机制基础-第3章锻压

上下作业答案：4.轴承座单件小批生产

----手工两箱分模造型加工余量:上面>侧面>底面模样放收缩率1%大批生产

----机器两箱分模造型(共用同一个铸造工艺图)表示圆周面不需要加工，即相对来说不重要，因此将铸件横卧下来，造型最简单。上下放收缩率1%余量：上面>侧面>下面作业答案：5.支撑台单件小批生产

----手工两箱分模造型表示圆周面不需要加工，即相对来说不重要，因此将铸件横卧下来，造型最简单。上下放收缩率1%余量：上面>侧面>下面作业答案：5.支撑台大批生产

----机器两箱分模造型上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY第三章锻压成形●锻压→是在外力下使材料产生塑性变形，

从而改变尺寸和形状，并改善其内部组织

和力学性能，获得所需毛坯或零件的方法。●锻造和冲压是锻压成形的主要方式

齿轮、轴等重要的受力件、运动件仪表齿轮、杯、碗、汽车外壳等轻型结构件上海大学机自学院一、塑性变形的实质1.单晶体的塑性变形→单晶体是在切应力τ

的作用下，并且当τ超过临界值时，通过

位错运动实现晶内滑移或孪晶，完成塑性

变形的。3.1金属的塑性变形和锻造性能●孪晶---晶体的一部分相对于另一部分沿某个晶面发生转动,形成镜面对称的原子排列。●滑移---晶体的一部分相对于另一部分沿某个晶面发生滑动。

滑移通常沿原子排列最密的晶面和晶向发生。上海大学机自学院2.多晶体的塑性变形→多晶体的塑性变形是

由晶内变形（各晶粒内通过位错运动发生

的滑移或孪晶）和晶间变形（晶粒间的滑

动和转动）共同完成的。多晶体金属中每个晶粒所处的位向不同，滑移的先后次序就不同。先是处于软位向(滑移面和滑移方向与外力成45度角)的晶粒产生滑移，并通过晶粒的滑动和转动，将形变传递到另一批晶粒中，然后次软位向晶粒开始发生滑移。以此类推，直到全部晶粒都发生滑移为止。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY二、塑性变形后金属组织和性能的变化1.加工硬化→金属在室温下塑性变形后，强

度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象。

加工硬化在生产中很有实用意义，是强化金属的重要方法之一。如低碳钢、纯铜、防锈铝、奥氏体不锈钢、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来提高其强度和硬度。但在冷轧薄钢板、冷拉细钢丝及多道拉深的过程中，也会由于加工硬化造成后道加工的困难,甚至开裂报废。故应在工序间穿插热处理（再结晶退火）来消除加工硬化。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY2.回复→将已产生加工硬化的金属加热到Ｔ回＝

（0.25～0.3）Ｔ熔

以上,将部分消除加工硬化，使强度、硬度略有下降，塑性

和韧性略有上升的现象称为回复。

3.

再结晶→将硬化的金属进一步加热到Ｔ再＝

0.4Ｔ熔以上，将完全消除加工硬化

的现象称为再结晶。

注意：上述公式中的T应该是绝对温度（℃+273）上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY4.锻造流线（纤维组织）●锻造流线→热塑性变形时，由于铸锭中的非金属夹杂物变形伸长或被打碎而形成

的永久性的点条状或链状组织。

锻造流线的存在造成了锻压件力学性能的各向异性，即纵向（平行于流线方向）上的强度、塑性、韧性高于横向（垂直于流线方向）。因此在设计和制造零件时，应尽量使流线方向与零件的轮廓相符合而不被切断；并使零件所受的最大正应力方向与流线方向一致，最大切应力方向与流线方向垂直。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY

锻造流线的化学稳定性很高，用热处理或其它方法都不能消除，只能通过重新锻压才能改变其流线方向和分布状况。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY三、金属的锻造性能1．锻造性能→金属材料锻压成形的难易程度，

亦称可锻性。

金属的锻造性能以塑性和变形抗力综合衡量。塑性大、抗力小，则锻造性能好。反之则差。2．影响锻造性能的因素

化学成分：合金元素的种类、含量

越多，锻造性能越差。

金属组织：单一固溶体组织的锻造

性能最好。金属本质（1）上海大学机自学院（2）变形温度：温度高有助于提高锻造性能，但应避免产生氧化、脱碳、过热、过烧缺陷。常用金属的锻造温度范围可以参考表3-1。变形速度：变形速度增加，锻造性能变差；但超过某一极限后，变形速度增加，锻造性能反而变好。故高强度低塑性合金可用高速锤锻造。应力状态：压应力有助于提高材料塑性，但增加变形抗力；拉应力则相反。工艺条件上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY

