1、 第六章第六章 常用金属塑性成形方法常用金属塑性成形方法定义：定义：自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料在在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件成形过程。自由锻自由锻6.1 6.1 自由锻与模锻自由锻与模锻自自由由锻锻优优点点自由锻造自由锻造自自由由锻锻缺缺点点自由锻造自由锻造自由锻工艺规程自由锻工艺规程 自由锻造自由锻造零件图零件图-绘制锻件图绘制锻件图-坯料质量和尺寸坯料质量和尺寸计算计算选择锻造工序选择锻造工序-加热坯料
2、、锻打加热坯料、锻打-检验检验-锻件锻件自由锻成形过程自由锻成形过程 1）绘制锻件图）绘制锻件图 绘制锻件图时要考虑绘制锻件图时要考虑:加工余量加工余量 锻件公差锻件公差 敷料（工艺余块）敷料（工艺余块）自由锻造自由锻造锻件加工余量：锻件加工余量：与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有与零件的形状、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有关，关，通常自由锻锻件的加工余量为通常自由锻锻件的加工余量为46mm，它与生产的设备，它与生产的设备、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大，、工装精度、加热的控制和操作技术水平有关，零件越大，形状越复杂，则余量就大。形状越复杂，则余量就大。锻件
3、公差：锻件公差：锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，因为锻造操作，因为锻造操作中掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使中掌握尺寸有一定困难，外加金属的氧化和收缩等原因，使锻件的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于锻件的实际尺寸总有一定的误差。规定锻件的公差，有利于提高生产率。自由锻锻件的公差一般为提高生产率。自由锻锻件的公差一般为（12）mm。自由锻造自由锻造3）坯料质量和尺寸计算）坯料质量和尺寸计算 确定坯料质量：确定坯料质量：G坯坯=G锻锻+G烧烧+G切切 式中：式中：G坯坯坯料质量。坯料质量。G锻锻锻件质量。锻件质量。G烧烧加热时坯
4、料因表面氧化而烧损的加热时坯料因表面氧化而烧损的质量，第一次加热取被加热金属质量分数的质量，第一次加热取被加热金属质量分数的2%3%，以后各次加热取，以后各次加热取1.5%2.0%；G切切锻造过程中被冲切掉的钢材质量。锻造过程中被冲切掉的钢材质量。自由锻造自由锻造确定坯料尺寸确定坯料尺寸 首先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料相首先根据材料的密度和坯料质量计算出坯料相应的应的体积体积；根据体积不变原则和采用的基本工序类型（如根据体积不变原则和采用的基本工序类型（如拔长、镦粗等）的拔长、镦粗等）的锻造比、高度与直径之比锻造比、高度与直径之比等；等；然后计算出然后计算出坯料横截面积、直径或边长坯料
5、横截面积、直径或边长等尺寸。等尺寸。自由锻造自由锻造当锻造件的第一工序为拔长时，则：当锻造件的第一工序为拔长时，则：F1Y锻锻 F锻锻式中式中:F1坯料的截面积；坯料的截面积；Y锻锻锻造比，对于圆钢锻造比，对于圆钢Y锻锻=1.31.5左右；左右；F锻锻锻件的最大截面积。锻件的最大截面积。注意：注意：圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标圆钢直径大小是标准的，如计算的坯料直径与圆钢标准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重准直径不符，则应将坯料直径就近取成圆钢直径，然后再重新计算坯料高度新计算坯料高度H或长度或长度L。自由锻造自由锻造典型锻件的锻造比典型锻件的锻造比锻件名称锻
