与材料有关的系数，单位为的系数，单位为MPa； n 硬化指数。硬化指数。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础二、金属塑性和变形抗力的影响因素二、金属塑性和变形抗力的影响因素 1. 化学成分和组织化学成分和组织 合金元素合金元素 杂质元素杂质元素固溶体（晶粒度）固溶体（晶粒度） 金属化合物金属化合物材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础2. 变形条件变形条件 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻

4、压基础锻压基础 3. 应力状态应力状态 三向压应力状态下，材料的塑性状态好。三向压应力状态下，材料的塑性状态好。 压应力阻止晶间变形压应力阻止晶间变形 压应力有利于各种损伤的愈合压应力有利于各种损伤的愈合 压应力可抵销不均匀塑性变形引起的应力。压应力可抵销不均匀塑性变形引起的应力。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础 3. 应力状态应力状态 三向压应力状态下，材料的变形抗力大。三向压应力状态下，材料的变形抗力大。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础4. 其它因素其它因素

5、粗糙、划痕，塑性下降。粗糙、划痕，塑性下降。氧化性气氛，腐蚀性介质，氧化性气氛，腐蚀性介质， 塑性下降。塑性下降。减小摩擦阻力，有利于塑性减小摩擦阻力，有利于塑性 成形。成形。 模具应有相应的圆角，减小模具应有相应的圆角，减小 金属成形时的流动阻力。金属成形时的流动阻力。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础三、常用合金的锻造性能和板料冲压性能三、常用合金的锻造性能和板料冲压性能 1. 常用合金的锻造性能常用合金的锻造性能 K = / 级别级别K（% MPa-1）锻造性锻造性1 0.01不能段不能段20.010.3差差30.310.8

6、可可40.812.0良良5 2.1优优材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.1 锻压基础锻压基础 2. 板料冲压性能板料冲压性能材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法一、自由锻一、自由锻 自由锻：自由锻：利用冲击力或压力，使金属在上、利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。锻件的一种加工方法。 材料成形

7、技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法1. 自由锻的基本工序自由锻的基本工序 镦粗镦粗I区：难变形区区：难变形区II区：大变形区区：大变形区III区：小变形区区：小变形区全部镦粗全部镦粗局部镦粗局部镦粗材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法1. 自由锻的基本工序自由锻的基本工序镦粗镦粗失稳失稳弯曲弯曲双鼓形双鼓形均匀均匀变形变形难变形难变形区相遇区相遇材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法1. 自由锻的基本工序自由锻的基本工

8、序拔长拔长材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法拔长拔长送进量送进量l的确定：的确定： l a，金属沿宽度方向流动多，金属沿宽度方向流动多 l a，金属沿轴向方向流动多，拔长，金属沿轴向方向流动多，拔长效率高。效率高。 l 0.5h，中间部分锻不透，轴心出现，中间部分锻不透，轴心出现附加拉应力。附加拉应力。 l 一般取一般取0.50.8h 压下量压下量h大，生产率高，但在坯料翻大，生产率高，但在坯料翻转转90后高宽比不能大于后高宽比不能大于2.53。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压

9、方法锻压方法1、自由锻的基本工序、自由锻的基本工序冲孔冲孔实心冲头双面冲孔实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会时，圆柱形坯料会产生畸变。产生畸变。D0/d愈小，畸变愈愈小，畸变愈严重。严重。 冲孔高度过大时，冲孔高度过大时，易将孔冲偏。易将孔冲偏。D0/d应大于应大于2.5，坯，坯料高度应小于坯料料高度应小于坯料直径。直径。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法1. 自由锻的基本工序自由锻的基本工序扩孔扩孔材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法1. 自由锻的基本工序自由锻的基本工

10、序错移错移弯曲弯曲扭转扭转切割切割材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法2. 自由锻的辅助工序自由锻的辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序。序称为辅助工序。 压钳口、切肩等压钳口、切肩等材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法2. 自由锻的辅助工序自由锻的辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序。序称为辅助工序。 压钳口、切肩等压钳口、切肩等材料成形技术基础材料成

11、形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法3. 自由锻的修整工序自由锻的修整工序 用以减少锻件表面缺陷而进行的工序。用以减少锻件表面缺陷而进行的工序。 如校正、滚圆、平整等如校正、滚圆、平整等材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法二、模锻二、模锻 模锻：模锻：使金属坯料在模膛内受压产生塑使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质性变

12、形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。量锻件的加工方法称为模锻。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法1. 锤上模锻锤上模锻 锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧锤上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往复运动的固在模垫上，通过随锤头作上下往复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。击，来获取锻件的锻造方法。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法1. 锤上模锻锤上

