第八章 压力加工成型

1、 第八章 压力加工成型 概述：一、压力加工:固体金属在外力作用下产生塑性变形,获得一定形状、尺寸和力学性能的材料、毛坯或零件的成型加工方法。2、成形实质：固态流动成形3、目的：获得具有一定形状，尺寸和机械性的原材料毛坯和 零件。二、特点及应用（与铸造对比）1、压力加工件机械性能高。2、材料利用率高。1、必要条件外力（外因）塑性变形能力（内因）3、不易获得形状复杂的锻件。用于制造形状较简单，受力复杂的零件毛坯。三、生产方式1、轧制 横轧轧辊轴线与坯料轴线 互相平行 斜轧轧辊轴线与坯料轴线 相交一定角度 楔横轧 在两个轴线平行的轧辊上装有楔块轧制时， 楔块逐渐挤压坯料，使坯料直径变小，长 度增加。

2、 纵轧轧辊轴线与坯料轴线 互相垂直2、挤压 正挤压坯料流动方向 与凸模运动方向一致 反挤压坯料流动方向 与凸模运动方向相反 径向挤压坯料流动方 向与凸模运动方向垂直 复合挤压坯料上一部分金属的流动方向与凸模运动方向 相同，另一部分金属的流动方向与凸模运动方向相反。3、拉拔4、自由锻5、模锻6、板料冲压 8.1 金属的塑性变形一、 塑性变形的实质一）、单晶体的塑性变形1、在作用下的变形情况只能使晶体产生弹性变形或断裂而不能产生塑性变形2、在作用下的变形情况滑移面总是原子排列最密的面，滑移方向总是原于排列最密的方向。滑移在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部分发生的相对位移。产生滑

3、移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。一个滑移面及面上的一个滑移方向组成一个滑移系。体心立方晶格： 62=12面心立方晶格： 43=12密排六方晶格： 13=3孪晶在外力作用下，晶体的 一部分沿一定的晶 面和 晶向在一个区域 内作连续顺序的位移。滑移量是原子间距的整数倍滑移后两部分晶体的位向仍保持不变位移量是一个原子间距的几分之一孪晶后，两部分晶体的位向发生了改变二）、多晶体的塑性变形1、变形晶内变形滑移孪晶移动晶间变形转动 变形不均匀 变形抗力较大 形成纤维组织各向导性2、特点：二、 塑性变形后金属的组织和性能一）、组织的变化1、晶粒沿变形最大方向伸长纤维组织；2、晶格与晶粒均发生扭曲， 产生

4、内应力；3、晶粒间产生碎晶。4、改善铸态组织二）、性能的变化加工硬化1、概念随着塑性变形的进行，强度硬度增加而塑性韧性下降的现象称为加工硬化。2、对生产的影响 可提高金属的强度，硬度和耐磨性冷卷弹簧提高屈强比冷冲自行车挡泥板提高金属的表面强度 给继续变形造成困难3、消除再结晶 回复 再结晶 T再0.4T熔 晶粒长大金属以一些碎晶，杂质为核心，形成细小的等轴晶粒,使加工硬化彻底消除，塑性完全恢复的现象。4、冷、热变形 冷变形在再结晶温度以下进行的变形 特点：a.精度高，表面质量好 b.强度、硬度高c.劳动条件好 d.变形抗力大，内应力大 热变形在再结晶温度以上进行的变形特点：机械性能得的提高a.

5、晶粒得到细化缺陷被消除b.形成纤维组织性能呈方向性 纤维组织的合理利用零件最大正应力方向与纤维方向平行零件最大切应力方向与纤维方向垂直纤维沿零件轮廓形状分布不被切断三、 金属的锻造性一）、概念金属的锻造性是指锻造金属材料的难易程度二）、衡量指标1、 塑性：金属不产生裂纹所允许的最大变形程度2、 变形抗力：金属在变形时抵抗工具作用的力。三）、影响因素 1、金属本质 化学成分：C、W、Mo、V、Ti 组织结构：纯金属、单相固溶体/第二相 铸态、粗晶、夹杂2、变形条件 变形温度在一定温度范围内，T“锻” a. 始锻温度原则上高但不过 热不过烧 过热：加热温度过高或保温时间过长晶粒剧烈长大的现象 过烧

6、：加热温度高到接近金属熔点时，炉气中的氧气渗入 形成脆性晶界破坏了晶粒间的结合的现象。 b.终锻温度原则上低但无硬化 变形速度 变形速度单位时间内的变形 程度热效应在变形的过程中，变 形能力转化为热能使 金属温度升高的现象。 碳钢的锻造温度范围a.对塑性的影响 b.对变形抗力的影响压应力数目拉应力数目塑性塑性压应力拉应力同号应力异号应力 应力状态8.2 自由锻概述一、定义：自由锻是利用冲击力或静压力在锻压设备的上、下两 砧铁之间 产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件 的方法二、分类 1、手工锻造2、锤上自由锻造3、液压机上自由锻造锤上自由锻造适用于生产中，小型自由锻件，液压机上的锻造适用于生