6、件名称计算计算部位部位 锻造比锻造比 锻件锻件名称名称计算计算部位部位锻造比锻造比 碳素钢轴类碳素钢轴类零件零件 最大截面 2.02.5 锤头 最大截面 2.5 合金钢轴类合金钢轴类零件零件 最大截面 2.53.0水轮机主轴 轴身 2.5 热轧辊热轧辊 辊身 2.53.0水轮机立柱 最大截面 3.0 冷轧辊冷轧辊 辊身 3.55.0模块 最大截面 3.0 齿轮轴齿轮轴 最大截面 2.53.0航空用大型锻件 最大截面 6.08.0 自由锻造自由锻造4）选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。）选择锻造工序、确定锻造温度和冷却规范等。选择锻造工序选择锻造工序 分为分为基本工序、辅助工序、精整工序基
7、本工序、辅助工序、精整工序三类。三类。基本工序基本工序：镦粗、拔长、冲孔镦粗、拔长、冲孔等等 自由锻造自由锻造盘类锻件盘类锻件轴及杆类锻件轴及杆类锻件可采用镦粗、冲孔、压肩、整修可采用镦粗、冲孔、压肩、整修可采用拔长、压肩、整修可采用拔长、压肩、整修自由锻造自由锻造筒及环类锻件筒及环类锻件弯曲类锻件弯曲类锻件可采用镦粗、冲孔、拔长、整修可采用镦粗、冲孔、拔长、整修可采用拔长、弯曲可采用拔长、弯曲 自由锻造自由锻造曲拐轴类锻件曲拐轴类锻件其他复杂锻件其他复杂锻件可采用拔长、分段、错移、整修可采用拔长、分段、错移、整修可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修 自由锻造自
8、由锻造辅助工序辅助工序：压肩、倒棱、压钳口压肩、倒棱、压钳口等。等。精整工序精整工序：整形、清出表面氧化皮整形、清出表面氧化皮等。自由锻造自由锻造锻造温度范围及加热冷却范围锻造温度范围及加热冷却范围 常用金属材料的锻造温度范围常用金属材料的锻造温度范围 自由锻造自由锻造合金种类合金种类始锻温度始锻温度/终锻温度终锻温度/碳素钢碳素钢15，25，3012001250750 750 80035，40，45120080080060，65，T8,T101100800800合金钢合金钢合金结构钢1150 1200800 800 850低合金工具钢1100 1150850850高速钢1100 115090
9、0900有色金属有色金属H68850700700硬铝470380380锻后锻件的冷却：锻后锻件的冷却：锻件仍有较高的温度，冷却时由于锻件仍有较高的温度，冷却时由于表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收表面冷却快，内部冷的慢，锻件表里收缩不一，可能使一些塑性较低的或大型缩不一，可能使一些塑性较低的或大型复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。复杂锻件产生变形或开裂等缺陷。自由锻造自由锻造锻件冷却方式常有下列锻件冷却方式常有下列3种：种：1）直接在空气中冷却（空冷），直接在空气中冷却（空冷），此种多用于碳含此种多用于碳含量小于量小于0.5%的碳钢和碳含量小于的碳钢和碳含量小于0.3%的低合金钢的低合金钢中小型锻
10、件。中小型锻件。2）在炉灰或干砂中缓冷在炉灰或干砂中缓冷 对用于中碳钢、高碳钢和对用于中碳钢、高碳钢和大多数低合金钢中的中型锻件。大多数低合金钢中的中型锻件。3）随炉缓冷随炉缓冷 锻后随即将锻件放入锻后随即将锻件放入500到到700摄氏度摄氏度的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻的炉中随炉缓冷，用于中碳钢和低合金钢的大型锻件以及高合金钢的重要锻件。件以及高合金钢的重要锻件。自由锻造自由锻造自由锻典型过程举例自由锻典型过程举例 轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等轴类、盘类、环类、筒类、弯曲类等轴类件自由锻工序轴类件自由锻工序自由锻造自由锻造锻件名称：齿轮轴锻件名称：齿轮轴坯料质量：坯料质量
11、：2.8kg2.8kg坯料规格：坯料规格：90 x59mm90 x59mm锻件材料：锻件材料：40Cr40Cr锻造设备：锻造设备：150kg150kg空气锤空气锤锻件图：锻件图：火次火次温度（温度（）操作说明操作说明简图简图1 112001200800800镦粗镦粗拔长、打圆拔长、打圆压肩压肩拔长、打圆拔长、打圆自由锻造自由锻造盘类件自由锻工序盘类件自由锻工序自由锻造自由锻造锻件名称：双联齿轮锻件名称：双联齿轮坯料质量：坯料质量：2.1kg2.1kg坯料规格：坯料规格：65x83mm65x83mm锻件材料：锻件材料：4545钢钢锻造设备：锻造设备：150kg150kg空气锤空气锤 锻件图：锻件
