材料成型第三章

第三章

金属压力加工

概述金属压力加工是利用使金属坯料产生塑性变形，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。1分类：锻造自由锻、模锻第三章金属压力加工概述自由锻模锻第三章金属压力加工概述板料成形：冲裁、拉深、弯曲弯曲冲裁第三章金属压力加工概述第三章金属压力加工概述第三章金属压力加工概述第三章金属压力加工概述★轧制：借助摩擦力和压力式金属坯料通过两个相对旋转的轧辊间的空隙而变形的压力加工方法。其它成形方法：第三章金属压力加工概述正挤压★挤压：金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的压力加工方法。反挤压第三章金属压力加工概述复合挤压挤压产品第三章金属压力加工概述★拉拔：利用拉力，将金属坯料拉过拉模的模孔而成型的压力加工方法。拉拔型材或线材拉拔管子拉拔产品截面性形状第三章金属压力加工概述第三章金属压力加工概述优点：☺能改善金属组织，成形件力学性能好；☺材料利用率高；☺零件精度较高；☺生产效率高。2压力加工的特点：不足：劳动条件差、强度高；投资成本高；零件形状不能太复杂。第三章金属压力加工概述3应用：第三章金属压力加工概述3.1金属压力加工工艺基础第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础3.1.1金属塑性变形的实质金属塑性性能：衡量压力加工工艺性好坏的指标◆材料的塑性越好，变形抗力越小，材料的塑性成形性越好，越适合压力加工。◆金属塑性成形实质：固态金属在外力作用下，使坯料流动1单晶体的塑性变形主要方式为滑移1）滑移变形：在切应力作用下，晶体内的一部分相对另一部分，沿原子排列最密的晶面作相对滑动。单晶体的塑性变形第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础实际晶体的滑移，是通过位错的不断运动来实现的。位错运动形成滑移的示意图

2.多晶体的塑性变形

多晶体是由大量的大小、形状、晶格排列位向各不相同的晶粒所组成，故它的塑性变形是由每个晶粒的塑性变形组成的。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础多晶体塑性变形示意图a)变形前b)变形后多晶体变形特点：各个晶粒的变形是不均匀的；变形抗力大；晶粒产生转动。3.1.2金属塑性变形的基本规律第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础指在塑性变形过程中，金属各质点将向阻力最小的方向移动。不同截面试样的镦粗变形可说明之一规律。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础1最小阻力定律不同截面的金属流动情况★

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形。2体积不变定律金属在塑性变形时，变形前后体积保持不变。可用于确定毛坯尺寸和变形工序金属镦粗变形示意图3塑性变形的不均匀性由于摩擦力的存在，金属变形时产生内应力和不均匀变形。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础3.1.3塑性变形后金属的组织和性能1加工硬化：金属在常温下随着变形程度的增加，强度、硬度不断升高，塑性和韧性不断下降的现象。加工硬化是不能通过热处理强化的金属常用的强化手段之一。★产生原因：①晶格扭曲，产生内应力；②滑移面上产生碎晶。这增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础2回复和再结晶1）回复当加热温度不高时，晶格扭曲被消除，内应力明显降低，但力学性能变化不大，只是部分地消除了加工硬化，该过程称为回复。变形后的金属加热时组织和性能的变化2）再结晶：将金属加热到T再温度以上时，原子以某些碎晶或杂质为晶核，成长为新的等轴晶粒，已变形的晶粒逐渐消失，这个过程称为再结晶。T再（k）＝0.4T熔(k)再结晶消除了变形的晶粒，消除了加工硬化，金属又恢复到塑性变形前的力学性能。式中----金属的绝对回复温度；----金属的绝对熔化温度；第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础变形后的金属在加热时组织和性能的变化第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础3金属的冷变形、热变形和温变形1)冷变形：即坯料在再结晶温度以下进行的塑性成形过程，变形过程中会加工硬化。冷成形有利于提高金属的强度和表面质量，但变形程度不宜过大，以免产生裂纹。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础2）热变形：金属在再结晶温度以上进行的塑性成形过程，变形过程中既有加工硬化又有再结晶；但加工硬化随时被再结晶完全消除，获得综合力学性能良好的再结晶组织。3）温变形：金属在高于回复温度，并低于或稍高于再结晶温度时的变形。4塑性变形对组织和性能的影响1）金属组织更加致密，力学性能得到很大提高。热轧对晶粒组织的影响2）形成纤维组织金属晶界上的夹杂物在变形过程中，顺着金属变形的方向被拉长，这种组织称为纤维组织。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关，变形程度越大，纤维组织越明显。(1)不同加工工艺，可用不同参数表示其变形程度：◆锻造时,用锻造比表示变形程度★镦粗时：Y锻=H0/H，H0和H表示镦粗前后坯料的高度★拔长时：Y锻=S0/S

