1、第十章 锻压成形 塑性成形塑性成形(Plasticity(Plasticity Forming)Forming)（锻压成形锻压成形）是）是金属材料成形方法之一。它是指对金属材料施加外力金属材料成形方法之一。它是指对金属材料施加外力作用，利用金属的塑性使其产生塑性变形，从而获得作用，利用金属的塑性使其产生塑性变形，从而获得具有一定的形状、尺寸、组织和性能的工件或毛坯的具有一定的形状、尺寸、组织和性能的工件或毛坯的加工方法，也称为塑性加工或压力加工。常见的塑性加工方法，也称为塑性加工或压力加工。常见的塑性成形方法有：成形方法有：锻造锻造、冲压冲压、挤压、挤压(3 3)、轧制轧制、拉拔拉拔等等(图图
2、5-15-1)。第五章第五章 塑性成形工艺塑性成形工艺第一节 塑性成形理论基础 一、塑性变形机理一、塑性变形机理 多晶体金属的塑性变形由晶内变形和晶间变形多晶体金属的塑性变形由晶内变形和晶间变形所组成。所组成。晶内变形晶内变形是指晶粒内部的变形，主要方式为滑移和是指晶粒内部的变形，主要方式为滑移和孪生。滑移变形容易进行，是主要的变形方式；孪孪生。滑移变形容易进行，是主要的变形方式；孪生变形比较困难，是次要的变形方式。生变形比较困难，是次要的变形方式。晶间变形是指晶粒间的相对位移，包括晶粒间晶间变形是指晶粒间的相对位移，包括晶粒间的相对滑动和转动，如的相对滑动和转动，如图图5-25-2所示。所示
3、。第一节第一节 塑性成形理论基础塑性成形理论基础二、加工硬化、回复和再结晶二、加工硬化、回复和再结晶 1.1.加工硬化加工硬化(Process(Process IndurationInduration)金属在冷变形（低于再结晶温度）加工时，随金属在冷变形（低于再结晶温度）加工时，随着变形量的增加，金属材料的强度、硬度提高，但着变形量的增加，金属材料的强度、硬度提高，但塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。如塑性、韧性下降，这种现象称为加工硬化。如图图5-5-3 3所示。所示。2.2.回复回复(Revert)(Revert)和再结晶和再结晶(RecrystalRecrystal)(1)(1)回复
4、回复 将冷成形后的金属加热至一定温度将冷成形后的金属加热至一定温度后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减后，使原子回复到平衡位置，晶内残余应力大大减小的现象，称为回复，如小的现象，称为回复，如图图5-4c5-4c所示。回复温度约所示。回复温度约为为(0.25-0.3)T(0.25-0.3)T熔（熔（K K）。）。(2)(2)再结晶再结晶 塑性变形后金属被拉长了的晶粒塑性变形后金属被拉长了的晶粒出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象，称为出现重新生核、结晶，变为等轴晶粒的现象，称为再结晶，如再结晶，如图图5-4d5-4d所示。再结晶温度一般为所示。再结晶温度一般为0.4T0.4T熔熔(K)
5、(K)以上。以上。第一节第一节 塑性成形理论基础塑性成形理论基础三、冷变形、热变形、温变形三、冷变形、热变形、温变形 1.1.冷变形冷变形 金属在回复温度以下进行的塑性金属在回复温度以下进行的塑性变形称为冷变形。变形过程中会出现加工硬化。变形称为冷变形。变形过程中会出现加工硬化。2.2.热变形热变形 在再结晶温度以上进行的塑性变在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热变形。金属在热变形过程中既有加工硬形称为热变形。金属在热变形过程中既有加工硬化又有再结晶，但加工硬化会被回复和再结晶完化又有再结晶，但加工硬化会被回复和再结晶完全消除全消除 3.3.温变形温变形 即金属在高于回复温度和低于再即金属在高
6、于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的塑性成形过程，温变形过结晶温度范围内进行的塑性成形过程，温变形过程中有加工硬化及回复现象，但无再结晶，硬化程中有加工硬化及回复现象，但无再结晶，硬化只得到部分消除。只得到部分消除。第一节第一节 塑性成形理论基础塑性成形理论基础四、锻造比与锻造流线四、锻造比与锻造流线 1.1.锻造比锻造比 在塑性成形时，常用锻造比在塑性成形时，常用锻造比(Y)(Y)来表示变形程度。锻来表示变形程度。锻造比的计算公式与变形方式有关，通常用变形前后的截面造比的计算公式与变形方式有关，通常用变形前后的截面比、长度比或高度比来表示：比、长度比或高度比来表示：拔长时的锻造比：拔长时的
7、锻造比：Y Y拔拔=F=F0 0F F （5-15-1）镦粗时的锻造比：镦粗时的锻造比：Y Y镦镦=H=H0 0H H （5-25-2）式中式中 F F0 0、F-F-毛坯变形前后的截面积；毛坯变形前后的截面积；H H0 0、H-H-毛坯毛坯变形前后的高度。变形前后的高度。2.2.锻造流线锻造流线 锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性
