单元九金属压力加工

1、单元九 金属压力加工项目内容项目内容任务任务1 1 锻造过程分析锻造过程分析任务任务2 2 自由锻自由锻任务任务3 3 模锻模锻任务任务4 4 冲压冲压任务任务5 5 其他压力加工其他压力加工思考与练习思考与练习金属压力加工 汽车零件的相当一部分是用压力加工方法制造的。汽车零件的相当一部分是用压力加工方法制造的。 压力加工的主要生产工艺有锻造、冲压、轧制、压力加工的主要生产工艺有锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等。拉拔、挤压等。加工方法加工方法典型加工图典型加工图特点及应用特点及应用锻造锻造金属坯料在上、下砧座间受冲金属坯料在上、下砧座间受冲击力或压力而变形的加工方法击力或压力而变形的加工方法，适

2、用于生产承受大载荷的机，适用于生产承受大载荷的机器零件或改善零件的力学性能器零件或改善零件的力学性能冲压冲压金属板料在冲模之间受压产生金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法，用于分离或变形的加工方法，用于生产汽车外壳、电器、日用品生产汽车外壳、电器、日用品等等金属压力加工 用于锻压的材料应具有良好的塑性，常用金属材料用于锻压的材料应具有良好的塑性，常用金属材料中，铸铁塑性很差，在通常条件下不能锻压；钢和大多中，铸铁塑性很差，在通常条件下不能锻压；钢和大多数有色金属如铜、铝等塑性良好，可以锻压。数有色金属如铜、铝等塑性良好，可以锻压。加工方法加工方法典型加工图典型加工图特点及应用特点及应

3、用轧制轧制金属坯料在两个回转轧辊的孔金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得各种产隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法，如生产钢板、品的加工方法，如生产钢板、型材、管材、带材型材、管材、带材拉拔拉拔将金属坯料拉过拉拔模的模孔将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法，可生产各而变形的加工方法，可生产各种细线材、薄壁管、型材，如种细线材、薄壁管、型材，如拉丝生产电缆线拉丝生产电缆线挤压挤压金属坯料在挤压模内受压被挤金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法，可出模孔而变形的加工方法，可生产复杂截面的型材或零件生产复杂截面的型材或零件任务任务1 1 锻造过程分析锻造过程分析1.1.金

4、属的加热金属的加热 金属材料通过加热，随着温度的升高，其塑性金属材料通过加热，随着温度的升高，其塑性提高、强度降低，正因如此，金属在高温下锻造，提高、强度降低，正因如此，金属在高温下锻造，可以用较小的锻造力而产生较大的塑性变形，锻可以用较小的锻造力而产生较大的塑性变形，锻后可获得良好的组织。后可获得良好的组织。 所以金属锻造前加热可以达到提高坯料的塑所以金属锻造前加热可以达到提高坯料的塑性和降低其变形抗力，提高其可锻性的目的。性和降低其变形抗力，提高其可锻性的目的。2.2.锻造温度范围锻造温度范围任务任务1 1 锻造过程分析锻造过程分析材料种类材料种类始锻温度始锻温度终锻温度终锻温度低碳钢低碳

5、钢1200120012501250700700800800中碳钢中碳钢1150115012001200800800850850合金结构钢合金结构钢1100110011801180800800850850铝合金铝合金450450500500350350380380铜合金铜合金8008009009006506507007003.3.加热产生的缺陷及其防止方法加热产生的缺陷及其防止方法（1）氧化及烧损）氧化及烧损（2）脱碳）脱碳（3）过热）过热（4）过烧）过烧（5）内部裂纹）内部裂纹任务任务1 1 锻造过程分析锻造过程分析4. 4. 加热设备加热设备根据热源的种类分为火焰炉和电炉两大类。根据热源的种

6、类分为火焰炉和电炉两大类。任务任务1 1 锻造过程分析锻造过程分析5. 5. 锻后冷却锻后冷却(1) 空冷空冷 (2) 堆冷堆冷(3) 坑冷坑冷(4) 灰砂冷灰砂冷(5) 炉冷炉冷任务任务2 2 自由锻自由锻1. 1. 空气锤空气锤 空气锤是一种小型的自由锻设备，主要用于小型锻件的空气锤是一种小型的自由锻设备，主要用于小型锻件的镦粗、拔长、冲孔、弯曲等自由锻工序，也可用于胎模锻镦粗、拔长、冲孔、弯曲等自由锻工序，也可用于胎模锻造。造。图图9-1 9-1 空气锤空气锤a)a)外形图外形图 b)b)工作原理图工作原理图1 1压缩缸压缩缸 2 2压缩缸活压缩缸活塞塞 3 3连杆连杆 4 4上锤头上锤