S0和S表示拔长前后坯料的横截面积◆冲压时：相对弯曲半径、拉深系数等第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础(2)纤维组织的消除：沿其它方向重新锻造(3)纤维组织影响：使机械性能出现方向性：纵向（平行于纤维组织方向）上塑性、韧性提高，横向（垂直于纤维方向）降低。（4）利用：零件设计时，应尽量满足：工作时的最大正应力方向与纤维方向一致，最大切应力方向与纤维方向垂直

；纤维的分布与零件的外形轮廓相符合，不被切断。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础不同成形工艺齿轮的纤维组织棒料经切削成形b)扁钢经切削成形c)棒料镦粗后切削成形

d)热轧成形

第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础拖钩的纤维组织第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础一般情况下，纯金属的可锻性优于合金含碳量越高，塑性越差，可锻性越差；

合金元素含量越高，可锻性也越差。钢：第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础3.1.4金属的锻造性能1可锻性：指金属材料在压力加工时获得优质产品难易程度的工艺性能。用塑性和变形抗力来评定。塑性越好，变形抗力越小，可锻性越好2影响可锻性的因素1）内在因素（1）化学成分（2）金属组织

纯金属及单相固溶体合金的可锻性优于机械混合物；细晶组织的塑性成形性优于粗晶组织2）加工条件（1）变形温度一般随着变形温度的提高，金属的可锻性提高

但变形温度不能过高，否则产生过热、过烧缺陷，故要严格控制锻造温度范围。锻造温度范围指始锻温度与终锻温度间的温度范围。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础★始锻温度：从加热炉取出放到锻压设备上开始锻压时坯料的温度，允许加热的最高温度；在始熔温度下150～250℃★终锻温度：为要保证热锻后锻压件内部为再结晶组织,热锻的最低温度叫终锻温度；终锻温度要高于金属的再结晶温度50～100℃。碳钢的锻造温度范围第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础

