安工院材料成型技术课件03金属的塑性成形

第３章金属的塑性成形

【教学目的】使学生掌握金属塑性成形的机理及各种塑性成形的方法，熟悉金属塑性成形工艺设计。【教学重点】

1.金属塑性成形的机理、工艺。

2.金属塑性成形性及其影响因素。【教学难点】自由锻与模锻工艺设计

【教学方法及手段】多媒体软件教学、实验。【教学内容】3.1金属塑性成形基础

，

3.2金属塑性成形方法

，

3.3金属塑性成形工艺设计，【自学内容】

3.4金属塑性成形技术的发展趋势概述：1.金属塑性成形

指利用外力使金属材料产生塑性变形，使其改变形状、尺寸和改善性能，从而获得各种产品的加工方法。

2.主要应用：（1）生产各种金属型材、板材、线材等；（2）生产承受较大负荷的零件，如曲轴、连杆、各种工具等。

3.金属塑性成形特点（1）产品力学性能优于铸件和切削加工件；（2）材料利用率高，生产率高；（3）产品形状不能太复杂；（4）易实现机械化、自动化，模具投资较大。4.分类：（1）轧制；（2）挤压；（3）拉拔；（4）自由锻；（5）模锻；（6）冲压。锻造锻压安徽工程科技学院机械系A

U

TS3.1金属塑性成形基础3.3.1金属塑性变形的机理1.单晶体的塑性变形：

在外力作用下金属内部产生应力和应变。

单晶体在切应力作用下产生应变，当切应力达到材料的屈服强度时晶格内产生相对滑移。外力去除后晶格的弹性变形消失，而滑移造成的变形保留下来，故形成宏观塑性变形。（1）塑性变形形式：

1）滑移；2）双晶（孪晶）。（2）滑移：

晶体内一部分原子相对于另一部分产生滑动。

位错：晶体中一列或若干列原子发生错排而造成的晶格扭曲现象。“位错具有易动性”滑移的位错理论：晶体内的滑移是借助滑移面上的位错运动来实现的。安徽工程科技学院机械系●孪晶●滑移安徽工程科技学院机械系2.多晶体的塑性变形：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。3.1.2金属的加工硬化、回复和再结晶1.金属的加工硬化：

即金属在低于再结晶温度加工时，由于塑性应变而产生的强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象。意义：强化金属。纯金属及某些不能通过热处理方法强化的合金，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。故应在工序间穿插热处理工艺来消除加工硬化。2.回复与再结晶：（1）回复：即将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子恢复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象。T回＝（0.25～0.3）T熔

K

生产中常利用回复消除加工硬化后工件的残余内应力。

（2）再结晶：即塑性变形后金属被拉长的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象。

T再＝0.4T

熔K生产中，再结晶也有广泛的应用。例如：在冷轧、冷挤、冷拉、冷冲的过程中穿插再结晶退火，消除加工硬化，恢复金属材料的良好塑性，以利于后续的冷变形加工。

3.1.3金属的冷成形、热成形及温成形1.冷成形：即坯料在回复温度以下进行的塑性成形过程，变形过程中会出现加工硬化。包括冷冲、冷挤、冷镦、冷轧、冷拔等，T变＜T回。优缺点：（1）成形后的金属表面光洁、尺寸

精确，具有较高强度和硬度。

（2）有加工硬化，变形量不宜过大。

2.热成形：即金属在再结晶温度以上进行的塑性成形过程。包括锻造、热挤压、热轧，T变＞T再优缺点：（1）产品力学性能高；（2）无加工硬化现象；（允许以较小的功达到较大的变形。）（3）产品尺寸精度有所下降。3.温成形：即金属在高于回复温度以上和低于再结晶温度范围内进行的塑性成形过程。包括温挤压、温拉拔、温锻等。

