1、锻压基础知识2概述锻压：借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从 而获得具有一定形状、尺寸和性能的锻压件。金属坯料锻压件塑性变形3一一 锻压加工方法锻压加工方法板料冲压 模 锻自由锻自由锻、模锻：承受重载的机械零件，如机器主轴、 重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；4挤压拉拔轧锻轧制、挤压、拉拔：金属型材、板材、钢材、线材等；5板料冲压：汽车制造、电器、仪表及日用品。6板料轧制7轧 板8轧 辊轧环设备9压机拔长10二、锻压加工方法的特点二、锻压加工方法的特点1 1 能改善金属的组织，提高金属的机械性能；能改善金属的组织，提高金属的机械性能；2 2 提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工提高
2、材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时）；工时）；3 3 具有较高的劳动生产率。具有较高的劳动生产率。4 4 不能获得形状复杂的锻件；不能获得形状复杂的锻件；5 5 初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；6 6 生产现场劳动条件差。生产现场劳动条件差。11金属晶体单晶体（理想金属）多晶体（实际金属）1 单晶体的塑性变形（一）塑性变形的实质 一 金属的锻造性能一 金属的塑性变形概述位错滑移面切应力12(1)(1)滑移变形滑移变形 ：在切应力作用下，晶体一部分沿一定：在切应力作用下，晶体一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部晶面（滑移
3、面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分产生滑动的变形方式称为滑移。分产生滑动的变形方式称为滑移。 (2)(2)孪生变形孪生变形 ：在切应力作用下，晶体一部分相对于：在切应力作用下，晶体一部分相对于其余部分沿一定晶面及晶向产生一定角度切变引起其余部分沿一定晶面及晶向产生一定角度切变引起变形变形 132 2 多晶体金属塑性变形多晶体金属塑性变形（1 1）变形复杂性：包括晶内塑性变形和晶间变形。）变形复杂性：包括晶内塑性变形和晶间变形。 晶内变形晶内变形 晶粒内部的滑移变形晶粒内部的滑移变形 晶间变形晶间变形 晶粒间的移动和转动晶粒间的移动和转动（2 2）变形抗力大：晶界阻碍滑移的作用强烈。）变形抗力
4、大：晶界阻碍滑移的作用强烈。 （3 3）变形不均匀：）变形不均匀：各晶粒取向不同，晶内变形量比晶界附近区变形量大各晶粒取向不同，晶内变形量比晶界附近区变形量大晶粒细化是降低多晶体塑性变形不均匀性的重要措施晶粒细化是降低多晶体塑性变形不均匀性的重要措施 14晶粒位向与受力变形关系15（二）塑性变形对金属组织和性能的影响（二）塑性变形对金属组织和性能的影响1 1 冷变形强化（加工硬化）冷变形强化（加工硬化） 在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象。强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象。加工
5、硬化应用代替热处理提高强度使变形均匀 提高安全性产生原因：滑移面上产生了微小碎晶，晶格畸变。（内应力）作用：阻碍继续变形162 2 回复和再结晶回复和再结晶保持加工硬化，消除内应力。如冷卷弹簧进行去应力退火。 消除加工硬化，提高塑性。 再结晶速度取决于加热温度和变形程度。 再结晶是一个形核、长大过程。173 3 显微组织特征晶内微观结构变化显微组织特征晶内微观结构变化 ：晶内点缺陷增加，位错密度提高，晶格严重畸变。晶内点缺陷增加，位错密度提高，晶格严重畸变。纤维组织形成：形变量很大时，晶界遭到破坏，变得模纤维组织形成：形变量很大时，晶界遭到破坏，变得模糊不清，各晶粒被拉成细条形，呈纤维状。糊不
6、清，各晶粒被拉成细条形，呈纤维状。形变织构：由变形引起晶粒的择优取向，退火难以消除形变织构：由变形引起晶粒的择优取向，退火难以消除 18二二 热锻、冷锻、温锻、等温锻热锻、冷锻、温锻、等温锻冷变形 再结晶温度以下的塑性变形。热变形 再结晶温度以上的塑性变形冷变形加工硬化冲压、冷弯、冷挤、冷轧塑性材料热变形加工硬化+再结晶锻造、热挤、轧制变形量大，易氧化191 1 锻造比锻造比 代表变形程度大小。代表变形程度大小。用用y y表示：变形前后截面表示：变形前后截面比（拔长）或高度比（镦比（拔长）或高度比（镦 粗）粗）Y Y拔拔 = F= F0 0/F = L/L/F = L/L0 0 Y Y镦镦=
