锻压基础知识课件

锻压基础知识锻压基础知识12概述锻压：借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的锻压件。金属坯料锻压件塑性变形2概述金属坯料锻压件塑性变形3一锻压加工方法板料冲压

模锻自由锻自由锻、模锻：承受重载的机械零件，如机器主轴、重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；3一锻压加工方法板料冲压模锻自由锻自由锻、模锻：承受4挤压拉拔轧锻轧制、挤压、拉拔：金属型材、板材、钢材、线材等；4挤压拉拔轧锻轧制、挤压、拉拔：金属型材、板材、钢材、线材等5板料冲压：汽车制造、电器、仪表及日用品。5板料冲压：汽车制造、电器、仪表及日用品。6板料轧制6板料轧制7轧板7轧板8轧辊轧环设备8轧辊轧环设备9压机拔长9压机拔长10二、锻压加工方法的特点1能改善金属的组织，提高金属的机械性能；2提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时）；3具有较高的劳动生产率。4不能获得形状复杂的锻件；5初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；6生产现场劳动条件差。10二、锻压加工方法的特点1能改善金属的组织，提高金属的机11金属晶体单晶体（理想金属）多晶体（实际金属）1单晶体的塑性变形（一）塑性变形的实质※一金属的锻造性能一金属的塑性变形概述位错滑移面切应力11金属晶体单晶体（理想金属）多晶体（实际金属）1单晶体的12(1)滑移变形：在切应力作用下，晶体一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分产生滑动的变形方式称为滑移。(2)孪生变形：在切应力作用下，晶体一部分相对于其余部分沿一定晶面及晶向产生一定角度切变引起变形12(1)滑移变形：在切应力作用下，晶体一部分沿一定晶面（132多晶体金属塑性变形（1）变形复杂性：包括晶内塑性变形和晶间变形。晶内变形——

晶粒内部的滑移变形晶间变形——

晶粒间的移动和转动（2）变形抗力大：晶界阻碍滑移的作用强烈。（3）变形不均匀：各晶粒取向不同，晶内变形量比晶界附近区变形量大晶粒细化是降低多晶体塑性变形不均匀性的重要措施

132多晶体金属塑性变形14晶粒位向与受力变形关系14晶粒位向与受力变形关系15（二）塑性变形对金属组织和性能的影响1冷变形强化（加工硬化）在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象。加工硬化应用代替热处理提高强度使变形均匀提高安全性产生原因：滑移面上产生了微小碎晶，晶格畸变。（内应力）作用：阻碍继续变形15（二）塑性变形对金属组织和性能的影响1冷变形强化（加工162回复和再结晶保持加工硬化，消除内应力。如冷卷弹簧进行去应力退火。

消除加工硬化，提高塑性。再结晶速度取决于加热温度和变形程度。再结晶是一个形核、长大过程。162回复和再结晶保持加工硬化，消除内应力。如冷卷弹簧进行173显微组织特征晶内微观结构变化：晶内点缺陷增加，位错密度提高，晶格严重畸变。纤维组织形成：形变量很大时，晶界遭到破坏，变得模糊不清，各晶粒被拉成细条形，呈纤维状。形变织构：由变形引起晶粒的择优取向，退火难以消除

173显微组织特征晶内微观结构变化：18二热锻、冷锻、温锻、等温锻冷变形——

再结晶温度以下的塑性变形。热变形——

再结晶温度以上的塑性变形冷变形加工硬化冲压、冷弯、冷挤、冷轧塑性材料热变形加工硬化+再结晶锻造、热挤、轧制变形量大，易氧化18二热锻、冷锻、温锻、等温锻冷变形——再结晶温度以下191锻造比

