合工大第3章金属塑性成形(张祖芳)

1、 第3章 金属的塑性成形q金属塑性成形基础金属塑性成形基础q自由锻及自由锻工艺设计自由锻及自由锻工艺设计q模锻及模锻工艺设计模锻及模锻工艺设计q冲压及冲压工艺设计冲压及冲压工艺设计q 包括： 锻造、冲压 、轧制、挤压和拉拔q定义定义 利用外力使金属产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改利用外力使金属产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，获得型材或锻压件的加工方法善性能，获得型材或锻压件的加工方法q两个条件：外力、塑性，缺一不可 （2）材料的利用率高 金属塑性成形主要是靠金属的体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。q基本特点: （1）改善金属的组织、提高力学性能 金属材料经压力加

2、工后，其组织、性能都得到改善和提高，塑性加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可使粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能。在零件设计时，若正确选用零件的受力方向与纤维组织方向，可以提高零件的抗冲击性能。（3）较高的生产率 塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的，生产效率高。例如，利用多工位冷镦工艺加工内六角螺钉，比用棒料切削加工工效提高约400倍以上。q缺点：不能加工脆性材料（如铸铁）和形状特别复杂（特别是内腔形状复杂）或体积特别大的零件或毛坯，生 产条件较差 （4）毛坯或零件的精度较高 应用先进的技术和设备，可实现少切削

3、或无切削加工。例如，精密锻造的伞齿轮齿形部分可不经切削加工直接使用，复杂曲面形状的叶片精密锻造后只需磨削便可达到所需精度。q应用：型材、板材、线材 承受较大负荷或复杂载荷的机械零件型材线材板材轴齿轮其它第一节第一节 金属塑性成形基础金属塑性成形基础一、一、 金属塑性变形的机理金属塑性变形的机理1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 以理想单晶体为例（无缺陷、晶格规则）以理想单晶体为例（无缺陷、晶格规则）正应力拉伸正应力拉伸 滑移：金属原子沿某些特定面移动 (即金属原子在外力的作用下产生了一定的位移）滑移通常是通过位错的移动来实现的。 q结论： 金属塑性变形的实质是原子的移动 塑性变形前后晶格类型保

4、持不变 2多晶体的塑性变形 q 多晶体的塑性变形（晶内变形+晶间变形) 晶内变形：主要以滑移方式进行 晶间变形：晶粒间的相对滑动和转动 各晶粒的变形是分批、逐步进行的 （低温时多为晶内变形，变形量较小） 二、二、 金属的加工硬化、回复和再结晶金属的加工硬化、回复和再结晶1金属的加工硬化金属的加工硬化 金属在低于再结晶温度加工时，由于塑性应变而产生的强度和硬度增加,塑性、韧性下降的现象 组织变化：晶粒沿变形方向被拉长；滑移面附近 晶格产生畸变；出现许多微小碎晶q加工硬化对金属组织性能的影响：加工硬化对金属组织性能的影响： 压力加工中，加工硬化增大了材料继续变形的阻力。常在冷轧、冷拉等一些变形程度

5、较大的冷变形工序中，穿插再结晶退火工序，以消除加工硬化。 通过加工硬化可以提高金属强度、硬度和耐磨性。如冷拉钢丝，冷卷弹簧，坦克和拖拉机履带，等零件的制造均利用了加工硬化效应来提高零件的性能。 加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发地回复到稳定状态的倾向。 q加工硬化在生产中的实用意义加工硬化在生产中的实用意义 加工硬化是强化金属的重要方法之一。纯金属及某些不能通过热处理方法强化的合金，如低碳钢、纯铜、防锈铝、奥氏体不锈钢、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来提高其强度和硬度。 2回复和再结晶 加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状态的倾向。但在常温下，多数金属的原子扩散能力很低

6、，加工硬化不会自发消除。而将硬化金属加热后，将相继发生回复、再结晶和晶粒长大现象，金属的组织和性能也随之变化 (2) 再结晶：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结 晶，变为等轴细晶完全消除加工硬化现象再结 晶温度一般为0.4T熔K以上 (再结晶只是原子重 新排列的过程）(1) 回复：回复使晶格畸变减轻或消除，使制件保 持较高的强度且降低脆性(冷拔钢丝经冷卷成形 后的低温回火，可使弹簧定形且仍保持良好的弹性) 回复温度约为（0.250.30）T熔K 三、三、 金属的冷成形、热成形及温成形金属的冷成形、热成形及温成形 冷成形: 在再结晶温度以下进行的塑性成形，变形过程中会出现加工硬化。冷成形的