T回＜T变＜T再特点：变形中有加工硬化和回复现象，无再结晶现象。

为帮助大家更好地理解和掌握加工硬化、回复、再结晶对金属组织和性能的影响，下面举例说明：例1：已知铅的熔点为327℃，钨的熔点为3380℃。问：铅在20℃、钨在1000℃时变形各属哪种变形？为什么？解：T铅再＝0.4T熔＝0.4（327+273）＝240°K＝-33℃<20℃

故铅在20℃属于热变形.T钨再＝0.4T熔

＝0.4（3380+273）＝1461°K＝1188℃>1000℃

T钨回

＝（0.25－0.3）T熔

＝（913－1096）K

＝（640－823）℃<1000℃故钨在1000℃属于温变形。

3.1.4锻造比和锻造流线1.锻造比“y”：锻造时变形程度的一种表示方法，通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示。拔长时：y=A0

（前）/A（后）=L/L0

镦粗时：y=A/A0=H0/H一般：随y增大，金属力学性能提高；结构钢钢锭的y通常为2－4。2.锻造流线：也称“流纹”即锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属的主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质呈带状分布，从而具有一定方向性。（1）特点：

1）沿着流线方向抗拉强度高，塑性、韧性也高。

垂直流线方向抗拉强度低，塑性、韧性也低。

2）化学稳定性强，通过热处理不能消除。2．应用：一般应遵循两项原则（1）使流线分布与零件的轮廓相符合而不被切断。（2）使零件所受的最大正(拉)应力与流线方向一致，切应力与流线垂直。例如：1）用棒料经局部镦粗制螺钉；

2）“金流线金属锻造”，制吊钩、曲轴、齿轮等。安徽工程科技学院机械系AUTS

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。

3.1.5材料的塑性成形性1.材料的塑性成形性：指是材料经过塑性变形不产生裂纹和破裂以获得所需形状的加工性能。包括可锻性和板料冲压性能。可锻性：指材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力。一般：材料塑性越好，变形抗力越小，材料的塑性成形性越好。2.影响因素（1）材料本质

1）化学成分：碳：C固溶于Fe中，形成F、A，塑性增大，变形抗力下降，塑性成形性提高；C与Fe形成Fe3C，塑性下降，变形抗力增大。杂质元素：硫、磷等杂质元素，一般使钢塑性下降。

合金元素：一般降低塑性，提高变形抗力，塑性成形性下降。2）金相组织：

单相优于多相；细晶粒优于粗晶粒，热成形组织优于冷成形和铸态组织。（2）变形条件1）变形温度，一般情况：温度升高，塑性增大，塑性成形性增大，但温度过高，塑性会下降，塑性成形性也会下降。

2）应变速率，指应变相对于时间的变化率。

两方面：①应变速率增大，塑性下降；

②应变速率达一定值后，由于热效应，塑性增大。3）应力状态

：指受力物体内一点的各个面上的应力状况。主应力图：变形体内单元体上主应力作用情况的示意图形。应力状态取决于加工方式。压应力个数越多，数值越大，塑性越好。

3.1.6金属塑性成形的基本规律1.体积不变条件（定律）：由于塑性变形时金属密度变化很小，所以可以认为变形前后的体积相等．实际上在变形中有微小变化。气孔、缩松被压合；氧化及耗损等。运用此定律，便于估算坯料体积、质量及坯料在各工序中的尺寸；采用V形砧拔长以提高拔长效率。2.最小阻力定律：

即如果物体在变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时，则物体各质点将向阻力最小的方向移动。故宏观上变形阻力最小的方向上变形量大。依据该定律：镦粗矩形截面坯料，最终会成为圆形截面。

3.2金属塑性成形方法

主要有锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。

3.2.1锻造

锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。按所用的设备和工（模）具的不同，可分为自由锻和模锻两大类。1.自由锻即只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下帖间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法。（1）分类