7、F/ F= F/ F0 0= H= H0 0/H /H 三 锻造流线和锻造比20锻造比变形程度的大小镦粗：y = H0 / H拔长：y = F0 / Fy 1 金属材料组织紧密晶粒细化形成锻造流线（各向异性）yy流线的纵向性能高于横向21(1)(1)轧轧材或锻坯作为锻造坯材或锻坯作为锻造坯料料 ：1.5 1.5 (2)(2)用钢锭作为锻造坯料用钢锭作为锻造坯料 碳素结构钢，拔长锻造比碳素结构钢，拔长锻造比3 3，镦粗锻造比，镦粗锻造比2.52.5；合金结构钢，锻造比为合金结构钢，锻造比为3 34 4 (3)(3)铸造缺陷严重，碳化物铸造缺陷严重，碳化物粗大的高合金钢钢锭粗大的高合金钢钢锭 ：不
8、锈钢的锻造比选为不锈钢的锻造比选为4 46 6，高速钢的锻造比选为高速钢的锻造比选为5 512 12 (4)y(4)y太大，会增加各向异性太大，会增加各向异性2 锻造比的确定22(1)(1)锻造后金属组织具有方向性锻造后金属组织具有方向性 脆性杂质：碎粒状或链状分布脆性杂质：碎粒状或链状分布 塑性杂质：带状分布塑性杂质：带状分布(2)(2)流线化程度与锻造比有关流线化程度与锻造比有关 (3)(3)流线的存在使锻造金属的力学性能呈现明显的各流线的存在使锻造金属的力学性能呈现明显的各 向异性。向异性。(4)(4)用热处理的方法不能消除锻造流线。用热处理的方法不能消除锻造流线。 在设计和制造易受冲击
9、载荷的零件时，应注意二点：在设计和制造易受冲击载荷的零件时，应注意二点：(1)(1)使零件工作时的正应力方向与流线方向重合，切应使零件工作时的正应力方向与流线方向重合，切应力方向与流线方向垂直。力方向与流线方向垂直。(2)(2)使流线的分布与零件的外形轮廓相符合。使流线的分布与零件的外形轮廓相符合。3 锻造流线232425四四 金属的锻造性能金属的锻造性能 定义：用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难定义：用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度。用金属的塑性和变形抗力二个因素来衡量。易程度。用金属的塑性和变形抗力二个因素来衡量。其是金属的重要状态属性，它决定了金属加工成形其是金属的重
10、要状态属性，它决定了金属加工成形的工艺性能和使用性能。的工艺性能和使用性能。 塑性：金属产生塑性变形而不破坏的能力。可以用塑性：金属产生塑性变形而不破坏的能力。可以用最大变形程度来表示塑性的高低。最大变形程度来表示塑性的高低。变形抗力：金属对于产生塑性变形的外力的抵抗能变形抗力：金属对于产生塑性变形的外力的抵抗能力。通常用流变应力来表示。力。通常用流变应力来表示。 塑性是与组织结构密切相关的结构敏感性质。既取塑性是与组织结构密切相关的结构敏感性质。既取决于金属的本质，还与变形条件有关。决于金属的本质，还与变形条件有关。26 影响金属锻造性能的因素主要有金属的本质和金影响金属锻造性能的因素主要有
11、金属的本质和金属的变形条件。属的变形条件。( (一一) )金属的本质金属的本质: :内在因素影响内在因素影响 1 1 化学成分的影响化学成分的影响 2 2 金属组织的影响金属组织的影响 ( (二二) )变形条件变形条件1 1 变形温度变形温度 金属随变形温度的升高，塑性升高、变形抗力降低。但是，随加热温度的升高，也会产生相应的缺陷，如产生氧化、脱碳、过热和过烧等27 除采用高能高速锤外，一般压力加工方法中，随着变形速度的增加，金属的塑性下降、变形抗力增加。283 3 变形应力状态的影响变形应力状态的影响 2930(1)在金属塑性变形时，其应力状态中压应力数目越 多,其塑性越好；拉应力数目越多，
12、塑性变形相对 降低。(2)在三向受压的应力状态下变形时，其变形抗力较三 向应力状态不同时大的多。(3)综上分析，金属的锻造性能是从塑性和变形抗力二 个方面的因素进行综合衡量。3132五五 金属的塑性变形基本规律金属的塑性变形基本规律1 1 体积不变定律体积不变定律 金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也称为不可压缩定律。称为不可压缩定律。2 2 最小阻力定律最小阻力定律(1)(1)在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方 向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向