7、头 5 5活塞杆活塞杆 6 6工作缸活工作缸活塞塞 7 7工作缸工作缸 8 8转阀转阀2. 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序(1) 拔长拔长（3）冲孔和扩孔）冲孔和扩孔(5) 切断切断(7) 错移错移(2) 镦粗镦粗(4) 弯曲弯曲(6) 扭转扭转(8) 锻接锻接任务任务2 2 自由锻自由锻2. 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序(1) 拔长拔长任务任务2 2 自由锻自由锻图图9-2 9-2 拔长拔长a a） 平砧拔长平砧拔长 b)b)型砧芯棒拔长型砧芯棒拔长2. 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序（3）冲孔）冲孔任务任务2 2 自由锻自由锻2. 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序（3）扩孔

8、）扩孔任务任务2 2 自由锻自由锻2. 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序(5) 切断切断任务任务2 2 自由锻自由锻(4) 弯曲弯曲2. 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序(7) 错移错移(6) 扭转扭转任务任务2 2 自由锻自由锻2. 2. 自由锻基本工序自由锻基本工序(8) 锻接锻接任务任务2 2 自由锻自由锻3. 3. 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性任务任务2 2 自由锻自由锻锻件上应避免锥面和斜面的结构锻件上应避免锥面和斜面的结构图图9-10 9-10 轴类锻件结构轴类锻件结构a)a)工艺性差工艺性差 b)b)工艺性好工艺性好3. 3. 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工

9、艺性任务任务2 2 自由锻自由锻图图9-11 9-11 连杆类锻件结构连杆类锻件结构a)a)工艺性差工艺性差 b)b)工艺性好工艺性好锻件上应避免形成空间曲线锻件上应避免形成空间曲线3. 3. 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性任务任务2 2 自由锻自由锻锻件上应尽量避免加强肋、凸台、工字形截面或空间曲面锻件上应尽量避免加强肋、凸台、工字形截面或空间曲面图图9-12 9-12 盘类零件结构盘类零件结构a)a)工艺性差工艺性差 b)b)工艺性好工艺性好3. 3. 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性任务任务2 2 自由锻自由锻图图9-13 9-13 复杂件结构复杂件结构a a）工艺性差

10、）工艺性差 b)b)工艺性好工艺性好锻件结构应避免截面尺寸的急剧变化锻件结构应避免截面尺寸的急剧变化4 4 制订自由锻造工艺规程制订自由锻造工艺规程任务任务2 2 自由锻自由锻齿轮坯的自由锻造工艺规程齿轮坯的自由锻造工艺规程锻件名称锻件名称齿轮坯齿轮坯工艺类别工艺类别机器自由锻机器自由锻材料材料4545设备设备65kg65kg空气锤空气锤加热火次加热火次1 1锻造温度范围锻造温度范围11501150800800锻件图锻件图坯料图坯料图序号序号工序名称工序名称工序简图工序简图1 1镦粗镦粗4 4 制订自由锻造工艺规程制订自由锻造工艺规程任务任务2 2 自由锻自由锻齿轮坯的自由锻造工艺规程齿轮坯的

11、自由锻造工艺规程序号序号工序名称工序名称工序简图工序简图2 2冲孔冲孔3 3整修外圆整修外圆4 4整修平面整修平面5. 5. 自由锻的锻造缺陷自由锻的锻造缺陷任务任务2 2 自由锻自由锻常见自由锻件的缺陷分析常见自由锻件的缺陷分析缺陷名称缺陷名称主要特征主要特征产生原因产生原因表面横向裂纹表面横向裂纹拔长时，锻件表面及角部出现横向裂纹拔长时，锻件表面及角部出现横向裂纹1.1.坯料表面有缺陷坯料表面有缺陷, ,锻造时进一步扩展锻造时进一步扩展2.2.冷却速度过快，产生残冷却速度过快，产生残余应力余应力3.3.送进量过大，当相对送进量送进量过大，当相对送进量L LO O/h/ho o1 1时，锻件

