2 锻压加工.ppt

1、第2章 锻压成形Metal Forming,第1节 概述,一、金属锻压成形的概念,金属锻压成形 金属锻压成形是利用外力的作用使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。 金属锻压成形的方式主要有 轧制、挤压、拉拔：主要制造板材、型材、管材、线材等原材料； 自由锻、模锻：主要用于制造重要的机器零件毛坯（主轴、重要齿轮）； 板料冲压：制造各种钣金零件。,2.1 概述,二、金属锻压成形的主要方式,1. 轧制 使金属坯料通过一对回转轧辊之间的空隙而产生塑性变形的成形方法。 主要用于各种金属型材、板材和管材的加工。,2.1 概述,二、金属锻压成形的主要方式,2

2、. 挤压 将金属坯料从挤压模孔或间隙中挤出，从而获得毛坯或零件的加工方法。 主要用于挤压成形各种金属型材，如管材、圆钢等。,2.1 概述,二、金属锻压成形的主要方式,3. 拉拔 将金属坯料从拉拔模孔中拉出，从而获得所需毛坯或零件的加工方法。 主要用于拉拔各种金属线材，薄壁管材和一些异形截面的型材。,2.1 概述,二、金属锻压成形的主要方式,4. 自由锻造 将金属毛坯置于上下砧之间，施加冲击力或压力使坯料变形的一种加工方法。 主要用于单件小批生产的锻件毛坯。,2.1 概述,二、金属锻压成形的主要方式,5. 模型锻造 将金属坯料放在锻模模膛内施加冲击力或压力使坯料充满模膛从而获得所需毛坯或零件的加

3、工方法。 主要用于成批生产中小型锻件。,2.1 概述,二、金属锻压成形的主要方式,6. 板料冲压 金属板料放在冲压模中，使板料产生切离或变形的一种加工方法。板料冲压方法有剪切、冲裁、拉深、弯曲等。 主要用于成批生产各种钣金件。,2.1 概述,二、金属锻压成形的主要方式,2.1 概述,三、金属锻压成形的特点,(1) 能改善金属的组织，提高力学性能 能细化晶粒，消除缺陷，得到致密均匀组织 具有连贯的纤维组织，零件机械性能好。 (2) 材料利用率高 (3) 生产率高 (4) 加工精度高 (5) 不适合加工脆性材料和形状复杂零件,2.1 概述,第2章 锻压成形Metal Forming,第2节 锻压工

4、艺基础,一、金属的塑性变形,金属塑性变形的基本方式有两种：滑移和孪生，最主要的是滑移。,2.2 锻压工艺基础,图1-2-2 单晶体的变形过程,二、金属的加工硬化与回复、再结晶,金属塑性变形后组织和性能变化 组织变化：晶粒沿金属流动方向伸长，晶格畸变，位错密度增加，产生内应力，产生碎晶。 性能变化：强度和硬度，塑性和韧性 加工硬化（冷作硬化） 随着变形程度的增加，金属的强度和硬度增加，而塑性和韧性下降的现象。 加工硬化可以用于强化金属材料。提高材料的强度、硬度、耐磨性。（滚压、喷丸等） 在压力加工中，加工硬化阻碍进一步塑性变形,2.2 锻压工艺基础,二、金属的加工硬化与回复、再结晶,回复 加热到

5、一定温度，晶粒大小和形状基本不变的情况下，晶格扭曲消除，内应力明显降低或消除，这个过程称为“回复”。此温度称为回复温度： Th0.3Tr 回复作用不能改变加工硬化金属的晶粒形状和大小，只能使大部分残余应力得以消除，部分消除加工硬化产生的不良影响。,2.2 锻压工艺基础,二、金属的加工硬化与回复、再结晶,再结晶 温度升高到金属熔点的0.4倍时，金属原子获得更多的热能，则开始以某些碎晶或杂质为核心结晶成新的晶粒，从而消除了全部的加工硬化现象。这个过程称为再结晶。此时的温度称为再结晶温度： T20.4Tr 采用加热方法使金属发生再结晶，从而获得良好塑性的方法称为再结晶退火。,2.2 锻压工艺基础,二

6、、金属的加工硬化与回复、再结晶,2.2 锻压工艺基础,金属的回复和再结晶示意图,二、金属的加工硬化与回复、再结晶,2.2 锻压工艺基础,图2-3 金属加工硬化、回复和再结晶与力学性能的关系,三、金属塑性变形分类,1. 冷变形 定义：金属在其再结晶温度之下的塑性变形。 冷变形对金属组织和性能的影响 形成纤维组织 有明显加工硬化 冷变形加工具有精度高、表面质量好、力学性能好的特点，广泛应用于板料冲压、冷挤压、冷镦及冷轧等常温变形加工。 冷变形变形抗力大，需要较大能量。变形量受限制，多次变形需穿插再结晶退火。,2.2 锻压工艺基础,三、金属塑性变形分类,2. 热变形 定义：金属在其再结晶温度之上的塑