代表变形程度大小。用y表示：变形前后截面比（拔长）或高度比（镦粗）Y拔=F0/F=L/L0

Y镦=F/F0=H0/H三锻造流线和锻造比191锻造比三锻造流线和锻造比20锻造比——变形程度的大小镦粗：y=H0/H拔长：y=F0/Fy>1

金属材料组织紧密晶粒细化形成锻造流线（各向异性）yy流线的纵向性能高于横向20锻造比——变形程度的大小镦粗：y=H0/H拔长：21(1)轧材或锻坯作为锻造坯料：≥1.5(2)用钢锭作为锻造坯料碳素结构钢，拔长锻造比≥3，镦粗锻造比≥2.5；合金结构钢，锻造比为3～4(3)铸造缺陷严重，碳化物粗大的高合金钢钢锭：不锈钢的锻造比选为4～6，高速钢的锻造比选为5～12(4)y太大，会增加各向异性2锻造比的确定21(1)轧材或锻坯作为锻造坯料：≥1.52锻造比的确22(1)锻造后金属组织具有方向性脆性杂质：碎粒状或链状分布塑性杂质：带状分布(2)流线化程度与锻造比有关(3)流线的存在使锻造金属的力学性能呈现明显的各向异性。(4)用热处理的方法不能消除锻造流线。在设计和制造易受冲击载荷的零件时，应注意二点：(1)使零件工作时的正应力方向与流线方向重合，切应力方向与流线方向垂直。(2)使流线的分布与零件的外形轮廓相符合。3锻造流线22(1)锻造后金属组织具有方向性3锻造流线2323242425四金属的锻造性能

定义：用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度。用金属的塑性和变形抗力二个因素来衡量。其是金属的重要状态属性，它决定了金属加工成形的工艺性能和使用性能。塑性：金属产生塑性变形而不破坏的能力。可以用最大变形程度来表示塑性的高低。变形抗力：金属对于产生塑性变形的外力的抵抗能力。通常用流变应力来表示。塑性是与组织结构密切相关的结构敏感性质。既取决于金属的本质，还与变形条件有关。25四金属的锻造性能定义：用来衡量金属材料利用锻压加工方26

影响金属锻造性能的因素主要有金属的本质和金属的变形条件。(一)金属的本质:内在因素影响

1化学成分的影响2金属组织的影响(二)变形条件1变形温度

金属随变形温度的升高，塑性升高、变形抗力降低。但是，随加热温度的升高，也会产生相应的缺陷，如产生氧化、脱碳、过热和过烧等26影响金属锻造性能的因素主要有金属的本质和金27

除采用高能高速锤外，一般压力加工方法中，随着变形速度的增加，金属的塑性下降、变形抗力增加。27除采用高能高速锤外，一般压力加工方法中，随着变形速283变形应力状态的影响

283变形应力状态的影响292930(1)在金属塑性变形时，其应力状态中压应力数目越多,其塑性越好；拉应力数目越多，塑性变形相对降低。(2)在三向受压的应力状态下变形时，其变形抗力较三向应力状态不同时大的多。(3)综上分析，金属的锻造性能是从塑性和变形抗力二个方面的因素进行综合衡量。30(1)在金属塑性变形时，其应力状态中压应力数目越313132五金属的塑性变形基本规律1体积不变定律金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也称为不可压缩定律。2最小阻力定律(1)在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部分周边的法线方向。(2)应用：确定金属变形中质点的移动方向控制金属坯料变形的流动方位降低能耗，提高生产率。32五金属的塑性变形基本规律1体积不变定律333334变形金属的总变形是由弹性变形和塑性变形所组成3塑性变形时伴随有弹性变形的定律34变形金属的总变形是由弹性变形和塑性变形所组成3塑性变形35作业:1、锻造流线的存在对金属机械性能有何影响？在零件设计中应注意那些问题？

2、试述金属的锻造性能，影响金属锻造性能的因素，提高金属锻造性能的途径？35作业:36概念：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下砧间对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件。坯料的四周表面为自由表面，变形不受限制，故称为自由锻。工艺特点：金属坯料在抵铁间受压变形时，除与上下抵铁或其它辅助工具接触部分表面外,都是自由表面,可朝各个方向自由流动，不受限制。工艺灵活，所用工具简单，设备和工具的通用性强，成本低。※二自由锻36概念：※二自由锻37

自由锻特点与应用:(1)工具简单，不需造价昂贵的模具(2)可以锻造各种重量的锻件，对于大型锻件几乎是唯一的锻造方法(3)自由锻所需设备的吨位较小(4)锻件的尺寸精度低，加工余量大(5)锻件形状简单，生产率低，劳动强度大37自由锻特点与应用:(1)工具简单，不需造价昂贵的38一自由锻设备设备吨位（T）锻件质量作用力动力空气锤0.05-1100kg冲击力电动机蒸气-空气锤0.5-51500kg冲击力蒸气或压缩空气水压机500-150001-300T静压力高压水

)