12、表面和时，锻件表面和角部受拉应力过大产生裂纹角部受拉应力过大产生裂纹内部横向裂纹内部横向裂纹拔长时，锻件内部及中心出现横向裂纹拔长时，锻件内部及中心出现横向裂纹1 1低温区快速加热低温区快速加热2 2送进量过小送进量过小, ,当当L LO O/h/ho o0 05 5时，锻造区时，锻造区出现双鼓形出现双鼓形中空纵裂中空纵裂拔长时，中心出现较长甚至贯穿的轴向拔长时，中心出现较长甚至贯穿的轴向裂纹裂纹1 1加热未透，内部温度过低加热未透，内部温度过低2 2未经打成方形断面，而直接由未经打成方形断面，而直接由大圆形打成小圆形断面，因此变形集中于上下表面，心部出现大圆形打成小圆形断面，因此变形集中于上

13、下表面，心部出现横向拉应力，引起中心裂纹横向拉应力，引起中心裂纹表面纵向裂纹表面纵向裂纹镦粗时，锻件表面出现纵向裂纹镦粗时，锻件表面出现纵向裂纹受坯料心部大变形作用，外表面形成鼓形，存在切向拉应力而受坯料心部大变形作用，外表面形成鼓形，存在切向拉应力而形成裂纹形成裂纹十字裂纹十字裂纹拔长时，锻件沿方形断面对角线产生十拔长时，锻件沿方形断面对角线产生十字裂纹，多见于高合金钢中字裂纹，多见于高合金钢中当当L LO O/h/ho o1 1时，如果坯料在同一部位反复重击，塑性低的锻件时，如果坯料在同一部位反复重击，塑性低的锻件会产生十字裂纹会产生十字裂纹自行开裂自行开裂锻造后或热处理后、或经长时间后发

14、生锻造后或热处理后、或经长时间后发生1 1锻造过程中已形成裂纹，热处理使之加剧锻造过程中已形成裂纹，热处理使之加剧2 2锻件残留应力锻件残留应力过大过大龟裂龟裂锻件表面出现龟甲状较浅裂纹锻件表面出现龟甲状较浅裂纹1 1钢中铜、锡、砷、硫含量过多钢中铜、锡、砷、硫含量过多2 2始锻温度过高始锻温度过高白点白点锻件内部银白色、灰白色圆形的裂纹，锻件内部银白色、灰白色圆形的裂纹，含含NiNi、CrCr、MoMo、W W等合金钢容易产生等合金钢容易产生1 1钢中含氢量过高钢中含氢量过高2 2锻后冷却或退火工艺不合适锻后冷却或退火工艺不合适任务任务3 3 模锻模锻模型锻造模型锻造( (简称模锻简称模锻)

15、 )是在模锻设备上利用锻模对金是在模锻设备上利用锻模对金属材料进行锻造成形的一种工艺方法属材料进行锻造成形的一种工艺方法 ： 生产率较高；生产率较高； 模锻件尺寸精确，加工余量小模锻件尺寸精确，加工余量小； 可以锻造形状比较复杂的锻件可以锻造形状比较复杂的锻件，如连杆、曲轴等；，如连杆、曲轴等； 模锻生产比自由锻消耗的金属模锻生产比自由锻消耗的金属材料少，切削加工工作量也少，有利材料少，切削加工工作量也少，有利于降低生产成本。于降低生产成本。1. 1. 锤上模锻锤上模锻 锤上模锻设备为模锻锤，生产中应用最广泛的是锤上模锻设备为模锻锤，生产中应用最广泛的是蒸汽蒸汽-空气模锻锤。空气模锻锤。 锤上

16、模锻用的锻模由上模和下模两部分构成。锤上模锻用的锻模由上模和下模两部分构成。 根据模膛的作用分为模锻模膛和制坯模膛两大类。根据模膛的作用分为模锻模膛和制坯模膛两大类。 具有一个模膛的锻模为单模膛锻模，具有两个以具有一个模膛的锻模为单模膛锻模，具有两个以上模膛的锻模为多模膛锻模。上模膛的锻模为多模膛锻模。任务任务3 3 模锻模锻1. 1. 锤上模锻锤上模锻 根据模锻件复杂程度的不同，变形所需要的模膛根据模锻件复杂程度的不同，变形所需要的模膛数量各异，可将锻模设计成数量各异，可将锻模设计成单模膛形式（左图）单模膛形式（左图），也，也可设计成多可设计成多模膛形式（右图）模膛形式（右图）。任务任务3

