沈工大材料成型工程综合实验课件第3篇 塑性成型工艺过程综合试验

《塑性成型工程综合试验》第三篇塑性成型工艺过程综合试验第十一章塑性成型工艺过程综合试验概论一．塑性成型的特点优点：

1．组织、性能都能得到改善和提高。

2．可以节省金属材料,材料利用率高。

3．工件可以达到较高的精度，提高制件的强度。

4．塑性成型方法具有很高的生产率。缺点：

1．投资大，经费多，制约新产品迅速投产的瓶颈。

2．一定程度的环境污染第一节塑性成型工艺过程综合实验概论二．塑性成型方法的分类三．塑性成型的应用湖南同心实业股份有限公司生产的部分模具第二节塑性成型生产过程简述常用的塑性成型设备参

数

名

称蒸汽锤螺旋压力机曲柄压力机百协CHK锻锤打击速度（m/s）4～70.6～0.80.3～0.74～6 冷击时间(ms)2～330～6030～602～3成形接触时间(ms)5～1530～15080～1205～15打击频率80～1006～1540～8080～110灵活性好

差

差好投资比例11～241适应性

多品种小批量

单一零件大批量

单一零件大批量

多品种小批量结构复杂最简单一般最复杂简单自动化程度

差

差

好好锻造原理小能量多次锤击成形

一次冲击压力成形静压力成形

小能量多次锤击成形工作精度差

差

高高能源消耗比较152～331太原重工630kJ对击锤JC23-63A开式可倾压力机

VPA型热挤压机VPE型热镦锻、切边、预成形、校直机德国Lasco公司用于热锻、冷锻、温锻的液压机一．冲压成型生产过程介绍冷冲压热冲压

金属在常温下的加工，一般适用于厚度小于4mm的坯料。优点为不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低。缺点是有加工硬化现象，严重时使金属失去进一步变形能力。冷冲压要求坯料的厚度均匀且波动范围小，表面光洁、无斑、无划伤等。

将金属加热到一定的温度范围的冲压加工方法。优点为可消除内应力，避免加工硬化，增加材料的塑性，降低变形抗力，减少设备的动力消耗。

1．深入研究冲压变形的基本规律、变形理论、失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，从而优化冲压工艺方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。

2．研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。

3．开发并应用计算机辅助设计和制造系统（CAD/CAM），发展高精度、高寿命模具。

4．推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统（FMS）、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与自动化的流水线冲压生产。

5.不断发展和应用精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成形、电磁成形、超塑成形等技术,取代传统的冲压加工方法

现代冲压加工发展趋势

冲裁拉深弯曲胀形翻边复合成型二．锻造成型生产过程介绍冷锻热锻温锻

一般地讲，在有再结晶的温度区域的锻造。

在低于金属再结晶温度下进行的锻压，通常所说的冷锻压多专指在常温下的锻压。

在高于常温、但又不超过再结晶温度下的锻压称为温锻压。温锻压的精度较高，表面较光洁好而变形抗力不大。

1.突出发展精密成形技术,发展少无切削技术。

2.塑性加工的智能化

3.复合技术

4.液压成形技术

5.激光成形技术

6.新材料精密成形工艺

现代锻造加工发展趋势

自由锻拔长芯轴拔长马架扩孔错移冲子冲孔模锻工艺流程轴类件模锻模锻过程分析一．塑性成型前准备阶段1．技术准备制定成型工艺——计算成型工艺（力能参数）各项参数。验证成型工艺——成型工艺评定试验2．物质准备原材料准备——原材料质量检验成型设备准备——根据成型工艺力能参数确定成型设备3．金属成型性能实验准备——成型性能操作评定试验第三节塑性成型工艺过程中综合实验及其作用二．金属塑性成型操作试验

对施工中的质量进行检查——成型操作过程中的质量检验

对锻压件质量事故进行分析——锻压件失效分析试验三．金属塑性成型质量检验试验

对锻压件产品进行验收——锻压件产品质量检验对锻压件产品质量事故进行分析——锻压件产品失效分析试验第四节塑性成型综合实验依据及有关标准第十二章金属塑性成型性能试验第一节金属塑性成型性能试验的内容一.冲压成型性能试验的内容冲压成型性能板材对冲压成型加工的适应能力，它取决于金属薄板的静态品质，还取决于冲压过程中的应力应变条件，以及薄板制件的几何特征狭义冲压成型性能广义冲压成型性能材料开始出现破裂的极限变形程度，作为评定冲压性能的材料特性成型性能冻结性能贴膜性能锻造成型性能衡量金属原材料经受锻造成型的难易程度的一项工艺性能。狭义锻造成型性能广义锻造成型性能贴膜性，定形性拉深性能胀形性能扩孔性能弯曲性能复合成型性能（拉深＋胀形）局部成型性能（FLD）二.锻造成型性能试验的内容

第二节金属塑性成型性能试验的分类及目的直接试验方法间接试验方法

间接试验又称基础试验，是使材料进行单纯的变形过程，通过测定各种与材料成型性能相关的各种参数，把握其物理意义，掌握强度及变形特性。

通过特定的压力设备，让试样所受到的应力状态和所产生的变形过程都与在实际加工中试样所受的负荷和产生的变形过程相似，从而测定特定的负荷或变形量，当作判定金属成型性能尺度的一种工艺性试验。第三节金属塑性成型性能试验方法

一.冲压成型性能试验的方法

1.板材拉伸试验1.1拉伸试验原理利用板材的单向拉伸试验可以得到许多与板材冲压性能密切相关的试验值（1）屈服点（2）抗拉强度（3）屈强比（5）硬化指数（6）各项异性指数（4）均匀伸长率大多数金属板材的硬化规律接近于幂函数的关系，n值大的板材，在冲压成型时加工硬化剧烈，变形抗力增加较快。拉伸试验确定n值的方法很多，例如

两点法：计算出拉伸过程中某两点的真实应力σ与应变ε，则可利用公式σ=Kεn

，计算出n与K的数值。

板厚方向性系数r值是在拉伸过程中板材试样的宽度应变εb与厚度应变εl的比值。

r值大时，表明板材在厚度方向上的变形比较困难，比板平面方向上的变形小，在伸长类成型中，板材的变薄量小，有利于这类冲压成型。但试验与理论分析都证明，当板料的r值较大时，它的拉深性能也好，板材的极限拉伸系数Mc更小。

