《工程材料及成型》模块2 等材制造-项目2 锻压成型

《工程材料及成型》课程导论模块一

|

工程材料性能及选用模块二

|等材制造模块三

|减材制造模块四

|

增材制造课程目录CONTENTS《工程材料及成型》课程2026年6月22日主讲教师：贾颖莲模块二等材制造1【学习导览】目

录CONTENTS2项目1铸造成型3项目2锻压成型4项目3焊接成型项目5

胶接与铆接成型8【延伸学习】9【课后习题】5项目4

塑料成型67【内容小结】【学习导览】材料成型工艺分为三种大类：等材制造、减材制造、增材制造。其中等材制造属受迫成型，通过施加力受迫成型得到想要的形状，如铸造、锻造、弯曲、注塑、粉末冶金等；减材制造属定向去除，通过选择性地去除材料得到想要的形状，如车削、铣削、刨削、磨削、钻削及各种切割等；增材制造属堆积成型，是以三维模型数据为基础，通过材料堆积的方式制造零件或实物的工艺。三者各有优势，也各有不足，互为补充。等材制造常用于制造各类毛坯，也可用于制造最终零件，如图2-0-1所示。本模块的教学目标和主要内容目标了解我国铸造、锻造、热处理的发展历史，增强民族自豪感和发展自信心。了解砂型铸造基础知识，熟悉铸造基本操作过程。掌握锻造成型和冲压成型的特点、工艺与用途。了解电弧焊和特种焊接的工艺特点与使用场所。掌握塑料成型工艺的类型、特点与用途。了解胶接成型与铆接成型的工艺要求与使用场所。内容本模块在概括地阐述等材制造、减材制造、增材制造三者概念的基础上，分别介绍了铸造成型工艺、锻造成型工艺、冲压成型工艺、焊接成型工艺、塑料成型工艺、胶接成型工艺、铆接成型工艺各自的特点与应用。项目2锻压成型锻造成型和冲压成型合称为锻压成型，是利用锻压机械的锤头、砥铁、冲头或通过模具对坯料施加压力，使之产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的制件的成型加工方法，如自由锻、模锻、板料冲压、挤压、轧制、拉拔等（如图2-2-1）。锻压成型与其他成型方法相比，具有以下特点。①能改善金属的组织、提高力学性能。②锻压所用的金属材料应具有良好的塑性，以便在外力作用下，能产生塑性变形而不破裂。③不适合成形形状较复杂的零件。④材料的利用率高。⑤较高的生产率。⑥毛坯或零件的精度较高。任务1锻造成型1.锻压加工工艺基础金属材料经过锻压加工之后，由于产生了塑性变形，其内部组织发生很大变化，使金属的性能得到改善和提高，为锻压方法的广泛使用奠定了基础。因此只有较好地掌握塑性变形的实质、规律和影响因素，才能正确选用锻压加工方法，合理设计锻压加工零件。（1）金属的锻造性能金属的锻造性能取决于材料的性质（内因）和加工条件（外因）。1）材料性质的影响①材料的化学成分；②材料的金属组织2）加工条件的影响金属的加工条件一般指金属的变形温度、变形速度和变形方式等。①材料的变形温度；②材料的变形速度；③材料的应力状态（2）锻造比及流线组织（3）金属的塑性变形规律锻压加工是利用金属的塑性变形而进行的，只有掌握其变形规律，才能合理制订工艺规程，达到预期的变形效果。金属塑性变形时遵循的基本规律主要有最小阻力定律和体积不变规律等。1）最小阻力定律2）塑性变形时的体积不变规律2.常用锻造方法锻造是毛坯成形的重要手段，尤其在工作条件复杂、力学性能要求高的重要结构零件的制造中，具有重要的地位。锻造是使加热好的金属坯料，在外力的作用下，发生塑性变形，通过控制金属的流动，使其成形为所需形状、尺寸和组织的方法。根据变形时金属流动的特点不同，分为自由锻和模锻两大类型。（1）自由锻自由锻分为手工锻造和机器锻造两种，手工锻造只适合单件生产小型锻件，机器锻造则是自由锻的主要生产方法。自由锻所用设备根据其对坯料施加外力的性质不同分为锻锤和液压机两大类。锻锤包括空气锤（图2-2-8）、机械锤等，是依靠产生的冲击力使金属坯料变形，但由于能力有限，故只用来锻造中、小型锻件。液压机（图2-2-9）是依靠产生的压力使金属坯料变形。其中，水压机可产生很大的作用力，能锻造质量达300t的锻件，是重型机械厂锻造生产的主要设备。1）自由锻的特点及应用①自由锻工艺灵活，工具简单，设备和工具的通用性强，成本低。②应用范围较为广泛，可锻造的锻件质量由不及1kg到300t。在重型机械中，自由锻是生产大型和特大型锻件的唯一成形方法。③锻件精度较低，加工余量较大，生产率低。故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。