7、性变形。 热变形过程中加工硬化和再结晶过程同时发生，变形后无加工硬化现象。金属变形中可保持良好的塑性，做功少，变形量大，并可减少变形次数。 热变形尺寸精度低，表面易产生氧化皮且较粗糙。 热变形对金属组织和性能的影响 (1) 杂质呈流线分布 (2) 使铸坯缺陷得到改善。铸钢锭热变形后，可压合内部的气孔、缩孔和缩松，消除不均匀铸造组织，提高强度和冲击韧性，而且还可使晶粒细化，改善机械性能。,2.2 锻压工艺基础,四、金属的纤维组织和各向异性,纤维组织 定义：金属塑性变形过程中，晶粒和材料中的非金属夹杂物和枝晶偏析将沿金属流动的方向被拉长，呈纤维状，形成所谓的纤维组织。 纤维组织使金属呈各向异性：在

8、纤维流线方向（纵向）的强度、塑性和韧性明显大于垂直纤维流线方向（横向）的相应性能。,2.2 锻压工艺基础,四、金属的纤维组织和各向异性,2.2 锻压工艺基础,吊钩、曲轴中的流线分布,四、金属的纤维组织和各向异性,纤维组织的一些特点 纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关。变形程度越大，纤维组织越明显。 纤维组织不能通过再结晶等热处理工艺消除。只能通过锻压变形改变其方向和形状。 在设计和制造时要注意： 使零件工作时所受最大拉应力的方向与纤维流向平行；最大剪切应力方向与纤维流向垂直。 使纤维流线与零件轮廓相符合，不被切断。,2.2 锻压工艺基础,五、金属的锻造性能,金属的锻造性 定义：金属材料锻压

9、加工成形的难易程度。 衡量指标 塑性：金属材料的塑性好，则锻造性好。 变形抗力：金属材料的变形抗力小时，锻造性好。 金属的塑性 金属在外力作用下发生塑性变形而原子间的联系又不被破坏的能力。 用延伸率或断面收缩率来评价。,2.2 锻压工艺基础,五、金属的锻造性能,金属的变形抗力 金属发生塑性变形时，反作用在工具上的力称为变形抗力。 变形抗力越大，说明要使金属材料发生塑性变形需要施加的外力越大，消耗的能量越多。可变形性越差。,2.2 锻压工艺基础,五、金属的锻造性能,2.2 锻压工艺基础,五、金属变形的一般规律,体积不变规律 金属塑成形加工中金属变形前后的体积保持不变。坯料变形时，一个方向尺寸减小

10、，必然在其他方向尺寸增加。 最小阻力规律 金属在塑性变形过程中，其质点都将沿着阻力最小的方向移动。,2.2 锻压工艺基础,第2章 锻压成形Metal Forming,第3节 金属塑性成形方法,一、自由锻,自由锻概念 利用冲击力或压力使金属在上下两个互相平行的抵铁之间产生塑性变形，从而获得所需锻件的一种加工方法。坯料在锻造过程中，除与上、下砧铁或其它辅助工具接触的部分表面外，都是自由表面，变形不受限制，故称自由锻。 自由锻分类 手工自由锻 机器自由锻。,2.3 金属塑性成形方法,一、自由锻,1. 自由锻造的特点 优点：所用工具简单、通用性强、灵活性大，适合单件和小批锻件，特别是特大型锻件的生产。

11、 缺点：锻件精度低、加工余量大、生产效率低、劳动强度大、对锻工技术水平要求高等。 2. 自由锻造锻件的分类,2.3 金属塑性成形方法,一、自由锻,按重量分 大型锻件：2吨以上 钢锭原料 水压机 中型锻件：100kg到2吨 钢坯原料 水压机、油压机或锻锤 小型锻件：100kg以下 轧制棒料作原料 锻锤,按形状分 轴类 圆盘类 块类 杆类 圆环类 圆筒类 曲轴类 特型类,2.3 金属塑性成形方法,一、自由锻,3. 自由锻造的工序 根据作用与变形要求不同，自由锻造工序分为基本工序、辅助工序和精整工序3大类。 （1）基本工序 指为达到工件要求改变坯料的形状和尺寸的工序。包括镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲

