塑性成形材料成形

塑性成形材料成形第一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二概述塑性成形：对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变形状、尺寸及改善性能，以得到工件或毛坯的成形加工方法。

金属塑性成形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，轧机和压力机对金属坯料施加静压力使金属变形。第二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二一、塑性成形的特点：1.优点①力学性能高；②材料利用率高；③生产率高；④适用范围广。2.缺点①锻件精度不高，表面质量不好；②劳动条件不好。第三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二二、塑性成形的基本生产方式：1.锻造2.板料冲压3.轧制4.拉拔5.挤压第四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二三、各种方法的适用场合：锻造：生产各种重要的，承受重载荷的零件毛坯，如：机床主轴、齿轮、炮筒、枪管、起重机吊钩等。冲压：加工板料、垫圈、铆钉、支架、合页等。轧制、拉拔、挤压：板材、管材和线材。第五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二1.冷变形强化（加工硬化）：冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的强度、硬度↑，塑性和韧性↓。

利弊：提高强度，但塑性下降，进一步加工造成困难，需中间退火处理。纯金属、A体不锈钢、形变铝合金的强化，用冷轧、冷挤、冷拔或冷冲压加工。第六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响

加工硬化第七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二锻造比与锻造流线

1.

锻造流线与金属的变形程度密切相关，锻造流线的化学稳定性很高。只有经过锻压才能改变它的方向和形状，用热处理或其他方法不能消除或改变。2.锻造流线在平行流线方向塑性和韧性↑，而在垂直流线方向上塑性和韧性↓。

3.设计制造零件时，应不破坏锻造流线

。第八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二

第九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二五、金属的锻造性能金属的锻造性能：金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。塑性变形抗力目标：衡量指标：塑性好

变形抗力小

影响锻造性能的因素：(1)金属本质(2)变形条件第十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二细晶粒好，粗晶粒差金属碳化物差内部组织化学成分纯金属锻造性能好合金差纯金属、固溶体可锻性好1.金属本质的影响碳钢，含碳量越少，锻造性能越好硫、磷含量越少，可锻性越好第十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二2.变形条件的影响（1）变形温度适当高温利于锻造温度过高产生在始锻与终锻温度之间过烧过热脱碳氧化缺陷第十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二碳钢的锻造温度第十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（2）变形速度：双重影响变形速度对塑性及变形抗力的影响示意图第十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（3）应力状态：压应力数目多，塑性好挤压时金属应力状态拉拔时金属应力状态第十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.1.1锻造

一、自由锻play利用冲击力或压力使金属在上下两个砥铁之间产生变形，从而获得所需形状及尺寸的锻件。坯料不受模具限制，锻件形状尺寸由锻工技术保证，对锻工技术水平要求水平高；锻件重量小到1KG以下，大到数百吨；用于单件、小批生产；生产大型锻件唯一方法。3.1塑性成形方法第十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二1.自由锻使用的设备

锻锤：空气锤、蒸汽-空气锤，利用冲击力。压力机：水压机，利用压力来锻打工件。第十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二2.自由锻工序

基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭曲、错移等辅助工序：切肩、压钳口等精整工序：去氧化皮、整形等第十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.自由锻的特点及应用

工艺灵活，工具简单工艺范围大生产率低、劳动强度大、对工人技术要求高锻件精度低、锻件形状简单第十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二二、模锻在冲击力或压力作用下，金属坯料在锻模模膛内变形从而获得锻件的工艺方法。第二十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二二、模锻play（一）.特点与自由锻相比，模锻具有如下优点：①操作技术要求不高，但生产效率高；②锻件尺寸和形状精确，加工余量小；③能锻造形状较为复杂的锻件，一般外形不必简化；

④成本高，大批量生产。按使用的设备不同，模锻可分为锤上模锻、胎膜锻和压力机上模锻等。第二十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（二）.锤上模锻（1）锤上模锻设备：锤上模锻所用设备有蒸汽—空气锤、高速锤等。（2）锻模结构：锤上模锻所用的锻模都由上模和下模组成。如图所示。第二十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（2）锻模结构1-锤头2-上模3-飞边槽4-下模5-模垫6、7、10-紧固楔铁8-分模面9-模膛第二十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（3）模膛分类模膛模锻模膛制坯模膛拔长模膛终锻模膛预锻模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛第二十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二终锻模膛预锻模膛预锻模膛与终锻模膛区别是：前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽，精度低第二十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二拔长模膛作用：减少坯料某部分的横截面积，增加长度。第二十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二滚压模膛作用：减少坯料某部分的横截面积，增加另一部分横截面积。第二十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二弯曲模膛作用：用于使坯料弯曲。第二十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二切断模膛作用：靠上、下模的角部组成一对刀口切断金属。第二十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（三）、胎模锻在自由锻设备上使用简单锻模（胎模）来生产模锻件。模膛不是固定在锻锤上，设备简单，适于中小厂。1、与自由锻相比，胎膜锻件有如下特点：①操作简便，生产率高；②锻件形状准确，尺寸精度较高，因而，锻件敷料少，机械加工余量少；③锻件内部组织致密，纤维分布更符合性能要求。第三十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（三）、胎模锻2、与模锻相比，胎膜模锻又有如下特点：①胎膜模锻不需采用昂贵设备，且扩大了自由锻设备的生产范围；②胎膜锻可以局部成形，故可用较小设备锻制较大的模锻件；③胎膜锻锻模结构简单，容易制造，成本低。