★当变形速度低于ωk时，变形速度越小，金属的可锻性越好；★当变形速度高于ωk时，变形速度越大，金属的可锻性越好；这是由于塑性变形过程中，变形能量转化的热能来不及传出，使金属温度上升所致。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础（2）变形速度：单位时间内的变形程度大小（三）应力状态：受力物体内一点的各个截面上的应力状况简称为物体内一点处的应力状态由于压应力有利于防止裂纹的产生和扩展，故：压应力的数目越多、数值越大，金属的塑性就越好；拉应力的数目越多、数值越大，金属的塑性就越差。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础★不同的成形方法，应力状态不一样★材料塑性较低时，尽量在压应力状态下变形；塑性较高时，在拉应力状态下变形，可减小变形能耗。第三章金属压力加工§3.1金属压力加工工艺基础锻造工艺概述目的：成形和改性（机械性能、内部组织）分类：★按成形工具分类自由锻（Openforging）模锻（Dieforging）胎模锻造（Blocker-typeforging）★按成形温度分类热锻：在再结晶温度以上进行的塑性变形温锻：在室温以上再结晶温度以下进行的塑性变形冷锻：在室温时进行塑性变形第三章金属压力加工§3.2自由锻自由锻：利用简单的工具，或在锻造设备的上、下砧之间，将金属块料锻成所需形状和尺寸。自由锻大多属于热锻概述：第二节自由锻锻造时除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其他各个方向均能自由变形，故无法精确控制变形的发展。分类：手工自由锻，只用于生产小件机器自由锻特点：锻件的尺寸精度低，形状简单，生产效率不高。锻锤自由锻：中小锻件水压机自由锻：大型锻件第三章金属压力加工§3.2自由锻应用：主要用于单件、小批量生产，也是生产大型锻件的唯一方法。第三章金属压力加工§3.2自由锻自由锻设备分为锻锤和液压机两大类3.2.1自由锻设备产生冲击力使工件变形，其吨位以落下部分的质量表示，常用的有空气锤和蒸汽-空气锤两种。锻锤：液压机：产生静压力使工件变形，无冲击震动。常用的为水压机，吨位较大。辅助设备多，造价高。3.2.2自由锻工序分为基本工序、辅助工序和修整工序。（一）基本工序目的：改变坯料形状和尺寸以获得锻件有镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移、扭转等。1镦粗（1）定义：使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序。（2）特点：金属向四周流动第三章金属压力加工§3.2自由锻主要方法：全镦粗和局部镦粗全镦促局部镦粗★高径比对镦粗件形状的影响:高径比H0/D0应小于2.5，否则出现细腰（双鼓）、夹层等现象镦粗缺陷第三章金属压力加工§3.2自由锻2拔长（1）定义：使坯料横截面积减少而长度增加的锻造工序称为拔长（2）作用：成形轴杆类锻件，改善锻件内部质量（3）特点：逐次送进，反复转动坯料，局部加载、局部受力、局部变形。（4）分类：★平砧拔长，如右图所示：平砧拔长第三章金属压力加工§3.2自由锻圆形坯料的拔长：先将圆柱形变为矩形，然后变为八角形，最后变为圆形。★V形砧拔长：缺陷：中心线偏移，内部拔裂V形砧拔长利用工具的侧面压力，限制金属的横向流动，迫使金属沿轴向伸长。可防止内部纵向裂纹的生成第三章金属压力加工§3.2自由锻3冲孔（1）定义：利用冲头在坯料上冲出通孔或盲孔的工序。薄坯料冲孔厚坯料冲孔注：用于冲孔的坯料直径D0与孔径d1之比应小于2.5，坯料高度应小于坯料直径，以免冲偏。第三章金属压力加工§3.2自由锻其它工序：切割弯曲第三章金属压力加工§3.2自由锻错移（二）辅助工序为使基本工序操作方便而进行的预变形工序，如钢锭倒棱、预压钳把等。压钳把倒棱第三章金属压力加工§3.2自由锻压肩（三）修整工序用以减少锻件表面缺陷而进行的工序，如鼓形滚圆、端面平整、弯曲校直等。3.2.3自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的主要内容包括：根据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量和尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确定坯料加热规范等。第三章金属压力加工§3.2自由锻（一）绘制锻件图锻件图是制定锻造工艺和检验的依据，绘制时主要考虑工艺敷料、锻件余量及锻件公差。1敷料：为简化锻件形状，便于锻造而增加的一部分金属。如难以锻出的键槽、齿槽、小孔、盲孔、台阶等，需增设敷料。第三章金属压力加工§3.2自由锻2锻件余量：由于自由锻造的精度较低，表面质量较差，一般需要进一步切削加工，所以零件表面要留加工余量。余量大小与零件形状、尺寸等因素有关：尺寸越大，形状越复杂，余量越大。第三章金属压力加工§3.2自由锻3锻件公差：锻件名义尺寸的允许变动量，可查表选择。4锻件图的绘法：零件形状用双点划线画出；锻件形状用粗实线画出；在尺寸线上面标注锻件的尺寸和公差，下面标注零件的尺寸，并加括号第三章金属压力加工§3.2自由锻举例：齿轮锻件图的绘制齿轮零件图齿轮上的齿形、小凹槽、凸肩以及轮辐上8个Φ30的孔都是自由锻难以锻出的，应加敷料；查表得锻件的加工余量和公差；锻件图如下图所示：齿轮锻件图第三章金属压力加工§3.2自由锻（二）计算坯料质量与尺寸1坯料质量：

m坯料=m锻件+m料头+m烧损

如上面所举齿轮：m坯料=m锻件+m型芯+m烧损

m锻=V锻·ρ

=π/4(32×0.27+2.112×0.34-1.322×0.61)×7.85

=2.26×7.85=17.8kg冲孔芯料质量：取r=60mm，H=65mm

m型芯=（1.18~1.57）πr2·Hρ

=（1.18~1.57）π×602×65×7.85≈0.3kg

第三章金属压力加工§3.2自由锻

烧损质量：查表得煤气炉加热时，烧损率δ应取0.023，但因该锻件需经2~3次扩孔，至少需加热二次，故δ=0.035。m烧损=17.8×0.035=0.6kg所以，坯料质量：

m坯料=m锻+m型芯+m烧损=18.7kg2确定坯料尺寸先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料的体积，再根据体积不变原则和采用的工序及变形程度计算坯料尺寸。第三章金属压力加工§3.2自由锻仍以齿轮为例：以热轧圆钢作为坯料，采用镦粗成形，锻造比选2.5，确定选取坯料直径D＝120mm。