由于板材的r值常具有方向性，这时可以按平均值计算：r0、r45与r90分别是与板材轧制方向成0°、45°与90°的方向上截取的拉伸试样的测得r值。板平面方向型系数

测定试样的屈服点σs、抗拉强度σb、屈服比σs/σb、均匀伸长率δu、硬化指数n以及各向异性系数r。

观察材料在拉伸试验中的各种现象，并绘出拉伸曲线和名义应力拉伸曲线。

注意观察端口形貌

学习和掌握万能材料试验机的构造和工作原理，以及其使用方法。1.2板材冲压性能拉伸试验方法试验目的

试样是从待试验的板材上截取，加工按GB2975标准，拉伸试验的试样长度按标准（GB228－87）确定，试样的宽度，根据原材料的厚度采用10、15、20和30mm四种，宽度尺寸偏差不宜大于0.02mm。

拉力试验机（机械式或液压式）

游标卡尺和X－Y函数记录仪试验试样、工具及设备

注明材料性能、取样部位纤维方向、试验温度规范、速度规范、试样形状、尺寸、试样断口形状、试样是否均匀变形。

试验结果的每一组数据，应至少来自五个试样，包括最大值、最小值和平均值。

试验报告可根据试验内容自行设计。试验报告及要求试验步骤

原始尺寸测量：测量板宽W0，确定标距。

根据试样的负荷和变形水平，相应地设定试验机的量程范围

快速（一般<50mm/min）调节上下夹头的距离，安装试样并保持上下对中。

设定加载速度（一般<2mm/min）开机加载观察试验现象

停机,卸下试样观察断口形貌2.1板材胀形试验原理2.板材胀形试验

板材的胀形性能试验又称为杯突试验或压穴试验。一般包括Erichsen胀形试验和瑞典式纯胀形试验。它是测定板材冲压性能的一种工艺性试验。

杯突机上用一定规格的钢球或球状冲头向夹紧与规定的环形凹模内的试样施加压力，直至式样产生微细裂纹为止，此时冲头的压入深度称为材料的杯突深度值。该值反映材料对胀形的适应性，可作为衡量板料胀形、曲面零件拉深的冲压性能指标。杯突试验

先将平板坯料试样放在凹模平面上，用压边圈压住试样外圈，然后，用球形冲头将试样压入凹模。由于坯料外径比凹模孔径大很多，所以，其外环不发生切向压缩变形，而与冲头接触的试样中间部分坯料受到双向拉应力作用而实现胀形成型。在胀形成型中，把试样出现裂纹时冲头的压入的深度称为胀形深度或Erichsen试验深度，简计为Er值。Er值越大，胀形性能及拉深类成型性能越好。

Erichsen胀形试验

Er值的影响因素很多，如板料的厚度、压边力大小、润滑条件及模具的粗糙度等对他都有影响。此外，由于试验设备不同、操作方法不同以及对裂缝判断之差异等都会影响试验的结果。

学习确定板料胀形性能的试验方法；操作试验机，熟悉原理图并了解各手柄的作用。

了解胀形性能试验机的构造及操作2.2板材冲压性能胀形试验方法试验目的

08、A1、H62、板材。

胀形性能试验模具；游标卡尺；千分尺等常用工具。

BT－6型胀形性能试验机一台试验试样、工具及设备

先将手柄转到“反”和“慢”的位置上。

装好模具，将冲头装到冲头座中，再将冲头座拧紧到活塞上。

在试样与冲头接触的一面和冲头球面上涂润滑油。

夹紧试样，使压边力指示到10KN。

将手柄转到“正”并逐渐转动调速手柄向“快”移动，速度在10mm/min左右，注意观察试样变形情况，见有裂纹出现时即停车，记录杯突深度和压力值。

手柄转到“反”启动按钮，取出式样。

重复步骤（3）～（6），每种材料应做两次以上试验，将所得胀形深度的算术平均值，作为该材料的胀形深度值。

试验完毕将模具拆下，并整理好各种工具试验步骤试验报告及记录表格测量胀形性能试验模具尺寸，试样宽度、厚度。试样宽度试样厚度冲头半径上模孔径热模孔径80≤2R10Φ27Φ33胀形性能试验记录表序号材料种类试样宽度(mm)厚度(mm)压力(N)胀形深度h/mm备注123平均值1

┆

在Erichsen胀形试验条件下，试样法兰边或多或少总会有某种变形，即法兰边金属会有少许流向凹模内。于是，中间部分材料的胀形成分就不十分纯。瑞典式纯胀形试验

瑞典式纯胀形试验在凹模与压边圈相应位置上设置了三角形肋槽，以阻止法兰部分材料流入凹模，使球形冲头下面所对材料产生纯胀形。

同Erichsen试验相对应，纯胀形试验结果得到最大胀形深度hmax，hmax越大，表明板材的胀形性能越好。这个试验和richsen胀形试验相比，只是模具结构发生了一点变化，其试验方法、步骤和Erichsen胀形试验是一致的。但是，这种工试验方法尚未普及。其主要原因是，各种因素仍然会对试验结果产生影响，它不能从根本上取代Erichsen胀形试验。瑞典式纯胀形试验同Erichsen试验对比3.1板材拉深试验原理3.板材拉深试验Swift求极限拉深比的试验，也叫Swift拉深试验

试验方法使用不同直径的圆形坯料，并按照逐级增大直径的操作程序在图示的装置中进行拉深成型试验，取试样侧壁不致破裂时可能拉深成功的最大坯料直径D0max与冲头直径dp之比值，称为极限拉深比（LDR），即，LDR值越大，则板材的拉深成型性能越好。拉深极限试验原理