7、特点及应用：冷成形的特点及应用： 冷成形时金属的塑性低，变形抗力大； 热压力加工能一次成形的，采用冷压力加工就可能要加工多次，在中间还需进行多次再结晶退火；设备也要求刚性好，吨位大； 冷成形后的产品精度高，表面光洁，常用于已热变形过的坯料的再加工，如冷轧、冷冲压、冷镦及冷拉等。温成形: 介于冷变形和热变形之间的塑性变形,有加工硬化及 回复现象，但无再结晶 q用温热变形得到的工件，其强度和尺寸精度比热变形高，而 变形抗力比冷变形低。如温热挤压、半热锻等q用于尺寸较大、材料强度较高的零件或半成品制造。 热成形: 在再结晶温度以上进行的塑性成形，变形过程中既 有加工硬化又有再结晶，且硬化被再结晶完全

8、消除 综合力学性能好,变形力小，变形程度大。q用于毛坯或半成品的制造,自由锻、热模锻、热轧、热挤压等 工艺都属于热变形加工q为使再结晶迅速、彻底，实用热成形温度远高于再结晶温度 v铅、锡在室温下的加工属于热变形；钨的再结晶温度为1210，即使在1000的高温下进行的加工也属于冷变形四、四、 锻造比与锻造流线锻造比与锻造流线 1锻造比：锻造比： 锻造时变形程度的一种表示方法锻造时变形程度的一种表示方法 拔长时：拔长时： 镦粗时：镦粗时：00/LLAAyHHAAy/00 随着锻造比的增加，金属的力学性能显著变化（组织致密程度和晶粒细化程度提高） 生产实践表明：当Y锻2时，铸态组织中的疏松、气孔被压

9、合，组织得到细化，工件纵向和横向的力学性能均有显著提高。当 Y锻25时，工件锻造流线明显，呈各向异性，纵向力学性能略有提高，但横向的力学性能开始下降。当Y锻 5时，工件纵向力学性能不再提高，而横向力学性能急剧下降。 因此，以钢锭为坯料进行锻造时，应按零件的力学性能要求选择合适的锻造比。如拉杆等主要在流线纵向受力的零件，锻比选2.55；而吊钩等主要在流线横向受力的零件，锻比选取22.5。若用钢材为坯料进行锻造，因钢材在轧制过程中已经产生了锻造流线，锻造时主要考虑流线与零件轮廓的符合程度，故锻比取1.31.5即可。 2锻造流线 金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向 呈碎粒状或链状分布；塑性杂

10、质随着金属变形沿主 要伸长方向呈带状分布；（冷变形时拉长的晶粒）造成力学性能的方向性，称锻造流线。 流线纵向力学性能尤其是塑性和韧性明显高于流线横向q 锻造流线影响的消除： 工作时的最大正应力方向与流线方向一致，切应力方向与流线方向垂直； 锻造流线沿零件轮廓分布而不被切断 五、五、 材料的塑性成形性材料的塑性成形性 材料的塑性成形性是材料经过塑性变形不产生裂纹和破裂以获得所需形状的加工性能 锻造性能是指金属材料锻压成形的难易程度，亦称可锻性。 金属的锻造性能常用塑性和变形抗力来综合衡量。通常认为材料的塑性大、变形抗力小，则其锻造性能好；反之则为差。1材料本质的影响 化学成分： 纯金属的锻造性能

11、比合金要好；合金元素的种类、含量越多，锻造性能越差。 金属组织： 同一成分的合金，当组织结构不同时，其锻造性能也不同。固溶体组织的锻造性能好于化合物组织；单相组织的锻造性能比多相组织好；晶粒越细，金属的总变形量可增大，塑性也越好，但变形抗力会增加；铸造组织的可锻性较差。 q变形温度：原子热运动能力过热：加热温度过高，会使晶粒急剧长大，导致金属塑性减小，塑性成形性能下降，这种现象称为“过热”。过烧：如果加热温度接近熔点，会使晶界氧化甚至熔化，导致金属的塑性变形能力完全消失，这种现象称为“过烧”，坯料如果过烧将报废。q应变速率：应变对于时间的变化率 随着变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服硬化

12、现象，金属的塑性下降，变形抗力增加； 随着变形的进一步增加，金属的温升（热效应）使可锻性得到改善，变形速度越大越明显。2、变形条件的影响金金 属属 种种 类类 始始 锻锻 温温 度（度（）终终 锻锻 温温 度（度（）w wc 0.3%以下以下w wc 0.3% 0.5%w wc 0.5% 0.9%w wc0.9% 1.4%1200 1250800 850 碳碳1150 1200800 850 钢钢1100 1150800 8501050 1100800 850合合金金钢钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢耐热钢耐热钢1150 1200800 8501050 1150800 8501100