7、产大型自由锻件。三、设备锻锤类冲击力 吨位 用落下部分的质量表示液压机类静压力 吨位 用产生的最大压力表示1、空气锤驱动由空气带动锤头工作。利用69个大气压的蒸气或压缩空气带动锤头工作。吨位较大 0.55吨,用于锻中型,较大型锻件。吨位小，501000 公斤，用于锻小型锻件。2、蒸汽 空气锤3、水压机利用高压水2040 MPa推动大活塞形成巨大的静压力使金属变形。吨位 50015000 吨，用于锻大型锻件。万吨级水压机的吨位和台数是一个国家重型机械制造工业水平的一个重要标志。4、生产率低，劳动强度大，对工人技术水平要求高。四、特点主要用于品种繁多的单件小批生产。1、所用设备、工具简单、通用、成

8、本低、灵活性大。2、锻件大小不限，是制造大型锻件的唯一方法。3、锻件精度低，形状不能太复杂。五、 自由锻基本工序一）、镦粗 毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序叫 镦粗。1.5 2.5DH用于锻造齿轮坯、法兰盘等零件毛坯。二）、拔长使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长。用于锻造轴杆及套筒类零件毛坯。1、实心冲子冲孔2、空心冲子冲孔3、在垫环上冲孔三）、冲孔采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序叫冲孔。 用于锻造带孔锻件。四）、弯曲将坯料弯成曲线或一定 角度。用于锻造各种弯曲类锻件六）、扭转 将坯料的一部分相 对另一部分绕其共 同轴线旋转一定角 度。用于锻造多拐曲轴、麻花钻等。七）、切

9、割 切去坯料一部分。 用于切除钢锭底部、夹持锻件的钳把部分、锻件料头以及分割锻件等。五）、错移 将坯料的一部分相对另一部分相互平行错开一 锻距离。用于锻造曲轴类锻件。六、 自由锻工艺规程一）、绘制锻件图1.锻件余量 3.余块（敷料）为简化锻件 形状便于锻造而多留出的那一 部分金属。 2.锻件公差锻件实际尺寸和 公称尺寸所允许的偏差。二）、计算坯料的质量和尺寸1.坯料质量 G坯G锻G烧G其他坯料尺寸应根据坯料的体积(V坯)和第一个基本工序的性质(镦粗或拔长)来确定： 2.确定坯料尺寸V坯 =G坯 镦粗： 1.25 2.5 HDY F坯F锻 拔长： 碳素钢锭 Y2.53轧材 Y1.31.5三）、安

10、排锻造工序如齿轮坯：镦粗冲孔。长轴类(轴类)锻件： 主要工序为拔长。如曲轴： 拔长错移扭转。弯曲锻件: : 拔长弯曲(多次)。复杂形状的锻件, 各种工序的组合。短轴类(饼块类)锻件：主要工序为镦粗（有凸肩的,局部镦粗；带孔的选镦粗冲孔）。四）、选择锻造设备五）、确定锻造温度范围六）、填写锻造工艺卡七）、自由锻工艺示例1、汽车半轴2、齿轮坯七、 自由锻锻件结构工艺性一）、外形尽量简单避免截交与 相贯二）、不允许有锥度和斜面三）、不允许有筋和凸台四）、复杂件，断面有急剧变化 的锻件应采用组合件 8.3 模锻概述：一、特点及应用：1、生产率较高，对工人技术要求不高。2、锻件较复杂,精度、Ra较好。

11、3、机加工余量小,材料利用率高。4、劳动强度较小5、变形抗力大,设备吨位大。 （限于150kg以下锻件)7、工艺灵活性较差。 6、生产准备周期长 (锻模制造周 期长,成本高,寿命低)二、方式 压力机上模锻主要用于中小型锻件的大批大量生产锤上模锻胎模锻三、 锤上模锻一）、设备（蒸气空气模锻锤）1、锤头与导轨之间的间隙小且导 轨很长2、砧座质量大且机架与砧座直接 连接二）、锻模1、模锻模膛 终锻模膛形状与锻件一致设 有 飞 边 槽带孔件冲孔连皮 容纳多余的金属增大金属流动阻力 预锻模膛形状接近锻件斜度、圆角比较大无飞边槽 2、制坯模膛 拔长模膛 滚挤模膛 弯曲模膛 切断模膛 分模面的选择b. 使上

