压力加工课件

第3篇压力加工

第1章金属压力加工的基本原理

§1.1压力加工概述

一、什么叫压力加工？

1、定义：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状，尺寸和力学性能的原材料，毛坯或零件的生

产方法，称为压力加工。

2、材料要求：塑性好（碳钢，合金钢，有色金属）

二、压力加工的基本生产方式

1、轧制2、挤压3、拉拔

§1.2金属塑性变形后组织和性能的变化

一、什么叫塑性变形？

1、定义：当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，外力停止作用，金属的变形也并不消失，这种变形

称为塑性变形。

2、加工硬化：

定义：随着塑性变形程度增大，金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降的现象，称为加工硬化。

§1.3材料的可锻性

一、什么叫可锻性？

1、定义：进行压力加工的难易程度

2、两点：①塑性好一可锻性好②变形抗力越小一可锻性好

二、可锻性的影响

1、可锻性好，容易变形，耗能低—质量高。

可锻性不好，抗力大一耗能高一易产生缺陷三、影响可锻性因素分析

1、金属成分：-1•塑性t—可锻性t;纯金属一可锻性t;合金元素越多-*■可锻性（

2,金属的组织：

固溶体-可锻性T,金属化合物一可锻性I;单晶体一可锻性t,多晶体一可锻性1

3、变形条件：

①变膨温度：T变t,T变过高一热应力；过热一粗晶；过烧一破碎

②变形速度：不要过大，变形速度过大一变形抗力增大，可锻性变坏

③应力状况：在三向压应力下变形，对提高金属的塑性变形最为有利

四、提高可锻性的措施

1、合理选择材料与变形形式

2、合理的选择变形温度

T始----不产生缺陷尽量高

T终----不产生缺陷尽量低

例如：碳钢的始锻温度和终锻温度如下:

(1)变形温度的影响

碳钢锻造温度范围

83.1.7济AW全层应力佚态a3.1.8枚被时金属应力利益

第2章锻造

2.1自由锻造

自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上锤、下砧之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。

金属坯料在受力变形时，除打击方向外，其他方向的流动基本不受限制。而锻件形状和尺寸主要由锻工的操作技术来控

制。

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。

1、特点：金属坯料在抵铁间受压变形时，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。自由锻锻件精度较低，加工余量较大，生产率低，其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。

2、应用：一般只适合于单件、小批量生产。自由锻也是锻制大型锻件的唯一方法。

自由锻工艺规程的制定1、绘制锻件图2、确定变形工艺3、计算坯料质量及尺寸4、选择锻造设备和工具5、确定锻造

温度范围和加热、冷却及热处理规范6、提出锻件技术要求及险收要求7、填写工艺卡等。

计算坯料质量及尺寸

原材料：RawMaterial

坯:Billet

锻件：Forging

G坯=G锻+G损=G锻+G烧+G切(或G芯)

坯料在加热和锻造过程中损耗皆(q)的计修

烧损量G«=Ki-G»冲孔芯料损耗G»=&H料头损耗G.(kg)

型式煤炉K,=2*5%〜4%实心冲子冲孔K,=l.18〜1.57IS形截iBG・=a.5~1.8)D?

油炉K-2%〜3%空心冲子冲孔K.-6.16

煤气炉&=1.5%〜45%给环冲孔34.33-4.71矩形裁面q=(22~236)B*«&

U:</——冲孔直径(拇)，H——坯料高度(dm)；Dr-W头部分直径(dm),

B——切头部分寞度(dm),Hi——切头1•分离度(&).

自由锻基本工序名称、操作规则及其应用

名

定义例操作规则应用

林

1.坯料原

始高度h.

1.用于制造高

1.像粗：使与直役d.

度小枚面积

坯料高度减之比<26,

i大的工件,如

小.横籁面■■、一■以免发生愎

1国盘、齿轮

积增大的工1b)的Eg弯

号

序2.镣粗面应

2.增加以后拔

2.局部锻粗垂直于轴线

长时的献透

:对坯料的1.珏料应绕

3

比.

某一部分进其本身轴战

UUHnwin・iin」i】3.冲孔前徽平

行的侬粗经常旋转.

苜坯料端面

使其均匀变

(d)展平像粗彩

名

定义图例操作规则应用

称

1.拨长：使坯

料的横截面积

1.经常翻转

减小而长度增1.用于制

坯料，以免

加的工序造长而截

9打得过扁造

2.芯棒拨长：面积小的

成弯折、翘

减小空心坯料{1^1工件，如

曲

的壁厚和外径(a)拨长曲轴.拉

拨2.每次送进

尺寸，增加长杆,轴等

畏量不能太大

度的工序2.制造长

.以免影响

3.芯轴上犷孔於d轴类空心

延伸率，但

:减小空心坯料醯*■—件,地药.