13、 1150850 900铜合金铜合金 700 800650 750铝合金铝合金450 490350 400镁合金镁合金370 430300 350钛合金钛合金1050 1150750 900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 应力状态： 压应力有利于防止裂纹的产生和扩展，故压应力个数越多、数值越大，金属的塑性就越好。反之，拉应力的个数越多、数值越大，金属的塑性就越差 压应力使金属内部的摩擦力增大，从而使变形抗力增大，拉应力则反之六、 金属塑性成形的基本规律 1、体积不变条件：由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为变形前后的体积相等，此假设称为体积不变条件。即x + y+ z

14、=0 或 x = （ y+ z） （1 1）塑性变形时，只有形状和尺寸的改变，而无体积的变塑性变形时，只有形状和尺寸的改变，而无体积的变化；化；（2 2）不论应变状态如何，其中必有一个主应变的符号与其不论应变状态如何，其中必有一个主应变的符号与其它两个主应变的符号相反，且这个主应变的绝对值最大。它两个主应变的符号相反，且这个主应变的绝对值最大。（3）当已知两个主应变的数值时，第三个主应变大小也可当已知两个主应变的数值时，第三个主应变大小也可求出求出 （V形块拔长和计算工序尺寸）形块拔长和计算工序尺寸）2、最小阻力定律：物体变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时，则其将向着阻力最小的方向移动

15、。q金属流动距离越短，摩擦阻力也越小 q宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大 （拔长坯料时，为提高拔长效率，须使坯料送进量与其直径或宽度之比小于1，一般取0.40.7 ） 根据体积不变条件和最小阻力定理可以分析塑性成形过程中金属坯料的变形趋势，可能出现的现象，产生缺陷的原因并采取相应的工艺措施，以保证生产过程和产品质量的控制。 药芯焊丝成型拉拔生产线药芯焊丝成型拉拔生产线进口优质线材拉拔、热进口优质线材拉拔、热处理后表面镀铜处理后表面镀铜第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法一、 锻造 锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产

16、生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法形状和质量的锻件的加工方法 。锻造分为自由锻造、模型锻造及胎模锻（一）、自由锻定义：只用简单的通用性工具使坯料变形而获得 所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法 自由锻时，金属只有部分表面受到工具限制， 其余则为自由表面设备：空气锤、蒸汽空气自由锻锤、液压机等32MN 水压机水压机3T自由锻锤自由锻锤件 锻锤是以冲击力使坯料变形的，设备规格以落下部分的重量来表示。常用的有空气锤和蒸汽-空气锤。空气锤的吨位较小，只有50010000N，用于锻100kg以下的锻件；蒸汽-空

17、气锤的吨位较大，可达1050kN，可锻1500kg以下的锻件。 液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，设备规格以最大压力来表示。常用的有油压机和水压机。水压机的压力大，可达500015000kN，是锻造大型锻件的主要设备。变形特点：局部成形、效果叠加生产特点：设备通用性好、工具简单； 锻件组织细密、力学性能好； 操作技术要求高，生产效率低； 锻件形状较简单、加工余量大、精度低。 应用: 小型锻件以成形为主； 大型锻件（尤其是重要件）和特殊钢则以 改善内部质量为主。 主要用于单件、小批生产，且是特大型锻 件唯一的生产方法。 基本工序：镦粗、拔长、冲孔等 q镦粗类型平砧间镦粗平砧间镦粗 在带孔的

18、垫板间镦粗在带孔的垫板间镦粗在漏盘或模子内局部镦粗在漏盘或模子内局部镦粗 q镦粗形状鼓形 双鼓形 镦弯 1、工序：（1）镦粗q作用: 制得所需形状、尺寸的毛坯；使之具有较好的内部质量，提高性能。q 应用范围： 只适用于高度较小的盘类零件的毛坯锻造。即Ho/Do2.5。若长或高（Ho）径（Do）比太大，镦粗易弯曲或形成双鼓形。（2）拔长 使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为 拔长。 q作用：用于轴杆类锻件成形；改善锻件内部质量。q方法: 平砧或型砧拔长q 变形特点（有flash) 与平砧比，采用型砧可提高拔长效率2040。 锻比坯料变形前后的截面积之比。即当送进量小于砧宽时,拔长效率才高,反