8、，通常称为锻造流线，也称流纹。的方向性，通常称为锻造流线，也称流纹。如如图图5-55-5所示所示。图图5 56 6为两种加工方法加工的曲轴的流线分布比较。为两种加工方法加工的曲轴的流线分布比较。第一节第一节 塑性成形理论基础塑性成形理论基础五、塑性成形基本定律五、塑性成形基本定律 1.1.最小阻力定律最小阻力定律 金属受外力作用发生塑性变形时，如果某质点有金属受外力作用发生塑性变形时，如果某质点有向各种方向移动的可能性时，则质点将沿着阻力最小向各种方向移动的可能性时，则质点将沿着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的方向移动，故宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大，这就叫做最
9、小阻力定律。最大，这就叫做最小阻力定律。图图5-75-7中的中的a)a)、b)b)、c)c)分别为圆形、方形、矩形分别为圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向，截面上各质点在镦粗时的流动方向，d)d)是矩形截面是矩形截面镦粗后的截面形状。镦粗后的截面形状。2.2.体积不变条件体积不变条件 由于塑性变形时金属密度的变化很小，物体主要由于塑性变形时金属密度的变化很小，物体主要发生形状的改变，虽然体积也有微量的变化，但与塑发生形状的改变，虽然体积也有微量的变化，但与塑性变形相比是很小的，可以忽略不计，可认为变形前性变形相比是很小的，可以忽略不计，可认为变形前后的体积相等，这就是塑性变形时的体
10、积不变条件。后的体积相等，这就是塑性变形时的体积不变条件。第一节第一节 塑性成形理论基础塑性成形理论基础六、材料的塑性成形性六、材料的塑性成形性 材料的塑性成形性是指材料经过塑性变形而材料的塑性成形性是指材料经过塑性变形而不产生裂纹和破裂以获得所需形状的性能。不产生裂纹和破裂以获得所需形状的性能。1.1.材料性质的影响材料性质的影响 (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 2.2.变形条件的影响变形条件的影响 (1)(1)变形温度的影响变形温度的影响 (2)(2)变形速度的影响变形速度的影响 变形速度即单位时间内变形速度即单位时间内的变形程度。它对金
11、属的塑性成形性的影响是矛的变形程度。它对金属的塑性成形性的影响是矛盾的，如盾的，如图图5-85-8所示。所示。(3)(3)应力状态的影响应力状态的影响 ，图，图5 59 9为挤压变形时为挤压变形时的受力状态。的受力状态。第一节第一节 塑性成形理论基础塑性成形理论基础第二节 金属塑性成形方法一、自由锻（一、自由锻（Free ForgingFree Forging）锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，通过锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，通过金属体积的转移和分配，使坯料、铸锭产生局部或全金属体积的转移和分配，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、形状和质部的塑性变形，
12、以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。自由锻是在自由锻设备上利用量的锻件的加工方法。自由锻是在自由锻设备上利用简单的通用性工具（如砧子、型砧、胎模等）使坯料简单的通用性工具（如砧子、型砧、胎模等）使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。方法。自由锻自由锻的工序包括基本工序、辅助工序和修整工的工序包括基本工序、辅助工序和修整工序。工序简图见序。工序简图见表表5-15-1。常用的自由常用的自由锻设备锻设备有有空气锤空气锤、蒸汽、蒸汽空气自由锻空气自由锻锤、液压机等。锤、液压机等。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形
13、方法自由锻锤自由锻锤第三章第三章 锻压成形锻压成形压力机（液压，水压）压力机（液压，水压）（一）（一）自由锻自由锻基本工序基本工序 1.1.镦粗镦粗 使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序称为使坯料高度减小而横截面积增大的锻造工序称为镦粗镦粗，如如图图5-105-10所示。所示。图图5 51111为圆柱坯料镦粗变形分布。为圆柱坯料镦粗变形分布。2.2.拔长拔长 使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序叫使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序叫拔长拔长，如，如图图5 51212所示。所示。（1 1）拔长变形的特点）拔长变形的特点 （2 2）拔长方法矩形断面拔长如）拔长方法矩形断面拔长如图图5-125-