也不能太小

的壁谆.增加内(b)芯樟接长(c)芯披LT孔圄环、套

,一般/=(

径和外柱，以筒等

0.4-0.8)b

芯轴代替下砧

铁

一1L1.冲孔面应先供平，

使冲子能垂直放在坯料

1.用于制

端面上；

造空心件，

2.冲孔时，坯料应经

如齿轮毛坯.

冲孔：(a)实心冲头冲孔常转动，冲子要经常冷

圆环等

在坯料邦；

142.锻件质

上冲出3.冲子冲到离坯料底

*fF量要求高的

孔透孔或面的距高Ah=15-

大工件，可

不透孔20%h时，应将坯料翻

用空心冲子

的工序转，然后再将孔冲出；

(b)空心冲头冲孔去掉质量较

4.d<25inin的孔一般.

低的锌锭中

不冲出；

一―----0心部分.

07/川比々15.对直径大于450mm

的孔，可用空心冲子冲<

(c)板料冲孔孔.1

______________1

名称定义困例操作规则B.用

弯曲处的坯料1.俄制弯尚

—9”

弯曲：截面会略有缩型零件，如

采用一定^2小，同时截面形V形板等.

的工模具P状也有变化，因2.可以使流

弯

将坯料弯(a)弯曲此，如果锻件要线方向符合

曲

成规定外保持截面积不锻件的外形

影的被造变，则应在弯曲而不被割断，

工序筠前fij先进行局锻件质量好，

部敦粗(见图a)如吊钩等

(b)胎膜中弯曲

)

自由锻锻件的分类及锻造用基本工序

类别图例锻造工艺方案实例

1.报长

传动轴、

圆截面2.傲粗-拔长

q-r^)OU齿轮轴

轴类3.局部壁粗—

等

拔长)

方截面.1

同上连杆等

杆类8=-6n5==t^

\

类别图例锻造工艺方案实例

空

轴

心

1.绿粗-冲孔、

法

兰

2.保粗-冲孔、

圆

套

环

空心类-扩孔、

圈

筒

齿

3.钺粗-冲孔、

等

-芯轴上拔长

齿轮、圆

做粗或盘叶轮、

饼块类

含O局部锁粗模块轴头

等

1

类别图例锻造工艺方案实例

吊钩、

先进行轴杆类

弯曲类飞轴瓦、

O工序-弯曲

弯杆等

（

I

1.拔长-错移

9/（单拐曲轴）各种曲

曲轴类2.拔长-错移轴、偏

-扭转（多拐心轴等

曲轴）

齿轮坯锻造工艺卡

1、折叠

折叠是指塑性加工时将坯料已氧化的表层金属汇流贴合在一起压入工件而造成的缺陷.他将导致锻件的精度降低，

甚至使锻件报废；容易形成裂纹。其预防措施是：提高操作人员水平，严格按拔长的操作规则操作。

2、裂纹

裂纹是由于应力作用而产生的不规则的裂缝，这将增加了对锻件消除裂纹的修整工序，严重的将使锻件报废。其预防

措施是：消除坯料原有的裂纹；控制锻造温度和锤击力及锻件的冷却速度。

2.2模锻

模锻是金属坯料在模具中成型，得到与模膛形状相符的锻件的方法。

muim

2.2.1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。

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、冈U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。

模锻过程

下料Cropping-加热Heating一制坯Preforming1模锻DieForging-精整Sizing一热处理HeatTreatment-清理

Cleaning—检验Inspection

模锻工艺规程

1、设计模锻件图2、计算坯料尺寸3、确定变形工步4、设计锻模5、选择模锻设备6、确定加热规范7、模锻后续工序

1、设计模锻件图

1）选择分模面

选撵分一百的鼠则

选押原则

1.微件能从模膜中*利取出.

2.易保证金属充濡模履，故应选在锻件最大播面处,使

模膛最浅.

工分模面应为一平面，以借化俄模制造.cQ

乐上下模照轮席相同，以便于及时发现偌模.

S.盘类锹件应径向分模，减少余块，节的金属材料.