19、之,拔长效率低, 甚至拔不长。但送进量也不能过小,因为过小会增加压下次数,这在一定程度上将降低拔长效率 拔长时坯料每送进压下一次,其变形情况与镦粗变形有类似特征,即侧表面产生鼓形,内部形成不均匀变形。所不同之处是：拔长时坯料要反复翻转压缩q方法方法: :(flash)(flash) 实心冲子冲孔 空心冲子冲孔 在垫环上冲孔 （)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 2、 自由锻工艺设计自由锻工艺设计 （1）、绘制锻件图 余块: 简化锻件形状,便于锻造（键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状 ） 余量: 所有面都

20、应添加加工余量 公差: 数值较大 q画法: 锻件轮廓用粗实线绘出，零件基本形状用双点划线表示；锻件尺寸和公差标注于尺寸线上方，零件公称尺寸标注在相应锻件尺寸下方(或后方)的括弧内 （2）、确定变形工序 1)依据锻件的结构形状进行确定 盘块类轴杆类圆筒类圆环类弯曲类2）确定锻造设备及吨位: 自由锻常用设备为空气锤、蒸汽空气自由锻锤、液压机 蒸汽空气自由锻锤主要用于中小型锻件,液压机主要用于大型锻件的锻造 。 设备吨位选择原则: 不能过小也不能过大,必须适当。 选择锻造设备的主要依据是锻件质量、类型和尺寸。确定锻造设备吨位的方法有理论计算法和查表法（3）计算毛坯质量 mo= (md+mc+mq)

21、(1+) 烧损量 m烧 mo冲 孔 芯 料 损 失 mc Kd2H端部切头损失mq 室 式 煤 炉2.5 4 %油 炉2 3 %煤 气 炉1.5 2.5 %电 阻 炉1 1.5 %接触、感应电加热0.5 %实 心 冲 子 K1.181.57空 心 冲 子 K6.16 垫 环 冲 孔 K4.324.71圆形截面端部：mq (1.651.8)D3矩形截面端部mq (2.22.36)B2Hq将上述内容，按变形顺序，以简图形式绘于将上述内容，按变形顺序，以简图形式绘于 一张表格上，就是锻造工艺卡，用以指导自一张表格上，就是锻造工艺卡，用以指导自 由锻生产过程的进行和自由锻件的检验由锻生产过程的进行和自

22、由锻件的检验（4）计算毛坯尺寸 首道工序为镦粗时，坯料的高度直径比不得大于2.5，以防镦弯；首道工序为拔长时，锻件的最大截面处应符合要求的锻造比，以提高其力学性能 首道工序为镦粗时： D00.8 首道工序为拔长时： D0 30VmaxDyq工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制定加热及冷却规范、热处理工艺等内容，最终需将设计结果填写在工艺卡片上。 （5）零件结构的自由锻工艺性避免锥面或楔形避免立体相贯线 （实际上是避免自然过渡）避免肋板或凸台 采用锻-焊、锻-螺纹连接等组合结构 v 自由锻件的设计应尽可能简单、平直、对称自由锻件的设计应尽可能简单、平直、对称（6）自由锻工艺设计示例 零件结

23、构分析 绘制锻件图 确定变形工序 拔长切肩锻台阶 计算坯料质量和尺寸 43锻 件 名 称工 艺 类 别 锻 造 温 度 范 围设 备材 料 加 热 火 次齿 轮 坯自 由 锻120080065 Kg空气锤45钢1 锻 件 图 坯 料 图 序号 工序名称工序简图使用工具操作要点1局部镦粗 火钳 镦粗漏盘 控制镦粗后的高度为45mm 典型锻件的自由锻工艺示例序号 工序名称工序简图使用工具操作要点2冲孔 火钳 镦粗漏盘 冲子 冲孔漏盘 （1）注意冲子对中（2）采用双面冲孔 3修整外圆 火钳 冲子边轻打边修整，消除外圆鼓形， 并达到921 mm 44 续表续表序号 工序名称工序简图使用工具操作要点4修

24、整平面火钳 镦粗漏盘 轻打使锻件厚度达到 441 mm 45典型锻件的自由锻工艺示例 （续） 续表续表（二）、模锻 定义: 利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。 设备: 蒸汽-空气模锻锤、锻造压力机、螺旋压力机和平锻 机等q优点： (1) 生产效率较高。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状。 (2) 能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。 (3) 模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。 (4) 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。 (5) 模锻操作简单，劳动强度低。 q 局限性： 模锻生产受模锻设备吨位限