从而确定坯料尺寸为Φ120×210mm坯料长度：

L=V坯/A坯=210mm（三）选择锻造工序根据工序特点和锻件形状来确定★盘类零件：镦粗（或拔长-镦粗）——冲孔第三章金属压力加工§3.2自由锻★轴杆类零件：拔长（或镦粗-拔长）、切肩、锻台阶★筒类零件：镦粗（或拔长-镦粗）、冲孔、在芯轴上拔长如齿轮、法兰等如主轴、转动轴、连杆等如圆筒、套筒等第三章金属压力加工§3.2自由锻★环类零件：镦粗（或拔长-镦粗）、冲孔、在芯轴上扩孔如圆环第三章金属压力加工§3.2自由锻★弯曲类零件：拔长、弯曲如吊钩、轴瓦该、弯杆等（四）选择锻造设备自由锻设备分为锻锤和液压机两大类第三章金属压力加工§3.2自由锻设备选择应根据锻件大小、形状、锻造基本工序及实际生产条件确定。如前述齿轮，可选用0.5吨自由锻锤。（五）确定锻造温度：加热目的：提高金属塑性，减小变形抗力，使之易于变形；获得良好的锻后组织和性能。第三章金属压力加工§3.2自由锻始锻温度与终锻温度之间的温度范围尽量宽一些，以减少锻造火次，提高生产率。六、填写工艺卡片以前面所举的齿轮自由锻件为例第三章金属压力加工§3.2自由锻第三章金属压力加工§3.2自由锻3.2.4自由锻件的结构工艺性自由锻件设计原则：在满足使用性能的前提下，锻件的形状应尽量简单，易于锻造。自由锻零件的结构工艺性具体要求如下：1尽量避免锥体或斜面结构（需专用工具，成形困难）；可用圆柱面代替锥面，用平行平面代替斜面。第三章金属压力加工§3.2自由锻2避免几何体的交接处形成空间曲线第三章金属压力加工§3.2自由锻3避免加强肋、凸台等辅助结构及工字形、椭圆或其它非规则形状第三章金属压力加工§3.2自由锻4.复杂件应设计成为由简单件构成的组合体第三章金属压力加工§3.2自由锻第三节模锻概述：1模锻：在锻造设备上，使金属在锻模模膛内受压变形从而获得锻件的工艺方法第三章金属压力加工§3.3模锻2特点：生产率高，使自由锻的十倍~几十倍；可以锻造形状较复杂的锻件；锻件的尺寸和精度比较高，加工余量较小，材料利用率高；锻模制造成本很高，适合于中小型锻件的大批量生产。3模锻方法：