12、图：火次火次温度（温度（）操作说明操作说明简图简图1 112001200800800镦粗镦粗压肩压肩拔长、打圆拔长、打圆 自由锻造自由锻造环类件自由锻工序环类件自由锻工序 自由锻造自由锻造筒类件自由锻工序筒类件自由锻工序自由锻造自由锻造弯曲件自由锻工序弯曲件自由锻工序 自由锻造自由锻造锻造设备：锻造设备：中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的吨位选择见下表或查锻造手册。吨位选择见下表或查锻造手册。自由锻造自由锻造锤的吨位锤的吨位/kg150150250250400400560560锻件质量锻件质量/kg6 6101026264040自由锻件结构技术特征
13、自由锻件结构技术特征自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及自由锻件上应避免锥体、曲线或曲线交接以及椭圆形、工字形截面等结构椭圆形、工字形截面等结构 自由锻造自由锻造自由锻造自由锻造自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构自由锻件上应避免加强筋、凸台等结构。自由锻造自由锻造当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将当锻件的横截面有急剧变化或形状较复杂时，可将其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连其设计成几个简单件构成的组合件，用焊接或机械连接方法连成整体件。接方法连成整体件。自由锻造自由锻造复杂件结构复杂件结构成形性差的结构成形性差的结构 成形性好的结构成形性好的结构 自由锻造自由锻造概念
14、：概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具称为称为胎模的单膛模具胎模的单膛模具，将已加热的坯料用，将已加热的坯料用自由锻方法预锻自由锻方法预锻成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。胎模锻造胎模锻造种类：种类：扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。1）扣模：）扣模：用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。锻造时工件一般锻造时工件一般不翻转，不产生毛边不翻转，不产生毛边，可用于制坯也可，可用于制坯也可成
15、形。成形。胎模锻造胎模锻造2）套筒模：）套筒模：套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，有套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，有开式和闭式两种。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），开式和闭式两种。开式套筒模一般只有下模（套筒和垫块），没有上模（锤砧代替上模），没有上模（锤砧代替上模），优点优点是结构简单，可以得到很小是结构简单，可以得到很小或不带斜度的锻件。取件时一般要翻转或不带斜度的锻件。取件时一般要翻转180度度;缺点缺点是对上下砧的平行度要求较严。是对上下砧的平行度要求较严。闭式套筒模闭式套筒模一般由上一般由上模、套筒等组成，锻造中金属处于模膛的封闭空间中变形，模、套筒等组成，锻造
16、中金属处于模膛的封闭空间中变形，不不形成毛边。形成毛边。胎模锻造胎模锻造3）合模：）合模：一般由上下模及导向装置组成，见图，一般由上下模及导向装置组成，见图，用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中用来锻造形状复杂的锻件，锻造过程中多余金属流多余金属流入飞边槽形成飞边。入飞边槽形成飞边。胎模锻造胎模锻造优点：优点：与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生表面光洁、尺寸较精确、纤维分布合理）、生产率高和节约金属等优点。产率高和节约金属等优点。与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎模模具简单
