工程材料与热加工锻压

1、工程材料与热加工锻压第1页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三第10章塑性成型利用外力的作用使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的成型工艺，称为塑性成型。又称金属压力加工。在塑性成型过程中，作用在金属坯料上的外力主要有两种：冲击力和压力。锤类设备产生冲击力使金属变形，轧机与压力机对金属坯料施加压力使金属变形。第2页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三第10章塑性成型金属塑性成型的特点：（1）改善金属内部组织，提高金属力学性能（2）节省金属材料（3）生产效率高不足之处：（1）不能直接获得形状复杂的锻压件；（2）锻件的

2、尺寸精度不高；（3）锻压设备笨重，对厂房要求较高，初次投资大。第3页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三第10章塑性成型第4页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三第10章塑性成型轧制产品截面形状图挤压产品截面形状图拉拔产品截面形状图第5页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三第10章塑性成型10.1金属的塑性变形10.2锻造10.3板料冲压第6页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三第10章塑性成型10.1金属的塑性变形10.1.1金属塑性变形机理10.1.2塑性变形后金属的组织和性能10.1.3金属的可锻性10.1.

3、4金属的变形规律第7页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.1金属塑性变形机理1. 单晶体的塑性变形共有两种形式：滑移、孪生1）滑移（1）滑移变形机理第8页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.1金属塑性变形过程1. 单晶体的塑性变形1）滑移（2）滑移变形特点滑移只在切应力作用下滑移距离为原子间距的整数倍滑移沿晶体中原子密排面上的密排晶向进行密排面和密排方向越多，金属材料塑性越好。滑移形成滑移线和滑移带滑移同时伴随有晶体转动第9页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金

4、属的塑性变形10.1.1金属塑性变形过程1. 单晶体的塑性变形2）孪生-晶体在切应力作用下塑性变形的另一种形式，是随着切应力继续增大，滑移不能再继续进行的情况下发生的。是晶体一部分相对于另一部分沿一定晶面和晶向产生整体的剪切变形。第10页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.1金属塑性变形过程1. 单晶体的塑性变形2）孪生特点：第11页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.1金属塑性变形过程1. 单晶体的塑性变形2）孪生特点：（1）变形方式：均匀切变（2）原子位移：小于原子间距（3）变形后的位向

5、：晶体位向改变孪晶面为对称面（4）变形困难：发生于滑移后，变形量小于10%第12页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.1金属塑性变形过程2. 多晶体的塑性变形特点：（1）晶界的阻碍作用（2）各晶粒变形的不同时性 -与晶面(滑移面)和受力方向之间的夹角有关。（3）各晶粒变形的相互协调性第13页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.1金属塑性变形过程3. 位错运动晶体材料的塑性变形是其中大量位错运动的结果。第14页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.

6、1.1金属塑性变形过程3. 位错运动晶体材料的塑性变形是其中大量位错运动的结果。第15页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能1.加工硬化金属在塑性变形过程中，随着其形状的改变，内部的组织结构会发生一系列变化：(1)晶粒沿变形最大的方向伸长；(2)晶格和晶粒均发生扭曲，产生内应力；(3)晶粒间产生碎晶；组织结构的变化使其力学性能、物理和化学性能都发生变化。第16页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能1.加工硬化第17页，共168页，202

7、2年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能1.加工硬化工业生产中，可以利用金属的加工硬化提高金属的强度和产品的表面质量及性能。生产中常采用再结晶退火工艺消除加工硬化，使金属再次获得良好的塑性。第18页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能2回复加工硬化是一种不稳定的现象，具有自发回复到稳定状态的倾向，但在室温下不易实现。当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子排列回复到正常状态，从而消除晶格扭曲并部分消除加工硬化，这个过程称为回复。 T回=（0.250.3

8、）T熔第19页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能3再结晶变形金属加热到0.4T熔 时，金属原子获得更多的热能，开始以碎晶或杂质为核心再结晶成细小而均匀的新晶粒，从而消除全部加工硬化，这个过程称为再结晶。这时的温度称为再结晶温度T再： T再0.4T熔第20页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能3再结晶再结晶后金属的力学性能与再结晶晶粒度关系很大，晶粒越细小，金属室温力学性能越好。再结晶晶粒度取决于塑性变形程度、加热温度和保温时间：再结晶