但胎膜锻件的尺寸精度不如模锻件高，生产率较低，模具寿命短，胎膜锻适合于中小批量的锻件生产中。第三十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.胎模锻的种类（1）扣模：来生产长杆，非回转体锻件。（2）套筒模：锻模为圆筒形，生产齿轮、法兰、盘等。（4）合模：由上模和下模组成。精密模锻play

锻压生产线play第三十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二塑性成形作业一1.自由锻和模锻的特点和应用范围有什么不同？2.预锻模膛和终锻模膛的作用是什么？二者在结构上有何区别？第三十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二

板料冲压是利用装在冲床上的设备（冲模）使板料产生分离或变形的一种塑性成形方法。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。3.1.2板料冲压1、概念概述第三十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二2.设备play冲压常用的设备有剪床和冲床等。剪床冲床第三十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二冲压设备第三十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二第三十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.板料冲压的特点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,而且废料少，材料利用率高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⑥冲模制造复杂，成本高第三十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二

将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。1、分离工序分离工序：落料、冲孔、切断、切口变形工序：弯曲、拉深、翻边、成形一.板料冲压的基本工序第三十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二第四十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二冲裁变形过程演示①弹性变形阶段②塑性变形阶段③断裂阶段（1）冲裁变形的特点及应力分析第四十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二第四十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（2）冲裁件断裂面①蹋角带②光亮带：表面光滑,断面质量最好。③剪裂带：表面粗糙,略带斜度。④毛刺：微裂纹出现时产生,冲头继续下行时被拉长。第四十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二(3)整修外缘修整内孔修整第四十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二切断用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。切口

材料沿不封闭曲线部分地分离开，其中分离部分的材料弯曲的工序。第四十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二1）.变形特点及应力分析①靠近曲率中心一侧（内层）：切向受压应力，产生压缩变形；②远离曲率中心一侧（外层）：切向受拉应力，产生伸长变形。③中性层不变（切向应力为0）。2.弯曲利用弯曲模使工件轴线弯成一定角度和曲率的工序。第四十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二①回弹（弹复）

当外力去除后,毛坯的塑性变形保留下来,而弹性变形完全消失,使其形状和尺寸都发生与加载时变形方向相反的变化。这种现象称为回弹。措施：加强肋，增加刚度；根据回弹角，设计弯曲模。2）.弯曲时容易出现的问题

第四十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二②裂纹

板料越厚，内弯曲半径越小，拉应力越大，越容易弯裂。故变形程度不能过大，rmin=(0.25～1)t。弯曲线与材料的纤维线垂直时,允许的rmin较小；若弯曲线与纤维线平行（重合）时,则易开裂。

2）.弯曲时容易出现的问题第四十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二平板材料通过塑性变形而制成的中空筒形零件的工序。3.拉深第四十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二拉深第五十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二毛坯凸缘部分材料逐渐转移到筒壁部分的过程。1）.拉深变形过程及应力分析第五十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（1）拉深工艺特点：

凸模与凹模和冲裁时不同,转角处为圆角，且Z≥t(料厚)。一般Z=(1.1～1.2)t。（2）应力及变形分析：①直壁部分（高度为Ｈ）：变形区；

②底部（直径为ｄ）：不变形区。

③直壁部分应力状态：切向受压,径向受拉。1）.拉深变形过程及应力分析第五十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二筒壁与筒底之间的过渡圆角处壁厚减薄的最严重，是拉深件中最薄弱的部位。1）.拉深变形过程及应力分析第五十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二①起皱、失稳

防止：加压边圈（控制变形程度）。②拉穿

合理的凸凹模圆角；合理的凸凹模间隙；合理的拉深系数；润滑。

2）.拉深缺陷及废品第五十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二拉深压边第五十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二第五十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二拉深系数拉深系数：拉深变形后制件的直径与其毛坯直径之比称为拉深系数，用m表示。保证危险断面不被拉裂的拉深系数的最小值又称为极限拉深系数，一般极限拉深系数取0.5-0.8。坯料塑性差选上限值，塑性好可选下限值。第五十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二

翻边是将零件的孔边缘或外边缘在模具作用下，翻成竖立边缘的一种冲压工艺方法。翻边第五十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二翻边第五十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二胀形零件

胀形是利用压力将直径较小的筒形零件或锥形零件由内向外膨胀成为直径较大的凸出曲面零件，或者在板材上形成刚性的筋条的一种塑性成形工艺方法。胀形第六十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.1.4其它塑性成形方法

挤压成形

轧制成形拉拔成形第六十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.2塑性成形工艺设计3.2.1自由锻工艺规程的制订3.2.2模锻工艺规程制订第六十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（一）根据零件图绘制锻件图（1）机械加工余量（2）锻造公差（3）敷料（余块）