★模锻按使用的设备不同分为：锤上模锻、压力机上模锻、胎模锻等★根据模具的结构不同，模锻可分为开式模锻和闭式模锻第三章金属压力加工§3.3模锻3.2.1锤上模锻1锤上模锻设备：锤上模锻所用设备为模锻锤，由它产生的冲击力使金属变形。常用的设备为蒸汽一空气模锻锤，其吨位比自由锻大得多。（为什么?）第三章金属压力加工§3.3模锻2锤上模锻的锻模结构锻模由上模和下模两部分组成。锻模模膛按其作用可分为制坯模膛和模锻模膛（一）制坯模膛使坯料初步成形，用于结构复杂、截面不均匀或轴线弯曲的零件。1拔长模膛：作用：减小坯料的某部分横截面积，以增加其长度。第三章金属压力加工§3.3模锻拔长模膛分开式和闭式两种用于长轴类类零件的制坯。2滚挤模膛作用：在坯料长度基本不变的前提下，通过减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。分开式和闭式两种第三章金属压力加工§3.3模锻滚压操作时需不断翻转坯料，但不作送进运动。用于变截面长轴类零件的制坯。3弯曲模膛使坯料弯曲，以改变其轴线，用于具有弯曲轴线的零件的制坯。第三章金属压力加工§3.3模锻4切断模膛：用来切断金属单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口。多件锻造时，用它来分离成单个锻件。（二）模锻模膛分为终锻模膛和预锻模膛两种。第三章金属压力加工§3.3模锻1终锻模膛作用：使坯料最终变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。注意：因锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。★沿模膛分模面四周有飞边槽，其作用是：增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属更好地充满模膛，同时容纳多余的金属。第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻2预锻模膛作用：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，这样再进行终锻时，金属容易充满终锻模膛。用于外形复杂的锻件，以减少终锻时产生的缺陷（充不满、折迭等）。预锻模膛与终锻模膛的主要区别是：预锻模膛的圆角和斜度较大，没有飞边槽。第三章金属压力加工§3.3模锻注意：形状简单的锻件可以直接终锻，不是所有的零件都需要经过以上工序。根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。举例：弯曲连杆的制备工艺工序：拔长、滚挤、弯曲、预锻、终锻、去毛边第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻（三）锤上模锻工艺规程的制定模锻工艺设计的主要内容有绘制锻件图、确定模锻工步、计算毛坯尺寸和选择锻造设备和锻造温度范围等等。（一）绘制模锻件图模锻件的锻件图是以零件图为基础，考虑分模面位置、加工余量、锻造公差、模锻斜度和模锻圆角半径等因素绘制的。1分模面的选择遵循以下原则：第三章金属压力加工§3.3模锻（1）应选在锻件的最大截面上，保证零件能从模膛中取出。如选择a-a为分模面，则锻件取不出（2）沿分模面的上下模膛轮廓要一致，以便检查是否错模。若选c-c则不符合此原则。（3）分模面最好为一个平面，并使模膛深度最浅。若选b-b,则模膛深，金属不易充满型腔，取模困难。（4）使零件上所加辅料最少。故应选d-d为分模面第三章金属压力加工§3.3模锻2加工余量和锻件公差锻件上凡需切削加工的表面均应有机械加工余量，所有尺寸均应给出锻造公差。因模锻件尺寸精度高，故加工余量和锻造公差比均比自由锻件小。3模锻斜度为了使锻件易于从模膛中取出，锻件上平行于锤击方向的表面需具有一定斜度，称为模锻斜度。斜度大小选择：模膛深度和宽度之比越大，模锻斜度越大；内壁斜度比外壁大2°~5°。第三章金属压力加工§3.3模锻4模锻圆角锻件上所有面与面的转接处须采用圆角过渡，以利于金属充满模膛和提高锻模寿命模锻圆角分为外圆角和内圆角。第三章金属压力加工§3.3模锻5冲孔连皮对于带通孔的模锻件，不能靠上下模将金属完全挤掉，终锻后，孔内留有金属薄层，称为冲孔连皮。锻后可用切边模将其切除。★冲孔连皮作用：使金属易于充型，减小打击力，避免锻模损坏。★冲孔连皮的厚度：不能太薄，也不能太厚，与孔径有关，一般在4~8mm的范围内。★当孔径小于30mm时，不锻出。冲孔连皮第三章金属压力加工§3.3模锻上述参数确定后，可绘制锻件图。以齿轮坯为例：▼双点划线为零件轮廓，实线为锻件轮廓，分模面选在锻件高度方向的中部。第三章金属压力加工§3.3模锻（二）计算坯料质量与尺寸与自由锻件相似。（三）确定模锻工序1基本工序根据模锻方法和模锻件的结构形状确定模锻零件按形状可分为两类：长轴类零件和盘类零件（1）长轴类零件的基本工序拔长、滚挤、弯曲、预锻、终锻第三章金属压力加工§3.3模锻长轴类零件第三章金属压力加工§3.3模锻直轴类：拔长、滚压、（预锻）、终锻弯轴类：拔长、滚挤、弯曲、（预锻）、终锻第三章金属压力加工§3.3模锻工程实例:第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻（2）盘类模锻件基本工序常选用镦粗、预锻、终锻等工序。第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻2修正工序：保证和提高锻件质量（1）切边与冲孔切边：带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。常在切边模上进行。冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮的工序。常在冲孔模上进行。第三章金属压力加工§3.3模锻（2）校正由于在切边、冲连皮等工序中可能引起锻件变形，故精度要求较高的锻件，尤其是形状复杂的锻件，需进行校正。校正可在锻模的终锻模膛或专用的校正模内进行。（3）热处理锻件热处理常采用正火或退火，以消除过热组织或形变强化组织，细化晶粒，提高锻件的力学性能。