变形大、锻透深度大、内部质量好，没有振动，噪音小。20MPa(200个大气压)0.4-0.9MPa(4-9个大气压）38一自由锻设备设备吨位（T）锻件质量作用力动力空气锤039空气锤39空气锤40水压机蒸汽或压缩空气双柱拱式蒸汽锤40水压机蒸汽或压缩空气双柱拱式蒸汽锤41水压机41水压机42自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及精整工序1基本工序:使金属坯料产生一定程度的塑性变形,以达到所需形状和尺寸的工艺.如镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转；2辅助工序:为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。如倒棱、压肩3精整工序:用以减少锻件表面缺陷而进行的工序.如清除锻件表面凸凹不平及整形（修整鼓形、平整端面、校直弯曲）。二自由锻的工序42自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及精整工序二自由锻的43绘制锻件图计算坯料的重量及尺寸确定变形工序选择锻造设备吨位确定加热火次：锻造温度范围和加热、冷却及热处理规范填写工艺卡等。三自由锻工艺规程的制定43绘制锻件图三自由锻工艺规程的制定441绘制锻件图锻件图=零件图+加工余量、锻件公差和余块轴锻件图齿轮锻件图（一）绘制锻件图441绘制锻件图轴锻件图齿轮锻件图（一）绘制锻件图45

在零件图的基础上，考虑加工余量、锻造公差和余块，并结合自由锻工艺特点而绘制成的余块(敷料)

为简化锻造工艺在某些难以锻造的地方,如过窄的凹档,过小的台阶,小孔,为便于锻造而增加的一部分金属锻件余量由于自由锻件的尺寸精度低、表面质量较差,需在零件的加工表面上增加供切削加工用的金属锻件公差(见表2－4和表2－5）锻件名义尺寸的允许变动量.其值根据锻件形状、尺寸并考虑到生产的具体情况加以选取45在零件图的基础上，考虑加工余量、锻造公差和余464647474848494950（二）计算坯料的重量及尺寸坯料的质量：G坯料

=G锻件+G烧损+G切头+G芯子坯料的尺寸锻件的锻造比采用的变形方式轴类零件盘盖类零件轧材:y>1.3钢锭:y=2.5~5镦粗(防弯):H/D<2.550（二）计算坯料的重量及尺寸坯料的质量：G坯料=51(三)选择变形工序51(三)选择变形工序52525353545455齿轮坯自由锻工艺过程:下料镦粗垫环局部镦粗冲孔冲子冲孔修整55齿轮坯自由锻工艺过程:下料镦粗垫环局部镦粗冲孔冲子冲孔修56半轴自由锻工艺

锻件图材料:18CrMnTi坯料尺寸:Ф130×240

坯料重量:25kg锻造设备:0.5T自由锻锤锻出头部

拔长拔长及修整台阶拔长并留出台阶锻出凹挡及拔长端部并修整56半轴自由锻工艺锻件图锻出头部拔长拔长及修57(4)选定锻造设备EquipmentChoose

根据锻件的类型、材料、尺寸和质量车间现有的设备条件。(5)确定锻造温度范围

始锻温度低于AE线150～250℃,碳钢的终锻温度如图3-2所示57(4)选定锻造设备EquipmentChoose(58585959606061三自由锻零件结构工艺性

锻压件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符合锻压生产工艺的特点。简化锻压生产工艺提高生产效率保证锻压件质量降低生产成本自由锻锻件的结构工艺性61三自由锻零件结构工艺性锻压件的结构在保证其使用性能的6262636364646565661锻件尽量避免锥体或斜面的结构锻造这种结构必须制造专用工具,锻件成形也比较困难,工艺过程复杂661锻件尽量避免锥体或斜面的结构672由数个简单几何体构成的锻件应避免在几何体的交接处形成空间曲线改成平面与圆柱,平面与平面相交672由数个简单几何体构成的锻件应避免在几何体的交接处形成683锻件应避免椭圆形、工字形或其它非规则形状截面及非规则外形

683锻件应避免椭圆形、工字形或其它非规则形状截面及非规则694锻件应避免加强筋和凸台等结构

694锻件应避免加强筋和凸台等结构705复杂件应设计成简单件构成的组合体705复杂件应设计成简单件构成的组合体71作业：

1、自由锻的工序包括哪些内容？其中基本工序有哪些？

2、绘制自由锻锻件图要考虑哪些因素？71作业：72※

三模锻利用模具使坯料变形而获得锻件。将金属坯料置于锻模模膛内，在冲击力或压力作用下产生塑性流动。由于模膛对金属坯料流动的限制，从而充满模膛获得与模膛形状相同的锻件。模锻的特点与应用(1)生产效率高。(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件，且锻造流线比较完整，有利于提高零件的力学性能和使用寿命

概述72※三模锻利用模具使坯料变形而获得锻件。概述73(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切削加工工时。(4)操作简便，质量易于控制，生产过程易实现机械化、自动化。(5)模锻需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。另外，锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。应用:中、小型锻件的成批和大量生产答案：1）受模锻设备吨位的限制；