9、退火前塑性变形程度越大，再结晶晶粒越细小；加热温度越高，保温时间越长，再结晶晶粒越粗大。因此，在生产中要控制好这些因素，避免再结晶晶粒粗大。第21页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能3再结晶以变形温度与金属再结晶温度的关系，塑性变形分为冷变形和热变形两种。在再结晶温度以下的变形称为冷变形。变形过程中只有加工硬化而无再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织。冷变形加工的产品具有表面质量好，尺寸精度高，力学性能好的优点，一般不需再进行切削加工。常温下，低碳钢在冷镦、冷挤冷轧以及冷冲压中的变形都属于冷变形。第22页，

10、共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能3再结晶在再结晶温度以上变形称为热变形。当金属在热变形时、加工硬化和再结晶过程同时存在。不过变形中的加工硬化随时都被再结晶过程所消除，变形后没有加工硬化现象。金属只有在热变形情况下，才能以较小的功达到较大的变形，同时能获得具有高力学性能的再结晶组织。因此，金属压力加工生产多采用热变形来进行。金属在自由锻热模锻热轧热挤压中的变形都属于热变形。第23页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能4金属的纤维组织和各

11、向异性在热变形加工过程中，铸锭中基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都要发生变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构称为纤维（或流线）组织。纤维组织使金属在性能上具有方向性，平行于纤维方向（纵向）上的塑性和韧性明显高于垂直于纤维方向（横向）上的相应性能。金属的变形量越大，纤维组织越明显，性能的方向性也就越明显。第24页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能4金属的纤维组织和各向异性纤维组织的稳定性很高，不能用热处理方法加以消除。只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。第25页，共168页，202

12、2年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能4金属的纤维组织和各向异性纤维组织的各向异性与受力情况：第26页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能4金属的纤维组织和各向异性纤维组织的各向异性与受力情况：第27页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能5锻造比-表示变形体受力时发生变形的程度。拔长时的锻造比为Y拔=F0/F镦粗时的锻造比为Y镦=H0/H式中 H0，F0坯料变形前的高度和横截面积

13、；H，F坯料变形后的高度和横截面积。第28页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.2塑性变形后金属的组织和性能5锻造比锻造比的大小影响金属的力学性能和锻件质量。一般情况下，增加锻造比有利于改善锻件的组织与性能，但其过大也无益。当Y拔=25时，变形金属中开始形成纤维组织，力学性能出现各向异性。 当Y拔5时，组织细密化程度接近极限，力学性能不再提高，而各向异性进一步增加。 第29页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.3金属的可锻性金属的可锻性是衡量金属材料接受压力加工、获得优质制品难易程度的工艺性

14、能。可锻性好，表明材料适于采用压力加工成型；反之则表明其不适合压力加工成型。第30页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.3金属的可锻性可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性反映了金属塑性变形的能力；塑性好，则金属在变形中不易开裂；变形抗力是反作用在工具上的力，反映了金属塑性变形所需作用力的大小。变形抗力小，则金属变形的能耗少。一种金属材料若既有较好的塑性，又有较小的变形抗力，则可锻性好。影响可锻性的因素主要有金属的化学成分、组织结构和加工条件等。第31页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10

15、.1.3金属的可锻性1化学成分一般来说，纯金属的可锻性优于合金；合金元素含量越多，合金成分越复杂，塑性越差，变形抗力越大。例如，纯铁、低碳钢和高合金钢的可锻性依次下降。第32页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.3金属的可锻性2金属组织固溶体（如奥氏体）的可锻性好，因其塑性好且变形抗力小；化合物（如渗碳体）的可锻性差，因其塑性差且变形抗力大。具有铸态柱状组织和粗晶粒组织的金属不如具有晶粒细小而又均匀的组织的金属的可锻性好，因为组织越均匀，塑性越好。第33页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.