13、移动 质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部分周边的法线方向。部分周边的法线方向。(2)(2)应用：应用：确定金属变形中质点的移动方向确定金属变形中质点的移动方向控制金属坯料变形的流动方位控制金属坯料变形的流动方位降低能耗，提高生产率。降低能耗，提高生产率。 3334变形金属的总变形是由弹性变形和塑性变形所组成变形金属的总变形是由弹性变形和塑性变形所组成3 塑性变形时伴随有弹性变形的定律35作业: 1、锻造流线的存在对金属机械性能有何影响？在零件设计中应注意那些问题？ 2、试述金属的锻造性能，影响金属锻造性能的因素，提高金属锻造性能的途径？3
14、6概念：概念： 只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下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。表面，变形不受限制，故称为自由锻。 工艺特点：工艺特点：金属坯料在抵铁间受压变形时，除与上下抵铁或其金属坯料在抵铁间受压变形时，除与上下抵铁或其它辅助工具接触部分表面外它辅助工具接触部分表面外, ,都是自由表面都是自由表面, ,可朝各可朝各个方向自由流动，不受限制。个方向自由流动，不受
15、限制。工艺灵活，所用工具简单，设备和工具的通用性强，工艺灵活，所用工具简单，设备和工具的通用性强，成本低。成本低。 二 自由锻37 自由锻特点与应用:(1)工具简单，不需造价昂贵的模具(2)可以锻造各种重量的锻件，对于大型锻件几乎是唯一的锻造方法(3)自由锻所需设备的吨位较小(4)锻件的尺寸精度低，加工余量大(5)锻件形状简单，生产率低，劳动强度大38一一 自由锻设备自由锻设备设备设备吨位（吨位（T T）锻件质锻件质量量作用力作用力动力动力空气锤空气锤 0.05-1 0.05-1100 kg100 kg冲击力冲击力电动机电动机蒸气蒸气- -空气空气锤锤0.5-50.5-51500 kg1500
16、 kg冲击力冲击力蒸气或压缩空蒸气或压缩空气气水压机水压机500-15000500-150001-300T1-300T静压力静压力高压水高压水 ) 变形大、锻透深度大、内部质量好，没有振动，噪音小。20MPa(200个大气压)0.4-0.9MPa(4-9个大气压）39空气锤40水压机蒸汽或压缩空气双柱拱式蒸汽锤41水压机42自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及精整工序1 基本工序:使金属坯料产生一定程度的塑性变形,以达到所需形状和尺寸的工艺.如镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转；2 辅助工序:为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。如倒棱、压肩3 精整工序:用以减少锻件表面缺陷而进行的工序.如
17、清除锻件表面凸凹不平及整形（修整鼓形、平整端面、校直弯曲）。二 自由锻的工序43 绘制锻件图绘制锻件图 计算坯料的重量及尺寸计算坯料的重量及尺寸 确定变形工序确定变形工序 选择锻造设备吨位选择锻造设备吨位 确定加热火次：锻造温度范围和加热、冷却及热处确定加热火次：锻造温度范围和加热、冷却及热处理规范理规范 填写工艺卡等。填写工艺卡等。三 自由锻工艺规程的制定441 1 绘制锻件图绘制锻件图锻件图锻件图 = = 零件图零件图 + + 加工余量、锻件公差和余块加工余量、锻件公差和余块轴锻件图齿轮锻件图（一） 绘制锻件图45 在零件图的基础上，考虑加工余量、锻造公差和余在零件图的基础上，考虑加工余量
18、、锻造公差和余块，并结合自由锻工艺特点而绘制成的块，并结合自由锻工艺特点而绘制成的 余块余块( (敷料敷料) ) 为简化锻造工艺在某些难以锻造的地方为简化锻造工艺在某些难以锻造的地方, ,如过窄的凹如过窄的凹档档, ,过小的台阶过小的台阶, ,小孔小孔, ,为便于锻造而增加的一部分金属为便于锻造而增加的一部分金属 锻件余量锻件余量 由于自由锻件的尺寸精度低、表面质量较差由于自由锻件的尺寸精度低、表面质量较差, ,需在需在零件的加工表面上增加供切削加工用的金属零件的加工表面上增加供切削加工用的金属 锻件公差锻件公差 ( (见表见表2 24 4和表和表2 25 5） 锻件名义尺寸的允许变动量锻件名
19、义尺寸的允许变动量. .其值根据锻件形状、尺其值根据锻件形状、尺寸并考虑到生产的具体情况加以选取寸并考虑到生产的具体情况加以选取4647484950（二）计算坯料的重量及尺寸（二）计算坯料的重量及尺寸坯料的质量：G 坯料 = G 锻件 + G 烧损+ G 切头 + G 芯子坯料的尺寸锻件的锻造比采用的变形方式轴类零件盘盖类零件轧材: y 1.3钢锭: y = 2.55镦粗(防弯):H/D2.551(三) 选择变形工序52535455齿轮坯自由锻工艺过程:下料镦粗垫环局部镦粗冲孔冲子冲孔修整56半轴自由锻工艺半轴自由锻工艺 锻件图锻件图材料材料: 18CrMnTi: 18CrMnTi坯料尺寸坯料