14、12所示。圆形断面拔长如所示。圆形断面拔长如图图5-135-13所示。所示。（3 3）影响拔长质量的工艺因素）影响拔长质量的工艺因素 1 1）送进量的影响）送进量的影响 。2 2）压下量的影响）压下量的影响 。3 3）砧子形状的影响）砧子形状的影响 ，图图5 51414为拔长砧子形状及其对变形区分为拔长砧子形状及其对变形区分布的影响。布的影响。3.3.冲孔冲孔 将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。实心冲子冲孔过程如实心冲子冲孔过程如图图5-155-15所示。所示。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性
15、成形方法（一）（一）自由锻自由锻基本工序基本工序 4 4 错移错移 错移错移是指将坯料的一部分相对于另一部分平移错开，是指将坯料的一部分相对于另一部分平移错开，但仍保持轴线平行的锻造工序。但仍保持轴线平行的锻造工序。5 5 锻接锻接 锻接是指将坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两锻接是指将坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两坯料在固相状态下结合的方法。坯料在固相状态下结合的方法。6 6 弯曲弯曲 弯曲是指采用一定的工模具将坯料弯成规定外形的锻弯曲是指采用一定的工模具将坯料弯成规定外形的锻造工序。造工序。（二）自由锻工艺规程的制定（二）自由锻工艺规程的制定 1.1.绘制锻件图绘制锻件图 典型的锻
16、件图如典型的锻件图如图图5-165-16所示。所示。（1 1）加工余量）加工余量 自由锻件表面留有供机械加工自由锻件表面留有供机械加工用的金属层，称为加工余量。用的金属层，称为加工余量。（2 2）锻造公差）锻造公差 在实际生产中，由于各种因素在实际生产中，由于各种因素的影响，锻件的实际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸的影响，锻件的实际尺寸不可能达到锻件的公称尺寸，允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。，允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。（3 3）余块）余块 为了简化锻件外形或根据锻造工艺为了简化锻件外形或根据锻造工艺需要，在零件的某些地方添加一部分大于余量的金属需要，在零件的某些地方添加一部分大于
17、余量的金属，这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余块。，这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余块。2.2.确定锻造成形工艺方案确定锻造成形工艺方案第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法3.3.计算毛坯重量和尺寸计算毛坯重量和尺寸 (1)(1)计算毛坯重量计算毛坯重量 毛坯重量为锻件重量与锻造时各种金属损毛坯重量为锻件重量与锻造时各种金属损耗的重量之和。计算公式如下：耗的重量之和。计算公式如下：m m坯坯=m=m锻锻+m+m损损=m=m锻锻+m+m烧烧+m+m芯芯+m+m切切 （5-25-2）式中的式中的m m坯、坯、m m烧、烧、m m芯、芯、m m切分别是坯料切分别是坯料、锻件、加热时坯
18、料表面氧化而烧损、冲孔时、锻件、加热时坯料表面氧化而烧损、冲孔时芯料和修切部分的重量。芯料和修切部分的重量。m m锻等于锻件的体积与锻等于锻件的体积与金属比重的乘积。金属比重的乘积。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法（2 2）确定毛坯尺寸）确定毛坯尺寸 采用镦粗方法锻造时，为避免镦粗时产生弯采用镦粗方法锻造时，为避免镦粗时产生弯曲现象，毛坯高径比（曲现象，毛坯高径比（HoHoDoDo）不得超过）不得超过2.52.5，同时为了在下料时便于操作，毛坯高径比（同时为了在下料时便于操作，毛坯高径比（HoHoDoDo）还应大于）还应大于1.251.25，即：，即：1.25 1.25 DoHo
19、DoHo 2.5Do 2.5Do （5-35-3）由于毛坯重量已知，便可算出毛坯体积由于毛坯重量已知，便可算出毛坯体积V V坯坯 V V坯坯=G=G坯坯 （5-45-4）式中式中 钢的密度（钢的密度（kNkNm3m3）。）。4.4.确定锻造温度范围确定锻造温度范围 图图5-175-17为碳钢的锻造温度范围。常用金属的为碳钢的锻造温度范围。常用金属的始锻温度与终锻温度见始锻温度与终锻温度见表表5-25-2。5.5.制订自由锻工艺规程卡制订自由锻工艺规程卡第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法 自由锻工艺规程(Technological Flow)1绘制锻件图：在零件图上表示出 (1)敷料