13、模锻1锤头锤头 2上模上模 3飞边槽飞边槽 4下模下模 5模垫模垫 6、7、10紧固楔铁紧固楔铁 8分模面分模面 9模膛模膛材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法2. 锤上模锻的制坯工步锤上模锻的制坯工步 拔长：拔长：减小坯料某部分的横截面积，以增加减小坯料某部分的横截面积，以增加其长度其长度 。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法2. 锤上模锻的制坯工步锤上模锻的制坯工步 滚挤：滚挤： 减小坯料某部分的横截面积，以增大减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。另

14、一部分的横截面积。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法2. 锤上模锻的制坯工步锤上模锻的制坯工步 弯曲：弯曲： 使坯料弯曲使坯料弯曲材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法2. 锤上模锻的制坯工步锤上模锻的制坯工步 切断：切断： 在上模与下模的角部组成一对刃口，在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属。用来切断金属。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法3. 锤上模锻的模锻工步锤上模锻的模锻工步 预锻：预锻：使坯

15、料变形到接近于锻件的形状和使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸。尺寸。 终锻：终锻：使金属坯料最终变形到所要求的形使金属坯料最终变形到所要求的形状与尺寸。状与尺寸。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院弯曲连杆模锻件弯曲连杆模锻件所用多膛锻模所用多膛锻模1拔长模膛拔长模膛 2滚挤模膛滚挤模膛 3终锻模膛终锻模膛 4预锻模膛预锻模膛 5弯曲模膛弯曲模膛材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法4、锤上模锻的整修工步、锤上模锻的整修工步切边与冲孔：切边与冲孔：模锻件一般都带有飞边及连皮，须模锻件一般都带有飞边

16、及连皮，须在压力机上进行切除。在压力机上进行切除。 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法4. 锤上模锻的整修工步锤上模锻的整修工步 校正校正 、热处理、热处理 、清理、清理 、精压、精压 平面精压平面精压体积精压体积精压材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院锤上模锻生产锻件的典型结构锤上模锻生产锻件的典型结构材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法5. 胎模锻胎模锻 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院

17、示例示例材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院示例示例材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院示例示例材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院示例示例材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法三、冲裁三、冲裁 1. 冲裁过程冲裁过程a) 弹性变形阶段弹性变形阶段 b）塑性变形阶段）塑性变形阶段 c）剪裂分离阶段）剪裂分离阶段材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法三、冲裁三、冲裁

18、 2. 冲裁件断面特征冲裁件断面特征材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法三、冲裁三、冲裁 3. 冲裁主要工艺参数冲裁主要工艺参数间隙过大，板料翘曲间隙过大，板料翘曲加大，圆角和毛刺加加大，圆角和毛刺加大大 。 间隙过小，冲裁力加间隙过小，冲裁力加大，模具寿命降低，大，模具寿命降低，出现二次光亮带。出现二次光亮带。 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法三、冲裁三、冲裁 3. 整修整修外缘整修外缘整修 内孔整修内孔整修 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同

19、济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法三、冲裁三、冲裁 4. 精密冲裁精密冲裁V形齿、压力顶板、形齿、压力顶板、凸模的下压力使冲凸模的下压力使冲裁坯料处于三向压裁坯料处于三向压应力状态，凹模不应力状态，凹模不带刃口，使冲裁处带刃口，使冲裁处于塑性变形过程。于塑性变形过程。凸模凸模齿圈压板齿圈压板压力顶板压力顶板凹模凹模冲裁件冲裁件材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法四、弯曲四、弯曲 1. 弯曲过程弯曲过程弹性变形弹性变形弹塑性变形弹塑性变形塑性变形塑性变形校正弯曲校正弯曲相对弯曲半径相对弯曲半径r/t随弯区随弯区变形程度的增大而

20、变小。变形程度的增大而变小。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法四、弯曲四、弯曲 2. 弯曲变形区弯曲变形区材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法五、拉深五、拉深 1. 拉深变形过程拉深变形过程材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法五、拉深五、拉深 2. 拉深变形区拉深变形区拉深成形件分三部分：拉深成形件分三部分： 底部底部基本不变形基本不变形 壁部壁部已变形区已变形区 法兰法兰变形区变形区材料成形技术基础材料成形

21、技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法五、拉深五、拉深 3. 拉深缺陷拉深缺陷材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法五、拉深五、拉深 4. 拉深工艺参数拉深工艺参数拉深系数拉深系数 m= d/D 反映拉深程度。反映拉深程度。d拉深件直径，拉深件直径，D坯料直径坯料直径一般选拉深系数一般选拉深系数m=0.50.8材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法五、翻边五、翻边 1. 翻边工艺过程翻边工艺过程变形过程：弯曲、扩孔、翻边变形过程：弯曲、扩孔