3.2.1自由锻工艺规程的制订第六十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二第六十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二锻件图中：锻件外形——粗实线描绘零件主要形状——双点划线描绘第六十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（二）坯料重量和尺寸的计算G坯=（1+k）G锻G坯=G锻+G切+G芯料+G烧K—消耗系数（1）坯料质量（2）坯料尺寸计算出坯料的体积，然后根据基本工序的类型和锻造比计算坯料的横截面积，最后再确定坯料的长度尺寸。第六十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（三）确定变形工序（1）盘类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔（2）轴类件:拔长（镦粗、拔长）、切肩、锻台阶（3）筒类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长（4）环类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔（5）弯曲件:拔长（镦粗、拔长）、弯曲（6）曲轴类件:拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转第六十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（四）选择锻造设备（五）确定锻造温度范围和加热火次（六）热处理及锻件后续热处理（七）编写工艺卡片（八）估算锻件价格及成本第六十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（一）根据零件图绘制锻件图（1）确定分模面(分型面)

分模面：上下锻模在模锻件上的分界面。①分模面应选在锻件的最大截面处；②分模面的选择应使模膛浅而对称；③分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；④分模面应最好是平直面。

3.2.2模锻工艺规程制订第六十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二第七十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二x√xx分模面的选择比较第七十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（2）确定加工余量、公差、余块、冲孔连皮余量：1~4mm公差：±(0.3~3)mm冲孔连皮：模锻件孔径d>25mm，通常取连皮厚度4~8mm第七十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（3）设计模锻斜度

外壁斜度：5～70内壁斜度：7～120

（4）设计模锻圆角

外圆角：r=1.5～12mm内圆角：R=（2～3）r

第七十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二例：绘制齿轮坯模锻件图零件图确定分模面确定加工余量第七十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二设计模锻斜度设计模锻圆角锻件图中：锻件外形——粗实线描绘零件主要形状——双点划线描绘第七十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（二）确定模锻工步（1）圆盘类零件：镦粗预锻终锻（2）长杆类零件：制坯预锻终锻（三）坯料计算

方法同自由锻

（四）选择模锻设备

由吨位选择模锻锤

（五）安排修整工序（1）切边和冲孔（2）校正（3）热处理（3）清理（5）精压第七十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.3冲压工艺设计3.3.1冲裁工艺设计3.3.2弯曲工艺设计3.3.3拉深工艺设计3.3.4冲压模具设计简介第七十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.3.1冲裁工艺设计主要内容：冲裁件结构工艺性分析；凸凹模间隙确定；凸凹模具设计；冲裁力计算；排样设计等。第七十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二1.凸凹模间隙模具间隙大小直接影响冲裁件的质量、冲裁力大小和模具寿命间隙合适：上下裂纹自然汇合，冲裁件断口表面平整、毛刺小，且冲裁力小。间隙过大：上下裂纹不重合，致使断口光亮带变窄，圆角和剪裂带斜度增大，毛刺大而厚，很难去除；间隙过小：上下裂纹也不重合，因产生二次剪切而形成两个光亮带，断口较光洁，但端面出现挤长的薄毛刺，而且模具刃口极易磨损钝化，降低模具寿命。第七十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二间隙对裂纹重合的影响第八十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二1.凸凹模间隙模具间隙大小的确定：

表3.8；或公式：z=mt第八十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二2.凸凹模刃口尺寸的确定

由冲裁过程可知，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。①落料模

凹模刃口尺寸=落料件尺寸凸模刃口尺寸=凹模刃口尺寸-凸凹模间隙②冲孔模凸模刃口尺寸=冲孔件尺寸凹模刃口尺寸=凸模刃口尺寸+凸凹模间隙第八十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二4.冲裁件的排样3.冲裁力的计算F=KLtΓ第八十三页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.3.3拉深工艺设计1.毛坯尺寸计算面积不变原则计算第八十四页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二2.拉深系数的选择拉深系数：拉深变形后制件的直径与其毛坯直径之比称为拉深系数，用m表示。保证危险断面不被拉裂的拉深系数的最小值又称为极限拉深系数，一般极限拉深系数取0.5-0.8。坯料塑性差选上限值，塑性好可选下限值。表3.12第八十五页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.拉深次数的确定拉深次数：受极限拉深系数的限制，所需要的拉深不能一次完成而需要分几次逐步成形，这次数就称为拉深次数。第八十六页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二（1）冲模的结构组成和作用

一副完整的冲模应由工作零件、定位零件、卸料零件、导向零件、基础零件及紧固零件六大部分组成。（2）冲模的种类

按照冲模完成的工序性质可分为冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，按其工序的组合程度又可分为简单模、连续模和复合模三大类。3.3.4冲模的分类与构造play第八十七页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二简单模演示第八十八页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二连续模.swf演示第八十九页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二复合模演示第九十页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二3.4塑性成形加工件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性模锻件的结构工艺性板料冲压件的结构工艺性第九十一页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二一、自由锻件的结构工艺性1.避免斜面和锥度轴类自由锻锻件结构第九十二页，共一百零五页，编辑于2023年，星期二2.避免曲面相交杆类