20、（余块）；(2)尺寸公差；(3)机加工余量。2确定变形工步(Steps of Forming)(1）锻件必需基本、辅助和精整工序；(2）确定所需工具；(3）各工步顺序和所达尺寸要求。自由锻件图：机加工余量、余块及公差表示方法自由锻件图：机加工余量、余块及公差表示方法齿轮坯锻件图齿轮坯锻件图3 3坯料重量和尺寸计算坯料重量和尺寸计算 (1）重量：G坯=G锻+G锻损=G锻+G锻烧+G锻芯+G锻切 (2）尺寸：y钢锭 2.5-3.0 y钢型材 1.3-1.54选定设备 据锻件大小和材料定。锻件大,锻锤也大,大型锻件只能采用水压机锻压。二、模型锻造（二、模型锻造（Model ForgingModel
21、Forging）利用模具使毛坯变形获得锻件的锻造方法称为利用模具使毛坯变形获得锻件的锻造方法称为模型模型锻造。锻造。模锻成形的典型零件如模锻成形的典型零件如图图5-185-18所示。所示。1.1.锤上模锻锤上模锻 在锻锤上进行的模锻称为在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻锤上模锻，见，见图图5-195-19。（1 1）锻模结构）锻模结构 常见的模膛形式见常见的模膛形式见表表5-35-3。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法锤上模锻示意图：锤上模锻示意图：模锻件图：（2 2）模锻件图的制订）模锻件图的制订 1 1）分模面位置的选择分模面位置的选择 2 2）加工余量、公差和余块的确定加工余量、
22、公差和余块的确定 3 3）模锻斜度的选择模锻斜度的选择 为便于锻件从模膛中取出，模锻件为便于锻件从模膛中取出，模锻件上垂直于分模面的侧壁要有一定的斜度，称为模锻斜度，见上垂直于分模面的侧壁要有一定的斜度，称为模锻斜度，见图图5-205-20。4 4）圆角半径的确定圆角半径的确定 为了便于金属在模膛中流动，防止为了便于金属在模膛中流动，防止锻模开裂，保证锻造流线的连续性，提高锻模寿命，锻件上锻模开裂，保证锻造流线的连续性，提高锻模寿命，锻件上所有尖锐棱角都必须做成圆弧，圆弧的半径称为圆角半径（所有尖锐棱角都必须做成圆弧，圆弧的半径称为圆角半径（图图5-215-21）。）。5 5）冲孔连皮冲孔连皮
23、 具有通孔的锻件在模锻时不能锻出通孔，具有通孔的锻件在模锻时不能锻出通孔，故孔内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连皮（故孔内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连皮（图图5-225-22）。6 6）锻件图的技术条件锻件图的技术条件 第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法2.2.锻造压力机上模锻锻造压力机上模锻 （1 1）热模锻压力机上模锻）热模锻压力机上模锻 热模锻压力机采用整体床身或有预应力的框架式机身，热模锻压力机采用整体床身或有预应力的框架式机身，通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻，如通过曲柄连杆机构使滑块往复运动进行模锻，如图图5-235-23所示所示。热模锻压力机滑块运动精确
24、，模具有导向装置，分为预成。热模锻压力机滑块运动精确，模具有导向装置，分为预成形、预锻、终锻等工步（形、预锻、终锻等工步（图图5-245-24）。）。（2 2）螺旋压力机上模锻）螺旋压力机上模锻 螺旋压力机是利用飞轮旋转积蓄的能量，靠主螺杆的旋螺旋压力机是利用飞轮旋转积蓄的能量，靠主螺杆的旋转带动滑块上、下运动使坯料模锻成形的。转带动滑块上、下运动使坯料模锻成形的。图图5-255-25所示为摩所示为摩擦螺旋压力机的工作原理图。擦螺旋压力机的工作原理图。（3 3）平锻机模锻）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，其主平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块的卧式压力机，其主滑块水平运动，
25、故称之为平锻机。滑块水平运动，故称之为平锻机。图图5-265-26所示为水平分模平所示为水平分模平锻机的基本结构，其模锻过程如锻机的基本结构，其模锻过程如图图5-275-27所示。所示。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法齿轮坯模锻件：2 2）确定）确定加工余量加工余量、尺寸公差和余块尺寸公差和余块（1 1）加工余量：）加工余量：0.4-5mm0.4-5mm（2 2）公差：公差：0.3-3mm0.3-3mm(3(3）敷料：敷料：30-80mm30-80mm孔，孔，冲孔连皮：冲孔连皮：0.3-3mm0.3-3mm3 3）确定模锻斜度：确定模锻斜度：5-155-15，内壁较大，大模，内壁