20、尺寸: :130130240240 坯料重量坯料重量:25kg:25kg锻造设备锻造设备:0.5T:0.5T自由锻锤自由锻锤锻出头部 拔长拔长及修整台阶拔长并留出台阶锻出凹挡及拔长端部并修整57(4) 选定锻造设备Equipment Choose 根据锻件的类型、材料、尺寸和质量车间现有的设备条件。(5) 确定锻造温度范围 始锻温度低于AE线150250,碳钢的终锻温度如图3-2所示58596061三三 自由锻零件结构工艺性自由锻零件结构工艺性 锻压件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符锻压件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符合锻压生产工艺的特点。合锻压生产工艺的特点。 简化锻压生产工艺
21、简化锻压生产工艺 提高生产效率提高生产效率 保证锻压件质量保证锻压件质量 降低生产成本降低生产成本自由锻锻件的结构工艺性62636465661 锻件尽量避免锥体或斜面的结构 锻造这种结构必须制造专用工具,锻件成形也比较困难,工艺过程复杂672 由数个简单几何体构成的锻件应避免在几何体的交接处形成空间曲线 改成平面与圆柱,平面与平面相交 683 锻件应避免椭圆形、工字形或其它非规则形状截面及非规则外形 694 锻件应避免加强筋和凸台等结构 705 复杂件应设计成简单件构成的组合体71作业： 1、自由锻的工序包括哪些内容？其中基本工序有哪些？ 2、绘制自由锻锻件图要考虑哪些因素？72 三三 模锻模
22、锻 利用模具使坯料变形而获得锻件。利用模具使坯料变形而获得锻件。 将金属坯料置于锻模模膛内，在冲击力或压力作用将金属坯料置于锻模模膛内，在冲击力或压力作用下产生塑性流动。由于模膛对金属坯料流动的限制，下产生塑性流动。由于模膛对金属坯料流动的限制，从而充满模膛获得与模膛形状相同的锻件。从而充满模膛获得与模膛形状相同的锻件。模锻的特点与应用模锻的特点与应用(1)(1)生产效率高。生产效率高。 (2)(2)锻件成形靠模膛控制，可锻出形状复杂、尺寸准确，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
23、性能和使用寿命于提高零件的力学性能和使用寿命 概述73(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、刚性好、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。应用:中、小型锻件的成批和大量生产答案：1）受模锻设备吨位的限制； 2）锻模成本高。为什么？74一一 模锻设备模锻设备模锻设备模锻设备锻造力性质锻造力性质锻件精度锻件精度生产率生产率模锻锤模锻锤冲击力冲击力较低较低较低较低曲柄压力机曲柄压力机压力压力较高较高较高较高平锻机平锻机压力压力较高
24、较高较高较高摩擦压力机摩擦压力机冲击力冲击力- -压力压力较高较高较低较低75(一) 模锻锤可以镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻、终锻。76(二)锻模及锻模模膛 771 1 制坯模膛：制坯模膛：使坯料预变形而达到合理分配，使其形使坯料预变形而达到合理分配，使其形状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。拔长模膛拔长模膛滚压模膛滚压模膛弯曲模膛弯曲模膛切断模膛切断模膛2 2 模锻模膛：模锻模膛：分为预锻模膛和终锻模膛分为预锻模膛和终锻模膛(1)(1)预锻模膛：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，预锻模膛：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，模膛的圆
25、角和斜度较大，没有飞边槽模膛的圆角和斜度较大，没有飞边槽(2)(2)终锻模膛终锻模膛: :使坯料最后变形到锻件所要求的形状和使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。模膛四周有飞边槽尺寸。模膛四周有飞边槽 飞边槽飞边槽78制坯工步，制坯模膛（锻件初步成形）模锻工步，模锻模膛（锻件最终成形）弯曲连杆的多模膛锻模7980818283（三）锤上模锻工艺规程的制订（三）锤上模锻工艺规程的制订 绘制模锻锻件图绘制模锻锻件图 确定模锻工步确定模锻工步 坯料计算坯料计算 选择模锻设备选择模锻设备 模锻后续工序模锻后续工序连皮平底连皮斜底连皮带仓连皮 84 选定分模面选定分模面 确定加工余量和锻确定加工余量和锻