2）锻模成本高。为什么？73(3)锻件表面光洁，尺寸精度高，加工余量小，节约材料和切74一模锻设备模锻设备锻造力性质锻件精度生产率模锻锤冲击力较低较低曲柄压力机压力较高较高平锻机压力较高较高摩擦压力机冲击力-压力较高较低74一模锻设备模锻设备锻造力性质锻件精度生产率模锻锤冲击力75(一)模锻锤可以镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻、终锻。75(一)模锻锤可以镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻、终76(二)锻模及锻模模膛

76(二)锻模及锻模模膛771制坯模膛：使坯料预变形而达到合理分配，使其形状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。拔长模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛2模锻模膛：分为预锻模膛和终锻模膛(1)预锻模膛：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，模膛的圆角和斜度较大，没有飞边槽(2)终锻模膛:使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。模膛四周有飞边槽飞边槽771制坯模膛：使坯料预变形而达到合理分配，使其形状基本接78制坯工步，制坯模膛（锻件初步成形）模锻工步，模锻模膛（锻件最终成形）弯曲连杆的多模膛锻模78制坯工步，制坯模膛（锻件初步成形）模锻工步，模锻模膛（锻797980808181828283（三）锤上模锻工艺规程的制订

绘制模锻锻件图确定模锻工步坯料计算选择模锻设备模锻后续工序连皮平底连皮斜底连皮带仓连皮83（三）锤上模锻工艺规程的制订绘制模锻锻件图连皮84选定分模面确定加工余量和锻造公差（加工表面）模锻斜度圆角半径冲孔连皮1绘制模锻锻件图模锻件图包括的内容：齿轮坯模锻件图84选定分模面1绘制模锻锻件图模锻件图包括的内容：齿轮坯模85(1)分模面的选择原则锻件能从模膛中顺利取出85(1)分模面的选择原则锻件能从模膛中顺利取出86易保证金属充满模膛，故应选在锻件最大截面处，使模膛最浅86易保证金属充满模膛，故应选在锻件最大截面处，87分模面应为一平面，以简化锻模制造87分模面应为一平面，以简化锻模制造88上下模膛轮廓相同,以便于及时发现错模88上下模膛轮廓相同,以便于及时发现错模89盘类锻件应径向分模,减少余块,节约金属材料89盘类锻件应径向分模,减少余块,节约金属材料90齿轮坯锻件分模面的选择90齿轮坯锻件分模面的选择91(2)确定加工余量、公差和敷料依据:零件的形状尺寸和锻件的精度等级，或锻锤吨位(3)确定模锻斜度：依据为模膛尺寸(4)确定模锻圆角半径外圆角：使金属易于充满模膛

r=加工余量+零件圆角半径内圆角：减少锻造时金属流动的摩擦阻力

R=（2-3）r(5)冲孔连皮：通孔难以锻出孔径d=30～80mm时，厚度S=4～8mm。当孔径d<25mm或冲孔深度h>3d时,只在冲孔处压出凹穴

91(2)确定加工余量、公差和敷料9292939394实例:齿轮坯模锻件图

技术要求1.高度公差：+1.5-0.752.未注圆角半径R=2.53.尺寸按交点注4.热处理硬度HBS228

分模面选在锻件高度方向的中部.零件轮辐部分不加工,故不留加工余量.图上内孔中部的两条直线为冲孔连皮去掉后的痕迹线94实例:齿轮坯模锻件图技术要求959596(1)长轴类锻件2确定模锻工步96(1)长轴类锻件2确定模锻工步979798长轴类锻件：拔长、滚挤、弯曲制坯和预断、终锻成形。98长轴类锻件：9999100短轴类锻件：镦粗制坯和终锻成形100短轴类锻件：101(2)盘类锻件它是在分模面上的投影为圆形或长度接近于宽度的锻件.常选用镦粗或压扁、终锻等工步101(2)盘类锻件1023坯料计算V坯=(V锻

+V飞+V连)(1+K)(1)盘类锻件：一般镦粗制坯和终锻成形。

D计＝1.08(V坯/m)1/3

m—坯料的高径比(2)轴类锻件：一般拔长、滚挤制坯。

D坯＝1.13(K•Fmax)1/3k—模膛系数：不制坯或有拔长工步时,k=1；有滚挤工步时，k=0.7～0.85。

4选择模锻设备1023坯料计算V坯=(V锻+V飞+V连)(1+1035模锻的后续工序(1)切边和冲孔

1035模锻的后续工序(1)切边和冲孔104104105(2)热处理(3)清理(4)校正精压：提高锻件精度和降低表面粗糙度平面精压：用来获得模锻件某些平行平面的精确尺寸。体积精压：用以提高模锻件所有尺寸的精度和表面质量。精压后模锻件的尺寸精度公差可达±0.10～0.25mm，表面粗糙度Ra值为1.25～0.63μm。一般不再进行切削加工。