26、较大，大模膛取大值。膛取大值。4 4）确定圆角半径）确定圆角半径(1(1）r r外外=加工余量加工余量+零件圆角半径；零件圆角半径；(2(2）r r内内=（2-32-3）r r外外 且大模膛取大且大模膛取大值。值。4 4.锻模的模膛锻模的模膛 1 1）模膛分类模膛分类：（1 1）模锻模膛：）模锻模膛：预锻预锻和终锻模膛和终锻模膛 （2 2）制坯模膛：弯曲、延伸、）制坯模膛：弯曲、延伸、滚压和切断。滚压和切断。2 2）特点：）特点：(1）预锻模膛圆角和斜度比终锻模膛大；(2）终锻模膛四周有飞边槽；(3）制坯模膛使形状复杂锻件逐步成型，变形均匀，且易充满模膛。弯曲连杆的模锻过程弯曲连杆的模锻过程三
27、、板材冲压成形（三、板材冲压成形（Sheet FormingSheet Forming）板材冲压成形板材冲压成形是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。板材冲压成形具有下列特点：法。板材冲压成形具有下列特点：板材冲压生产主要是依靠板材冲压生产主要是依靠冲模冲模和冲压设备完成加工，工艺和冲压设备完成加工，工艺过程便于实现机械化和自动化，生产率很高，操作简便，故零过程便于实现机械化和自动化，生产率很高，操作简便，故零件成本低。件成本低。可以冲压出形状复杂的零件，一般不需再进行切削加工，可以冲压出形状复杂的零件，一般不需再进行切削加工，且废料较少，因而节省原材
28、料和能源消耗。且废料较少，因而节省原材料和能源消耗。板材冲压常用的原材料有低碳钢以及塑性高的合金钢和有板材冲压常用的原材料有低碳钢以及塑性高的合金钢和有色金属，多是表面质量好的板料、条料或带料，产品重量轻、色金属，多是表面质量好的板料、条料或带料，产品重量轻、材料消耗少、强度高、刚性好。材料消耗少、强度高、刚性好。冲压件的尺寸公差主要由冲模来保证，因此产品具有足够冲压件的尺寸公差主要由冲模来保证，因此产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，尺寸稳定，互换性好。但冲模高的精度和较低的表面粗糙度，尺寸稳定，互换性好。但冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才显制造复杂、成本高，只有
29、在大批量生产条件下，其优越性才显得突出。得突出。冲压生产中冲压生产中常用的设备常用的设备是剪床和冲床是剪床和冲床。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法基本工序基本工序（一）分离工序（一）分离工序.落料和冲孔（统称落料和冲孔（统称冲裁冲裁）冲裁（冲裁（落料和冲孔落料和冲孔）是使坯料按封闭轮廓分离的工）是使坯料按封闭轮廓分离的工序。序。落料落料时被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔时被分离的部分为成品，而周边是废料；冲孔是为了获得带孔的冲裁件，被分离的部分为废料，而周是为了获得带孔的冲裁件，被分离的部分为废料，而周边是成品。边是成品。(1)(1)冲裁变形过程冲裁变形过程 冲裁过程如冲裁
30、过程如图图5 52828所示。冲裁时板材的变形和分离所示。冲裁时板材的变形和分离过程对冲裁件质量有很大影响。当凸凹模间隙正常时，过程对冲裁件质量有很大影响。当凸凹模间隙正常时，其过程可分为如下三个阶段。其过程可分为如下三个阶段。()断面质量断面质量 如如图图5-295-29所示，冲裁件的断面具有明显的区域性特所示，冲裁件的断面具有明显的区域性特征，由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分组成。征，由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺四个部分组成。()凸凹模间隙凸凹模间隙 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，也影响着模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件
31、的尺响着模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。如寸精度。如图图5-305-30所示。所示。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法 (4)(4)冲裁件的排样冲裁件的排样 排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。排样是指落料件在条料、带料或板料上合理布置的方法。图图5-315-31为为同一个冲裁件采用四种不同排样方式时材料消耗的对比情况。同一个冲裁件采用四种不同排样方式时材料消耗的对比情况。(5)(5)冲裁力的计算冲裁力的计算 平刃冲模的冲裁力按下式计算：平刃冲模的冲裁力按下式计算：P=P=kLSkLS （5555）式中，式中，P-P-冲裁力冲裁力;L-;L-冲裁周