26、造公差（加工表面）造公差（加工表面） 模锻斜度模锻斜度 圆角半径圆角半径 冲孔连皮冲孔连皮1 绘制模锻锻件图模锻件图包括的内容：齿轮坯模锻件图85(1) (1) 分模面的选择原则分模面的选择原则a.a. 锻件能从模膛中顺利取出锻件能从模膛中顺利取出86b.b. 易保证金属充满模膛，故应选在锻件最大截面处，易保证金属充满模膛，故应选在锻件最大截面处，使模膛最浅使模膛最浅87c.c. 分模面应为一平面，以简化锻模制造分模面应为一平面，以简化锻模制造88d.d. 上下模膛轮廓相同上下模膛轮廓相同, ,以便于及时发现错模以便于及时发现错模89e.盘类锻件应径向分模,减少余块,节约金属材料90齿轮坯锻件
27、分模面的选择91(2)(2)确定加工余量、公差和敷料确定加工余量、公差和敷料 依据依据: :零件的形状尺寸和锻件的精度等级，或锻锤吨位零件的形状尺寸和锻件的精度等级，或锻锤吨位(3)(3)确定模锻斜度确定模锻斜度 ：依据为模膛尺寸：依据为模膛尺寸 (4)(4)确定模锻圆角半径确定模锻圆角半径 外圆角：使金属易于充满模膛外圆角：使金属易于充满模膛 r=r=加工余量加工余量 + + 零件圆角半径零件圆角半径内圆角：减少锻造时金属流动的摩擦阻力内圆角：减少锻造时金属流动的摩擦阻力 R=R=（2-32-3）r r(5)(5)冲孔连皮冲孔连皮 ：通孔难以锻出：通孔难以锻出 孔径孔径d=30d=3080
28、mm80 mm时，厚度时，厚度S=4S=48 mm8 mm。当孔径当孔径d25mmd3dh3d时时, ,只在冲孔处压出凹穴只在冲孔处压出凹穴 929394实例实例: :齿轮坯模锻件图齿轮坯模锻件图 技术要求1.高度公差： +1.5 -0.752.未注圆角半径R=2.53.尺寸按交点注4.热处理硬度 HBS228 分模面选在锻件高度方向的中部.零件轮辐部分不加工,故不留加工余量.图上内孔中部的两条直线为冲孔连皮去掉后的痕迹线9596(1)长轴类锻件2 确定模锻工步9798长轴类锻件： 拔长、滚挤、弯曲制坯和预断、终锻成形。99100短轴类锻件： 镦粗制坯和终锻成形101(2)盘类锻件 它是在分模
29、面上的投影为圆形或长度接近于宽度的锻件.常选用镦粗或压扁、终锻等工步1023 3 坯料计算坯料计算 V V坯坯=( V=( V锻锻 + V+ V飞飞+ V+ V连连)(1+ K) )(1+ K) (1)(1)盘类锻件：一般镦粗制坯和终锻成形。盘类锻件：一般镦粗制坯和终锻成形。 D D计计1.08(V1.08(V坯坯/m)/m)1/31/3 m m 坯料的高径比坯料的高径比 (2)(2)轴类锻件：一般拔长、滚挤制坯。轴类锻件：一般拔长、滚挤制坯。 D D坯坯1.13(K1.13(KF Fmaxmax) )1/31/3 k k 模膛系数：不制坯或有拔长工步时模膛系数：不制坯或有拔长工步时, k=1
30、, k=1； 有滚挤工步时，有滚挤工步时，k=0.7k=0.70.850.85。 4 选择模锻设备1035 5 模锻的后续工序模锻的后续工序(1)(1)切边和冲孔切边和冲孔 104105(2)(2)热处理热处理(3)(3)清理清理(4)(4)校正校正 精压：提高锻件精度和降低表面粗糙度精压：提高锻件精度和降低表面粗糙度a.a. 平面精压：用来获得模锻件某些平行平面的精确平面精压：用来获得模锻件某些平行平面的精确尺寸。尺寸。b.b. 体积精压：用以提高模锻件所有尺寸的精度和表体积精压：用以提高模锻件所有尺寸的精度和表面质量。面质量。c.c. 精压后模锻件的尺寸精度公差可达精压后模锻件的尺寸精度公
31、差可达0.100.100.25 0.25 mmmm，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa值为值为1.251.250.63m0.63m。一般不再。一般不再进行切削加工。进行切削加工。 106107( (四四) ) 模锻零件的结构工艺性模锻零件的结构工艺性 (1) (1) 模锻件应具有合理分模面模锻件应具有合理分模面 (2) (2) 锻件上与分模面垂直的表面锻件上与分模面垂直的表面, ,应设计有模锻斜度应设计有模锻斜度 (3) (3) 零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免零零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免零件截面间尺寸差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等件截面间尺寸差别过大，或具有薄壁、高筋、