16、3金属的可锻性3变形温度图10-13 低碳钢力学性能与温度的关系 第34页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.3金属的可锻性3变形温度提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施。但温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废。所以应该合理控制锻造温度。第35页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.3金属的可锻性3变形温度锻造温度系指始锻温度（开始锻造时的温度）和终锻温度（停止锻造时的温度）间的温度范围。始锻温度和终锻温度的确定以合金状态图为依据。例如，碳钢的始锻温度比

17、AE线低于200左右，终锻温度约为800左右。终锻温度过低，金属的加工硬化严重，变形抗力急剧增加，使加工难于进行。强行锻造，将导致锻件破裂报废。温度过高必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废第36页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.3金属的可锻性3变形温度（1）过热：由于加热温度过高，晶粒迅速长大，导致金属或合金的力学性能降低。（2）过烧：加热温度进一步提高到接近金属熔点时，金属晶体的晶界部分熔化和氧化，锻造时金属或合金易沿晶界产生裂纹。过热可以通过重新加热锻造和再结晶使金属或合金恢复原来的力学性能，但使使锻造火次增加。过

18、烧则使金属或合金材料报废！第37页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.3金属的可锻性4变形速度变形速度即单位时间内的变形程度。变形速度对金属可锻性的影响是矛盾的：一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏；另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高（称为热效应现象）。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降，可锻性变好。第38页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.

19、3金属的可锻性5应力状态材料在塑性变形过程中，受到三个方向的力的作用，其中，压应力的数量越多，材料的塑性越好，变形抗力越大；反之，拉应力的数量越多，材料的塑性越差，变形抗力越小。第39页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.4金属的变形规律1最小阻力定律在塑性变形过程中，如果金属质点有向几个方向移动的可能，则金属各质点将向阻力最小的方向移动。阻力最小的方向就是通过该质点向金属变形的周边所作的法线方向，因为质点沿此方向移动的距离最短，所需的变形功最小。利用最小阻力定律可以推断，任何形状的物体只要有足够的塑性，都可以在平锤头下镦粗使坯料逐渐接近于圆

20、形。这是因为在镦粗时，金属流动距离越短，摩擦阻力也越小第40页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.4金属的变形规律1最小阻力定律圆形截面的金属朝径向流动；方形、长方形截面则分成四个区域分别朝垂直于四个边的方向流动，最后逐渐变成椭圆形和圆形。由此可知，圆形截面金属在各个方向上的流动最均匀，镦粗时坯料有形成圆柱体的趋势。第41页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.1金属的塑性变形10.1.4金属的变形规律2体积不变定律金属材料在塑性变形前、后体积保持不变。金属塑性变形过程实际上是通过金属流动而使坯料体积在不同方向上进行再

21、分配的过程。实际上，由于钢锭在锻造时可消除内部的微裂纹、疏松等缺陷，使金属的密度提高，因此，体积总会有一些减小，只不过这种体积变化量极其微小，可以忽略不计。第42页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2锻 造10.2.1自由锻10.2.2模锻10.2.3胎模锻请看视频第43页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2锻 造10.2.1自由锻1.自由锻设备2.自由锻基本工序 3.自由锻工艺规程的制订 4.自由锻件结构工艺性第44页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻1.自由锻设备空气锤外形图(a)和动作原理图(

22、b)第45页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻1.自由锻设备蒸汽空气模锻锤第46页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻1.自由锻设备水压机第47页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻1.自由锻设备年月日，由中国自行设计制造的世界上吨位最大、技术最先进的吨重型自由锻造水压机试车成功。最大锻件重量为600吨。第48页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻1.自由锻设备07年下半年，国家发展改革委批复了中国第二重型机械集团公司（以下简称二重）大型模锻

23、压机建设项目的可行性研究报告，项目拟建设的大型模锻压力机最大压力可达8万吨，是目前世界上最大的模锻压机，超过了此前世界最大的俄罗斯7.5万吨模锻压机。 大型锻造设备的研制成功极大提升电力、冶金、石化、船舶、飞机等行业设备制造水平，对加快振兴重大装备制造业具有重大意义第49页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻2. 自由锻基本工序 拔长、镦粗、冲孔、弯曲、切割、扭转、错移。其中以拔长、镦粗、冲孔和扩孔最为常用。 第50页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻2.自由锻基本工序 (1)拔长使毛坯横断面积减小而长度增加的锻造工