22、、翻边变形区变形区：（ d-d0）环形区域内）环形区域内应力状态：双向拉应力应力状态：双向拉应力材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法五、翻边五、翻边 2. 翻边工艺参数翻边工艺参数翻边系数翻边系数Kf ： Kf=d0/d d0预制孔径预制孔径 d翻边后孔径翻边后孔径 一般取一般取Kf =0.650.72翻边加工极限翻边加工极限Kmin：与材料、模具、板料厚度、：与材料、模具、板料厚度、孔缘孔缘 状态等有关。状态等有关。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法六、旋压六、旋压

23、1顶杆顶杆 2毛坯毛坯 3滚轮滚轮 4模具模具 5加工中的毛坯加工中的毛坯材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法六、胀形与缩口六、胀形与缩口 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法七、辊轧七、辊轧 辊锻辊锻斜轧斜轧横轧横轧材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法七、挤压七、挤压 正挤压正挤压反挤压反挤压材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法七、挤压七、挤压 复

24、合挤压复合挤压径向挤压径向挤压材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.2 锻压方法锻压方法八、拉拔八、拉拔 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定一、自由锻工艺规程的制定 1. 绘制锻件图绘制锻件图敷料敷料 锻件余量锻件余量 锻件公差锻件公差材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定一、自由锻工艺规程的制定 2. 计算坯料的质量和尺寸计算坯料的质量和尺寸 坯料的质量：坯料的质量：

25、G坯料坯料= G锻件锻件+G烧损烧损+G料头料头 坯料的尺寸：坯料的尺寸： 锻件名称锻件名称 计算部位计算部位锻造比锻造比 锻件名称锻件名称计算部位计算部位锻造比锻造比碳钢轴类锻件碳钢轴类锻件 最大截面最大截面2.02.5 锤锤 头头最大截面最大截面2.5 合金钢轴类锻件合金钢轴类锻件 最大截面最大截面2.53.0水轮机主轴水轮机主轴 轴轴 身身2.5 热轧辊热轧辊 辊辊 身身2.53.0 水轮机立柱水轮机立柱最大截面最大截面 3.0 3.0 冷轧辊冷轧辊辊辊 身身 3.55.0模模 块块最大截面最大截面 3.03.0 齿轮轴齿轮轴 最大截面最大截面 2.53.0 航空用大型锻件航空用大型锻件

26、 最大截面最大截面 6.08.06.08.0 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定一、自由锻工艺规程的制定 3. 选择锻造工序选择锻造工序 4. 选择锻压设备选择锻压设备 根据锻件大小、质量、形状以及锻造基本根据锻件大小、质量、形状以及锻造基本工序等因素，计算锻压设备的吨位。工序等因素，计算锻压设备的吨位。 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计一、自由锻工艺规程的制定一、自由锻工艺规程的制定 5. 确定锻造温度范围确定锻造温度范围

27、6. 填写工艺卡填写工艺卡 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院锻件锻件名称名称 半半 轴轴图图 例例坯料坯料质量质量25kg 坯料坯料尺寸尺寸 130240 材材 料料 18CrMnTi 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院火次火次工工 序序 图图 例例 1 锻出头部锻出头部 拔长拔长 拔长及修整台阶拔长及修整台阶 拔长并留出台阶拔长并留出台阶 锻出凹档及拔长锻出凹档及拔长端部并修整端部并修整 材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计二、锤上模锻工艺规

28、程的制定二、锤上模锻工艺规程的制定 1. 绘制锻件图绘制锻件图分模面上上下模分模面上上下模膛的轮廓相同。膛的轮廓相同。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计 1. 绘制锻件图绘制锻件图 （1）选择分模面）选择分模面分模面尽可能采用分模面尽可能采用直线分模。直线分模。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计1. 绘制锻件图绘制锻件图 （1）选择分模面）选择分模面头部尺寸较大的锻头部尺寸较大的锻件，分模面的选择件，分模面的选择应保证锻件能全部应保证锻件能全部冲满模膛

29、。冲满模膛。材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计1. 绘制锻件图绘制锻件图 （1）选择分模面）选择分模面考虑流线要求考虑流线要求材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计1. 绘制锻件图绘制锻件图 （2）确定加工余量和锻造公差）确定加工余量和锻造公差材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计1. 绘制锻件图绘制锻件图 （3）确定冲孔连皮）确定冲孔连皮s=0.45(d-0.25h-5)0.5+0.6h 0.5材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计 1. 绘制锻件图绘制锻件图 （4）确定模锻斜度与圆角半径）确定模锻斜度与圆角半径材料成形技术基础材料成形技术基础 同济大学机械工程学院同济大学机械工程学院2.3 锻压工艺设计锻压工艺设计二、锤上