17、、容易制造加工、成本低、生产准模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准备周期短等优点。备周期短等优点。胎模锻造胎模锻造缺点：缺点：胎模锻件比模锻件表面品质较差；胎模锻件比模锻件表面品质较差；精度较低、所留的机加工余量大；精度较低、所留的机加工余量大；操作者劳动强度大、胎模寿命较低。操作者劳动强度大、胎模寿命较低。胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的锻件。锻件。胎模锻造胎模锻造 模模 锻锻定义：定义：它是将坯料置于锻模模腔内它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程使坯料发生塑性变形而获得锻件的
18、成形过程。模型锻造时坯料是模型锻造时坯料是整体塑性成形整体塑性成形坯料坯料三向受压三向受压。与自由锻相比，模锻具有如下优点与自由锻相比，模锻具有如下优点:生产效率高。生产效率高。能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理。理。模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小。节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下，能降低零件成本。条件下，能降低零件成本。模锻操作简单，劳动强度低。模锻操作简单，劳动强度低。模模 锻锻缺点：缺点：模锻设备吨位限制
19、，锻件质量一般在模锻设备吨位限制，锻件质量一般在150kg以下。设备投资较大，模具费用高，以下。设备投资较大，模具费用高，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。工艺灵活性较差，生产准备周期较长。适合于小型锻件的大批、大量生产。适合于小型锻件的大批、大量生产。模模 锻锻 模锻已广泛应用于飞机、机车、汽车、拖拉机模锻已广泛应用于飞机、机车、汽车、拖拉机、军工、轴承等制造业中。、军工、轴承等制造业中。最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠杆、手柄最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠杆、手柄等，但等，但模锻常限制在模锻常限制在150kg以下的零件以下的零件。冷成形工艺（冷镦、冷锻）主要生产一些小型冷成形工艺（冷镦、
20、冷锻）主要生产一些小型制品或零件，如螺钉、钉子、铆钉、螺栓等，由制品或零件，如螺钉、钉子、铆钉、螺栓等，由于锻模造价高，制造周期长，故模型锻造仅适用于锻模造价高，制造周期长，故模型锻造仅适用于大批量生产。于大批量生产。模模 锻锻模锻过程模锻过程模模 锻锻模锻过程模锻过程1)绘制模锻件图绘制模锻件图 应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料应考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料、模锻斜度、模锻斜度、模锻件圆角半径、模锻件圆角半径 等。等。分模面分模面 确定分模面位置原则：确定分模面位置原则：a)要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模
21、锻件最大截面上最大截面上。b)所选定的分模面应能所选定的分模面应能使模膛的深度最浅使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于，这样有利于金属充满模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。锻件的取出和锻模的制造。c)选定的分模面应能使选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模，这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。模锻模锻d）分模面）分模面最好是平面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。能一致，便于锻模制造。e)所选分模面尽可能使锻件上
22、所加的所选分模面尽可能使锻件上所加的敷料最少敷料最少，这样，这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。第。第2种孔不能锻。种孔不能锻。模模 锻锻分模面选择比较图分模面选择比较图加工余量、锻件公差和敷料加工余量、锻件公差和敷料 模锻件的加工余量和公差比自由锻模锻件的加工余量和公差比自由锻件的小得多。小型模锻件的加工余量一件的小得多。小型模锻件的加工余量一般在般在24mm，锻件公差一般为，锻件公差一般为0.5 1mm。模模 锻锻对于孔径对于孔径d25mm的模锻件，孔应锻出的模锻件，孔应锻出，但须留，但须留冲孔连皮冲孔连皮；冲孔连皮厚度与冲孔连