24、序叫拔长，多用来生产具有长轴线的锻件，如光轴、阶梯轴、拉杆、连杆等。 平砧拔长 型砧芯轴拔长第51页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻2.自由锻基本工序 (2)镦粗使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序。 主要用于制造高度小、截面大的工件，如齿轮、法兰盘等，也可用于冲孔前的准备及增加以后拔长锻造比的工件。 第52页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻2.自由锻基本工序 (2)镦粗 完全镦粗 局部镦粗 漏盘镦粗第53页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻2.自由锻基本工序 (3)冲

25、孔在锻件上制造出通孔或不通孔的锻造工序较厚的锻件可采用双面冲孔，较薄的锻件采用单面冲孔。 第54页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻2.自由锻基本工序 (4)扩孔减小空心毛坯壁厚而增加其内、外径的锻造工序.当锻件为外径与内径之比大于1.7的小孔锻件时可采用冲头扩孔， 第55页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3. 自由锻工艺规程的制订 自由锻造成型的工艺过程一般为：设计锻件图下料、加热、锻造、锻件冷却及热处理、锻件清理、检验。 第56页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.

26、自由锻工艺规程的制订 (1)绘制锻件图 锻件图是指在零件图的基础上，考虑工艺敷料、机械加工余量和锻件公差等因素绘制的图纸 第57页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (2)确定锻造工序 饼块类 ：镦粗或局部镦粗 如：圆盘、齿轮、模块、锤头 第58页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (2)确定锻造工序 轴杆类 拔长镦粗+拔长局部镦粗+拔长如传动轴、主轴、连杆 第59页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (

27、2)确定锻造工序 空心类 镦粗+冲孔镦粗+冲孔+扩孔镦粗+冲孔+芯轴拔长如：圆环、法兰、齿圈、圆筒、空心轴 第60页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (2)确定锻造工序 弯曲类 轴杆类锻造工序+弯曲 如：吊钩、轴瓦盖 第61页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (2)确定锻造工序 曲轴类拔长+错移如：曲轴、偏心轴第62页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (2)确定锻造工序 复杂形状类工序组合 如：叉杆

28、、十字轴、吊环 第63页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (3)确定加热和冷却规范 为了提高其可锻性，坯料要进行锻前加热。加热时，加热速率要尽可能地快，以免氧化和脱碳的发生。 首先根据经验确定加热次数及加热时间长短，这是后来计算坯料烧损的基础。第64页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (4)计算坯料质量及尺寸 在确定锻件锻造工序的基础上计算锻件体积，再根据体积不变定律计算锻件质量，然后再加上烧损和料头的质量即得到坯料质量：G坯料=G锻件+G烧损+G料头第65页，共

29、168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻3.自由锻工艺规程的制订 (4)选择锻造设备和加热设备坯料的种类、质量、锻造基本工序、设备的能力等因素，现有的设备条件综合考虑第66页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻4.自由锻件结构工艺性 设计自由锻成型的零件时，除满足使用要求外，还必须考虑自由锻造设备和工具的特点，零件结构要符合自由锻的工艺性要求。 第67页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻4.自由锻件结构工艺性 (1)锻件上应避免锥面和斜面的结构 (a) 结构工艺性差 (b) 结构合理 第

30、68页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻4.自由锻件结构工艺性 (2)锻件上应尽量避免加强筋、凸台、工字形截面或空间曲面 (a) 结构工艺性差 (b) 结构合理 第69页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.1自由锻4.自由锻件结构工艺性 (3)锻件结构应避免截面尺寸的急剧变化 第70页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.2胎锻造胎模锻造是在自由锻设备上用可移动的简单锻模(称胎模)成型锻件的的一种工艺方法。胎模锻适用于中小批量生产，其在没有模锻设备的工厂应用较为普遍。第71页，共168页，2022