32、边长度，冲裁周边长度，mmmm；S-S-坯料厚度，坯料厚度，mmmm；k k系数，常取系数，常取l.3,l.3,或取或取=0.8=0.8；-材料抗剪切强度，材料抗剪切强度，MPaMPa，可查手册，可查手册 修整修整 修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，从而提高修整是利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度值。冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度值。图图5-325-32为修整加工简图。为修整加工简图。.切断切断 切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。切断是指用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。第二节第二节 金属塑性成
33、形方法金属塑性成形方法（二）变形工序（二）变形工序 变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如而不破裂的工序，如拉深拉深、弯曲弯曲、翻边翻边、成形成形等。等。1.1.拉深（拉深（Deep FormingDeep Forming）拉深拉深是利用拉深模具使冲裁后得到的平板坯料变形成是利用拉深模具使冲裁后得到的平板坯料变形成开口空心件的冲压工序。拉深可以制成筒形、阶梯形、盒开口空心件的冲压工序。拉深可以制成筒形、阶梯形、盒形、球形、锥形及其它复杂形状的薄璧零件。形、球形、锥形及其它复杂形状的薄璧零件。（1 1）拉深过程）拉深过程 如
34、如图图5-335-33所示。把直径为所示。把直径为D D的平板坯料放在凹模上，的平板坯料放在凹模上，在凸模作用下，坯料被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空在凸模作用下，坯料被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空心拉深件。心拉深件。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法 （2 2）拉深中的废品及防止）拉深中的废品及防止 从从拉深过程拉深过程中可以看出，拉深件最危险部位是直璧与底部的过中可以看出，拉深件最危险部位是直璧与底部的过渡圆角处，当拉应力值超过材料的强度极限时，将被拉穿形成废品渡圆角处，当拉应力值超过材料的强度极限时，将被拉穿形成废品。（。（图图5-345-34）。防止拉深件出现拉穿的措施是
35、：）。防止拉深件出现拉穿的措施是：凸、凹模圆角半径凸、凹模圆角半径 这两个圆角半径过小时，则容易将这两个圆角半径过小时，则容易将板料拉穿板料拉穿。凸凹模间隙凸凹模间隙 拉深系数拉深系数 如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺（工艺（图图5 53535）。）。注意润滑注意润滑 拉深过程中另一种常见缺陷是起皱（拉深过程中另一种常见缺陷是起皱（图图5-365-36）。为防止起皱，）。为防止起皱，可采用设置压边圈来解决（可采用设置压边圈来解决（图图5-375-37）。也可以通过增加毛坯的相对）。也可以通过增加毛坯的相对厚度或拉深
36、系数来解决。厚度或拉深系数来解决。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法(3(3）毛坯尺寸及拉深力的确定）毛坯尺寸及拉深力的确定 对于圆筒件，最大拉深力可按下式计算：对于圆筒件，最大拉深力可按下式计算：（5-75-7）式中，式中，PmaxPmax-最大拉深力，最大拉深力，N N；b-材料的抗拉强度，材料的抗拉强度，MPaMPa；s-材料的屈服强度，材料的屈服强度，MPaMPa；D D毛坯直径，毛坯直径，mmmm；d d拉深凹模直径，拉深凹模直径，mmmm；r r凹凹-拉深凹模圆角半径，拉深凹模圆角半径，mmmm；s s材料厚度，材料厚度，mmmm。srdDPsb）凹()(3max第二节
37、第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法 2.2.弯曲（弯曲（BendingBending）弯曲弯曲是将坯料弯成具有一定角度和曲率的变形工序（是将坯料弯成具有一定角度和曲率的变形工序（图图5-385-38）。弯曲时还应尽可能使弯曲线与板料纤维垂直（。弯曲时还应尽可能使弯曲线与板料纤维垂直（图图5-395-39）。.胀形胀形 胀形主要用于平板毛坯的局部成形（或叫起伏成型），如压制胀形主要用于平板毛坯的局部成形（或叫起伏成型），如压制凹坑，加强筋，起伏形的花纹及标记等。胀形所使用的模具可分为凹坑，加强筋，起伏形的花纹及标记等。胀形所使用的模具可分为钢模和软模（钢模和软模（图图5-405-40）两类