17、3 模锻模锻2. 2. 胎模锻胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上用可移动的简单锻模胎模锻是在自由锻设备上用可移动的简单锻模(称称胎模胎模)生产模锻件的一种工艺方法。生产模锻件的一种工艺方法。 胎模类型主要有扣模、筒模和合模三种。胎模类型主要有扣模、筒模和合模三种。任务任务3 3 模锻模锻图图9-16 9-16 扣模扣模2. 2. 胎模锻胎模锻任务任务3 3 模锻模锻图图9-17 9-17 筒模筒模图图9-18 9-18 合模合模3. 3. 特种模锻特种模锻 （1 1）精密模锻）精密模锻 精密模锻精密模锻( (简称精锻简称精锻) )是在模锻设备上锻出形状复杂、尺寸精度是在模锻设备上锻出形状复杂、尺寸

18、精度高的锻件的模锻工艺。高的锻件的模锻工艺。 （2 2）超塑性模锻）超塑性模锻任务任务3 3 模锻模锻工艺参数工艺参数普通模锻普通模锻超塑性模锻超塑性模锻坯料加热温度坯料加热温度940940940940模具预热温度模具预热温度480480940940变形速率变形速率mmmms s-l-l12127 742423 30 0025025平均单位压力平均单位压力MPaMPa50500 058583 311117 7模锻工步模锻工步4 41 1锻件加工余量锻件加工余量大大很小很小锻造钛合金涡轮盘锻造钛合金涡轮盘时超塑性模锻和普时超塑性模锻和普通模锻的对比通模锻的对比3. 3. 特种模锻特种模锻 （3

19、3）液态模锻）液态模锻任务任务3 3 模锻模锻液态模锻典型工艺液态模锻典型工艺流程示意图流程示意图任务任务4 4 冲压冲压冲压是通过模具使板料塑性成形以获得零件的工艺方法冲压是通过模具使板料塑性成形以获得零件的工艺方法冲压生产设备冲压生产设备任务任务4 4 冲压冲压1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序 冲压生产可以进行很多种工序，其基本工序为分离工冲压生产可以进行很多种工序，其基本工序为分离工序和变形工序两大类，所生产的零件统称为冲压件。序和变形工序两大类，所生产的零件统称为冲压件。（ （ 分离工序是使坯料的一

20、部分与另一部分相互分离的工艺方法。主分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法。主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中又以冲孔、落料应要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中又以冲孔、落料应用最广。用最广。任务任务4 4 冲压冲压1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压图图9-20 9-20 落料与冲孔落料与冲孔 图图9-21 9-21 冲裁变形过程冲裁变形过程 a) a)落料落料 b) b)冲孔冲孔（1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压冲裁件断面结构冲裁件断面结构（1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工

21、序任务任务4 4 冲压冲压冲裁模合理间隙值冲裁模合理间隙值( (汽车行业汽车行业) )材料厚度材料厚度0808、1010、35 35 、09Mn09Mn、Q235Q23516Mn16Mn4040、505065Mn65MnZ ZminminZ ZmaxmaxZ ZminminZ ZmaxmaxZ ZminminZ ZmaxmaxZ ZminminZ Zmaxmax小于小于0 05 5极极 小小 间间 隙隙0 05 50 004040 00600600 004040 00600600 004040 00600600 004040 00600600 06 60 00480480 00720720 0

22、0480480 00720720 00480480 00720720 00480480 00720720 07 70 00640640 00920920 00640640 00920920 00640640 00920920 00640640 00920920 08 80 00720720 01041040 00720720 01041040 00720720 01041040 00640640 00920920 09 90 00900900 01261260 00900900 01261260 00900900 01261260 00900900 01261261 10 00 0100100

23、0 01401400 01001000 01401400 01001000 01401400 00900900 01261261 12 20 01261260 01801800 01321320 01801800 01321320 0180180 1 15 50 01321320 02402400 01701700 02402400 01701700 0230230 1 175750 02202200 03203200 02202200 03203200 02202200 0320320 2 20 00 02462460 03603600 02602600 03803800 02602600

24、0380380 2 21 10 02602600 03803800 02802800 04004000 02802800 0400400 2 25 50 03603600 05005000 03803800 05405400 03803800 0540540 2 275750 04004000 05605600 04204200 06006000 04204200 0600600 3 30 00 04604600 06406400 04804800 06606600 04804800 0660660 3 35 50 05405400 07407400 05805800 07807800 058

25、05800 0780780 4 40 00 06406400 08808800 06806800 09209200 06806800 0920920 4 45 50 07207201 10000000 06806800 09609600 07807801 1040040 5 55 50 09409401 12802800 07807801 11001000 09809801 1320320 6 60 01 10800801 14004000 08408401 12002001 11401401 1500500 6 658580 0 0 0940194012002001 130013001680