23、皮厚度与孔径有关，当孔径为孔径有关，当孔径为30 80mm时，连时，连皮厚度为皮厚度为4 8mm。模模 锻锻模锻斜度模锻斜度 目的目的是便于是便于从模膛中取出锻件从模膛中取出锻件。常用模锻斜度系列为：常用模锻斜度系列为：357101215 模锻斜度与模膛深度有关，当模锻斜度与模膛深度有关，当模膛深度与宽度的比值（模膛深度与宽度的比值（h/b)越越大时，取较大的斜度值。大时，取较大的斜度值。内壁内壁斜度应比外壁斜度大斜度应比外壁斜度大25 在具有在具有顶出装置的锻压机顶出装置的锻压机械上，其模锻件上的斜度比没械上，其模锻件上的斜度比没有顶出装置的小一级有顶出装置的小一级。模模 锻锻模锻件圆角半径
24、模锻件圆角半径 模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。目的目的:增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻模的使用寿命模的使用寿命。模模 锻锻要求要求:钢质模锻件钢质模锻件 外圆角半径外圆角半径取取1.5 12mm，内圆角半径内圆角半径比比外圆角大外圆角大2 3倍倍；模膛深度越深，圆角半径取值模膛深度越深，圆角半径取值越大。越大。例例 一齿轮，材料为一齿轮，材料为45钢，产量为钢，产量为3000件件/月，
25、选用模锻加工。月，选用模锻加工。该件该件直径直径25的孔不锻出的孔不锻出（因放在机加工余量后孔径（因放在机加工余量后孔径25），外），外径的加工余量放径的加工余量放4mm（半径上放（半径上放2mm），高度上加工余量放），高度上加工余量放2.5mm。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度5。模模 锻锻2）坯料质量和尺寸计算）坯料质量和尺寸计算 模锻件坯料质量模锻件坯料质量=模锻件质量模锻件质量+氧化烧损质量氧化烧损质量+飞边（连皮）质量飞边（连皮）质量 飞边质量飞边质量的多少与锻件形状和大小有关，一的多少与锻件形状和大小有关，一般按锻件质量
26、的般按锻件质量的20%25%计算。计算。氧化烧损氧化烧损按锻件质量和飞边质量总和的按锻件质量和飞边质量总和的3%4%计算，其他规则可参照自由锻坯料质量及计算，其他规则可参照自由锻坯料质量及尺寸计算。尺寸计算。模模 锻锻3）模锻工序确定）模锻工序确定 盘类模锻件：盘类模锻件：一般采用一般采用镦粗和镦粗和终锻终锻工序；对于一些工序；对于一些高轮毂、薄轮辐的模高轮毂、薄轮辐的模锻件，采用锻件，采用镦粗镦粗-预预锻锻-终锻工序。终锻工序。模模 锻锻长轴类模锻件工序选长轴类模锻件工序选择有：择有：预锻预锻-终锻终锻滚压滚压-预锻预锻-终锻终锻拔长拔长-滚压滚压-预锻预锻-终锻终锻拔长拔长-滚压滚压-弯曲
27、弯曲-预锻预锻-终终锻等锻等模模 锻锻模锻件成形过程中工序模锻件成形过程中工序的多少的多少与零件结构设计与零件结构设计、坯料形状及制坯手段、坯料形状及制坯手段等有关。等有关。如：弯曲连杆模锻如：弯曲连杆模锻 模模 锻锻锻造截面变化较大的长轴类锻件时，常采用断面锻造截面变化较大的长轴类锻件时，常采用断面呈周期性变化的坯料见图所示：呈周期性变化的坯料见图所示：（a）周期性轧制坯料）周期性轧制坯料（b）弯曲（）弯曲（c）预锻）预锻（d）终锻）终锻 模模 锻锻或者用辊锻机来轧制原坯料代替拔长和滚压工序见图，这样可或者用辊锻机来轧制原坯料代替拔长和滚压工序见图，这样可使模锻过程简化，生产效率高。使模锻过
28、程简化，生产效率高。（a）原料）原料（b）辊锻）辊锻（c）坯料）坯料 1扇形辊锻模扇形辊锻模 2锻辊锻辊 模模 锻锻4）修整工序）修整工序 切边与冲孔切边与冲孔 锻成的模锻件，通常其周边都带有飞边，锻成的模锻件，通常其周边都带有飞边，有通孔的锻件还有连皮。须用切边模和冲孔模将飞边和连有通孔的锻件还有连皮。须用切边模和冲孔模将飞边和连皮切除。皮切除。模模 锻锻校正校正 在形状复杂的锻件切边（冲连皮）之后进行校在形状复杂的锻件切边（冲连皮）之后进行校正正提高锻件精度提高锻件精度。热处理热处理 目的是为了目的是为了消除锻件的过热组织或加工硬化消除锻件的过热组织或加工硬化组织、内应力组织、内应力等，使