我国习惯用极限拉深系数m0表示拉深成型的极限变形程度，它是极限拉深比的倒数，故有。显然，其意义是：m0越小，表明拉深变形程度越大，板材拉深成型性能越好。

Swift拉深试验能比较直接地反映板材的拉深成型性能。但也受试验条件（如间隙、压边力及润滑等）的影响，使试验结果的可靠性有所降低。它的最大缺点是须制备较多的试样、经过多次的试验。极限拉深系数与极限拉深比

通过试验测定板材的拉深成型性能参数，即极限拉深比LDR和极限拉深系数mc。

学习和掌握板料拉深试验方法。极限拉深试验方法试验目的

圆片状试样，按规定的直径级差分组，组数不少于2，每组内有效试样数量为6。相邻两级试样的直径级差为1.25mm，各级试样的外径偏差不大于0.05mm。按GB/T15825.2规定制备试样，并记录试样实测厚度。

拉深性能试验模具；游标卡尺；千分尺等常用工具。

BT－6型拉深性能试验机一台试验试样、工具及设备表11－9拉深试样和模具尺寸的关系板料基本厚度t0凸模直径dp凸模圆角半径rp凹模内径Dd凹模圆角半径rd0.45～0.645.0±0.16.4±0.10>0.64～0.919.1±0.10>0.91～1.3013.0±0.15>1.30～1.8618.6±0.15>1.86～2.5025.0±0.25

对不同材料按试验要求制备试样，并按逐级增大顺序依次把放好。

根据试样按表11－9选择模具，并将测得的参数记录到表11－10中。

对模具、试验装置和试验机进行清理、检查和润滑。

装好模具，进行预试验，确定合理的压边力。

将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模与压边圈之间。

夹紧试样，注意夹紧的压边力的大小对拉深时的起皱与破裂有影响。试验步骤

施加压边力后启动凸模，采用逐级增大试样直径的方法测定拉深杯体底部圆角附近的壁部不产生破裂时允许使用的最大试样直径(D0)max。试验时所用的初始试样直径可根据经验确定。当初始试样直径难于估计时，允许使用单个试样进行快速试验，一旦发现试样直径接近(D0)max，则应开始对每组试样进行重复试验。

将手柄置“正”，调速手柄逐渐向“快”移与中间位置，直至筒形件拉成。取出筒形件，依次换大直径试样，重复步骤（5）～（8）。当拉深某一直径毛坯，筒形件发生破裂时，再用相同直径毛坯重做一次，仍然拉裂，则比该值稍小的毛坯直径即为Dmax。计算LDR=Dmax/dp和Mmin=dp/Dmax并计入表中。试验步骤

换另一种材料的试样，依次从小到达，重复步骤（4）～（8）。

每组试样必须进行6次有效重复试验，并记录破裂与未破裂试样的个数。当试验出现下述任一种情况时，试验无效：a.破裂位置不在杯体底部圆角附近；b.杯体出现纵向皱褶；c.杯体形状明显不对称，两个对向凸耳的峰高之差大于2mm。

试验结束。卸下模具，并整理好各种试验工具。试验步骤

试验报告格式自行设计。

如何确定材料的极限拉深系数？使用怎样的计算方法。

注意观察并比较夹紧力对试验结果的影响。试验报告及要求序号材料种类材料厚度t(mm)试样直径D(mm)凹模尺寸凸模尺寸间隙Z(mm)拉深力P(N)最大拉深程度LDR=Dmax/dp最小拉深系数mmin=dp/DmaxDd(mm)Rd(mm)dp(mm)Rp(mm)1

┆

表11－10杯形件拉深试验记录表拉深潜力试验也叫TZP试验或拉深力对比试验。这种试验方法是由W·Engelhardt和H·Gross开发的。在一定的拉深变形程度下（TZP试验时取毛坯直径D0＝52mm，冲头直径dp＝30mm）最大拉深力与试验中已经成型的试样侧壁的拉断力之间的关系作为判断拉深成型性能的依据。拉深潜力试验原理图11－12示出了拉深力Pmax与试样最终被拉断的力P，可得到一个表示板材拉深性能的材料特性值T，T值按下式计算：这种方法特点之一是可一次试验成功。当试验进行到拉深力达到峰值Pmax时，随即加大压边力，使试样的法栏边固定，消除在以后拉深程中继续变形和被拉入凹模的可能。然后，再加大冲头压力直到试样被拉断，并测出拉断时的力P。本试验按JB4409.2－88标准来执行。方法特点T值越大，板材的拉深性能越好。拉深潜力试验方法

测定板材的拉深潜力值T，以此来评定材料的拉深成型性能。

学习和掌握拉深潜力试验的试验方法。

试验目的

圆形试样直径取52mm。

凸模直径为30mm，凹模和内、外压边圈配做；

游标卡尺。

拉深潜力试验机一台（具有双向压边装置）。试验试样、工具及设备

准备试样,对试验机、模具和试验装置进行清洗、检查和润滑。装好模具，进行预试验。

将经过润滑处理的试样准确地放置在凹模和内、外压边圈之间并用外压边圈把试样压紧。

启动凸模运动，开始拉深试样。当拉深力达到最大拉深力时，记录该值，并加大内压边圈压边力，把试样压死。

通过凸模对试样继续加载直到试样侧壁被拉断，测定试样低部圆角附近破裂时的极限载荷P。

试验结束。卸下模具，并整理好各种试验工具。试验步骤试验报告及要求

根据试验结果，画TZP试验中的力－行程曲线。

分析各种材料的T值，判定其拉深潜力。

思考试验中的不足并提出改进措施。

对圆片状试样进行拉深时，试样直径D0与最大拉深力Fpmax，以及与拉破试样的极限拉深力Fpf之间具有近似的线性关系，利用这种关系，对多种不同直径的试样进行试验测定Fpmax和Fpf以后，可以近似求出拉深杯体底部圆角附近壁部不产生破裂时允许使用的最大试样直径和相应的载荷极限拉深比LDR(T)。拉深载荷试验原理4.1K·W·I扩孔试验

4.板材翻边试验

用有预加工小孔（小孔直径规定为扩孔冲头直径的30％）的平板坯料进行扩孔.