31、年，5月20日，20点3分，星期三10.2.2胎锻造1. 胎模锻造的特点(1)与自由锻比较有如下优点：胎模锻件的形状和尺寸由模具来保证，基本与工人的技术无关，操作简便；胎模锻造的形状准确，尺寸精度较高，敷料少，加工余量小；锻件在胎模内成型，组织致密，纤维分布符合性能要求。第72页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.2胎锻造1. 胎模锻造的特点(2)与锤上模锻相比可利用自由锻设备组织各类锻件生产，胎模制造较简便；工艺操作灵活，可以实现局部成形；胎模锻件的尺寸精度、劳动生产率和模具寿命等方面均低于锤上模锻。第73页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期

32、三10.2.2胎锻造2. 胎模的种类胎模的种类主要有扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）以及合模三大类。 第74页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.2胎锻造2. 胎模的种类(1) 扣模主要用来锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。锻造时工件一般不翻转，不产生毛边，可用于制坯，也可成形。第75页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.2胎锻造2. 胎模的种类(2)套筒模套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，有开式和闭式两种。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）。闭式套筒模一般由上模、套筒等组成，锻造中金属处于模膛

33、的封闭空间中变形，不形成毛边第76页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.2胎锻造2. 胎模的种类(3)合模一般由上、下模及导向装置组成，用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中多余金属流入飞边槽形成飞边。 第77页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻模型锻造(简称模锻)是将加热到锻造温度的金属坯料置于锻模模膛内，使其承受一次或多次冲击力或压力的作用而被迫流动成型以获得锻件的压力加工方法。在变形过程中，由于模膛对金属坯料流动的限制，锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。 第78页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三1

34、0.2.3模锻与自由锻比较，锤上模锻有如下特点：生产效率高。能锻造形状复杂的锻件(见图10-31)，并可使金属流线合理分布。模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。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。模锻操作简单，劳动强度低。 第79页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻模锻制造周期长，成本高，受模锻设备吨位的限制，模锻件不能太大，质量一般在150 kg以下。因此，模锻适用于中小型锻件的成批和大量生产。应用：如飞机零件、汽车或拖拉机的主轴、轴承等都使用到模锻制造。按质量计算，飞机上的锻件中模锻件占85%，汽车上占80%

35、。 第80页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻1.模锻设备按使用设备的不同，模锻可分为：锤上模锻、摩擦压力机模锻、热模锻压机模锻、水压机模锻等。 第81页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模锻模是用高强度合金钢制造的成型锻件的模具。由上模和下模两部分构成。锻模上有使坯料成型的型腔，称之为模膛。根据作用不同，模膛可分为模锻模膛和制坯模膛两大类。图10-32 锻模结构图第82页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(1)模锻模膛预锻模膛作用：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸

36、，以有利于终锻成型，提高终锻模膛的寿命，改善金属在终锻模膛内的流动情况。第83页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(1)模锻模膛终锻模膛作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，其形状与锻件相同。预锻模膛与终锻模膛的主要区别：预锻模膛的圆角和斜度较大，一般没有飞边槽。对于形状简单或者生产批量不大的模锻件，一般可不设置预锻模膛。第84页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(2)制坯模膛对于形状复杂的模锻件，为了使坯料形状基本接近模锻件形状，使金属能合理分布和有效地充满模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。主

37、要的制坯模膛有：拨长模膛 、滚压模膛 、弯曲模膛 、切断模膛 第85页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(2)制坯模膛（1）拨长模膛主要用于横断面积相差较大的轴类锻件(如连杆件) (a)开式(b)闭式第86页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(2)制坯模膛（2）滚压模膛作用：减小坯料某部的横断面积和增大另一部分的横断面积，并有少量坯料长度的增加，起分配金属和光整表面的作用。适用于横断面积相差较大的长轴类锻件。 (a)开式；(b)闭式第87页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2

38、.3模锻2.锻模(2)制坯模膛（3）弯曲模膛适用于弯曲的杆类模锻件 第88页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(2)制坯模膛（4）切断模膛 作用：从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多件锻造时，用它来分离各个锻件。第89页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(3)金属在模膛内的变形过程 以锤上模锻盘类锻件为例，其形变过程可分为三个阶段：充型阶段；形成飞边和充满阶段；锻足阶段。 第90页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(3)金属在模膛内的变形过程 充型阶段：金