1）手工锻造，生产小型锻件。

2）机器锻造，生产大、中、小型锻件。（2）特点1）金属坯料在水平方向可自由流动；

2）可使用多种锻压设备；

3）锻件力学性能好；

4）节约金属，减少切削加工工时；

5）锻件形状简单，精度低；

6）生产率较低，劳动强度较大。主要用于形状简单的单件小批生产，特别适于重型、大型锻件生产。（4）自由锻的基本工序分类

：

1）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。2）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。3）基本工序：锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。2.模锻即利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用的模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机等。（1）模锻分类：1）锤上模锻：在锻锤上进行；2）胎模锻：在自由锻设备上使用可移动模具；3）压力机上模锻：在压力机上对热态金属进行模锻。（2）模锻特点1）坯料整体塑性变形，三向受压；2）锻件尺寸精确，加工余量小；3）锻件形状可较复杂；4）生产率较高；5）锻模造价高，制造周期长；适于小型锻件的成批大量生产。如飞机、机车、军工、轴承等制造业中的齿轮、轴、连杆等零件。1）锤上模锻：

即在锻锤上进行的模锻。

按所用设备和模具不同，

可分为锤模锻和胎模锻。

①锤模锻：即在各种模锻锤上进行的模锻。

★

锻模模膛：→根据锻件形状和模锻工艺而

开设的凹腔。

（3）模锻方法

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…●

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②胎模锻：即在自由锻造设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。

特点：

与自由锻相比：锻件质量好；生产率高；节约金属。

与模锻相比：

操作灵活；生产准备周期短；锻件表面质量较差；劳动强度大。胎模的种类：扣模；筒模；合模。2）锻造压力机模锻（自学)

在压力机上对热态金属进行锻造。

①液压机模锻：模锻液压机是用高压液体（通常为水或油）来驱动安装在活动横梁上的锻模进行模锻的。

②锻压机模锻：锻压机即热模锻机械压力机，是通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻的。

③平锻机模锻：平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机。

④螺旋压力机模锻：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转带动滑块上下运动，向上实现回程，向下进行锻打的压力机。3.2.2冲压1.冲压是使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称。（1）冲压设备：

1）剪床→把板料切成一定宽度的条料，为后续的冲压备料。

2）冲床→完成冲压的各道工序，生产出合格的产品。（2）冲压特点1）冲压件轻、薄、刚度好；2）生产率和材料利用率高；3）成品形状可较复杂、尺寸精度高、表面质量好、质量稳定，一般无需切削加工；4）大批量生产时，产品成本低。应用：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等领域。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。安徽工程科技学院机械系AU

TS⑴冲裁：即利用冲模将板料以封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离的冲压方法。即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2.冲压基本工序安徽工程科技学院机械系AUTS1）冲裁变形过程◆三个阶段：弹性变形→塑性变形→剪裂分离

◆冲后断面特征：

对应各变形阶段，冲裁断面相应地分为塌角、光亮带、剪裂带和毛刺区。光亮带宽度越大，塌角越小，剪裂带的宽度和斜度越小，则剪切面的质量越好塌角光亮带剪裂带毛刺塌角光亮带剪裂带毛刺冲裁件断面组成示意图冲孔件落料件2）冲裁间隙：指凹模与凸模工作部分的水平投影尺寸之差。（一般用字母Z代表双边间隙）冲裁间隙的大小直接影响冲裁件的质量、冲裁力的大小和模具寿命。

冲裁间隙的影响：①对断面质量：Z过大，断面质量不好；②对模具寿命：Z加大，提高寿命；③对冲裁力：Z加大，可减小冲裁力。

合理选择间隙值Z

（根据材料种类、料厚、精度要求等确定）

①当断面质量要求较高时，应选较小的间隙值；②当断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙。经验公式：Z＝mδ（m是系数，δ是料厚）

冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时：Z＝（6％～8％）δ

冲裁硬钢等材料时：Z＝（8％～12％）δ

冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适当增大。3）排样：即冲裁件在板料或带料上的布置方法。排样原则：合理。目的：简化模具结构，提高材料利用率。4）提高冲裁质量的冲压工艺：当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时，常采用整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提高冲裁质量。⑵弯曲：

即将板料、型材或管材在弯矩的作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。1）弯曲变形过程：弹性变形塑性变形塑性弯曲板料受力：外侧受拉应力“+”；