12、、切割、扭转、错移等。 （2）辅助工序 是为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局部变形的工序。如倒棱、压肩等。,2.3 金属塑性成形方法,一、自由锻,（3）精整工序 用以减少锻件的表面缺陷，使锻件更好地符合规定要求，精整工序变形量很小。如修整鼓形、平整端面、校直弯曲等工步。 （4）常见自由锻件分类及锻造的基本工序,2.3 金属塑性成形方法,一、自由锻,2.3 金属塑性成形方法,盘块类： 锻粗冲孔； 局部锻粗冲孔 轴杆类: 拔长； 拔长切肩锻台阶； 局部镦粗拔长 圆筒类：锻粗冲孔芯轴拔长 圆环类：锻粗冲孔芯轴扩孔 弯曲类：拔长弯曲,二、胎模锻,胎模锻造定义 在自由锻设备上进行模锻的一种锻

13、造方法。通常利用自由锻的方法使坯料初步成形，然后在不固定于锤头和砧座上的简单模具（胎模）内锻造成形。 特点 (1) 与自由锻比，操作简单、锻件精度高、余量小、生产率高； (2) 与模锻比，胎模的设计制造比模锻锻模简单、成本低，不需要昂贵的设备。 应用 适于中小批量生产、多用于没有模锻设备的中小工厂。,2.3 金属塑性成形方法,二、胎模锻,常用胎模 1. 摔模 ：根据用途有多种摔模，如用于压痕称为卡摔；用于制坯称为型摔；用于整径称为光摔；用于校正整形称为校正摔等，摔模均用于回转体锻件。,2.3 金属塑性成形方法,二、胎模锻,2. 扣模：用于非回转体类锻件的全部或局部扣形，也可为合模制坯。,2.3

14、 金属塑性成形方法,二、胎模锻,3. 筒模：呈圆筒形。主要用于法兰，齿轮类回转体盘类锻件。,2.3 金属塑性成形方法,二、胎模锻,4. 合模 ：由上、下模及导向装置构成。适合于各类锻件的终锻成形，尤其连杆、叉形等较复杂的非回转体件常用。,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,1. 模锻定义 在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。 2. 模锻分类 按使用的设备类型不同，模锻又分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上锻模、平锻机上模锻、液压机上模锻等。,2.3 金属塑性成形方法,三、模型

15、锻造,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,3. 模锻的特点 (1) 生产率较高； (2) 可锻制形状较复杂的锻件； (3) 锻件的形状和尺寸精度高，加工余量较小，加工余量小，节省材料和切削加工工作量； (4) 机械化、自动化程度高，操作简单，劳动强度低，对工人技术水平要求不高。 (5) 设备投资大，要求锻模具有高的强度、硬度、耐磨性、高温强度、韧性和热疲劳强度等，锻件一般不大于150kg。 模锻适合于中小型锻件的大批量生产。,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,4. 锻模结构 锻模由上、下模组成。上下模分别

16、安装在锤头下端和模座上的燕尾槽内，用楔铁紧固。合模后，形成模膛。根据模膛功用不同，可分为模锻模膛和制坯模膛两大类。,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,（1）制坯模膛 制坯模膛主要作用是按照锻件形状合理分配坯料体积，使坯料形状基本接近锻件形状。制坯模膛分为拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、镦粗模膛、切断模膛等。,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,（2）模锻模膛 模锻模膛分为预锻模膛和终锻模膛两种。 预锻模膛：目的是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，以便在终锻成形时金属充型更加容易，同时减少终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。 终锻模膛：可使坯料变形到热锻件所要求的形状和尺寸，待冷却收缩

17、后即达到冷锻件的形状和尺寸。终锻模膛的分模面上有一圈飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。模锻件的飞边须在模锻后切除。,2.3 金属塑性成形方法,三、模型锻造,2.3 金属塑性成形方法,弯曲连杆的锻模及模锻过程,四、板料冲压,1. 板料冲压的概念 板料冲压，是在压力机压力作用下，利用冲压模具使金属板料产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。 板料冲压的坯料通常都是较薄的金属板料，而且，冲压时不需加热，故又称为薄板冲压或冷冲压，简称冷冲或冲压。 板料冲压通常只改变板料一部分与另一部分之间的相对位置，板料的厚度基本不变。,2.3 金属塑性成形方法,四、

18、板料冲压,2. 板料冲压的特点 （1）可获得精度高、表面质量好，形状复杂的薄壁件。 （2）零件轻巧、强度和刚度较高，耗材少。 （3）操作简单，生产率高，成本低，便于实现机械化和自动化。 （4）冲模结构复杂、对材料、精度要求高、制造费用高，只适于大批量生产。 （5）只适于塑性好，变形抗力小的原料。,2.3 金属塑性成形方法,四、板料冲压,2.3 金属塑性成形方法,剪切,剪切概念和剪床 剪切：使板料按要求的轮廓产生分离的工序。 剪床：按上下刃口是否平行分平、斜刃剪床。 平刃剪切和斜刃剪切的特点 平刃剪床剪切：轮廓线同时被剪断，断口平齐，板料变形小，所需剪切力大。 斜刃剪床剪切：轮廓线逐渐被剪断，板料变形大，所需