25、制，模锻件的质量一般在150kg以下。模锻设备投资较大，模具费用较昂贵，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。q模锻适合于小型锻件的大批大量生产，不适合单件小批量生产以及中、大型锻件的生产。 1、锤上模锻：、锤上模锻：在锻锤上进行的模锻 （1）锤模锻 在各种模锻锤上进行的模锻 最常用的模锻设备是蒸汽空气模锻锤。 锤上模锻： 锤锻模具结构锤锻模具结构q 锤模锻时，金属的变形是在模具的各个模膛中依次完成的，在每个模膛中的锻打变形称为一个工步。 各种模膛形式及作用镦粗 用于盘类锻件的坯料镦粗，兼有去除氧化皮作用 拔长 用于长轴类锻件的局部拔长，兼有去除氧化皮作用。操作时坯料边翻转边送进 滚压 用于减小坯

26、料某部分的截面，增大另一部分的截面，使金属按锻件形状分布。操作时坯料只翻转不送进 弯曲 用于改变坯料轴线形状，以符合锻件形状 容积略大于终锻模膛，周边无飞边槽，用于使坯料接近锻件形状和尺寸。形状简单的锻件或批量较小时可不设 形状符合锻件图，尺寸加热膨胀量，周边有飞边槽，以促使金属充满模膛并容纳多余金属。用于锻件最终成形 预锻 终锻 弯曲连杆在锤上模锻 时的成形过程 工艺适应性强，可用于多种变形工步； 锤击力及行程可变动，可锻造多种类型的锻件，设备费用较低。 工作时振动和噪音大，生产效率较低。 锤模锻是我国应用最多的一种模锻方法 （2） 锤模锻工艺设计锤模锻工艺设计绘制锻件图绘制锻件图、确定模锻

27、工步确定模锻工步、计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸和和设计锻模模膛等设计锻模模膛等 1）锻件图绘制）锻件图绘制 保证取出利于发现错移利于金属充填尽量减少余块 尽量采用平面 A、确定分模面 模锻件的锻件图是以零件图为基础，考虑余块、加工余量、锻造公差、分模面位置、模锻斜度和圆角半径等因素绘制的 B、 确定余块窄槽、小孔（直径小于25mm）和妨碍锻件取出的横向孔-余块需要锻出的孔内须留冲孔连皮（减少模膛凸出部磨损） C、确定机械加工余量和锻件公差凡需切削加工的表面均应有机械加工余量 ，所有配合尺寸均应给出锻造公差 。（单边余量一般为14mm，偏差值一般为13mm ）D、 确定模锻斜度 锻件上垂直于分模面的

28、表面需带一定斜度外壁斜度通常为7，（ 5 ， 10 ） 内壁斜度通常较外壁斜度大2 3 E、 确定圆角半径： 锻件上的转角处须采用圆角，（利于金属充满模膛和提高锻模寿命 ） 凸圆角半径为r ，凹圆角半径为R =(23)r（模膛深度越深，圆角半径值越大。为了便于制模和锻件检测，圆角半径尺寸已经形成系列，其标准是1、1.5、2、2.5、3、4、5、6、8、10、12、15、20、25和30等，单位为mm） 齿轮锻件图齿轮锻件图 未注公差： 水平 +1.75 -1.75 高度 +1.5 -0.75未注圆角：R2.52）模锻工步选择 主要根据模锻方法和 模锻件的结构形状确定 盘类： 镦粗、（预锻）、

29、终锻弯轴类：拔长、滚压、 弯曲、（预锻）、 终锻直轴类：拔长、滚压、 （预锻）、终锻 3）修整工序 A、切边：带飞边的模锻件终锻后切除飞边（通常用热切边）B、冲连皮：带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮（一般和切边同时进行）（热切通常在模锻后利用锻件余热进行，切断力较小，适用于尺寸较大的锻件和合金钢锻件。冷切在锻件冷却后进行，锻件不易产生变形，适用于尺寸较小和精度要求较高的锻件） C、校正： 提高锻件形状精度D、热处理和清理： 正火或退火（消除过热组织或加工硬化组织，细化晶粒） 清除锻件表面缺陷或氧化皮 E、精压 对于要求尺寸精度高和表面粗糙度小的模锻件，还应在压力机上进行精压。精压分为平面精压和

30、体积精压两种平面精压如图a）所示，用来获得模锻件某些平行平面间的精确尺寸。体积精压如图b）所示，主要用来提高锻件所有尺寸的精度、减小模锻件的质量差别。精压模锻件的尺寸精度偏差可达(0.10.25)mm，表面粗糙度R可达0.80.4m 4）零件结构的模锻工艺性 A、应有合理的分模面（保证锻件从模膛中取出又利于金属充填、减少余块或易于制模） B、与分模面垂直的非加工面应有结构斜度，以利于从模膛中取出锻件。非加工面的交接处应采用圆角过渡，以利于金属在模膛中流动充填和防止产生应力集中 C、应避免肋的设置过密或高宽比过大，以利于金属充填模腔 D、应避免腹板过薄，以减小变形抗力及利于金属填充模腔 E、应尽