内侧受压应力“-”。

外层开裂：当б外＞бb时，则产生弯裂。故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲半径）,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。

3）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。2）最小弯曲半径：即坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的弯曲半径，用符号rmin表示。故在生产中：r＞rmin。4）弯曲的分类和应用：按所用设备和工具不同，弯曲可分为压弯，拉弯和辊弯等类型。①压弯：即用凸模将坯料压入凹模弯曲成形。弯曲工艺适应性强，最常用；②拉弯：是使坯料在受拉状态下沿模具弯曲成形。

用于弯曲半径较大的工件；③辊弯：是使坯料受辊轴旋转时摩擦力作用，连续进入辊轴间弯曲成形。

常用于圆柱面和圆锥面加工。

⑶拉深：也称为拉延，是使板料成形为空心件而厚度基本不变的加工方法。★拉深模与冲裁模的主要区别:

工作部分不是锋利的刃口而是圆角；

凸模与凹模的间隙显著增加，一般单侧间隙应稍大于板厚。弹性变形塑性变形。1）拉深变形过程：ddD02）拉深系数m：即拉深变形后制件直径d与其毛坯直径D0之比。m=d/D0

（

m越小，表示变形程度越大）mmin为极限拉深系数：在工件不至拉裂的条件下，所能达到的最小拉深系数。多次拉深：当m＜mmin时，如拉深弹壳、笔帽等则要采用多次拉深。mmin=0.5～0.8拉深次数＜4~5次，且要求m1＜m2＜…＜mnm=m1m2

…

mn3）拉深缺陷：拉裂、起皱

拉裂---筒壁与底部的过渡处破裂。防止措施：①采用多次拉深，使用润滑剂；②合理规定间隙及加大模具圆角半径。

起皱---由于切向压应力过大使毛坯失稳而造成变形区折皱。防止措施：①采用压边圈压紧坯料；②间隙不能过大，m不能过小。⑷其他冲压成形工艺1）缩口：即将管件或空心制件的端部沿径向加压，使其径向尺寸缩小的加工方法。2）起伏：即在板坯或制品表面上通过局部变薄获得各种形状的凸起与凹陷的成形方法。3）翻孔：即在预先制好孔的半成品或未经制孔的板料上冲制出竖直边缘的成形方法。4）胀形：即板料或空心坯料在双向拉应力作用下，使其产生塑性变形取得所需制件的成形方法。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。3.2.3轧制（自学）轧制是金属材料（或非金属材料）在旋转轧锟的阿姨里作用下，产生连续塑性变形，获得所要求的截面形状并改变其性能的方法。按轧锟轴线与轧制线间以及轧锟转向的关系不同轧制可分为纵轧、斜轧和横轧三种。1.纵轧即轧锟轴线相平行，旋转方向相反，轧件作直线运动的轧制。锟锻也属纵轧类型，是用一对相向旋转的扇形模具使坯料产生塑性变形，从而获得所需锻件或锻坯的锻造工艺。

⑵斜轧即轧锟相互倾斜配置，以相同方向旋转，轧件在轧锟的作用下反向旋转，同时还作轴向运动，即螺旋运动的轧制方法。常用的斜轧方法有孔型斜轧和仿型斜轧两种。广泛用于生产钢球、周期性轧材、麻花钻、空心管套等零件或毛坯。⑶横轧即轧锟轴线与轧件轴线平行且轧锟与轧件作相对转动的轧制方法。常用的横轧方法有楔横轧、齿轮轧制、辗环。分别用于生产各种类形的台阶轴、齿轮、和螺纹。3.2.4挤压（自学）1.正挤压：即使坯料从模孔中流出部分的运动方向与凸模运动方向相同的挤压方法。2.反挤压：即坯料的一部分沿着凸模与凹模之间的间隙流出，其流动方向与凸模运动方向相反的挤压方法。3.复合挤压：即同时兼有正挤、反挤时金属流动特征的挤压方法。4.径向挤压：即坯料沿径向挤出的挤压方式。3.2.5其它塑性成形方法（自学）1.柔性模成形即用液体、橡胶或气体的压力代替刚性凸模或凹模使板料成形的方法。（1）橡皮成形：即利用橡皮作为通用凸模（或凹模）进行板料成形方法。（2）液压成形：即用液体（水或油）作为传压介质，而使板材按模具形状产生塑性变形的方法。（3）液压-橡皮囊成形：即液体压力通过橡皮囊作用于毛坯，使之成形的工序。2.摆动辗压即上模的轴线与被辗压工件（放在模下）的轴线倾斜一个角度，模具一面绕轴心旋转，一面、对坯料进行压缩的加工方法。可用于坯料的镦粗、铆接、缩口、挤压等。