105(2)热处理106106107(四)模锻零件的结构工艺性

(1)模锻件应具有合理分模面(2)锻件上与分模面垂直的表面,应设计有模锻斜度(3)零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免零件截面间尺寸差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构，以利于金属充满模膛和减少工序。图8-77所示

(4)模锻件应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构，以便于模具制造和延长锻模寿命。(5)形状复杂的模锻件应采用锻焊结构，以减少余块，简化模锻工艺。107(四)模锻零件的结构工艺性(1)模锻件应具有合理108108109问题：

小型锻件的中、小批量生产应采用自由锻还是模锻？答案：胎膜锻

在自由锻设备上使用非固定模具（胎膜）生产模锻件的工艺方法。

特点：与自由锻相比：生产率高，精度高（余量小），与模锻相比：成本低（设备、模具）。109问题：答案：胎膜锻特点：110二胎膜锻扣模组合筒模合模110二胎膜锻扣模组合筒模合模111思考题：1.连杆和齿轮，若由模锻改为自由锻，零件结构应如何改变？2下图齿轮采用模锻制坯,设计上有哪些不合理的地方？为什么111思考题：1.连杆和齿轮，若由模锻改为自由锻，零件结构112三其它设备上模锻

锤上模锻具有工艺适应性广的特点，但是模锻锤要求有庞大的砧座和基础，工作时震动和噪音大，能源消耗多，劳动条件差。(一)曲柄压力机上模锻

行程不能调节；不能拔长和滚挤；每个变形工步在一次行程中完成。112三其它设备上模锻锤上模锻具有工艺适应性广的特点，但113113114(二)摩擦螺旋压力机上模锻:也称螺旋压力机

1利用飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变形能

进行锻造。

摩擦螺旋压力机：机械摩擦传动

液压螺旋压力机：液压传动。

2摩擦压力机锻造特点

(1)具有锻锤和压力机双重工作特性。行程速度0.5～1.0m/s，介于模锻锤和曲柄压力机之间有一定的冲击作用，且滑块行程和打击能量可控，与锻锤相似。坯料变形中的抗力由封闭框架承受，有压力机的特点114(二)摩擦螺旋压力机上模锻:也称螺旋压力机

1利用飞115摩擦压力机115摩擦压力机116摩擦压力机传动简图116摩擦压力机传动简图117摩擦压力机锻造锻件117摩擦压力机锻造锻件118(2)工艺适用性好：既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、终锻等成形工序，又可进行校正、精整、切边、冲孔等后续工序的操作。(3)承受偏心载荷的能力差，一般只进行单模膛锻造。(4)由于打击速度比锻锤低，较适合要求变形速度低的有色合金的模锻。(5)压力机工作台下装有顶出装置，很适合于模锻带有头部和杆部的回转体小锻件。(6)有效机械效率低，生产率不高，吨位较小118(2)工艺适用性好：既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、终119(2)热模锻压力机上模锻119(2)热模锻压力机上模锻120120121热模锻压力机锻造锻件121热模锻压力机锻造锻件122特点：工作时震动和噪音小，劳动条件大为改善。便于实现机械化和自动化，且具有很高的生产率。锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻小。变形应逐步进行。设备结构复杂，造价高，而且由于滑块的行程和压力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚压等制坯工步，必须配备制坯工步的专用设备。

122特点：工作时震动和噪音小，劳动条件大为改善。123(三)平锻机上模锻123(三)平锻机上模锻124124125

平锻机上模锻过程

1-固定凹模2-活动凹模3-冲头4-挡板5-坯料

125平锻机上模锻过程1-固定凹模2-活动凹模3-126

平锻机上模锻过程

1-固定凹模2-活动凹模3-冲头4-挡板5-坯料

126平锻机上模锻过程1-固定凹模2-活动凹模3-127

平锻机锻造的锻件示例

127平锻机锻造的锻件示例128(1)主要以局部镦粗为主，也可进行压肩、冲孔、弯曲和切断等工步。(2)最适合的锻件是带头部的半轴类和有孔（通孔或不通孔）的锻件。(3)简单锻件只需一个工步完成。(4)复杂锻件，坯料可按顺序放入几个模膛中逐步变形而获得锻件。平锻机上模锻特点128(1)主要以局部镦粗为主，也可进行压肩、冲孔、弯曲和切129金属板料产生分离、变形冲压件冲模和冲床冲床——冲压设备冲模——冲压工具（分上模和下模）※四冲压129金属板料产生分离、变形冲压件冲模和冲床冲床——冲压设备130冲床手动冲床130冲床手动冲床131冲床131冲床132数控冲床132数控冲床133概述金属塑性加工的基本方法之一通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯分为:冷冲压和热冲压