31、量避免深孔或多孔结构，以利于制模和减少余块 F、形状复杂件宜采用锻-焊、锻-螺纹连接等组合结构，以简化模具和减少余块 5）模锻工艺设计示例 齿轮，材料为45钢，中批量生产 A、 零件结构分析 分模面宜取在轮缘中部。零件上与分模面垂直的非加工面应有结构斜度，非加工面交接处应采用圆角过渡，腹板厚度亦应适当增大，以利于金属流动 该零件齿槽部位应增添余块，孔内应有连皮。参考有关标准和资料，选定机械加工余量、锻件公差、模锻斜度、模锻圆角等参数值 B、绘制锻件图：未注公差：水平 +2.5 -1.5 高度 +2.0 -1.75未注圆角： R2.5C、确定变形工步 该锻件系盘类件，参考表3-10，应采用镦粗-

32、终锻工步 D、修整工序选择 该锻件须安排切边、冲连皮、校正、热处理（正火或退火）、清理等修整工序 2、胎模锻 在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的锻造方法。（胎模不固定在锤头或砧座上，只是使用时才放上去） 成形胎模可分为套筒模和合模两大类。套筒模呈套筒状，主要用于圆盘、圆环类锻件的制坯和成形；合模由上、下模及导向装置组成，主要用于杆、叉类锻件成形 开式套筒模闭式套筒模合模 模具简单，工艺灵活；可锻出各类锻件且可进行无飞边模锻；可锻出有侧向凹档或无模锻斜度的锻件。优点：优点：缺点：缺点： 劳动强度大，模具寿命低、生产效率低，常需多次加热且锻件表面质量较差。适用范围：适用范围： 多在无模锻设备

33、时采用，用于锻件的中、小批量生产阀体胎模锻工艺 毛坯质量 ：58kg 锻造设备 ：30KN自由锻锤方案 1 方案2下料，加热 预镦粗，去氧化皮 套筒模镦粗 用垫铁镦平端部用球面压凹 用反挤法使凹孔成形 冲孔 下料，加热预镦粗，去氧化皮成形垫板镦粗 冲孔翻边整形 3 、锻造压力机模锻 （1）液压机模锻： 模锻液压机是用 高压液体（通常 为水或油）来驱 动安装在活动横 梁上的锻模进行 模锻的 可模锻形状较复杂的大型锻件，利于锻造塑性差的金属，适用于航空工业中铝、镁合金模锻件的生产。 （2）锻压机模锻（有 flash)： 锻压机即热模锻机械压力机，是通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的 锻件精度

34、高；变形较均匀且生产效率高；锻件的模锻斜度小；利于提高金属塑性，可采用组合式模,锻模成本较低且易于修复。行程和速度固定，需另行制坯 (3）平锻机模锻(有flash)： 平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式机械压力机 锻件质量好、生产效率高、振动和噪音小 有两个分模面，可锻出在两个方向上均有凹坑或凹档的锻件。用于带头杆件和空心件的大批、大量生产，如汽车半轴、齿轮等 (3) 螺旋压力机模锻(flash)：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转带动滑块上、下运动，向上实现回程，向下进行锻打的压力机 有锻锤和压力机的双重特性，工艺适应性强； 可采用组合式模 ,锻件的精度高，需在其它设备上制坯 二、二、 冲压冲压

35、使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称。（它主要用于加工板料(10mm以下，包括金属及非金属板料)类零件,故称为板料冲压）。 冲压加工要求被加工材料具有较高的塑性和韧性，较低的屈强比，一般要求碳素钢伸长率16%、屈强比s/b70%，低合金高强度钢14%、s/b80%。否则，冲压成形性能较差，工艺上必须采取一定的措施，从而提高了零件的制造成本。q板料冲压分类板料冲压分类 按照冲压时的温度情况有冷冲压和热冲压两种方式。这取决于材料的强度、塑性、厚度、变形程度以及设备能力等，同时应考虑材料的原始热处理状态和最终使用条件。 冷冲压：冷冲压： 金属在常温下的加工，一般适用于厚度小于4mm的坯料。优点为不

36、需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低，缺点是有加工硬化现象，严重时使金属失去进一步变形能力。冷冲压要求坯料的厚度均匀且波动范围小，表面光洁、无斑、无划伤等。 热冲压：热冲压： 将金属加热到一定的温度范围的冲压加工方法。优点为可消除内应力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低变形抗力，减少设备的动力消耗。q板料冲压特点 生产率高(靠模具设备成形，操作简便)。 可成形复杂形状的制件,而且废料少，材料利用率高。 制件尺寸精度高、表面质量好、互换性好,不需机加工 制件强度高、刚性好、重量轻。 加工成本低 采用冲压与焊接、胶接等复合工艺，使零件结构更趋合理， 加工更为方便，可以用较简单的工艺制