12、下模膛深度最浅c. 上、下模膛沿分模面轮廓一致d. 使锻件上加余块最少三）、模锻工艺规程1、绘制模锻件图 公差0.33mm 余量0.55mm 确定余量、公差和余块为平面便于锻件取出且分模面a. 模锻圆角a.便于金属流动与充满模膛b.防止模膛过早开裂与压塌r(1.512)mm 模锻斜度便于取出锻件21R(23)r2、确定模锻工步 长轴类锻件锻造工艺过程为：制坯（如拔长、滚压、弯曲、成形） 预锻终 锻。模锻时毛坯轴线方向（长度方向）与锻击方向垂直，金属主要沿高度方向流动，沿长度方 向流动很少，往往需制坯。 盘类锻件模锻时坯料轴线方向与打击方向相同，金属沿高度、宽度 和长度方向同时流动。工艺过程：制

13、坯（镦粗、压扁） 终锻3、修整工序 切边和冲孔 较正 热处理 清理四、典型模锻件的工艺过程五、模锻零件结构工艺性1.便于锻件取出，加余块最少，锻模易于制造2.外形力求简单、平直和对称，尽量避免锻件模截面积差别 过大，避免锻件上有薄壁、高筋和凸起结构3. 复杂件要考虑锻焊组合结构胎模锻是在自由锻造设备上使用可移动的锻模(胎模) 生产模锻件的一种工艺方法。二）、胎模种类及主要作用胎六 、胎模锻一）、定义1.扣模主要用于锻造具有平直侧面的非回转体锻件2.筒模3.合模主要用于锻造形状复杂的非回转体锻件主要用于锻造回转体锻件三）、工艺过程 锻件较自由锻件复杂,尺寸精度更高,机加工余量较少,材 料利用利高

14、。 更换模快,生产周期缩短,成本降低。2、与模锻比较：与模锻比较：与模锻比较： 生产率高 机械性能更好(胎模内应力状态较好) 工艺灵活 模具结构更简单 设备简单,经济。四）、 特点1、与自由锻比较： 适于小批量生产，用自由锻成形困难，模锻又不经济的形 状复杂的锻件。 七、 其他设备上模锻一）、摩擦压力机上模锻二）、曲柄压力机上模锻 （热模锻曲柄压力机）三）、平锻机上模锻 四）、液态模锻8.4 板料冲压概述一、定义板料冲压是利用冲模在冲床上使板料分离或变形的加工方法。二、特点及应用6、冲模制造复杂。1、生产率高(靠模具设备成形，操作简便，易实现“两化”)2、可成形复杂形状的制件, 废料少，材料利

15、用率高。3、制件尺寸精度高、表面质量好、互换性好,不需机加工4、制件强度高、刚性好、重量轻。5、加工成本低冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件，又能够制造精密(公差在微米级)和复杂形状的零件。占全世界钢产60%-70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经过冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、日常用品、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中，都有广泛的应用。三、设备 1.剪床 下料2.冲床 冲压，制成所需形状和尺寸的制件。 四、基本工序一）、分离工序 1.冲裁使坯料按封闭轮廓分离落料冲下部分为工件，周边为废料 冲孔冲下部分为废料，周边是工件将

16、冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序,如剪切、落料、冲孔。落料和冲孔总称为冲裁。 冲裁时应注意的问题 凸凹模工作部分应有锋利的刃口 凸凹模间应有合理的间隙 正确确定凸凹模刃口的尺寸冲孔：D凸D孔 D凹D凸Z落料：D凹D落 D凸D凹Z 合理排样 2.修整二）、变形工序使坯料一部分相对另一部分产生位移而不破坏的工序有搭边排样无搭边排样1.拉深：使平板毛坯变成开 口空心零件的工序b.凸凹模间要有合理的间隙a.凸凹模工作部分要有合理的圆角 防止拉裂c.拉深系数不能太小 m=d/Dd.进行适当的润滑进行多次拉深时： =mdnd n-1两次拉深间需进行退火处理。 防止起皱增加压板进行多次拉深时，后一次拉深

17、系数较前一次略大些 2.弯曲：使板料或坯件弯成一 定角度和形状的工序 防止弯裂 a.控制相对弯曲半径r/s不能太小 b.合理利用纤维组织 防止回弹 r/s 板料强度 回弹3. 翻边：使板料获得一定高度凸缘的方法防止孔边拉裂 限制翻边系数 凸凹模工作部分要有圆角K0 d0/d 不能太小 4.成型：利用局部变形使坯 料或半成品改变形 状的工序。 增加刚性 如压筋 制造特殊形状的零件，如胀形 收口五）、冲压工序举例 1、汽车消音器2、黄铜弹壳五、冲压件的结构工艺性一）、材料的选择1.品种选择塑性好、价格 便宜的板料2.厚度以薄代厚（采用加 强筋增加强度和刚 性）1. 冲裁件二）、形状尺寸设计 避免窄长结构 外形便于合理排样 冲裁件内、外转角应用圆弧连接，圆角半径应大于料厚 的一半。 最小孔径、孔间距、孔边间不能太小