39、属在外力作用下发生塑性变形，坯料高度减小，水平尺寸增大，并有部分金属压入模膛深处。这一阶段直到金属与模膛侧壁接触达到飞边槽桥口为止。 第91页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(3)金属在模膛内的变形过程 形成飞边和充满阶段：继续锻造时，由于金属基本上充满模膛（圆角和深处阻力较大除外），多余金属向阻力较小的飞边槽内流动，形成飞边。由于飞边在随后急剧变冷以至金属流入飞边槽的阻力急剧增大，变形力也迅速增大。 第92页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(3)金属在模膛内的变形过程 锻足阶段：由于坯料体积往往都

40、偏多或者飞边槽阻力偏大，因而，虽然模膛已经充满，但上下模还未合拢，需进一步锻足，以确保充满圆角和模膛深处。 第93页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(4)影响金属充满模膛的因素 金属的塑性和变形抗力。塑性高、变形抗力低的金属容易充满模膛。飞边槽的形状和位置。飞边槽高度是主要因素。飞边槽高度越小，则金属在飞边流动阻力越大。强迫充填作用越大，但变形抗力也增大。 第94页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(4)影响金属充满模膛的因素 金属模锻时的温度。金属的温度高，其塑性好、抗力低，易于充满模膛。锻件的形状

41、和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分的锻件难于锻造、锻件尺寸越大，形状越复杂，则越难锻造。第95页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻2.锻模(4)影响金属充满模膛的因素 设备的工作速度。工作速度较大的设备其充填性较好。充填方式。镦粗比挤压易于充型。其他 如锻模有无润滑、有无预热等。第96页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺工艺过程：切断坯料加热坯料模锻切除模锻件飞边校正锻件锻件热处理表面清理检验入库存放第97页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺锤上模锻工艺设计内

42、容：1.绘制锻件图2.计算坯料尺寸3.确定模锻工步（选择模膛）4.安排修整工序5.热处理第98页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图内容：确定分模面余量、公差和敷料拔模斜度圆角半径第99页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图确定分模面分模面是上、下锻模在锻件上的分界面 分模面的选择需遵循以下原则：a.确保锻件容易从模膛中取出。 第100页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图确定分模面b.按选定的分模面制成

43、锻模后，应使上、下两模面的模膛轮廓一致，以便在锻模的安装、调试和生产中发生错模现象时，及时调整上、下模的位置。第101页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图确定分模面c.最好把分模面选在能使模膛深度为最浅的位置处。这样有利于金属充满模膛和取出锻件，并有利于锻模的制造。 第102页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图确定分模面d.选定的分模面应使零件上所加的敷料为最少。图中的b-b断面为分模面时，零件中间的孔不能锻出，否则锻件不能取出，只能用敷料将此孔填上，其结果是既浪

44、费原材料，又增加了切削加工的工作量。所以该断面不宜作分模面。 第103页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图确定分模面e.最好使分模面为一平面，便于加工制造 。 综合上述原则，图中最好选用d-d断面为分模面。第104页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图余量、公差和敷料模锻时金属坯料是在锻模的模膛中成型的，因此锻件尺寸精度较高，其余量、公差比自由锻件小得多。 冲孔连皮第105页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘

45、制锻件图拔模斜度模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有一定的倾斜角度，以便于从模膛中取出锻件 。模锻斜度与模膛深度和宽度有关。当模膛深度较大时，取较大的斜度值。通常取外壁斜度小于内壁斜度。对于锤上模锻，其模锻斜度一般取5l5。第106页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图圆角半径锻件上所有凸出或凹入的部分，必须有一定大小的圆角。凹圆角半径R的作用是使金属易于流动充满模膛，避免产生折叠，防止模膛压塌变形。凸圆角半径r的作用是避免锻模的相应部分产生应力集中造成开裂。一般，凹圆角半径比凸圆角半径大2-3倍。第107页，共168页，2022

46、年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(1)绘制锻件图齿轮坯的模锻件图第108页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(2)计算坯料尺寸模锻件坯料质量= 模锻件质量 +氧化烧损质量 +飞边（连皮）质量 式中，飞边质量与锻件形状和大小有关，一般按锻件质量的20%25%计算。氧化烧损按锻件质量和飞边质量总和的3%4%计算，其他规则可参照自由锻坯料质量及尺寸计算.第109页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(3)确定模锻工步（选择模膛）模锻件成型过程中工序的多少与零件结构设计、坯料