37、造出更复杂的结构件。 可方便进行CAD/CAPP/CAM。q 应用应用 冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如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。q冲压设备剪板机（flash）、机械压力机、液压机、冲床等 （一）、冲压成形工艺（冲裁、弯曲、拉伸、缩口、起伏和翻边 ）1冲裁（落料和冲孔） 利用冲模使板料沿封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离 (1) 冲裁变形过程（flash)：v弹性

38、变形(仅弹性压缩和弯曲）v塑性变形（塑性弯曲和挤压，有光亮的剪切带）v剪裂分离（粗糙、倾斜的剪裂带） 冲裁可直接生产具有一定平面形状的零件或为其它冲压工序准备毛坯q冲裁件的质量：冲裁件的质量： 蹋角带 光亮带：表面光滑,断面质量最好。 剪裂带：表面粗糙,略带斜度。 毛刺：微裂纹出现时产生,冲头继续下行时被拉长。v塌角越小，光亮带宽度越大，剪裂带宽度和斜度越小，毛刺越少，则质量越好(2) 冲裁间隙： 凹模与凸模工作部分水平投影尺寸之差，用符 号Z表示小间隙 中等间隙 大间隙 q适当增大冲裁间隙有利于提高材料中的拉应力值，减小冲裁力和模具的磨损；适当减小冲裁间隙则可增大光亮带宽度，减小剪裂带斜度，

39、有利于提高剪断面质量 q通常，在冲裁软钢、铝合金、铜合金等材料时，模具间隙取板厚的68左右；冲裁硬钢等材料时，间隙取板厚的812左右；厚板或精度较低的冲裁件间隙还可适当增大 (3) 排样： 冲裁件在板料或带料上的布置方法。 合理的排样有利于简化模具结构、提高材料利用率和冲裁件质量，且操作方便、生产率高 直排斜排对排混合排 有搭边有搭边 无搭边无搭边(4) 提高冲裁质量的冲压工艺： 当冲裁件剪断面用作工作表面或配合表面时，常采用整修、挤光、精密冲裁等工艺以提高冲裁件质量 整修：利用整修模沿冲裁件的外缘或内孔刮去一层薄薄的切屑，以提高冲裁件的加工精度和降低剪断面粗糙度的冲压方法 。挤光：将冲裁件压

40、入锥形凹模，使剪断面挤光的冲裁方法精密冲裁：即用压边圈使板料冲裁区处于静液压作用下，抑制剪裂纹的发生，实现塑性变形分离的冲裁方法 2弯曲 将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法 (1) 弯曲变形过程：变形区外侧受拉，内侧受压，越接近表面，应力越大。应力较小时只产生弹性变形。当应力达到屈服强度时，出现塑性变形，并由内、外两侧向中心扩展，最终达到塑性弯曲 (2) 最小弯曲半径： 坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的弯曲半径 rmin 生产中常用其相对值（rmin/ ）表示弯曲时的成形极限。其相对值越小，板料允许的弯曲程度越大。注意：1）材料的塑性越好，其最小相对弯曲

41、半径rmin/ 越小；2）经过退火的板料塑性好，最小相对弯曲半径rmin/ 可小；有加工硬化的板料，塑性降低，使rmin/ 增大；3）冷轧板料有各向异性，沿纤维方向弯曲的最小相对弯曲半径rmin/ 可小。沿垂直纤维方向弯曲时，最小相对弯曲半径rmin/ 应加大；4）板料表面及边缘粗糙时，易产生应力集中，需增大rmin/ 。 低碳钢板的rmin值一般为（0.21.2） ，碳含量较低或弯曲线与流纹方向垂直时取较小值。 (3) 回弹： 外载荷去除后，形状和尺寸发生与加载时变形方向相反的变化，从而消去一部分弯曲变形效果的现象称为回弹。卸载后的回弹-回弹造成的形状、尺寸变化是弯曲的主要缺陷。 (4) 弯