3.径向锻造又称旋转锻造，是对轴向旋转送进的棒料或管料施加径向脉冲打击力，锻成沿轴向具有不同横截面制件的工艺方法。4.粉末锻造即金属粉末经压实后烧结，再用烧结体作为锻造毛坯的锻造方法，锻造设备一般采用压力机或高速锤。5.液态模锻即将定量的熔化金属倒入凹模模腔内，在金属即将凝固或未凝固状态下用冲头加压，使其凝固以得到所需形状短见的加工方法。锻造设备可采用通用液压机或专用液压机。6.超塑成形即利用金属在特定条件（一定的温度条件、一定的变速速度条件、一定的组织条件）下具有的超塑（高的塑性和低的变形拉力）来进行塑性加工的方法。常用的超塑性成形方法有超塑板料冲压、超塑挤压和超塑模锻等。7.高能成形即利用高能率的冲击波，通过介质使金属板料产生塑性变形而获得所需形状的加工方法。按能源不同，高能成形可分为爆炸成形、电液成形、电磁成形等类型。3.3金属塑性成形工艺设计3.3.1自由锻工艺设计主要内容：①绘制锻件图；②确定变形工序；③计算坯料的重量和尺寸；④确定加热温度及冷却方式；⑤选定锻造设备等。1.绘制锻件图锻件图＝零件图+余块

+加工余量+锻造公差绘制方法：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。例：如图所示的轴，批量为10件/月，材料为45号钢。

安徽工程科技学院机械系AUTS2.确定变形工序锻造变形工序应依据锻件的形状、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。各类自由锻件的基本变形工序方案见表3-8。

3.计算毛坯重量

m0=（md+mc+mq）（1+δ）式中m0

——

毛坯重量（kg）

md

——锻件重量（kg）

mc

——

冲孔芯料重量（kg）

mq

——

切除料头重量（kg）

δ——

烧损率，燃料加热一般取2％~3％，电加热取0.5%~1%。4.计算毛坯尺寸当锻造的第一工序为镦粗时：则坯料直径：D0≥0.8当锻造的第一工序为拔长时：

D0≥DmaxD0—

毛坯直径（mm）；V0—

坯料的体积（mm3）；Dmax—

拔长后锻件的最大直径（mm）；Y—

锻造比。根据算出的坯料重量可算出坯料的体积，坯料的尺寸则取决于第一工序的性质。若是镦粗，则坯料的高径比不应超过2.5（以免镦弯），但要大于1.25（使下料方便）；若是拔长，则按锻件的最大截面（最小变形）处满足锻造比要求来选择坯料尺寸。最后所确定的坯料直径或边长应为标准值(市场可买到），再按体积计算坯料的长度，即：