板料冲压的特点及应用

可制造其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂薄壁零件；冲压件尺寸精度高，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工即可装配使用；133概述板料冲压的特点及应用可制造其它加工方法难以加工134

板料冲压的原材料及应用

原材料：必须具有足够的塑性金属板料：低碳钢、高塑性的合金钢、不锈钢、铜、铝、镁及其合金等。

生产率高，操作简便，成本低，工艺过程易实现机械化和自动化；可利用加工硬化提高零件的力学性能冲压模具结构较复杂，加工精度要求高，制造费用大，因此板料冲压加工适用于大批量生产。

134板料冲压的原材料及应用原材料：必须具有足够的塑性135

非金属材料：石棉板、硬橡胶、皮革、绝缘纸、纤维板等应用:在现代汽车、家用电器、仪器仪表、飞机、导弹及日用品生产中占有主要地位.(一)冲压的基本工序

可分为分离工序和变形工序分离工序:使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。包括:冲裁(落料与冲孔）.变形工序：除分离工序外，使坯料塑性变形，获得所需要形状、尺寸的制件的冲压工序。包括:弯曲、拉深和成形.135非金属材料：石棉板、硬橡胶、皮革、绝缘纸、纤维板等136(一)分离工序

1.冲裁(落料和冲孔)

使板料沿封闭轮廓线分离的工序，包括落料与冲孔。冲孔：得到冲压件上的孔落料：得到片状冲压件的外形(1)冲裁变形过程

受力：纵向压力、横向挤压力、摩擦力变形：剪切外，还有拉伸、弯曲和横向挤压等变形136(一)分离工序

1.冲裁(落料和冲孔)使板料沿封137137138冲裁断面的质量圆角带光亮带断裂带毛刺138冲裁断面的质量圆角带139(2)冲裁间隙(凸凹模间隙)指凸、凹模刃口同位尺寸之缝隙的距离，用c表示单面间隙对冲裁过程及冲裁件断面质量具有重要影响还影响到模具寿命和冲裁力的大小间隙合理时，上下剪裂纹会基本重合，获得工件断面较光洁，毛刺最小。合理冲裁单面间隙间隙值C=mtt：冲裁板料厚度，mm；m：与材料性能及板厚有关的系数，通常（3～8）%，139(2)冲裁间隙(凸凹模间隙)指凸、凹模刃口同位尺寸140冲裁间隙的确定140冲裁间隙的确定141间隙过小，上下剪裂纹向外错开，在冲裁件断面上会形成毛刺和迭层；模具寿命下降间隙过大，材料中拉应力增大，塑性变形阶段过早结束，裂纹向里错开，不仅光亮带小，毛刺和剪裂带均较大,冲件质量下降141间隙过小，上下剪裂纹向外错开，在冲裁件断面上会形成毛刺142142143143144(3)凸、凹模刃口尺寸的确定

凸模凹模模具间隙144(3)凸、凹模刃口尺寸的确定凸模凹模145冲孔：D凸=D孔,D凹=D凸+2Z落料：D凹=D落料,D凸=D凹-2Z模具间隙Z=(0.05-0.25)t

其中t——板料厚度。尺寸145冲孔：D凸=D孔,D凹=D凸+2Z落料：146(4)冲裁力的计算

为选择冲压设备和设计模具提供依据平刃冲裁力按下式计算：

P=KLsτ≈LtσbP——冲裁力，N；L——冲裁周边长度，mm；S——板料厚度，mm；τ——材料抗剪强度，MPa；σb———材料抗拉强度，MPa；K——安全系数，一般取K=1.3。146(4)冲裁力的计算为选择冲压设备和设计模具提供依据147(5)冲裁件的修整修整模的间隙为0.006-0.01mm;修整时单边切除量0.05-0.2mm;修整后的切面粗糙度Ra=1.25-0.65;尺寸精度IT6-IT7.问题：冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度达不到要求时，如何处理？外缘修整内孔修整147(5)冲裁件的修整修整模的间隙为0.006-0.01m1481.拉深