42、曲的分类和应用 1）压弯：凸模将坯料压入凹模弯曲成形（回弹量较大，工艺适应性强 ） 2）拉弯：使坯料在受拉状态下沿模具弯曲成形（回弹量较小，常用于弯曲半径较大的制件） 3）辊弯：使板料受辊轴旋转时摩擦力作用，连续进入辊轴间弯曲成形（工艺较简便，通过仿形或自控，可卷制任意柱面） 3拉深 使板料（或浅的空心坯）成形为空心件（或深的空 心件）而厚度基本不变的加工方法。 (1) 拉深变形过程（flash)： 将直径D0的平板坯料拉深成高度h、直径d的制件时，坯料凸缘部分的扇形单元经切向压缩和径向拉长而逐渐变形为筒壁上的长方形单元。 (2) 拉深系数：拉深变形后制件直径与其毛坯直径之比 m =d/D0。

43、 m值越小，板料的变形程度就越大，越易拉裂。 保证不拉裂的拉深系数最小值称为极限拉深系数q 无凸缘筒形件拉深时的极限拉深系数一般为0.50.8 ；坯料相对厚度h/D0较大时取较小值 ；多次拉深时，后续各次拉深的极限拉深系数应取较大值。 (3) 拉深缺陷 1）拉裂：拉深时,筒壁与底部 的转角处破裂的现象 防裂措施：控制拉深系数（多次拉) 加大凸、凹模圆角， 加大拉深间隙 加强润滑 2）起皱：相对厚度较小时，毛 坯失稳形成折皱的现象防皱措施：采用压边装置（flash) 拉深间隙不应过大 拉深系数不应过小4其它冲压成形工艺 缩口（收口）：将管件或空心制件的端部径向尺寸缩小起伏(压筋）：在产品表面上获

44、得各种形状的凸起与凹陷翻边：在板料上冲制出竖直边缘的成形方法 胀形：使板料或空心坯料局部尺寸增大 （二）、冲压工艺设计1冲裁工艺设计 落料件的尺寸是由凹模刃口尺寸决定的，冲孔件的尺寸则是由冲孔凸模尺寸决定的。 考虑到模具磨损后将使凹模尺寸变大、凸模尺寸变小，因此，凸模、凹模尺寸确定的原则为：q落料时，以落料凹模为设计基准，凹模刃口的基本尺寸接近于落料件的最小极限尺寸，凸模比凹模缩小一个间隙值；q冲孔时，以冲孔凸模为设计基准，凸模刃口的基本尺寸接近于冲孔件的最大极限尺寸，凹模比凸模放大一个间隙值。 2弯曲工艺设计 (1)凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧圆角半径 r 当工件圆角半径较大时（r/1

45、0）且精度较高时，应进行回弹计算 (2)弯曲件毛坯长度计算q弯曲件毛坯长度为弯曲件的直线部分和弯曲部分的中性层长度之和。q 中性层是弯曲变形区内切向应力或切向应变为零的金属层 )(1801800 xrl弯曲部分的中性层长度l0 ： 3拉深工艺设计 （1）拉深间隙 Z： 拉深模具中凸凹模之间的单边径向间隙 Z值一般取(1.11.2)（间隙过小时，拉深力及工件的内应力均增大，甚至使工件拉裂；间隙过大时，工件壁部易起皱 ）(2) 凸、凹模直径： 当要求拉深件外形正确时，凹模直径应等于拉深件外径，凸模直径为凹模直径减去间隙值； 当要求拉深件内形正确时，凸模直径应等于拉深件内径，凹模直径等于凸模直径加间

46、隙值。 (4) 拉深次数确定：q拉深件的拉深系数小于极限拉深系数时，须采用多次拉深工艺 m总 =m1m2mn 当其乘积等于或略小于m总 时即可知拉深次数， 同时，还可计算出各次拉深的半成品尺寸 d1=m1D0 d2= m2d1 (3) 毛坯直径计算： 依据：拉深件与坯表面积相等q不要受书上误导：A1、A2 、A3 4冲压工序选择 (1) 工序类型：根据冲压件的形状、尺寸等确定 （冲孔）、落料、（切口）、（起伏） 落料、弯曲、（冲孔）落料、拉深、（冲孔） 落料、拉深、胀形 落料、冲孔、翻孔 落料、拉深、冲底孔、翻边 (2) 工序顺序： 根据零件的结构形状和模具类型确定1）带孔平板件: 用单工序模时先落料后冲孔， 用连续模时则须先冲孔后落料 2）带孔的弯曲件或拉深件：孔位于或接近于变形区，应 先弯曲或拉深后再冲孔 3）形状复杂的弯曲件：先两端，后中间5模具选择(1) 模具类型的选择： 1）单工序模： 压力机的一次行程中只完成一个工序的模具（冲模等） q结构简单，易于制造和维修，适用面广，生产率低q适用于少工序制件的冲制或多工序冲压件的小批量生产 2）连续模（FLASH)： 压力机的一次行程中，在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序的模具q 生产率高，易于机械化、自动化