（4）清理用手工、机械或化学方法清除锻件表面缺陷或氧化皮的工序，如水洗、酸洗、碱洗、喷丸等。第三章金属压力加工§3.3模锻（5）精压：要求尺寸精度高和表面粗糙度小的锻件，须进行精压。精压有平面精压和体积精压两种。（四）选择锻造设备有蒸汽-空气锤、高速锤等，一般工厂中主要使用蒸汽-空气锤。第三章金属压力加工§3.3模锻（五）锻造温度的选择与自由锻相似。四、锤上模锻件的结构工艺性设计模锻件时应遵循以下原则：应有合理的分模面，以保证锻件既能从模膛中取出，又利于金属充填。与分模面垂直的非加工面应有模锻斜度，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。零件的外形力求简单、平直、对称，避免薄壁和高筋等结构。123第三章金属压力加工§3.3模锻第三章金属压力加工§3.3模锻应尽量避免深孔或多孔结构，以利于制模和减少敷料。4右图中齿轮的四个小孔不易锻出，只能采用机械加工。在结构允许的条件下，可改为下图所示。第三章金属压力加工§3.3模锻5形状复杂件宜采用锻一焊、锻一螺纹联接等组合结构，以简化模具和减少敷料。第三章金属压力加工§3.3模锻3.4板料冲压概述：1概念：通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或成形，从而获得冲压件加工方法。2特点：⑴操作简便，生产率高，便于实现机械化和自动化；⑵可获得尺寸精度高、表面光洁的冲压件，；⑶可利用冷变形强化提高零件的力学性能；⑷冲模制备成本高，适合大批量生产。第三章金属压力加工§3.4板料冲压3.4.1冲压设备：冲床机械式冲床，用于中小件生产；液压压力机，用于大中件或复杂形状零件生产；剪床：3.4.2板料冲压的基本工序冲压基本工序分离工序：落料、冲孔、切断等变形工序：拉深、弯曲、翻边等为冲压生产准备原料（下料）第三章金属压力加工§3.4板料冲压3材料：须具有足够的塑性（一）分离工序（冲裁）★冲孔、落料：板料沿封闭轮廓线分离的工序；冲孔时，余料部分为成品；落料时，冲落部分为成品。冲裁：使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。★剪切：板料按不封闭轮廓线分离的工序；第三章金属压力加工§3.4板料冲压★切边：将成形零件的边缘修边整齐或切成一定形状。★剖切:将冲压成形的半成品切开成为两个或数个零件第三章金属压力加工§3.4板料冲压1冲裁变形过程分三个阶段：（1）弹性变形阶段：凸模接触板料下压时，将使板料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形。（2）塑性变形阶段：凸模继续向下运动，板料中的应力值达到屈服强度时，产生塑性变形。凸模挤入板料，并将板料挤入凹模口。当板料的应力达到抗拉强度时，凸、凹模刃口处的金属出现微裂纹。第三章金属压力加工§3.4板料冲压（3）剪裂分离阶段：凸模继续向下运动，已形成的上下裂纹逐渐扩展。上下裂纹重合后，板料被剪断分离。★冲裁件断面：冲裁间隙正常时，由圆角带、光亮带、剪裂带、毛刺四部分组成。冲裁件分离面的质量主要与凸凹模间隙、刃口锋利程度有关。第三章金属压力加工§3.4板料冲压▼冲裁间隙对断面质量的影响间隙过小，形成二次光亮带，其间夹有裂纹；还会使冲裁力加大，模具寿命降低。间隙过大，光亮带变窄，圆角带、断裂带、毛刺均增大；但冲裁力降低，模具寿命提高。第三章金属压力加工§3.4板料冲压2冲裁工艺设计（1）冲裁间隙选择冲裁间隙必须合理，不能过大或过小；可按相关设计手册选择或按经验公式计算。Z=2CtZ为凸凹模间的双面间隙，单位：mm;C为系数，可查表；t为板料厚度，单位：mm。（2）刃口尺寸计算由于冲孔和落料目的不同，故计算刃口尺寸时，应按两种不同情况分别进行。第三章金属压力加工§3.4板料冲压①落料时，以凹模为设计基准，即先按落料件确定凹模刃口尺寸，然后根据间隙确定凸模尺寸。由于凹模磨损后尺寸会增大，考虑公差，则：d凹=d工件mind凸=d凹-Z②冲孔时，以凸模为设计基准，即先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，然后根据间隙确定凹模尺寸。由于凸模磨损后尺寸会减小，考虑公差，则：d凸=d工件maxd凹=d凸+Z（3）冲裁力的计算第三章金属压力加工§3.4板料冲压平刃冲裁时，可按下式计算：或（4）排样设计排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。排样合理可使废料最少，材料利用率提高。①排样方法：有三种◆有废料排样：冲裁件周边均有工艺余料，冲裁件尺寸准确，质量较高，模具寿命较高，但材料消耗多。第三章金属压力加工§3.4板料冲压◆少废料排样：冲裁件部分周边有工艺余料。◆无废料排样：冲裁件周边没有工艺余料，材料利用率很高，但冲裁件质量低，尺寸不容易准确。少废料排样无废料排样第三章金属压力加工§3.4板料冲压第三章金属压力加工§3.4板料冲压3修整修整：利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属。目的：切掉冲裁件上的剪裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度。第三章金属压力加工§3.4板料冲压（二）弯曲工序把平板毛坯、型材和管材等弯成一定角度和形状的冲压工序称为弯曲。第三章金属压力加工§3.4板料冲压1弯曲变形过程与特点（1）变形过程：分为三个阶段：弹性弯曲、弹塑性弯曲、纯塑性弯曲（2）弯曲变形特点：①弯曲变形区：变形主要发生在弯曲中心角Φ对应的范围内，中心角以外区域基本不变形。第三章金属压力加工§3.4板料冲压弯曲过程中，板料弯曲部分的内层（靠凸模）受压缩，而外层（靠凹模）受拉伸。②规定最小弯曲半径当外层的拉应力超过板料的抗拉强度时，造成金属破裂。板料越厚，弯曲半径r越小，则拉应力越大，越容易弯裂。最小弯曲半径应为：rmin=(0.25~1)t（t为板厚）第三章金属压力加工§3.4板料冲压▼影响最小弯曲半径因素：A材料的塑性越好，rmin可越小；B材料的热处理状态：退火处理后，塑性好，rmin可小些；有加工硬化时，塑性差，rmin增大；C纤维组织有影响：