47、形状及制坯手段等有关。第110页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(3)确定模锻工步（选择模膛）盘类锻件特征：在水平面上的投影为圆形或长度接近宽度的锻件 主要变形工序：镦粗、（预锻、）终锻 第111页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(3)确定模锻工步（选择模膛）直轴类锻件特征：在水平面上的投影为圆形或长度接近宽度主要变形工序：拔长、滚压、（预锻、）终锻 第112页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(3)确定模锻工步（选择模膛）弯轴类锻件特征：水

48、平面上的投影长度与宽度之比较大，轴线是弯曲线 主要变形工序：拔长、滚压、弯曲、（预锻、）终锻第113页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(3)确定模锻工步（选择模膛）叉类锻件特征：在水平面上的投影为叉形 主要变形工序：拔长、滚压、预锻、终锻第114页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(3)确定模锻工步（选择模膛）枝芽类锻件特征：在水平面上的投影具有局部突起 主要变形工序：拔长、滚压、成型、（预锻、）终锻 第115页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工

49、艺(4)修整工序坯料在锻模内制成模锻件后，为保证和提高锻件质量，须经过一系列修整工序。主要修整工序有：第116页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(4)修整工序 切边和冲孔 (a) 切边；(b) 冲孔第117页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(4)修整工序 校正在切边、冲孔和其他工序中都可能引起模锻件变形，因此对许多模锻件，特别是形状复杂的模锻件，在切边和冲孔之后都应进行校正。校正可在锻模的终锻模膛或专用校正模具上进行。第118页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2

50、.3模锻3.锻模工艺(4)修整工序 精压平面精压主要是提高锻件在一个方向上的精度和表面质量。体积精压可提高锻件在三个方向上的精度和表面质量，多余部分金属被挤出成为锻件的飞边，再切边后为最终锻件。(a) 平面精压；(b) 体积精压第119页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(4)修整工序 清理清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以提高模锻件的表面质量。清理方法有：滚筒打光、喷丸清理、酸洗等。第120页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.2.3模锻3.锻模工艺(5)热处理主要有正火和退火.目的是消除锻件的粗大晶粒、锻造应力使锻

51、件获得所需的组织结构和力学性能。 一些模锻件可利用锻后余热直接进行热处理，亦称为形变热处理。比如，在汽车连杆生产线上，连杆锻件在锻后直接淬火，随后进入连续炉回火。 第121页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，通常是在常温下进行的，所以又叫冷冲压。板料冲压具有如下特点：板料冲压生产过程主要是依靠冲模和冲压设备完成加工，所以便于实现自动化，生产率高，操作方便。冲压件一般不需再进行切削加工，因而节约材料，节约能源消耗。第122页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压板料冲压具有如

52、下特点：板料冲压常用的原材料有低碳钢以及塑性高的合金钢和非铁金属。从外观上看多是表面质量好的板料或带料，所以产品质量小、强度高、刚性好。因冲压件的尺寸公差由冲模来保证，所以产品尺寸稳定，互换性好，可以加工形状复杂的零件。模具费用高，不宜单件、小批生产。第123页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压板料冲压件的应用：汽车、拖拉机、航空、电器、仪表、国防以及日用品 等的连接件和外壳。冲压加工设备的特点：工作机构只需作简单的往复运动；复杂的冲压工序主要靠模具完成；传动系统灵敏可靠，规律性强，易实现机械化和自动化。第124页，共168页，2022年，5月20日，20

53、点3分，星期三10.3板料冲压根据传动方式不同，冲压设备有曲柄压力机、液压机、气动压力机、电磁压力机4大类，其中，曲柄压力机应用最广泛。 第125页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 10.3.2 变形工序 10.3.3 冲模分类与结构 10.3.4 冲压工艺过程的设计 第126页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如落料、冲孔、切断、修边、剖切和切口等。 冲孔：被分离的部分为废料，而留下的部分是成品。 落料：被分离的部分为成品，而留下