试验时，将试样放在凹模与压边圈之间压死，凸模运动，直至孔口边缘因孔径扩大而出现裂纹为止。测量此时的最大孔径dfmax和最小孔径dfmin，用来计算极限扩孔率。极限扩孔率λ值是作为鉴定板材翻边成型性能的一个材料特性值,λ值越大，板材的翻边性能越好。K·W·I扩孔试验原理4.2福井、吉田扩孔试验利用球形冲头进行扩孔试验,预加工小孔孔径取为冲头直径的20％～25％,为了减小试验误差，规定该小孔需经过铰孔或其他切削加工。极限扩孔率λ来表示，即福井、吉田扩孔试验原理Ri—孔缘破裂时的小孔孔半径平均值；ri—试样中心预加工小孔半径。其评价意义也是λ值越大，板材的翻边性能越好。5.1最小相对弯曲半径试验原理

5.板材弯曲试验一般用相对与板料厚度t的比值表示，即rmin/t0（rmin－最小弯曲半径，t0－试样基本厚度）。此比值越小，表明板材的弯曲性能越好。实际上，有好几种弯曲试验方法均是测出弯曲外表面不致产生破环情况下的最小相对弯曲半径。压弯法卷弯法模弯法用弯曲模在冲床或液压机上进行弯曲试验，不仅可以测出最小相对弯曲半径，而且可以测出弯曲力及弯曲弹复等试验数据。

5.2反复弯曲试验原理

将金属板料夹紧在专用试验设备的钳口内，左右反复折弯90º，以每弯曲90º再扳直算作一次，每分钟不得超过60次，直至弯裂为止。弯曲次数可从试验机的转数表中读出。试验时，折弯的弯曲半径r越小、弯曲次数越多，表明板料的弯曲性能越好。5.2弯曲件的回弹试验原理

采用一套凸模易于更换的弯曲模。配有一系列具有不同凸模圆角半径的凸模，其中包括一个制成局部凸起的凸模，其圆角半径与诸凸模中的一个相同。制备一批具有不同材料、相同厚度和相同材料、不同厚度的弯曲件毛坯。用这些毛坯在冲模上依次更换凸模进行弯曲试验，就可以测算出以下几组数据：1相同材料、不同变形程度时的弯曲回弹角2不同材料在同一变形程度时的弯曲回弹角。3局部凸起的凸模与相应的普通凸模所形成的不同的回弹角。6.板材硬度试验物体硬度的基本含义是当其他物体压入时，对于这种压入变形的抵抗程度。硬度试验方法与硬度值有很多种，可适用于金属板料的主要由维氏硬度（HV）、布氏硬度(HB)及渃氏硬度（HRB）等。

板料硬度(HV)板料硬度（HV）纯铝（软）10～50SPCEN100～110半硬40～65不锈钢160～210镀锌钢板100～105紫铜100～11508F125～135黄铜90～100SPCC90～110贝氏体钢板450～480SPCD100～105

7.成型极限图试验

板料在发生失稳之前可以达到的最大变形程度叫做板料的成型极限。成型极限可分为总体成型极限和局部成型极限。

总体成型极限反映板料失稳前某些特定的总体尺寸可以达到的最大变化程度，如极限拉深系数、极限胀形高度和极限翻边系数等

局部成型极限反映板料失稳前局部尺寸可达到的最大变化程度，如成型时的局部极限应变即属于局部成型极限。

8.板料对角拉伸试验

研究解决贴模性和定形性问题，1980年吉田青太在ASTM会议上提出了板料对角拉伸试验，用这种试验过程中产生的非均匀拉应力以及诱发产生的压应力可以模拟板料贴模时的情况

板料对角拉伸试验是沿方形或三角形试样的对角线方向拉伸，测取拉伸过程中试样的起皱高度，用以反映不均匀拉力条件下成型大尺寸零件（如汽车覆盖件）的板料的冲压成型性能。9.锥杯试验（“拉深+胀形”复合成型性能试验）

试验时，试样平放在锥角θ为60º的锥形凹模孔内，并取冲头直径dp与试样外径D0的比值为dp/D0=0.35。通过钢球把试样冲成锥杯（锥杯上部侧壁为拉深成型，底部球面为胀形成型），直至锥杯底或附近发生破裂时停止试验并用下述公式计算锥杯试验值CCV作为“拉深+胀形”复合成型性能指标。

二.锻造成型性能试验的方法1.拉伸试验1.1拉伸试验原理

试验提供的E，σs，σb，δ和φ等指标是评定材质和进行强度和刚度计算的重要依据

拉伸试验是在材料试验机上进行，拉伸速度通常在10mm/s以下，对应的应变速率为10-1～10-3s-1，

Ⅰ—

弹性变形阶段；Ⅱ—

屈服阶段，有些金属有明显的屈服平台，有些金属则没有，把产生0.2%塑性变形时的应力定义为材料的屈服应力б0.2；Ⅲ—

均匀塑性变形阶段，此阶段中，塑性变形沿整个试样上均匀分布，外力逐渐增大，并达到最大值Pmax；Ⅳ—细颈形成阶段，在此阶段中，变形集中在试样的局部而出现细颈，直到拉断，外力由开始出现细颈时的最大值Pmax逐渐减小。1.2拉伸试验方法

测定试样的屈服极限σs，强度极限σb，延伸率δ，截面收缩率φ。

观察以上两种材料拉伸过程中的各种现象，并绘出其拉伸曲线

了解万能材料试验机的构造和工作原理，掌握其使用方法。试验目的

标距长度l0为直径d0的10倍和5倍的延伸率圆截面试样。

万能材料试验机；游标卡尺；千分尺等试验试样、工具及设备

测量试件断口的l1值，用刻线机在标距l0范围内每隔5mm刻划一根圆周线，将标距分成10格（对短试件）或20格（对长试件）。

根据低碳钢的强度极限σb和试样的横截面面积A0估算试样的最大载荷。根据最大载荷的大小，选择合适的测力刻度盘。

先将试样安装在试验机的上夹头内，在移动下夹头使其达到适当位置，并把试样下端夹紧。

开动试验机，预加少量载荷（不能超所比例极限），卸载回零点，以检查试验机工作是否正常。

缓慢匀速加载。注意观察测力指针的转动、自动绘图的情况和相应的试验现象。当测力指针不动或倒退时，记录屈服载荷Ps，加载到试样断裂后停机，由随动指针读出最大载荷Pb。取下试样，测量断裂后标距段的长度l1，断口（缩颈）处直径d1，计算断口处的横截面面积A1。