利用模具将已落料的平面板坯压制成各种开口空心零件，或将已制成的开口空心件毛坯，制成其他形状空心零件的一种变形工艺，又称拉延。(二)成形工序

使板料或半成品改变局部形状的工序。2切断

用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序3精密冲裁4切口1481.拉深利用模具将已落料的平面板坯压制成各种开口149(1)拉深过程分析

拉深：平面板料开口中空形件149(1)拉深过程分析拉深：平面板料开口中空150变形过程：凸模底部金属不变形底部以外环形部分变形后形成侧壁应力分布底部：径向和切向拉应力侧壁：单向轴向拉应环形区：径向拉应力和切向压应力壁厚变化侧壁上部壁厚最大靠近底部圆角附近壁厚最小，最易破裂150变形过程：151

m=d/D0d—拉深后的工件直径，mm；

D0—拉深前坯料直径，mm。m是衡量拉深变形程度的指标极限拉伸系数：保证危险面不被拉裂的拉深系数的最小值:m≥(0.5～0.8)(2)拉深系数拉深系数:拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数151152多次拉伸的拉伸系数为：M=M1*M2*M3*……….152多次拉伸的拉伸系数为：M=M1*M2*M3*……….153153154主要缺陷：起皱：凸缘区，切向压应力最大拉裂：筒形件底部圆角附近。该区加工硬化程度最小，且壁厚减薄最严重。防止拉裂拉深凸、凹模工作部分必须作成圆角凹模圆角半径Rd=（3～30）t

凸模圆角半径RP≤Rd(3)拉深件的成形质量问题

控制凸模和凹模之间的间隙C=（1.1～1.2）S

限制拉深系数m=d/D0=0.5～0.8＞ｍｍｉｎ，否则应多次拉深．154主要缺陷：(3)拉深件的成形质量问题控制凸模和凹模之155采用润滑，以降低拉深件壁部的拉应力，提高模具寿命极限拉伸系数：保证危险面不被拉裂的拉深系数的最小值155采用润滑，以降低拉深件壁部的拉应力，提高模具寿命极限拉156防止皱折加压边圈

压边力不宜过大能压住工件不致起皱即可。156防止皱折加压边圈压边力不宜过大能压住工件不致起皱即可1572.弯曲利用模具或其它工具将坯料一部分相对另一部分弯曲成一定的角度和圆弧的变形工序。

(1)弯曲时受力分析变形区：外层：受切向拉力作用发生伸长变形。为最危险部位内层：受切向压力作用，发生压缩变形中性层：切向应力或切向应变为零，位于板料中心部位1572.弯曲利用模具或其它工具将坯料一部分相对另一部分弯158158159(2)为避免造成板料的破裂:相对弯曲半径（r/t）：表示弯曲变形程度坯料越厚，弯曲半径越小，其变形程度越大。最小相对弯曲半径rmin≥（0.25～1.0）Ｓ。防止弯裂:实际弯曲半径r>最小弯曲半径rmin材料塑性好，相对弯曲半径可小些。(3)弯曲时的回弹现象回弹：当外力去掉后，塑性变形保留下来，而弹性变形部分则恢复，从而使坯料产生与弯曲变形方向相反的变形。回弹角(0～10)0影响因素：材料的力学性能、板料厚度、弯曲形状、相对弯曲半径以及弯曲力的大小等。159(2)为避免造成板料的破裂:相对弯曲半径（r/t）：160

措施：利用回弹规律，在设计弯曲模时，使模具角度与工件角度差一个回弹角。图3-44弯曲时的回弹现象

1—回弹前2—回弹后160措施：利用回弹规律，在设计弯曲模时，使模具角度与工件161(5)弯曲模简单弯曲模压制一般弯曲件斜楔式弯曲模压制多角形弯曲件161(5)弯曲模简单弯曲模压制一般弯曲件斜楔式弯曲模压制1623翻边：

将工件的内孔或外缘翻成竖立边缘的冲压工序。1623翻边：

将工件的内孔或外缘翻成竖立边缘的冲压1631631644其它成形方法：胀形:利用局部变形使半成品部分内径胀大的冲压成形工艺(1)平板坯料胀形1644其它成形方法：165(2)管坯胀形：165(2)管坯胀形：166(3)液压胀形：166(3)液压胀形：167二冲模1单工序模(简单冲模)

在冲床的一次行程中只完成一道工序的冲模2级进模(连续冲模)