2）确定加工余量及公差ForgingTolerance

依据：零件的形状尺寸和锻件的精度等级，或锻锤的吨位

等上模锻件的余■和公整（吨位法）

微镂落下部分锻件余量（mm）锻件公差（mm）

高度方向水平方向高度方向水平方向

11.5〜2.01.5〜2・0+1.0—0.5

22.02・0〜2・54-1.0(1.5)-0.5

32.。〜2.52.0-2.5+L5-1.0按自由公差选定

52.25-2.52.25〜2.5+2.0—1・0

103.0—3.53.。〜3.5+2・0(2.5)-1.0

自由公差

锻件尺寸<66〜1818-5050〜120120〜260260〜500500~800

自由公差±0.5±0.7±1.0±1.4±1.9±2.5±3.0

3）确定模锻斜度DraftAngle:依据为模膛尺寸

4）确定模锻圆角半径RadiumofFillet

外圆角：使金属易于充满模膛

产加工余量+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Recess: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。

2、确定坯料尺寸

V坯=（V锻+V飞+V连）（1+K）

1）盘类锻件：一般锻粗制坯和终锻成形。

D计=1.08（V坯/m）l/3

m一坯料的高径比

2）轴类锻件：一般拔长、滚挤制坯。

D坯=1.13（K・Fmax）l/3

k一模膛系数：不制坯或有拔长工步时，k=l;

有滚挤工步时，k=0.7-0.85。

3、确定变形工步

谖上ilMt件分类及变形工步

假件分类特征.变形工步示例主要变形工步

股件在分模面上的投影为BB形成长宽

微粗

尺寸之比相近，篌击方向与坯科轴线相山C|ZD

短粕类同,终裁时，金球沿高度、长度方向均（IM锻）

终俄

博机

0件在分模面上的投彩长度与宽度之日

比较大，铮击方向与坯料轴线垂直，终・机擅长拔长

事时，金属主要沿高度和宽度方向滚压

直，类

流动.预微

终锻

轴线为弯曲线其余特征与直轴类拔长

长♦4^--।—□>g

相似.投长浪压

轴

专轴类弯曲

类3U（预殷）

终锻

锻件在分模面上的投影具有局部突起,校长

成形时，部分金属要向分枝流动.该压

枝芽类成形

二甲（预锻）

奶•tn终锻

4、锻后工序

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±0.1（To.25mm,表面粗糙度Ra值为1.25-0.63日m«一般不再进行切削加工。

1、锤上模锻锤头上锻模

——在专用的模锻空气锤或模锻蒸汽锤的

锻锤和模垫上分别固定上下模，上下模经

锤击合拢，而获得锻件的方法.

模垫

。锤上模锻具有一般模锻的

优点，但冲击大、震动大、

噪声大、效率低.一般仅用

于中小吨位的锻锤。

模座下锻模

2、压力机上模锻

摩擦盘

一在压力机上的滑

块和底座上分别固定带传动

上下模，上下模经下飞轮

压合拢，而获得锻件

的方法。丝杠

。压力机上模锻工作时冲滑块

击小、噪声小、操作安

底座

全，但生产率低.一般适

用于中小批量生产。摩擦压力机

制坯模膛Blocker:使坯料预变形而达到合理分配，使其影状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。

模锻模膛DieCavityofDieforging：使坯料变形到锻件所要求的形状和尺寸。

预锻模腔BlockingImpression和终锻模膛FinishImpression:对于形状复杂、精度要求较高、批量较大的锻件，还要

分为预锻模膛和终锻模膛。

2.3胎模锻造

——在自由锻造的设备上用胎膜生产锻件的方法。与锤上模锻和压力机模锻不同的是，胎膜不与锤头和下模座连在一起。

2.3胎模锻造

——在自由俄造的设备上用胎膜生产

锻件的方法.与锋上模锻和压力机模

做不同的是.胎膜不与锋头和下模座

连在一起.

。胎膜锻造工艺灵活，可

提高锻件的精度和形状的

复杂程度，减少了加工余

量，提高了生产率.