试验步骤

试验数据整理（可列成表格或画出试验曲线），结果计算。1.计算低碳钢的屈服极限σs和强度极限σb；2.计算低碳钢的延伸率δ和截面收缩率φ。3.画出低碳钢的σ－ε曲线，并将有关与力学性能指标标注在曲线上

对试验结果作出定性或定量的误差分析及讨论。试验报告及要求2.压缩试验压缩试验原理

压缩试样一般制成圆柱形，其高h0与直径d0之比在1～3的范围内

试验之前，将试样两端面涂以润滑剂外，同时还需保证试样端面加工应有较高的光洁度。两端面的平行度要好，且与试样轴线垂直。试验时还必须加球型承垫

在整个屈服阶段，载荷是上升的，看不到测力指针倒退的现象，为此，在判定压缩时的Ps，测力指针的转动将出现减慢，这时所对应的载荷即为屈服载荷Ps

。

3.镦粗试验镦粗试验原理

将圆柱形试样在压力机或锻锤上进行镦粗而获得金属材料变形时的流动应力的试验

采用的圆柱形试样的高度H0一般为直径D0的1.5倍（例如H0=30mm，D0＝20mm），用试样侧表面出现第一条裂纹时的压缩程度εc作为塑性指标，即：

4.平面应变压缩试验平面应变压缩试验试验原理

平面应变压缩试验法测定材料的冷态流动应力。

平面应变压缩下的应力p、应变ε3与单向压缩时应力S、对数应变ε关系如下

5.扭转试验扭转试验原理

塑性指标用试样破断前的扭转角或扭转圈数来表示

材料的扭转过程可用M－Φ曲线来描述。M代表施加在试样上的扭矩，Φ代表试样的相对扭转角。最大剪应力为：

同种材料在不同受力形式下试验，由于应力状态不同其变形过程、断裂方式及破坏原因也明显不同。，若是不同材料，由于材料的韧脆程度不同其扭转曲线、破坏方式、破坏原因、强度指标有很大差异。

6.开式模锻成型性能试验

开式模锻成型性能试验原理

开式模锻时飞边槽尺寸对金属充填模膛和变形力的影响试验。

桥部阻力也不宜选得过大。桥部阻力的大小与桥部尺寸、桥部的表面粗糙度等因素有关，其中b/h值对阻力的影响最为明显。

采用三套桥部宽度相同（b=7mm），而桥部高度分别为h=3、1.6、0.6mm的模具，对同样尺寸的铅试样进行模锻，以便分析不同的b/h值对模膛充满程度及模锻变形力的影响。7.平砧间拔长变形试验平砧间拔长变形试验原理

使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长，拔长是通过逐次送进和反复转动坯料进行压缩变形。

矩形坯料在平砧间拔长时，工艺参数（绝对送进量l0

）对拔长效率和拔长质量有很大影响。送进量l0拔长后长度l拔长后平均宽度b拔长量Δl展宽量Δb16

25

50

8.金属顶锻试验法金属顶锻试验法原理

确定金属材料在冷、热状态下承受规定程度的顶锻变形性能，并显示其缺陷。

应用于直径或边长小于30mm的圆形和方形材料，压力机或锻压机上压或锻至规定高度h0

顶锻后检查试样侧面，在有关标准未作具体规定的情况下，一般如无裂缝、裂口、扯破、折迭或气泡，即认为试验合格。第四节金属塑性成型性能试验工程应用实例一、冲压成型性试验的工程应用实例二、锻造成型性试验的工程应用实例

第一节冲压成型操作前的技术准备一.工艺制定及模具设计的工作程序第十三章金属塑性成型操作试验

冲压件的图纸及技术条件完整性

原材料的尺寸规格、力学性能和工艺性能

生产批量（大量、大批或小批）

供选用的冲压设备的型号、规格、主要技术参数及使用说明书

模具制造条件及技术水平

各种技术标准、设计手册等技术资料设计前的准备工作及必要的原始资料

分析冲压的工艺性

分析比较确定工艺方案

选定冲模类型及结构形式，设计模具总图及零件图

选用冲压设备设计的主要内容和步骤

冲压件的工艺性分析

毛坯尺寸展开计算

排样及裁板方式的经济性分析

工序次数的确定，半成品过渡形状及尺寸计算

工艺方案的技术性、经济性综合分析比较

选定模具结构形式的合理性分析

模具主要零件结构形式、材料选择、公差配合、技术要求的说明

凸、凹模工作部分尺寸与公差的计算

模具主要零件的强度计算、压力中心的确定、弹性元件的选用和核算等

选择冲压设备类型及吨位的依据及其他需要说明的内容编写工艺文件及设计计算说明书

制定如图12－1所示的矩形盒拉深件的有关工艺参数及工艺流程已知尺寸（按板厚中心线计算）：A=195.5(mm)；B=90.5(mm)；

rp=6.75(mm)；r=8.75(mm)

二冲压成型工艺制定及模具设计过程实例（1）毛坯尺寸展开计算(2)检查能否一次拉深成型相当毛坯直径由已知尺寸得：查手册得：故，所以不能一次拉成，需进行多次拉深。（3）计算（n-1）道工序尺寸取角间距(不包括料厚)椭圆曲率半径：椭圆的长、短半轴：椭圆周长：