32、凸起等结构，以利于金属充满模膛和减少工序。结构，以利于金属充满模膛和减少工序。图图8-778-77所示所示 (4) (4) 模锻件应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结模锻件应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构，以便于模具制造和延长锻模寿命。构，以便于模具制造和延长锻模寿命。 (5) (5) 形状复杂的模锻件应采用锻焊结构，以减少余形状复杂的模锻件应采用锻焊结构，以减少余块，简化模锻工艺。块，简化模锻工艺。 108109问题：问题： 小型锻件的中、小批量生产应采用自由锻还小型锻件的中、小批量生产应采用自由锻还是模锻？是模锻？答案：胎膜锻 在自由锻设备上使用非固定模具（胎膜）生产模锻件的工艺方法。
33、特点：与自由锻相比：生产率高，精度高（余量小），与模锻相比： 成本低（设备、模具）。110二二 胎膜锻胎膜锻扣模组合筒模合模111思考题：思考题：1. 1. 连杆和齿轮，若由模锻改为自由锻，零件结构应如何改变？连杆和齿轮，若由模锻改为自由锻，零件结构应如何改变？2 2 下图齿轮采用模锻制坯下图齿轮采用模锻制坯, ,设计上有哪些不合理的地方？为什么设计上有哪些不合理的地方？为什么112三三 其它设备上模锻其它设备上模锻 锤上模锻具有工艺适应性广的特点，但是模锻锤要锤上模锻具有工艺适应性广的特点，但是模锻锤要求有庞大的砧座和基础，工作时震动和噪音大，能求有庞大的砧座和基础，工作时震动和噪音大，能源
34、消耗多，劳动条件差。源消耗多，劳动条件差。( (一一) ) 曲柄压力机上模锻曲柄压力机上模锻 行程不能调节；不能拔长和滚挤；行程不能调节；不能拔长和滚挤； 每个变形工步在一次行程中完成。每个变形工步在一次行程中完成。113114(二)摩擦螺旋压力机上模锻:也称螺旋压力机1 利用飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变形能进行锻造 。摩擦螺旋压力机：机械摩擦传动液压螺旋压力机：液压传动。 2 摩擦压力机锻造特点(1)具有锻锤和压力机双重工作特性。 行程速度0.51.0 m/s，介于模锻锤和曲柄压力机之间 有一定的冲击作用，且滑块行程和打击能量可控，与锻锤相似。 坯料变形中的抗力由封闭框架承受，有压力机
35、的特点115摩擦压力机116摩擦压力机传动简图117摩擦压力机锻造锻件118(2)(2)工艺适用性好：既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、工艺适用性好：既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、终锻等成形工序，又可进行校正、精整、切边、冲终锻等成形工序，又可进行校正、精整、切边、冲孔等后续工序的操作。孔等后续工序的操作。 (3)(3)承受偏心载荷的能力差，一般只进行单模膛锻造。承受偏心载荷的能力差，一般只进行单模膛锻造。(4)(4)由于打击速度比锻锤低，较适合要求变形速度低的由于打击速度比锻锤低，较适合要求变形速度低的有色合金的模锻。有色合金的模锻。(5)(5)压力机工作台下装有顶出装置，很适合于模锻带有压
36、力机工作台下装有顶出装置，很适合于模锻带有头部和杆部的回转体小锻件。头部和杆部的回转体小锻件。(6)(6)有效机械效率低，生产率不高，吨位较小有效机械效率低，生产率不高，吨位较小119(2) 热模锻压力机上模锻120121热模锻压力机锻造锻件122特点：特点： 工作时震动和噪音小，劳动条件大为改善。工作时震动和噪音小，劳动条件大为改善。 便于实现机械化和自动化，且具有很高的生产率。便于实现机械化和自动化，且具有很高的生产率。 锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻小。锻小。 变形应逐步进行。变形应逐步进行。 设备结构复杂，造价高，而且由于滑块
37、的行程和压设备结构复杂，造价高，而且由于滑块的行程和压力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚压等制坯工步，必须配备制坯工步的专用设备。压等制坯工步，必须配备制坯工步的专用设备。 123(三) 平锻机上模锻124125 平锻机上模锻过程平锻机上模锻过程 1- 1-固定凹模固定凹模 2-2-活动凹模活动凹模 3-3-冲头冲头 4-4-挡板挡板 5-5-坯料坯料 126 平锻机上模锻过程平锻机上模锻过程 1- 1-固定凹模固定凹模 2-2-活动凹模活动凹模 3-3-冲头冲头 4-4-挡板挡板 5-5-坯料坯料 127 平锻机锻造的锻件示例平锻机锻造的
38、锻件示例 128(1)主要以局部镦粗为主，也可进行压肩、冲孔、弯曲和切断等工步。(2)最适合的锻件是带头部的半轴类和有孔（通孔或不通孔）的锻件。(3)简单锻件只需一个工步完成。(4)复杂锻件，坯料可按顺序放入几个模膛中逐步变形而获得锻件。 平锻机上模锻特点129金属板料产生分离、变形冲压件冲模和冲床冲床冲压设备冲模冲压工具（分上模和下模）四 冲压130冲床手动冲床131冲床132数控冲床133概述概述 金属塑性加工的基本方法之一金属塑性加工的基本方法之一 通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件离或变形