(1)扣模

(a)无垫模(b)有垫模(c)跳模(d)拼分模

(b)模冲模空式食模(C)活动冲头食校(d)拼分式套模

(3)合模

(a)导柱式(b)导锁式(c)导锁导柱联合式

模锻和胎模锻常见的缺陷

1、错差

错差是指模锻件沿分模面的上半部分相对下半部分产生了位移，位移量过大将使锻件报废。其预防措施：恢复合模锻

造的定位精度；及时调整锻锤、锻模位置。

2、缺肉

缺肉是指锻件的实际尺寸在某一局部小于锻件图的相应尺寸。产生缺肉的锻件需重新锻造，严重的缺肉将使锻件报废。

其预防措施是：严格控制坯料的下料尺寸；合理选用锻锤、注意坯料在模膛中的位置。

始锻温度：比固相线低200七碳素钢的始、终锻温度

终锻温度：大约为80(rc

始锻过高：过热、过烧

始锻过低：塑性变差

终锻过高：晶粒继续长大

终锻过低：塑性差难变形

抬俄终俵始假

类别例号类别例号

温度/C温度/C温度/c温度/c

Q19520Cr

1300700

Q215合金40Cr

碳素1200800

Q235结构例

结构饵125070020CrMnTi

Q255

10至351250800

9SiCr1100800

40至60

优质碳素

1200800合金

结构销

65Mn工具铜

Crl21080S40

T7、T81150800

T9、

1100770W18Cr4V1150900

碳素T10

工具铜

T11高速例

W6Mo5

T1210507501130900

CHV2

T13

始殿温度终H度V1IX1ER

合金身类

/•CXe

皿＜0・3%的碳素铜1200-1250750-800450

次0.3%~0.5%的第家角11S0-120075g800400

^0・5%~0・9%的碳票强1100-1150800300-350

帆＞0.9%的簧R列1050-H00800250-300

合金婚杓堪11507200800-850350

保合金I具策11007150850250-300

1100*-11509002OO-2SO

凌然4703S09。

8S0700150

金属材料的热加工和冷加工

分界点—再结晶温度TR

热加工一在TR以上温度进行的变形加工，如钢材的热锻和热轧。

一热加工时，塑性变形引起的加工硬化效应随即被再结晶过程的软化作用所消除。

冷加工一在TR以下温度进行的变形加工，如钢材的冷挤压、冷拔、冷冲等，冷加工时会引起加工硬化

3

制

要

裁

加一一度-

变形金属加热时组织和性能变化示意图

影响再结晶温度的因素：

金属中的杂质或合金元素，尤其是高熔点成分的存在，会阻碍原子的扩散（位错的扩散），因此再结晶温度会提高。如：

1.纯铁T再min=450℃,2、碳钢T再min=500-650℃,3、合金钢T再min〉650-700。

综合上述因素，再结晶退火温度一般为：

T再min+100-200℃

第3章板料冲压

冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的方法。这种加工方法通常是在常温条件下进行，所以又叫冷冲压。只有当板料

厚度超过8mm或材料塑性较差时才采用热冲压。

板材冲压成杉是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。板材冲压成彩具有下列特点：

①板材冲压生产主要是依靠冲模和冲压设备完成加工，工艺过程便于实现机械化和自动化，生产率很高，操作简便，

故零件成本低。

②可以冲压出形状复杂的零件，一般不需再进行切削加工，且废料较少，因而节省原材料和能源消耗。

③板材冲压常用的原材料有低碳钢以及塑性高的合金钢和有色金属，多是表面质量好的板料、条料或带料，产品重量

轻、材料消耗少、强度高、刚性好。

④冲压件的尺寸公差主要由冲模来保证，因此产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，尺寸稳定，互换性好。但

冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才显得突出。

冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。

（一）分离工序

1.落料和冲孔（统称冲裁）

冲裁（落料和冲孔）是使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料时被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔是为了获得

带孔的冲裁件，被分离的部分为废料，而周边是成品.

（1）冲裁变形过程

冲裁过程如图3.3.1所示。冲裁时板材的变形和分离过程对冲裁件质量有很大影响。当凸凹模间隙正常时，其过程可

分为如下三个阶段。

(2)断面质量

冲裁件的断面具有明显的区域性特征，由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分组成。

(3)凸凹模间隙

凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件的断面质量，也影响着模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。

图冲裁件的断面(a)落料(b)冲孔

坯料“凹模”

落料、冲孔“

(4)冲裁件的排样

排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法.图为同一个冲裁件采用四种不同排样方式时材料消耗

的对比情况。

⑸冲裁力的计算

平刃冲模的冲裁力按下式计算：

P=kLSr(1—1)

式中：P一冲裁力；L一冲裁周边长度，mm;

S一坯料厚度，mm;k-系数，常取1.3,或取=0.8;

T—材料抗剪切强度，MPa,可查手册

2.修整

修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度值。

I坯料卜I冲头I、/I坯料I

凹模

修整

3.切断

切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。

切断

(二)变形工序

变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、翻边、成形等。

1.拉深(DeepForming)

拉深是利用拉深模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心件的冲压工序。拉深可以制成筒形、阶梯形、盒形、

球形、锥形及其它复杂形状的薄璧零件。

(1)拉深过程

如图所示。把直径为D的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，坯料被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空心拉深件.

（2）拉深中的废品及防止

从拉深过程中可以看出，拉深件最危险部位是直璧与底部的过渡圆角处，当拉应力值超过材料的强度极限时，将被

拉穿形成废品。防止拉深件出现拉穿的措施是：

①凸、凹模圆角半径

这两个圆角半径过小时，则容易将板料拉穿。

②凸凹模间隙

③拉深系数

如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺.

④注意润滑

拉深过程中另一种常见缺陷是起皱。