（4）判断能否用平板毛坯直接拉成n-1道尺寸

相当圆筒直径：

椭圆筒高度：

（5）n-2道工序尺寸

椭圆极限拉深系数：取c=1.08，查手册取［m1］=0.57不能进行第一次拉深。

因此取mn-1=0.7，查手册得K=1.13，n-2道椭圆高度：

（6）检查能否用平板毛坯直接拉成n-2道取

可进行第一次拉深。（7）平板毛坯尺寸的确定查手册得K＝1.08

毛坯长半轴

毛坯短半轴：

（8）核对毛坯面积，并适当调整

由于计算误差会使毛坯面积与盒形件面积不一致，故要核对毛坯面积。并视情况进行调整，使毛坯面积基本与零件面积一致。毛坯面积：而盒形件面积：

应适当放大毛坯的长短轴，毛坯长短轴变为：

毛坯面积变为：

（9）画出工序图毛坯面积稍大与零件面积是合适的。工序图如图12－2所示。第二节冲压成型操作试验的模具安装与调试一.模具的选择与安装调试

测量冲模的主要安装尺寸，选定适用的冲床类型与规格。

检查设备与模具能否正常工作。

将速杆调至最短的位置。

将上下模闭合，推至压力机工作台中心，使模柄对准滑块中心的模柄孔。

用手搬动飞轮，使滑块至下死点，然后调整连杆长度，使滑块底面与模具上平面接触，并用压板等紧固件固定好上下模。

小心地使压力机寸动，注意模具有无障碍（尤其要注意下死点附近），用手搬动飞轮，用厚纸试冲一次，检查模具间隙等是否合理。

开动空车2～3次，仍无异常，即可完全锁紧连杆，送入坯料试冲

第三节锻造成型操作前的技术准备一.工艺制定工作程序

根据产品零件图的工艺分析及具体的生产条件，选择合理的模锻工艺方案

锻件图设计

确定所需的锻造工序并选择所用设备

填写锻造工艺卡片

锻造工艺过程管理等（如工序间检验及最终检验的安排）二.锻模设计工作程序（以锤上锻模为例）

计算毛坯图并画截面图

设计模锻型槽

确定设备吨位

设计锻模结构三.锻造工艺具体操作实例

热模锻压力机上轴对称类锻件（变速齿轮）采用模锻。这是第一类第一组较复杂的圆形锻件。（1）设备选择根据所给参数计算其变形力，并按变形力不超过设备公称压力的85％选择设备。本锻件选用设备为20MN模锻压力机。（2）工艺分析变速齿轮锻件轮辐较薄而且上下不对称，上半部形成一条较深而窄的环形槽，即图中的Ф133mm。在模锻变形时，要充满轮缘内侧比较困难。本锻件模锻工步为：镦粗－预锻－终锻。见图12－3。（3）坯料选择

经过计算，坯料选定为Ф75×145mm。按公式计算坯料体积。按公式计算坯料直径。按公式计算坯料的长度。（4）工步设计

a.镦粗工步本例主要解决轮缘内侧的充满。轮毂上半部也具有壁厚较薄的孔，成型过程主要为压入充满。镦粗后高度为30mm，镦粗后坯料外径已覆盖轮缘宽度的一半以上，在预锻模膛变形时，金属先与轮缘接触，使金属流入模膛深处，保证充满。

b.预锻工步轮缘部分，预锻比终锻厚2mm，终锻时镦粗成型。轮辐部分，虽然比较薄，但轮辐宽度并不大，金属在终锻时，容易从轮辐流入轮缘。其厚度比终锻大2mm。在终锻时，这部分压入到轮缘，充满模膛深处。轮缘内侧尺寸，预锻工步选用同终锻工步相等或小0.5mm。二.推杆套筒模具的安装与调整

锻锤模的安装与调整

摩擦压力机锻模的安装与调整

热模锻压力机锻模的安装与调整

平锻模的安装与调整

辊锻模的安装与调整

切边模的安装与调整第四节锻造成型操作试验的模具安装与调试

一.锻造成型操作试验的模具选择与安装调试

a.锤锻模的安装将锤头抬起，并用木柱将锤头支撑在装模时要求的高度。将已选好的键放入上模和模座的键槽中。然后将上、下模成对地搬到锤上。用撬杠将锻模拨向靠键的一侧，并在上模的键侧面放好垫片，落下锤头，使垫片嵌在锤头键槽与键之间打紧插入到燕尾另一侧面的斜楔，将上、下模紧固。开动锻锤轻轻地空击，再打紧斜楔。没有锁扣的锻模需要查看检验角，看上下模之间是否有错移。若无错移，则预热模具和锤杆进行试锻，并检验首件。首件合格后，装模工作才告完结。

b.锤锻模的调整（1）纵向错移：可通过定位键两侧的垫片调整，应事先准备好自0.5到5毫米厚的各种垫片，供调整时使用，一般只调上模，如错移量过大时，也可上下模同时调整。（2）横向错移：即左右错移，可根据错移的大小，退出和打紧机架两侧的斜楔，达到调整的目的。（3）转动：即上下模之间转动了一个角度。这时可采用两块专用的斜楔状的垫片，左右两侧前后地放在燕尾侧面，使错移的角度消除。

锤锻模的安装与调整

摩擦压力机上使用的模具与锤锻模不同，它不是用燕尾、斜楔紧固在设备上，而是采用压板依靠螺钉紧固在摩擦压力机上。当摩擦压力机上备有过渡垫板，而垫板上有燕尾槽时，此时可用螺钉将垫板分别紧固于滑块及工作台面上，而具有燕尾的模具,可像锤上锻模一样紧固。摩擦压力机上模具的调整，主要依靠调整上、下模锁扣间隙来实现。

有时，为了避免锻件发生的错移，在模具上增设有导向机构，如导柱及导套等。

摩擦压力机锻模的安装与调整

热模锻压力机锻模大多采用镶块模结构，即在通用模架上，用压板或键固定圆形或矩形镶块。矩形镶块模后方用后挡块，前方用斜面压板紧固。模座左右侧装有紧固螺栓。矩形镶块模的底部亦可开十字形布置的键槽，用键固定位置，用轻型压板压紧。对于圆形镶块可用具有符合镶块外径和镶块凹槽直径的后挡板和压板紧固，此种镶块应配有键槽，用键防止镶块转动。