26、680 （1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压冲裁件的排样冲裁件的排样（5) 5) 冲裁力的计算冲裁力的计算 为了合理选择设备，防止设备和模具损坏或浪费为了合理选择设备，防止设备和模具损坏或浪费能源，避免安全事故的发生，需要正确计算冲裁力。平刃冲模的冲裁力按能源，避免安全事故的发生，需要正确计算冲裁力。平刃冲模的冲裁力按下式计算下式计算 F=KLt F=KLt1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压图图9-24 9-24 拉深工序拉深工序1 1坯料坯料 2 2第一次拉深产品第一次拉深产品 3 3凸模凸模 4 4凹模凹模 5 5

27、成品成品 拉深工序拉深工序1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压图图9-27 9-27 弯曲工序弯曲工序 图图9-28 9-28 弯曲时的纤维方向弯曲时的纤维方向 弯曲工序弯曲工序1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压 翻边工序翻边工序成形工序成形工序1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压 汽车消音器冲压工艺汽车消音器冲压工艺1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压钢铝复合汽车车门边折叠工艺钢铝复合汽车车门边折叠工艺 折叠工序折叠工序1. 1. 板料冲压的基本工

28、序板料冲压的基本工序任务任务4 4 冲压冲压奥迪奥迪Q3Q3铝发动机盖成型工序铝发动机盖成型工序1. 1. 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序 冲压生产可以进行很多种工序，其基本工序为分离工冲压生产可以进行很多种工序，其基本工序为分离工序和变形工序两大类，所生产的零件统称为冲压件。序和变形工序两大类，所生产的零件统称为冲压件。（ （ 分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法。主分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法。主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。 其中又以冲孔、落料应用最广。其中又以冲孔、落料应用最广。任务任务4 4 冲压

29、冲压2. 2. 冲床及冲模冲床及冲模 冲床是最常用的冲压设备，由电动机、带减速系统、冲床是最常用的冲压设备，由电动机、带减速系统、踏板、离合器、曲轴、连杆、滑块、制动器等组成。踏板、离合器、曲轴、连杆、滑块、制动器等组成。 任务任务4 4 冲压冲压任务任务5 5 其他压力加工其他压力加工1. 1. 挤压挤压 1) 1) 可以提高金属坯料的塑性；可以提高金属坯料的塑性； 2) 2) 挤压材料不仅有铝、铜等塑性好的有色金属，而且碳钢、合金结构挤压材料不仅有铝、铜等塑性好的有色金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可用挤压工艺成形。在一定的条件下，某些钢、不锈钢及工业纯铁等也可用挤压工艺成

30、形。在一定的条件下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢也可以进行挤压；高碳钢、轴承钢、甚至高速钢也可以进行挤压； 3) 3) 可以挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁、异型断面的零件；可以挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁、异型断面的零件； 4) 4) 零件的尺寸精度高；零件的尺寸精度高； 5) 5)挤压变形后提高了零件的力学性能；挤压变形后提高了零件的力学性能； 6) 6) 节约原材料。材料利用率达节约原材料。材料利用率达7070以上，生产效率也高于其它锻造方以上，生产效率也高于其它锻造方法。法。任务任务5 5 其他压力加工其他压力加工1. 1. 挤压挤压a)a)正挤压正挤压 b) b)反挤压反挤压 c)

31、 c)复合挤压复合挤压 d) d)径向挤压径向挤压1 1凸模凸模 2 2凹模凹模 3 3料筒料筒 4 4坯料坯料2. 2. 轧制轧制 轧制是用轧辊对坯料进行连续变形的压力加工方轧制是用轧辊对坯料进行连续变形的压力加工方法，具有生产率高、质量好、成本低和材料消耗少等法，具有生产率高、质量好、成本低和材料消耗少等优点。优点。 汽车制造所应用的钢板和槽钢等各种型材都来自汽车制造所应用的钢板和槽钢等各种型材都来自于轧制。于轧制。 根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制分为根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制分为纵轧、横轧、斜轧和楔横轧等几种。纵轧、横轧、斜轧和楔横轧等几种。任务任务5 5 其他压力加工其他压力加工2. 2. 轧制轧制任务任务5 5 其他压力加工其他压力加工 图图9-37 9-37 辗环轧制辗环轧制 1 1驱动辊驱动辊 2 2芯辊芯辊 3 3坯料坯料 4 4导向辊导向辊 5 5信号辊信号辊图图9-36 9-36 辊锻轧制辊锻轧制1 1轧辊轧辊 2 2模块模块 3 3零件零件 4 4坯料坯料 （1）纵轧）纵轧1) 辊锻轧制辊锻轧制 2) 辗