38、。）两类。4.4.翻边翻边 翻边是在带孔的平坯料上用扩孔的方法使板料沿一定的曲率翻翻边是在带孔的平坯料上用扩孔的方法使板料沿一定的曲率翻成直立边缘的冲压成形方法（成直立边缘的冲压成形方法（图图5-415-41）。）。.旋压旋压 有些空心回转体件还可用旋压方法来制造。旋压是在专用旋压有些空心回转体件还可用旋压方法来制造。旋压是在专用旋压机上进行（机上进行（图图5-425-42）。）。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法（三）冲模（三）冲模（DieDie）的分类和构造）的分类和构造1.1.简单冲模简单冲模 它是在冲床的一次冲程中只完成一个工序的它是在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模，
39、称为简单冲模，如冲模，称为简单冲模，如图图5-435-43所示。所示。.连续冲模连续冲模 在冲床的一次冲程中，在模具的不同部位同在冲床的一次冲程中，在模具的不同部位同时完成数道工序的模具（时完成数道工序的模具（图图5-445-44）称为连续冲模）称为连续冲模。3.3.复合冲模复合冲模 在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序的模具（完成数道工序的模具（图图5-455-45）称为复合模。）称为复合模。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法（四）冲压成形工艺规程的制定（四）冲压成形工艺规程的制定 1.1.冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性分析
40、2.2.拟订冲压工艺方案拟订冲压工艺方案 （1 1）选择冲压基本工序）选择冲压基本工序 （2 2）确定冲压工序的顺序与数目）确定冲压工序的顺序与数目 .确定模具类型与结构形式确定模具类型与结构形式 .选择冲压设备选择冲压设备 .编写冲压工艺文件编写冲压工艺文件（五）冲压件工艺过程编制实例（五）冲压件工艺过程编制实例 表表5-45-4是某厂所使用的冲压工艺卡片，其编制过程如上是某厂所使用的冲压工艺卡片，其编制过程如上所述。所述。第二节第二节 金属塑性成形方法金属塑性成形方法生产实例生产实例第三节 锻压件结构工艺性 一、自由锻件的结构工艺性一、自由锻件的结构工艺性 1.1.应避免锥面或楔形，尽量采
41、用圆柱面或平行应避免锥面或楔形，尽量采用圆柱面或平行平面，以利于锻造，如平面，以利于锻造，如图图5-465-46所示。所示。2.2.各表面交接处应避免弧线或曲线，尽量采用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，如直线或圆，以利于锻制，如图图5-475-47所示。所示。3.3.应避免肋板或凸台，以利于减少余块和简化应避免肋板或凸台，以利于减少余块和简化锻造工艺，如锻造工艺，如图图5-485-48所示。所示。4.4.大件和形状复杂的锻件，可采用锻大件和形状复杂的锻件，可采用锻焊、锻焊、锻螺纹联接等组合结构，以利于锻造和机械加工，螺纹联接等组合结构，以利于锻造和机械加工，如如图图
42、5-495-49所示。所示。第三节第三节 锻压件结构工艺性锻压件结构工艺性 二、模锻件的结构工艺性二、模锻件的结构工艺性 1 1模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出，又利于金属充填、减少余块和敷料，锻模容易制造。中取出，又利于金属充填、减少余块和敷料，锻模容易制造。2 2与分模面垂直的非加工面应设计出模锻斜度，以利于从模膛中取与分模面垂直的非加工面应设计出模锻斜度，以利于从模膛中取出锻件。非加工面的交接处应采用圆角过渡，以利于金属在模膛出锻件。非加工面的交接处应采用圆角过渡，以利于金属在模膛中流动充填和防止产生应
43、力集中。中流动充填和防止产生应力集中。3 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。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 4为了减小变形抗力，使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形为了减小变形抗力，使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，腹板过力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，腹板过薄（如薄（如图图5-505-50所示）。所示）。5 5在零件结构允许的条件下，设计时应尽量避免深孔或多孔结构，在零件结构允许的条件下，设计时应尽量避免深孔或多孔结构，以利于制模和减少余块，如以利于制模和减少余块，如图图5-