热模锻压力机上的锻模模座上一般都设有导向装置，故几乎不存在水平方向的错移。上、下模座分别用螺栓紧固并固定在压力机滑块和工作台面上。热模锻压力机锻模的安装与调整

平锻模由凸模、凹模夹持器、活动凹模和固定凹模等组成。

凸模夹持器有多种紧固形式，如压盖式、插销式、拉紧螺栓式，它们分别通过压盖、插销和拉紧螺栓，将凸模固定在夹持器上。凸模夹持器直接安装在主滑块的凹座中。

凸模有整体式的或组合式的，它们尾柄部分的结构与凸模夹持器相配合。

凹模分为活动与静止两块，左（上）凹模装在平锻机的夹紧滑块上，右（下）凹模装在机架上。

在平锻机的凸模夹持器上，一般都有调整用斜楔，可用来进行前后、左右的调整。垂直分模平锻机，可在凹模的厚度方向上，加减垫片，用以调整凹模的夹紧度。平锻模的安装与调整

辊锻模一般采用扇形模，用压板、螺钉直接固定在锻辊上，也有用斜楔固定的。

辊锻模需进行三方面的调整：a.中心距调整：即调整两扇辊锻模之间的间隙，以便获得在高度方向上尺寸合格的锻件。b.角度调整：当两扇辊锻模产生角度位移时，则应调整其角度，使之能同时咬入坯料，在锻件长度方向上不发生错模。c.轴向调整：两扇辊锻模左右错移时，应进行轴向调整。

辊锻机上，都设有上述三种调整机构，因而无需通过装拆模具进行调整，但对于无轴向调整装置的辊锻机，则需通过在模具与辊锻之间增加垫片进行调整。辊锻模的安装与调试

切边通常在切边压力机（即曲柄压力机）上进行。切边模主要由上模（凸模）和下模（凹模）两大部分组成。凹模通常固定于紧固在压力机工作台或垫板上的下模座内；凸模则通常固定于紧固在滑块上的上模座内。有时凸模亦可直接紧固于滑块上。凸模及凹模多用楔或螺钉分别紧固在其模座上。切边模也可带有导柱及导套装置，以保证上下模的对中。

切边模安装时，需将压力机封闭高度调至最大。装好后，需用点动按钮（或用手直接扳动飞轮－小型压力机），使滑块逐步慢速下移，使上模接近下模。当滑块达到下死点时，调整封闭高度，以使凸模插入到凹模内一段合适的距离。若间隙不符合要求，则需前后左右进行调整。切边模的安装与调整第一节金属塑性成型件质量检验的目的第十四章金属塑性成型件质量检验

成型件可能产生各种类型的缺陷，可能造成重大安全事故

了解成型件缺陷形成特点及防止措施。

优化和控制热力学工艺参数及其他工艺参数改善产品质量和性能

保证成型件的质量满足设计时的各项指标

防止缺陷再次发生，保证下批产品符合设计技术标准

提高产品质量第二节金属塑性成型件缺陷的分类一.缺陷按表现形式划分内部缺陷外部缺陷性能缺陷表明裂纹，折叠折迭、缺肉、错插、表面麻坑、表面气泡、桔皮状表面低倍缺陷:内裂、缩孔、疏松、白点、锻造流纹紊乱、偏析、粗晶、石状断口、异金属夹杂等显微缺陷:脱碳、增碳，带状组织、铸造组织残留和碳化物偏析级别不合格室温强度、塑性、韧性或疲劳性能等不合格；高温瞬时强度，持久强度、持久塑性、蠕变强度不合格二.按产生缺陷的工序和过程按工序分按过程分