39、，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯或毛坯分为分为: :冷冲压和热冲压冷冲压和热冲压 板料冲压的特点及应用 可制造其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂薄壁零件； 冲压件尺寸精度高，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工即可装配使用；134 板料冲压的原材料及应用板料冲压的原材料及应用 原材料：必须具有足够的塑性金属板料：低碳钢、高塑性的合金钢、不锈钢、铜、铝、镁及其合金等。 生产率高，操作简便，成本低，工艺过程易实现机械化和自动化； 可利用加工硬化提高零件的力学性能 冲压模具结构较复杂，加工精度要求高，制造费用大，因此板料冲压加工适用于大批量生产。 135 非金属材料：石
40、棉板、硬橡胶、皮革、绝缘纸、纤维板等应用:在现代汽车、家用电器、仪器仪表、飞机、导弹及日用品生产中占有主要地位.( (一一) ) 冲压的基本工序冲压的基本工序 可分为分离工序和变形工序 分离工序分离工序 : :使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。包括离的工序。包括: :冲裁冲裁( (落料与冲孔）落料与冲孔）. . 变形工序变形工序 ：除分离工序外，使坯料塑性变形，获得：除分离工序外，使坯料塑性变形，获得所需要形状、尺寸的制件的冲压工序。包括所需要形状、尺寸的制件的冲压工序。包括: :弯曲、弯曲、拉深和成形拉深和成形. .136( (一一) )分离工序分
41、离工序1. 1. 冲裁冲裁 ( (落料和冲孔落料和冲孔) ) 使板料沿封闭轮廓线分离的工序，包括落料与冲使板料沿封闭轮廓线分离的工序，包括落料与冲孔。孔。 冲孔：得到冲压件上的孔冲孔：得到冲压件上的孔 落料：得到片状冲压件的外形落料：得到片状冲压件的外形 (1) 冲裁变形过程 受力：纵向压力、横向挤压力、摩擦力变形：剪切外，还有拉伸、弯曲和横向挤压等变形137138冲裁断面的质量冲裁断面的质量 圆角带圆角带 光亮带光亮带 断裂带断裂带 毛刺毛刺139(2) (2) 冲裁间隙冲裁间隙 ( (凸凹模间隙凸凹模间隙) ) 指凸、凹模刃口同位尺寸之缝隙的距离，用指凸、凹模刃口同位尺寸之缝隙的距离，用c
42、 c表示表示单面间隙单面间隙 对冲裁过程及冲裁件断面质量具有重要影响对冲裁过程及冲裁件断面质量具有重要影响 还影响到模具寿命和冲裁力的大小还影响到模具寿命和冲裁力的大小 间隙合理时，上下剪裂纹会基本重合，获得工件断面较光洁，毛刺最小。合理冲裁单面间隙间隙值 C= m t t ：冲裁板料厚度，mm；m：与材料性能及板厚有关的系数，通常（38）%，140冲裁间隙的确定冲裁间隙的确定141 间隙过小，上下剪裂纹向外错开，在冲裁件断面间隙过小，上下剪裂纹向外错开，在冲裁件断面上会形成毛刺和迭层；模具寿命下降上会形成毛刺和迭层；模具寿命下降 间隙过大，材料中拉应力增大，塑性变形阶段过间隙过大，材料中拉应
43、力增大，塑性变形阶段过早结束，裂纹向里错开，不仅光亮带小，毛刺和早结束，裂纹向里错开，不仅光亮带小，毛刺和剪裂带均较大剪裂带均较大 , ,冲件质量下降冲件质量下降142143144(3) (3) 凸、凹模刃口尺寸的确定凸、凹模刃口尺寸的确定 凸模凸模 凹模凹模 模具间隙模具间隙 145冲孔：D凸 = D孔, D凹 = D凸 + 2Z落料：D凹 = D落料, D凸 = D凹-2Z模具间隙 Z = (0.05-0.25)t 其中 t 板料厚度。尺寸146(4) (4) 冲裁力的计算冲裁力的计算 为选择冲压设备和设计模具提供依据为选择冲压设备和设计模具提供依据 平刃冲裁力按下式计算：平刃冲裁力按下式
44、计算： P =KLsLtP =KLsLtb bP P 冲裁力，冲裁力，N N；L L 冲裁周边长度，冲裁周边长度，mmmm；S S 板料厚度，板料厚度，mmmm；材料抗剪强度，材料抗剪强度，MPaMPa；b b材料抗拉强度，材料抗拉强度，MPaMPa；K K安全系数，一般取安全系数，一般取K=1.3K=1.3。 147(5)(5)冲裁件的修整冲裁件的修整 修整模的间隙为修整模的间隙为0.006-0.01mm;0.006-0.01mm; 修整时单边切除量修整时单边切除量0.05-0.2mm;0.05-0.2mm; 修整后的切面粗糙度修整后的切面粗糙度Ra=1.25-0.65;Ra=1.25-0.