综上所述，在进行压力加工时，要力求创造最有利的变形条件，既充分发挥金属的塑性，又降低变形抗力，以使能量消耗最少（如对本身塑性好的材料，选择在拉应力状态下变形，减少能耗；而对本身塑性差的材料，尽量在三向压应力状态下变形，以免开裂），即用最经济的方法达到加工的目的。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY3.2锻造一、自由锻造自由锻→利用砥铁和一些通用工具使坯料在外力下变形获得锻件的方法。自由锻工艺灵活、工具简单，主要适合于单件小批生产，也是特大型锻件的唯一生产方法。自由锻的原材料可以是轧材（中小型锻件）或钢锭（大型锻件）。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY1.自由锻设备●设备锻锤:产生冲击力，规格以落下部分质量表示。锻小件用空气锤，中型件用蒸汽-空气锤。（适合塑性好的材料）

液压机：产生静压力，规格以最大压力表示。小吨位用油压机，大吨位用水压机。（适合塑性差的材料）上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY●工序基本工序---锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、扭转辅助工序---为方便基本工序的操作而

预先进行局部小变形的工序。

如倒棱、压肩等精整工序---修整锻件最终形状和尺寸、

消除表面不平和歪斜的工序。

如修整鼓形、校平、校直等。2.自由锻工序★★★上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY3.自由锻工艺设计(1)绘制锻件图锻件图＝零件图+

敷料

+

加工余量+

锻造公差锻件图是锻造加工时算料、编工艺、选工具及检验的依据。锻件图上一般用粗实线画出锻件最终轮廓,用双点划线画出零件的主要轮廓形状。在尺寸线上方或左面标注锻件的尺寸与公差；在尺寸线下方或右面用圆括号标出零件尺寸。敷料余量上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY(2)确定变形工序锻造变形工步应依据锻件的形状、尺寸、技术要求、生产批量和生产条件等综合考虑。一般来说，盘类锻件以镦粗为主，轴杆类锻件以拔长为主，空心件肯定要冲孔(大孔还需要进一步扩孔)，弯杆少不了弯曲。

！对以钢锭为坯的大中型锻件和以轧材为坯的高合金钢小型锻件，不仅应达到成形要求，更主要的是保证性能的要求，因此要有足够的锻比。(3)实例:书上73页表3-2

上海大学机自学院例：试绘出图示齿轮轴的自由锻件图，并确定自由锻工序。SHANGHAIUNIVERSITY②变形工序：局部镦粗→压肩→拔长中间段(Ф70)→拔长小段(Ф50)解：①绘锻件图：根据锻件总长度340，最大直径

100查表知，a=10±4绘出锻件图如下。SHANGHAIUNIVERSITY二、模型锻造模型锻造简称模锻，是将加热到锻造温度的金属坯料放到固定在模锻设备上的锻模模膛内，使坯料受压变形，从而获得锻件的方法。与自由锻相比，模锻可以锻制形状较为复杂的锻件，且锻件的形状和尺寸较准确、表面质量好，材料利用率和生产效率高。但由于模锻时坯料在三向压应力下变形，变形抗力较大，因而模锻需采用锻造能力大的专用模锻设备和价格昂贵的锻模，前期投资大、准备时间长，所以模锻只适用于中小型锻件的成批和大量生产。SHANGHAIUNIVERSITY1.模锻方法和设备简介●设备锤（冲击力）蒸汽-空气模锻锤无砧座锤高速锤压力机（静压力）摩擦压力机曲柄压力机平锻机导轨加长→提高导向精度砧座增大→刚性大，减震●方法胎模锻（简单结构的活动模具，自由锻设备）模锻★（复杂结构的固定模具，模锻设备）适合中小批量生产适合大批量生产SHANGHAIUNIVERSITY2.胎模锻及胎模结构简介模套左半凹模右半凹模双联齿轮拼分套模结构3.锤上模锻及其模具锤上模锻SHANGHAIUNIVERSITY