原材料生产过程中的缺陷

塑性成型过程中的缺陷

热处理过程中的缺陷

下料阶段产生的缺陷

加热阶段产生的缺陷

塑性成型过程产生的缺陷

冷却过程中产生的缺陷

清理过程中产生的缺陷第三节金属塑性成型件质量检验的内容一.冲压成型件质量检验的内容精度检验一般检验补充检验根据冲压图样和技术文件对冲压件进行外观检验和精度检验采用检验工具、夹具、量检具、来检测冲压件的尺寸、形状、位置精度硬度、磁性裂纹、荧光探伤、X光探伤、电子探针检验、超声波探伤二.锻造成型件质量检验的内容表面质量锻件外形尺寸内部质量表明裂纹，折叠折迭、缺肉、错插、表面麻坑、表面气泡、桔皮状表面内裂、缩孔、疏松、白点、锻造流纹紊乱、偏析、粗晶、石状断口、异金属夹杂、脱碳、增碳，带状组织、铸造组织残留和碳化物偏析级别不合格力学性能、低倍检验、高倍检验、无损探伤其他检验项目锻件的公差、尺寸、形状、精度等检验项目试验方法标准检验项目试验方法标准化学成分GB222-84GB223-88GB6987-86断口晶粒度GB1814-79GB6394-86力学性能拉伸、冲击）GB229-84GB228-87脱碳层非金属关系GB224-87YB25-77高温蠕变GB2039-80高倍组织YB28-59YB31-64YB45-77疲劳性能GB4337-84布氏硬度GB231-84洛氏硬度GB230-83晶间腐蚀GB1223-75低倍组织GB1979-80GB3247-82弯曲试验GB232-88锻件质量检验实验方法标准第四节金属塑性成型件质量检验标准及方法一.冲压成型件质量检验的方法1.冲压件表面质量检验有无裂纹，擦伤、皱纹、划痕、起皱、翘起、破裂、凹陷、毛刺过大、塌角过大、扭曲检验肉眼检查不出的细小裂纹、表面缺陷，只能用于碳钢、工具钢、合金钢等磁性材料对于非磁性材料，利用紫外线照射经过处理得的冲压件，发出辉光，据此可发现缺陷目视检验磁粉检验荧光检验2.冲压件内部质量检验超声波通过探头从被检验材料表面进入金属内部遇到缺陷后产生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据波形的特征判断缺陷的位置和大小在扫描电镜下观察冲压件内部（或断口上）组织状态与微观缺陷用布氏硬度计和洛氏硬度计进行检验,粗略了解冲压件的内部组织，是判断冲压件力学性能的最常用方法超声波检验扫描电子显微镜检验硬度检验3.冲压件精度检验长度尺寸的检验厚度检验高度与直径的检验角度检验孔径检验挠度检验冲压件平面垂直度检验圆柱形和圆角半径检验平面平行度检验精度检验二.各种冲压成型件质量缺陷形式及检验标准拉伸件质量缺陷形式弯曲件质量缺陷形式伸长类曲面翻边零件质量缺陷形式压缩类曲面翻边零件质量缺陷形式盒形拉伸件质量缺陷形式精冲件质量缺陷形式冲压成型件质量缺陷形式弯曲件的质量缺陷形式裂口：凸模弯曲半径过小，毛坯毛刺的一面处于弯曲外侧，板材的塑性较低，下料时毛坯硬化层过大。解决措施:适当增大凸模圆角半径，将毛刺一面处于弯曲的内侧，用经退火或塑性较好的材料弯曲，线与纤维方向垂直或成45°角底部不平：压弯时板料与凸模底部没有靠紧。解决措施:采用带有压料顶板的模具，在压弯开始时顶板便对毛坯施加足够的压力。翘曲：由于变形区应变状态引起的横向应变（沿弯曲线方向），在中性层外侧是压应变，中性层内侧是拉应变，故横向便形成翘曲。解决措施:采用校正弯曲，增加单位面积压力。根据翘曲量修正凸模与凹模孔不同心：弯曲时毛坯产生了滑动，故引起中心线错移弯曲后的弹复使孔中心倾斜。解决措施:毛坯要准确定位，保证左右弯曲高度一致，设置防止毛坯窜动的定位销或压料顶板减小工件弹复。弯曲线与两孔中心线不平行：弯曲高度小于最小弯曲高度，在最小弯曲高度以下的部分出现张口。解决措施:在设计工件时应保证大于或等于最小弯曲高度，当工件出现小于弯曲高度时，可将小于最小弯曲高度的部分去掉后在弯曲。表面擦伤：金属的微粒附在工作部分的表面上，凹模的圆角半径过小，凸模与凹模间的间隙过小。解决措施:适当增大凹模圆角半径，提高凸模和凹模表面光洁度，采用合理的凸模与凹模的间隙值，清除工作部分表面赃物。尺寸偏移：毛坯在向凹模滑动时，两边受到的摩擦阻力不相等，故发生尺寸偏移。以不对称形状压弯件为显著。解决措施:采用压料顶板的模具，毛坯在模具中定位要准确，在有可能的情况下采用对称性弯曲。孔变形：孔边距弯曲线太近，在中性层内侧为压缩变形，而外侧为拉伸变形，故孔发生了变形解决措施:保证从孔边到弯曲半径r中心的距离大于一定值，在弯曲部位设置辅助孔以减轻弯曲变形应力。弯曲角度变化：塑性弯曲时伴随着弹性变形，当压弯的工件从模具中取出后，便产生了弹性恢复，从而使弯曲角度发生了变化。解决措施:以校正弯曲代替自由弯曲，以预定的弹复角度来修正凸凹模的角度。弯曲端鼓起：弯曲时中性层内侧的金属层、纵向被压缩而缩短，宽度方向则伸长，故宽度方向边缘出现突起，厚板小角度弯曲为明显解决措施:在弯曲部位两端预先做成圆弧切口将毛坯毛刺一边放在弯曲内侧。裂纹或过度变薄:1.拉深系数不合适2.凹模圆角半径及凸模圆角半径的形状与尺寸不符合要求3.冲模表面精加工的不好4.压边力太大或不均匀5.凸、凹模之间间隙太小或不均匀6.上一道工序拉深高度小解决措施:1.适当加大拉深系数2.适当加大凹模和凸模的圆角半径，并均匀一致3.对模具表面、圆角半径及压料面进行精加工4.调整压边力5.调整间隙6.调整上一道拉深高度拉伸件的质量缺陷形式法兰皱纹及内部皱纹曲端鼓起：1.压边力小2.凹模圆角半径大3.间隙大解决措施:1.增加压边力，对悬空部位大的制件可采用拉深筋2.减小凹模圆角半径3.相对厚度在0.3以下时，将间隙减小制件侧壁纵向划痕和粘结:1.模具侧壁承受过大负荷而划伤2.被加工材料为粘性材料，尤其对镍铬不锈钢在加工中忽视了冲模承受负荷问题解决措施:注意选择冲模材料推荐使用碳化钨制造冲模并进行精加工。生产批量大时，在适当时间用金刚石粉研磨凹模面口部形状畸变:拉深后期在凹模圆角弯曲的毛坯，变为拉深件直壁时，由于拉应力小，而未被反弯拉直解决措施:加大压边力，增设拉深筋伸长类曲面翻边零件的质量缺陷形式边缘开裂：圆弧部分切向伸长变形过大解决措施:1.减小相对翻边高度，使之不超过hcr/R2.充许情况下，取Rd>Rp侧边起皱：侧边剪切应力引起解决措施:取较小的凸、凹模间隙，一般取单面间隙z<t。底面起皱：底面诱发压应力引起解决措施:采取底面压边装置压缩类曲面翻边零件的质量缺陷形式底部两圆角翘起：1.底面压料力不足2.上模回程时，底面压料力没有及时卸除（特别是有两侧压边时）解决措施:1.保证足够的底面压料力2.翻边结束后，上模回程时，及时卸除底面压料力3.加强凹模与坯料间润滑底面两端凸起：底面压料力不足解决措施:模具设计时，必须考虑底面压料装置，并保证足够压料力侧边边缘畸变：翻边接近结束时，径向拉应力不足而使坯料侧边边缘的弯曲变形保留下来解决措施:取较小的凸、凹模间隙及较大的凹模圆角半径翻边高度不均：侧边的切向压缩变形和高度方向的伸长变形不均匀解决措施:坯料修正侧边起皱：切向压应力所致解决措施:1.选用较小的凸、凹模间隙，可使之等于料厚2．翻边高度较大时，采用带两侧压边的模具结构3．可使凹模曲率半径大于凸模曲率半径盒类拉伸件的质量缺陷形式在凸模圆角区称拉深破裂：1.拉深深度过大2.断裂部圆角半径过小3.断裂部转角半径过小解决措施:1.分几道工序进行拉深2.增大断裂部圆角半径rp并增加整形工序在