弯曲线与纤维方向垂直时，rmin可小些；

弯曲线与纤维方向一致时，rmin增大。第三章金属压力加工§3.4板料冲压（3）中性层：在变形区的厚度方向，缩短和伸长的两个变形区之间，有一层金属变形前后没有变化，称之为中性层。（4）回弹：在弯曲结束后，由于弹性变形的恢复，使弯曲件的角度和弯曲半径比凸模大，此现象称为回弹。因此，在设计弯曲模时，必须使模具的角度比成品件角度α小一个回弹角△α。

第三章金属压力加工§3.4板料冲压★板材常见弯曲方法：校正回弹第三章金属压力加工§3.4板料冲压★管材的弯曲方法：压弯滚弯第三章金属压力加工§3.4板料冲压（三）拉深拉深是利用模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心零件的工序。拉深前后★直壁类拉深件拉深件形状：第三章金属压力加工§3.4板料冲压★曲面类拉深件应用：第三章金属压力加工§3.4板料冲压★航空及国防工业中的拉深件第三章金属压力加工§3.4板料冲压★工业产品及日用品中的拉深件★汽车工业中的拉深件第三章金属压力加工§3.4板料冲压1拉深变形过程原始直径为D0的坯料，经凸模压入凹模孔中，变成内直径为d、高为h的筒形零件。（1）拉深件变形分析第三章金属压力加工§3.4板料冲压

★拉深时，主要变形区在凸缘区，凸缘逐渐转化为侧壁