45、65; 尺寸精度尺寸精度IT6-IT7.IT6-IT7.问题：冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度达不到要 求时，如何处理？外缘修整内孔修整1481. 1. 拉深拉深 利用模具将已落料的平面板坯压制成各种开口空心利用模具将已落料的平面板坯压制成各种开口空心零件，或将已制成的开口空心件毛坯，制成其他形零件，或将已制成的开口空心件毛坯，制成其他形状空心零件的一种变形工艺，又称拉延。状空心零件的一种变形工艺，又称拉延。 (二) 成形工序 使板料或半成品改变局部形状的工序。2 切断 用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序3 精密冲裁4 切口149(1) (1) 拉深过程分析拉深过程分析 拉深：平面板料
46、开口中空形件150 变形过程：变形过程：凸模底部金属不变形凸模底部金属不变形底部以外环形部分变形后形成侧壁底部以外环形部分变形后形成侧壁 应力分布应力分布底部：径向和切向拉应力底部：径向和切向拉应力侧壁：单向轴向拉应侧壁：单向轴向拉应环形区：径向拉应力和切向压应力环形区：径向拉应力和切向压应力 壁厚变化壁厚变化侧壁上部壁厚最大侧壁上部壁厚最大靠近底部圆角附近壁厚最小，最易破裂靠近底部圆角附近壁厚最小，最易破裂151 m =d / D0 d 拉深后的工件直径，mm； D0拉深前坯料直径，mm。 m是衡量拉深变形程度的指标极限拉伸系数：保证危险面不被拉裂的拉深系数的最小值 :m(0.50.8)(2
47、)拉深系数拉深系数:拉深件直径d与坯料直径D的比值称为拉深系数152多次拉伸的拉伸系数为：多次拉伸的拉伸系数为：M=MM=M1 1* *M M2 2* *M M3 3* *. .153154 主要缺陷：主要缺陷：起皱：凸缘区起皱：凸缘区 ，切向压应力最大，切向压应力最大拉裂：筒形件底部圆角附近。该区加工硬化程拉裂：筒形件底部圆角附近。该区加工硬化程度最小，且壁厚减薄最严重。度最小，且壁厚减薄最严重。 防止拉裂防止拉裂拉深凸、凹模工作部分必须作成圆角拉深凸、凹模工作部分必须作成圆角 凹模圆角半径凹模圆角半径Rd =Rd =（3 33030）t t 凸模圆角半径凸模圆角半径RPRd RPRd (3
48、)拉深件的成形质量问题 控制凸模和凹模之间的间隙C=（1.11.2）S 限制拉深系数m =d/D0=0.50.8，否则应多次拉深155采用润滑，以降低拉深件壁部的拉应力，提高模具寿命极限拉伸系数：保证危险面不被拉裂的拉深系数的最小值156防止皱折防止皱折加压边圈加压边圈 压边力不宜过大能压住工件不致起皱即可。1572. 2. 弯曲弯曲 利用模具或其它工具将坯料一部分相对另一部分弯利用模具或其它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。曲成一定的角度和圆弧的变形工序。 (1)弯曲时受力分析变形区：外层：受切向拉力作用发生伸长变形。为最危险部位内层：受切向压力作用，发生压缩变形
49、中性层：切向应力或切向应变为零，位于板料中心部位158159(2)(2)为避免造成板料的破裂为避免造成板料的破裂: :相对弯曲半径（相对弯曲半径（r/tr/t） ：表示弯曲变形程度：表示弯曲变形程度 坯料越厚，弯曲半径越小，其变形程度越大。坯料越厚，弯曲半径越小，其变形程度越大。 最小相对弯曲半径最小相对弯曲半径r rminmin （0.250.251.01.0）。）。防止弯裂防止弯裂: :实际弯曲半径实际弯曲半径 r r 最小弯曲半径最小弯曲半径 r minr min 材料塑性好，相对弯曲半径可小些。材料塑性好，相对弯曲半径可小些。(3)(3)弯曲时的回弹现象弯曲时的回弹现象w回弹回弹 ：当
50、外力去掉后，塑性变形保留下来，而弹性：当外力去掉后，塑性变形保留下来，而弹性变形部分则恢复，从而使坯料产生与弯曲变形方向变形部分则恢复，从而使坯料产生与弯曲变形方向相反的变形。回弹角相反的变形。回弹角(0(010)10)0 0 影响因素：材料的力学性能、板料厚度、弯曲形状、影响因素：材料的力学性能、板料厚度、弯曲形状、相对弯曲半径以及弯曲力的大小等。相对弯曲半径以及弯曲力的大小等。160 措施：利用回弹规律，在设计弯曲模时，使模具角度与工件角度差一个回弹角。图3-44 弯曲时的回弹现象 1回弹前 2回弹后161(5) (5) 弯曲模弯曲模简单弯曲模压制一般弯曲件斜楔式弯曲模压制多角形弯曲件16