2）自由锻的工序自由锻的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序三大类。3）自由锻的工艺规程工艺规程是组织生产过程、控制和检查产品质量的依据。4）自由锻件的结构工艺性（2）模锻模锻是将加热后的金属坯料，在冲击力或压力作用下，迫使其在锻模模膛内变形，从而获得锻件的工艺方法。模锻按使用的设备不同分为：锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、胎模锻等。1）与自由锻相比模锻的特点及应用①锻件形状可以比较复杂，用模膛控制金属的流动，可生产较复杂锻件（图2-2-11）。②力学性能高，模锻使锻件内部的锻造流线比较完整。③锻件质量较高，表面光洁，尺寸精度高，节约材料与机加工工时。④生产率较高，操作简单，易于实现机械化，批量越大成本越低。⑤设备及模具费用高，设备吨位大，锻模加工工艺复杂，制造周期长。⑥模锻件不能太大，一般不超过150kg。2）锤上模锻（3）胎模锻胎模锻是在自由锤锻或压力机上安装一定形状的模具（胎模）进行模锻件加工的方法。胎模锻是为了适应中小批量锻件生产而发展起来的一种锻造工艺，兼具有模锻和自由锻的特点。（4）其他设备模锻任务2冲压成型冲压成型是指靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件（冲压件）的加工成型方法，冲压成型所用的压力机、模具与冲压件如图2-2-29。1.板料冲压特点及应用板料冲压与其他加工方法相比具有以下特点：①板料冲压所用原材料必须有足够的塑性，如低碳钢、高塑性的合金钢、不锈钢、铜、铝、镁及其合金等。②冲压件尺寸精度高，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不需进行机械加工，可直接装配使用。③可加工形状复杂的薄壁零件。④生产率高，操作简便，成本低，工艺过程易实现机械化和自功化。⑤可利用塑性变形的加工硬化提高零件的力学性能，在材料消耗少的情况下获得强度高、刚度大、质量好的零件。2.冲压工序分类根据材料的变形特点可将冲压成型工序分为分离工序和成型工序两大类。分离工序是指使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压件的工序，如落料、冲孔、切断、切边、剖切等。成型工序是指使坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序，如拉深、翻边、胀形、扩口、缩口、旋压、弯曲、卷圆、扭曲、整形等。3.冲裁冲裁是使坯料沿封闭轮廓分离的工序，包括落料和冲孔（图2-2-31）。落料时，冲落的部分为成品，而余料为废料；冲孔是为了获得带孔的冲裁件，而冲落部分是废料。（1）变形与断裂过程冲裁使板料变形与分离的过程如图2-2-32所示，包括3个阶段。（2）凸凹模间隙凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件的断面质量，也影响着模具使用寿命等。（3）刃口尺寸的确定凸模和凹模刃口的尺寸取决于冲裁件尺寸和冲模间隙。（4）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，以切掉冲裁件上的剪裂带和毛刺。分为外缘修整和内孔修整，如图2-2-34所示。4.拉深拉深是指利用模具，将冲裁后得到的一定形状平板毛坯冲压成各种开口空心零件或将开口空心毛坯减小直径，增大高度的一种机械加工工艺（如图2-2-35），也称拉延、压延等。5.弯曲弯曲是利用模具或其他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。弯曲过程及典型弯曲件如图2-2-39所示。6.成形使板料毛坯或制件产生局部拉伸或压缩变形来改变其形状的冲压工艺统称为成形工艺，主要包括翻边、胀形、起伏等。成形工艺应用广泛，既可以与冲裁、弯曲、拉深等工艺相结合，制成形状复杂、强度高、刚性好的制件，又可以被单独采用，制成形状特异的制件。（1）翻边翻边是将内孔或外缘翻成竖直边缘的冲压工序。内孔翻边在生产中应用广泛，翻边过程如图2-2-41所示。（2）胀形胀形是利用局部变形使半成品部分内径胀大的冲压成形工艺，可以采用橡皮胀形、机械胀形、气体胀形或液压胀形等。（3）起伏起伏是利用局部