L0＝V0/F0

＝4V0/D02采用钢锭为坯料的大型锻件，则根据算出的坯料重量选取标准钢锭。5.确定锻造温度范围及加热冷却规范

（1）锻造温度范围：对于45号钢始锻温度：1200℃，终锻温度：800℃

（2）加热：箱式加热炉（煤、油或电能）可将冷的坯料直接送入高温的加热炉中，提高生产率。（3）冷却：空冷：

WC≤0.5%的碳钢及WC≤0.3%的低合金钢中、小锻件一般采用空冷。6.选择锻造设备（1）选择依据：锻件重量、类型和尺寸。设备吨位大小要适当，既不能造成能量的过分浪费，又要保证锻件能充分锻透。（2）确定方法：理论计算法和查表法。目前生产中比较实用的是查表法，可根据锻件大小和形状查表选择锻锤的吨位。工艺设计还包括选用工夹具、确定加热设备、制定加热及冷却规范、热处理工艺等内容，最终需将设计结果填写在工艺卡片上。7.零件结构的自由锻工艺性①应避免锥形、楔形，尽量采用圆柱面或平行平面,以利于锻造。②各表面交接处应避免弧线或曲线，尽量采用直线或圆，以利于锻制。③应避免肋板或凸台，以利于减少余块和简化锻造工艺。④大件和形状复杂的锻件，可采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构，以利于锻造和机械加工。8.自由锻工艺设计示例例：试绘出图示齿轮轴的自由锻件图，并选择锻造工序和计算坯料尺寸。安徽工程科技学院机械系AUTS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。50±8150±8360±8(30)(130)(340)

110±4

70±4

50±4(40)(60)(100)②变形工序：头部镦粗→杆部分段拔长③计算坯料：

头部镦粗段

V1＝3.14×0.552×0.5＝0.475dm3

D01＝（0.8～1）＝（63～79）mm

杆部拔长段

D02＝

Dmax

＝(1.14～1.22)×70

＝（80～86）mm

最终取D0＝80mm

V锻＝3.14×(0.552×0.5+0.352×1+0.252×2.1)＝1.27dm3

m锻＝V锻×ρ，m烧损＝

m锻＝3％m锻，m料损忽略不计

m坯＝1.03m锻＝1.03×V锻×ρ

L0＝mm

即坯料尺寸为φ80×260。3.3.2锤模锻工艺设计主要内容：1、绘制模锻件图；2、计算坯料的重量和尺寸；3、确定模锻工步；4、选择锻压设备；5、设计锻模模膛；6、确定锻造温度范围、加热和冷却规范。AUTS

1.绘制模锻件图

模锻件图＝零件图+分模面+加工余量+模锻斜度

+冲孔连皮+余块+圆角+公差★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:★余块（为简化形状而增加的料块）:窄槽、齿形、小孔（孔径小于25mm）、深孔（深度大于3倍直径）、横向孔以及其它妨碍出模的凹部均不锻出。★冲孔连皮（为避免上、下冲头对撞损坏模具而在模锻通孔时留下的金属层）:连皮厚度一般为4～8mm，

锻后再由冲孔切边模切除。★加工余量和公差：只在锻后需机加工之处添加。★模锻斜度:垂直于分型面的表面上加。外壁斜度5º或7º，内壁斜度7º或10º★圆角半径:所有转角都应为圆角。内圆角r=1~4mm，外圆角R=(3~4)r安徽工程科技学院机械系AUTS齿轮锻件图

3.计算坯料尺寸：根据锻件质量和加热、锻造过程中的损耗计算。（略）4.选定模锻锤吨位：根据锻件质量查表确定。5.确定锻造温度范围、加热和冷却规范。2.确定模锻工步

拔or滚or弯制坯+预锻+终锻盘类（齿轮、法兰等）：镦粗制坯+（预锻）+终锻轴类（曲轴、连杆等）：6.修整工序:

即模锻件成形后提高精度和表面质量的工序。①切边：即带飞边的模锻件终锻后切除飞边的工序。②冲连皮：即带孔的锻件经终锻后，冲除孔内连皮的工序。③校正：即为消除锻件在锻后产生的弯曲、扭转等变形，使之符合锻件图技术要求的工序。④热处理和清理：模锻件经过修整后，一般还需通过热处理和清理。采用正火或退火，细化晶粒；清理表面缺陷或氧化皮。7.零件结构的模锻工艺性①应有合理的分模面，保证锻件从模膛中取出又利于金属填充、减少余块和易于制模。②与分模面垂直的非加工面应有结构斜度，以利于从模膛中取出锻件。③应避免肋的设置过密或高宽比过大，以利于金属充填模腔。④应避免腹板过薄，以减小变形抗力及利于金属充填模腔。