冲床的一次行程中,在模具不同部位上同时完成数道冲压工序3复合冲模

冲床的一次行程中,在模具同一部位上同时完成数道冲压工序的模具167二冲模1单工序模(简单冲模)168连续模简单模168连续模简单模169作业：

1、冲孔和落料有何异同？如何确定凸模和凹模的尺寸

2、弯曲时，易产生什么缺陷或废品？如何防止？

3、拉深时常见的废品有哪些？如何防止？169作业：170三冲压零件结构工艺性

冲压件不仅应具有良好的使用性能，而且必须冲压件的结构工艺性良好。主要因素有冲压件的几何形状、尺寸以及精度要求等

1冲裁件的形状与尺寸

(1)落料件的外形和冲孔件的孔形力求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等规则形状。同时避免过长的悬臂和狭槽结构,以防止因凸模过细而在冲裁时折断。170三冲压零件结构工艺性冲压件不仅应具有良好的使用性能171(2)孔及其有关尺寸(如图所示8-52).设计冲裁件的尺寸应注意:冲圆孔时,孔径不得小于板料厚度;冲方孔时,孔的边长不得小于0.9s;孔与孔之间或孔与板料边缘的距离不得小于s.(3)冲孔件或落料件上的转角应采用圆角,以避免尖角处因应力集中而被模具冲裂。(如表所示8-6).(4)冲裁件的形状应便于排样(如图所示8-53),力求做到减少废料，以提高材料利用率171(2)孔及其有关尺寸(如图所示8-52).设计冲裁件的1721721731731741741751751762对弯曲件的要求:(1)弯曲件形状尽量对称,弯曲半径应大于材料许用的最小弯曲半径：rmin≥(0.25～1.0)t.并考虑材料纤维方向,以免成形弯裂(2)弯曲边过短不易弯曲成形,应使弯曲件的平直部分H>2t，(3)弯曲带孔件时,孔的位置应位于弯曲变形区之外，即L≥（1.5～2)t,避免孔的变形。(4)应尽量沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，应先冲工艺孔或切槽。1762对弯曲件的要求:1771771783对拉深件的要求(1)拉深件外形应简单,对称,且不宜太高,以便使拉深次数尽量少,容易成形(2)拉深件的圆角半径不能过小1783对拉深件的要求1794改进结构可以简化工艺节省材料

(1)对于形状复杂的冲压件，采用冲-焊结构，先分别冲制若干简单件，然后再焊成整件，以简化冲压艺，降低成本1794改进结构可以简化工艺节省材料180(2)采用冲口工艺，以减少组合件数量180(2)采用冲口工艺，以减少组合件数量181(3)采用加强肋冲压采用压出加强肋方法提高制件刚度，以实现薄板材料代替厚板材料，节省金属

181(3)采用加强肋冲压182(4)在不影响使用性能前提下，改进制件结构以减少工序，节省材料，降低成本。182(4)在不影响使用性能前提下，改进制件结构以减少工序1835冲压件的精度和表面质量

一般对冲压件表面质量的要求不应高于原材料的表面质量，否则要增加切削加工或精饰加工等，使产品成本大为提高。落料不超过IT10，冲孔不超过IT9，弯曲不超过IT9～IT10，拉深件的高度尺寸精度为IT8～IT10，经整形工序后精度可达IT6～IT7，直径公差为IT9～IT10。1835冲压件的精度和表面质量一般对冲压件表面质量的要求184(一)精密模锻1概述在普通模锻设备上，装置高精度锻模，采用合理成形工艺，直接锻出所需要的产品零件。汽车差速锥齿轮精密模锻件尺寸精度可达IT12～IT15表面粗糙度值Ra可达3.2～1.6μm2工艺特点：※五少无切削锻压工艺简介一特种锻造184(一)精密模锻2工艺特点：※五少无切削锻压工艺简介185(1)选择合理成形工艺，精确计算原始坯料尺寸，严格按坯料质量下料，否则会增大锻件尺寸的偏差，降低精度.(2)采用无氧化或少氧化加热法，减少氧化皮，提高锻件尺寸精度和表面质量；(3)制造高精度的锻模，一般精锻模膛的精度要比锻件精度高两级。(4)模锻时要有较好的润滑和冷却锻模的条件；(5)精密模锻一般都在刚度大、精度较高的模锻设备上进行，且应有顶件装置，如摩擦压力机、热模锻压力机和高速锤等。

185(1)选择合理成形工艺，精确计算原始坯料尺寸，严格按坯18