锤锻模具由带有燕尾的上模、下模组成。下模固定在模座上，上模固定在锤头上，并随锤头作上下往复锤击运动使锻坯在模膛中成形。模膛种类制坯模膛（体积分配）

模锻模膛（锻件成形）切断模膛（锻件与坯料切离）预锻→初步成形终锻→最终成形设飞边槽★

放收缩率镦粗拔长滚挤★弯曲…★模膛→根据锻件形状和模锻工艺而开设的凹腔。●SHANGHAIUNIVERSITY

实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应选用单模膛锻模或多模膛锻模。一般形状简单的锻件采用仅有终锻模膛的单模膛锻模，而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、终锻等多个模膛的锻模逐步成形。下面让我们来看一下弯曲连杆在锤上模锻时所用的多模膛锻模及其成形过程。③弯曲②滚挤①拔长锻模切边模制坯工步④预锻⑤终锻⑥切边模锻工步切断工步SHANGHAIUNIVERSITY

4．锤上模锻工艺设计★分模面（上、下模的分界面）选择原则：

A.应选在锻件最大截面处，以利锻件脱模;

B.尽量选用平面，以简化模具结构、方便制造;

C.应选在上、下模膛轮廓相同的位置上，以便于及时发现错模；

D.选在模膛深度最浅且上、下模深度基本一致的位置，以便于金属充满模膛。

例1:SHANGHAIUNIVERSITY例2:上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY板料冲压→在冲床上用冲模使板料产生分离或变形而获得制件的加工方法。又叫冷冲压。

冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工和日用品及国防工业生产中得到广泛应用。常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等非金属板料。3.3板料冲压上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY●冲压设备剪床→把板料切成一定宽度的条料，为后续的冲压备料。冲床→完成冲压的各道工序，生产出合格的产品。一、冲压的基本工序1.冲裁

---用带刃口的冲模使板料分离。沿封闭轮廓分离（冲孔、落料等）沿非封闭轮廓分离（切断、切口、剖切等）冲裁凸模凹模板坯★★上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY2．弯曲---是利用弯曲模使工件轴线弯成一定角度和曲率的工序。自由弯曲校正弯曲①弯曲方法自由弯曲校正弯曲②弯曲件废品类型

外层开裂---当外侧拉应力超过板料抗拉强度时，

将在外侧转角处出现裂纹。故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲半径）,一般min

≥t（板厚）；同时注意毛坯下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。

r上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY

回弹---由于外力去除后弹性变形的恢复，造成

工件的弯曲角度、曲率半径与模具不一

致的现象。故一般在设计弯曲模时，模具角度应比成品角度略小一个回弹角度；或改进工件结构、弯曲方式及模具结构来减少回弹。

3．拉深---是利用模具将平板毛坯变成杯形、盒形等开口空心零件的工序。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY①拉深系数与拉深次数

拉深系数

m

是拉深后的工件直径与拉深前的毛坯直径之比，即:首道后道

m是衡量拉深变形程度的指标。m值越小，变形量越大，成形难度越大。对于深腔拉深件（如弹壳、笔帽等）应采用多道拉深，每次拉深的拉深系数不能太小，一般控制在=0.5～0.8，而且要求

m1

<

m2

<…<mn

，必要时还应在工序间穿插再结晶退火，以消除加工硬化，恢复材料塑性。上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY②拉深件缺陷

底部破裂---当危险区的拉应力超过材料的抗拉

强度时发生。可通过增加拉深道次

或适当采用润滑、加大模具圆角半

径及间隙来防止。

边缘起皱---由于切向压应力过大使毛坯失稳而

造成。通过设置压边装置防止。

注意：压边力F的大小要适当，太小起不到防皱的效果，太大则又会造成底部破裂。

FF上海大学机自学院SHANGHAIUNIVERSITY4.其他成形工序

冲压工序还包括翻边、胀形、收口、起伏等使毛坯产生局部变形的工序，实际生产中，应根据冲压件的形状采用多个基本工序组合，经多次冲压才能完成。二、冲压模具冲模是实现坯料分离或变形必不可少的工艺装备，工作时必须保证冲出合格的制件，同时能适应生产规模的需要，还应使模具制造及维修方便，操作简单、安全可靠。上海大学机自学院1．冲模的结构组成和作用

工作零件---包括凸模、凹模、凸凹模等。

用于完成冲压工序，实现板料分离或变形。

定位零件---包括导板、定位销等。

用于控制坯料的送进方向和送进距离。

卸料零件---包括卸料板、顶板等。

用于冲压后从模具上卸取板坯或工件。