避免横截面面积相差过大

避免薄壁、高肋及直径过大的凸缘

⑤应尽量避免深孔或多孔结构。以利于制模和减少余块。⑥形状复杂件宜采用锻-焊、锻-螺纹联接等组合结构，以简化模具和减少余块。7.模锻工艺设计示例例：齿轮零件，材料为45钢，中批量生产。试编制模锻工艺规程。（1）零件结构分析：零件结构合理。（2）绘制锻件图：该零件孔内应有连皮，参考有关标准和资料，选定机械加工余量、锻件公差、模锻斜度、模锻圆角等参数值，绘出锻件图。（3）确定变形工步：该锻件系盘类件，应采用镦粗－终锻工步。（4）选择修整工序：需安排切边、冲连皮、校正、热处理（正火或退火）、清理等修整工序。3.3.3冲压工艺设计（自学）冲压工艺设计包括冲裁、弯曲、拉深等工序中的工艺设计以及冲压工序选择、模具选择等。1.冲裁工艺设计

(1)落料模刃口尺寸:落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸，且随着凹模磨损刃口尺寸会增大；

(2)冲孔模刃口尺寸:由于制件孔的尺寸取决于凸模刃口尺寸,且随着凸模磨损刃口尺寸会减少。安徽工程科技学院机械系AUTS

确定新制凸模、凹模尺寸的基本原则为：

落料→以凹模为基准，凹模尺寸接近于落料件的最尺寸，凸模比凹模缩小一个最小间隙值；

冲孔→以凸模为基准，凸模尺寸接近于冲孔件的最大尺寸，凹模比凸模放大一个最小间隙值。

2.弯曲工艺设计(1)凸模圆角半径rp：一般情况下，凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧圆角半径r。当工件圆角半径较大时且精度较高时，应进行回弹计算。(2)弯曲件毛坯长度计算：弯曲件毛坯长度为弯曲件的直线部分和弯曲部分的中性层长度之和。3.拉深工艺设计（1）拉深间隙Z：即拉深模具中凸模和凹模之间的单边径向间隙。（2）凸、凹模直径：当要求拉深件外形正确时，凹模直径应等于拉深件外径，凸模直径为凹模直径减去间隙值。当要求拉深件内形正确时，凸模直径应等于拉深件内径，凹模直径等于凸模直径加间隙值。（3）毛坯直径计算：毛坯直径通常是根据拉深件与坯料表面积相等的原则计算得出的。（4）拉深次数确定：当拉深件的拉深系数小于极限拉深系数时，须采用多次拉深工艺。4.冲压工序选择（1）工序类型的选择：主要根据冲压件的形状、尺寸等确定。查表（2）工序顺序：主要根据零件的结构形状和模具类型确定。

带孔平板件采用单工序模时一般先落料后冲孔，采用连续模时则须先冲孔后落料。

带空的弯曲件或拉深件应先弯曲或拉深后再冲孔，以防孔变形。

形状复杂的弯曲件一般先弯两端和两侧，后弯中间部分。5.模具选择（1）模具类型的选择：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可分为：单工序模、复合模和连续模三类。考虑因素：冲压件的形状、尺寸、精度要求和生产批量等。

单工序模---只能完成一道冲压工序的冲模。（简单模）

特点：结构简单、制造容易，但生产效率低，适于生产小批量、低精度的冲压件。

连续模---在冲床一次行程中，在模具不同工（级进模）上同时完成多道冲压工序的冲模。

特点：结构简单，生产效率高，AUTS

复合模---在冲床的一次行程中，在模具的同一工位上同时完成多道冲压工序的冲模。特点：生产效率高但模具结构复杂，通常用于冲孔与落料、落料与拉深等少量工序的复合，

适合大批量生产高精度的