44、515-51所示的四个所示的四个20mm20mm的孔就不能的孔就不能锻出，只能用机械加工成型。锻出，只能用机械加工成型。6 6形状复杂件宜采用锻形状复杂件宜采用锻焊、锻焊、锻螺纹联接等组合结构，以简化模螺纹联接等组合结构，以简化模具和减少余块，简化模锻工艺。如具和减少余块，简化模锻工艺。如图图5-525-52所示。所示。7 7由于模锻件尺寸精度高和表面粗糙度低，因此零件上只有与其它由于模锻件尺寸精度高和表面粗糙度低，因此零件上只有与其它机件配合的表面才需进行机械加工，其它表面均应设计为非加工机件配合的表面才需进行机械加工，其它表面均应设计为非加工表面表面。第三节第三节 锻压件结构工艺性锻压件结
45、构工艺性三、冲压件的结构工艺性三、冲压件的结构工艺性1 1对冲裁件的要求对冲裁件的要求 （1 1）落料件的外形和冲孔件的孔形均应力求简单、对称，尽）落料件的外形和冲孔件的孔形均应力求简单、对称，尽可能采用圆形和矩形，避免细长悬臂和窄槽结构可能采用圆形和矩形，避免细长悬臂和窄槽结构(见见图图5-535-53)，图图5-545-54为两种形状落料件的比较。为两种形状落料件的比较。（2 2）冲裁件的直线与直线、曲线与直线的交接处，均应以圆）冲裁件的直线与直线、曲线与直线的交接处，均应以圆弧连接，尽量避免尖角，以防止模具相应部位易于磨损或尖角处产弧连接，尽量避免尖角，以防止模具相应部位易于磨损或尖角处
46、产生应力集中而冲裂。最小圆角半径数值如生应力集中而冲裂。最小圆角半径数值如表表5-55-5所示。所示。（3 3）冲裁件的孔及其有关尺寸必须考虑材料的厚度、孔径、）冲裁件的孔及其有关尺寸必须考虑材料的厚度、孔径、孔间距和孔边距不得过小，以防止凸模刚性不足或孔边冲裂。冲裁孔间距和孔边距不得过小，以防止凸模刚性不足或孔边冲裂。冲裁件各部位的最小尺寸要求及冲孔件尺寸与厚度的关系如件各部位的最小尺寸要求及冲孔件尺寸与厚度的关系如图图5-555-55所示所示。第三节第三节 锻压件结构工艺性锻压件结构工艺性2 2对弯曲件的要求对弯曲件的要求 （1 1）弯曲件的形状）弯曲件的形状 （2 2）弯曲半径）弯曲半径
47、 （3 3）弯曲边高度）弯曲边高度h h，图图5 55656所示为弯曲边高所示为弯曲边高度设计。度设计。（4 4）防止孔变形，）防止孔变形，图图5 55757所示为带孔弯曲件所示为带孔弯曲件设计。设计。第三节第三节 锻压件结构工艺性锻压件结构工艺性3 3对拉深件的要求对拉深件的要求 （1 1）拉深件外形应力求简单、对称，尽量）拉深件外形应力求简单、对称，尽量采用回转体，尤其是圆筒形，并尽量减小拉深采用回转体，尤其是圆筒形，并尽量减小拉深件深度，以便使拉深次数最少，有利于制模和件深度，以便使拉深次数最少，有利于制模和成形。成形。（2 2）拉深件的圆角半径不宜过小，否则必）拉深件的圆角半径不宜过小
48、，否则必将增加拉深次数和整形工序，模具数量也增多将增加拉深次数和整形工序，模具数量也增多，易产生废品，增加成本，如，易产生废品，增加成本，如图图5-585-58所示。所示。（3 3）拉深件上的孔应避开转角处，以防止）拉深件上的孔应避开转角处，以防止孔变形或利于冲孔，如孔变形或利于冲孔，如图图5-585-58所示。所示。（4 4）拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超）拉深件的壁厚变薄量一般要求不应超出拉深工艺变化的规律。出拉深工艺变化的规律。第三节第三节 锻压件结构工艺性锻压件结构工艺性4 4改进结构，以简化工艺及节省材料改进结构，以简化工艺及节省材料 （1 1）采用冲焊结构对于形状复杂的冲压）采用
49、冲焊结构对于形状复杂的冲压件，可先分别冲制若干个简单件，然后再焊成件，可先分别冲制若干个简单件，然后再焊成整体件（整体件（图图5-595-59）。）。（2 2）采用冲口工艺，以减少组合件数量（）采用冲口工艺，以减少组合件数量（如如图图5-605-60所示。所示。（3 3）在使用性能不变的情况下，应尽量简）在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件结构，以达到减少工序，节省材料，化拉深件结构，以达到减少工序，节省材料，降低成本的目的。降低成本的目的。图图5-615-61为消音器后盖零件的为消音器后盖零件的两种设计比较。两种设计比较。第三节第三节 锻压件结构工艺性锻压件结构工艺性5 5冲压件的厚度冲
50、压件的厚度 在强度和刚度允许的条件下，应尽可能采用较在强度和刚度允许的条件下，应尽可能采用较薄的材料，以减少金属的消耗。对局部刚度不够的薄的材料，以减少金属的消耗。对局部刚度不够的部位，可采用加强筋，以实现薄材料代替厚材料（部位，可采用加强筋，以实现薄材料代替厚材料（图图5-625-62）。）。6 6冲压件的精度和表面质量冲压件的精度和表面质量 对冲压件的精度要求，不应超过冲压工艺所能对冲压件的精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般精度，并应在满足需要的情况下尽量降达到的一般精度，并应在满足需要的情况下尽量降低要求。低要求。7 7冲压件材料冲压件材料 应尽量选用价格较低的材料，对塑性成形件，