54、的部分是废料 。冲裁是落料和冲孔的总称例如，冲制平面垫圈，制取外形的冲裁工序称为落料，而制取内孔的工序称为冲孔 以下以落料和冲孔为例介绍冲裁过程和冲裁模的结构特点：第127页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(1) 冲裁变形过程冲裁时，板料的分离是在冲模作用下产生弹性变形、塑性变形直至断裂分离的连续过程。 第128页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(1) 冲裁变形过程弹性变形阶段 ：毛坯表面承受拉伸和压缩，形成塌角坯料上翘，间隙愈大，上翘愈严重 第129

55、页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(1) 冲裁变形过程塑性变形阶段：坯料内部应力达到屈服极限，凸模压入板料，出现光亮带。产生纤维的弯曲和拉伸，间隙愈大，弯曲和拉伸现象也愈严重。 第130页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(1) 冲裁变形过程剪裂分离阶段 ： 坯料内部应力达到抗剪极限，冲裁力达到最大值，受剪处光亮带终止。由于拉应力作用和应力集中，靠近凸模和凹模刃口处材料首先出现裂缝。在间隙数值合理的情况下，上下裂纹向内扩展到最后重合，毛坯分离，形成粗糙锥

56、状剪裂带。 第131页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(2)冲裁断面的质量由于冲裁变形的特点，冲裁断面可明显分成4个特征区，即塌角带、光亮带、断裂带和毛刺 冲裁件的断面质量1毛刺；2断裂带；3光亮带；4塌角带第132页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(2)冲裁断面的质量塌角带产生在板料不与凸模或凹模相接触的一面，是由板料受弯曲、拉伸作用而形成的。材料塑性愈好、凸凹模之间间隙愈大，形成的塌角也愈大。冲裁件的断面质量1毛刺；2断裂带；3光亮带；4塌角带第1

57、33页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(2)冲裁断面的质量光亮带是由于板料塑性剪切变形所形成的。光亮带表面光洁且垂直于板平面。凸-凹模之间的间隙愈小、材料塑性愈好，所形成的光亮带高度愈高。 冲裁件的断面质量1毛刺；2断裂带；3光亮带；4塌角带第134页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(2)冲裁断面的质量断裂带是由冲裁时所产生的裂纹扩张形成的。断裂带表面粗糙，并带有3-6的斜度。材料塑性愈差、凸-凹模之间间隙愈大则断裂带高度愈高，斜度愈大。冲裁件的断面质

58、量1毛刺；2断裂带；3光亮带；4塌角带第135页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1分离工序 1.冲裁(2)冲裁断面的质量毛刺的形成于板料塑性变形阶段后期 ，刃尖磨损，毛刺高度增大，所以普通冲裁产生毛刺是不可避免的。 冲裁件的断面质量1毛刺；2断裂带；3光亮带；4塌角带第136页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(2)冲裁断面的质量要提高冲裁件质量，就要增大光亮带、缩小断裂带，并减小冲裁件的翘曲。冲裁断面的质量主要与凸、凹模间隙、刃口锋利程度有关，同时也受模具结构、材料性能和板

59、厚等因素的影响。第137页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(3)凸、凹模间隙及刃口尺寸的确定 合理冲裁间隙的取值与材料的厚度和硬度有关，通常取材料厚度的5%10%。软材料、薄料取偏小值，硬材料、厚料取偏小值。 第138页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(3)凸、凹模间隙及刃口尺寸的确定 落料件的光面是因凹模刃口挤切材料而产生的， 设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，以凹模做设计基准，然后根据间隙Z确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙量）

60、。第139页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1分离工序 1.冲裁(3)凸、凹模间隙及刃口尺寸的确定 孔的光面是因凸模刃口挤切材料而产生的， 设计冲孔模时，应先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，以凸模做设计基准，然后根据间隙Z确定凹模尺寸（即用缩小凹模刃口尺寸来保证间隙量）。第140页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1 分离工序 1.冲裁(4)冲裁件的排样 有两种类型：无搭边排样和有搭边排样（材料消耗不一样） 第141页，共168页，2022年，5月20日，20点3分，星期三10.3板料冲压10.3.1