29、模锻件具有所需的组织和性能。等，使模锻件具有所需的组织和性能。清理清理 清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以提高模提高模锻件的表面质量锻件的表面质量。清理方法有：。清理方法有：滚筒打光。喷丸清理、滚筒打光。喷丸清理、酸洗酸洗等。等。模模 锻锻对于要求精度高和表面粗糙度低的模锻件，除进对于要求精度高和表面粗糙度低的模锻件，除进行上述各修整工序外，还应在压力机上进行行上述各修整工序外，还应在压力机上进行精压。精压。模模 锻锻5）锻模模膛）锻模模膛 分为分为模锻模膛模锻模膛和和制坯模膛制坯模膛两大类：两大类：模锻模膛模锻模膛 模锻模膛分为模锻模膛分为终锻终锻模膛和模膛
30、和预锻预锻模膛两模膛两种。种。终锻模膛终锻模膛作用：作用：使坯料最后变形到锻件所要求使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸的形状和尺寸。它的形状与锻件的形状相同；因锻。它的形状与锻件的形状相同；因锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量，一般钢件收缩量取大一个收缩量，一般钢件收缩量取1.2%1.5%。模模 锻锻飞边槽作用：飞边槽作用：促使金属充满模膛，增加金属促使金属充满模膛，增加金属从模膛中流出的阻力，同时容纳多余的金属从模膛中流出的阻力，同时容纳多余的金属。飞边槽的基本结构形式飞边槽的基本结构形式 模模 锻锻 预锻模膛作用预锻模
31、膛作用：使坯料变形到接近于锻使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻模膛，同时也减小了终锻模膛的磨损，延长模膛，同时也减小了终锻模膛的磨损，延长使用寿命。使用寿命。预锻模膛和终锻模膛的主要区别是：预锻模膛和终锻模膛的主要区别是：前前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽者的圆角和斜度较大，没有飞边槽 模模 锻锻制坯模膛制坯模膛 对于形状复杂的模锻件为了使坯料形状基对于形状复杂的模锻件为了使坯料形状基本接近模锻件形状，本接近模锻件形状，使金属能合理分布和很好使金属能合理分布和很好地充满模膛，地充满模膛，须预先在制坯模膛内制坯，然后须预先在制坯模膛内
32、制坯，然后再进行预锻和终锻。再进行预锻和终锻。制坯模膛：制坯模膛：拔长模膛、滚挤模膛、弯曲模拔长模膛、滚挤模膛、弯曲模膛、切断模膛膛、切断模膛等。等。模模 锻锻拔长模膛拔长模膛用来减少坯料某部分的横截用来减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。面积，以增加该部分的长度。模模 锻锻滚挤模膛滚挤模膛用来减小坯料某部分的横截面积，以增用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。它主要是使金属按模锻件形大另一部分的横截面积。它主要是使金属按模锻件形状分布状分布。模模 锻锻弯曲模膛弯曲模膛对于弯曲的对于弯曲的杆类模锻件，需用进行杆类模锻件，需用进行弯曲制坯。弯曲制坯。坯料可直接或先经坯
33、料可直接或先经其他制坯工序后再放入其他制坯工序后再放入弯曲模膛内进行弯曲变弯曲模膛内进行弯曲变形。形。模模 锻锻切断模膛切断模膛 用来从坯料上用来从坯料上切下锻件或从锻件上切下锻件或从锻件上切下钳口部金属。切下钳口部金属。模模 锻锻6）金属在模膛内的变形过程）金属在模膛内的变形过程 其形变过程可分为三个阶段。以锤其形变过程可分为三个阶段。以锤上模锻盘类锻件为例：上模锻盘类锻件为例：三个阶段：三个阶段：充型阶段；充型阶段；形成飞边和充满阶段；形成飞边和充满阶段；锻足阶段锻足阶段。模模 锻锻充型阶段。充型阶段。在最初的几次锻击时，金属在外力作用下发生塑在最初的几次锻击时，金属在外力作用下发生塑性变
34、形，坯料高度减小，水平尺寸增大，并有部分金属压入模性变形，坯料高度减小，水平尺寸增大，并有部分金属压入模膛深处。这一阶段膛深处。这一阶段直到金属与模膛侧壁接触达到飞边槽桥口为直到金属与模膛侧壁接触达到飞边槽桥口为止止如图。如图。形成飞边和充满阶段。形成飞边和充满阶段。在继续锻造时，由于金属充满模膛圆在继续锻造时，由于金属充满模膛圆角和深处的阻力较大，金属向阻力较小的飞边槽内流动，形成角和深处的阻力较大，金属向阻力较小的飞边槽内流动，形成飞边。由于飞边在随后急剧变冷以至金属流入飞边槽的阻力急飞边。由于飞边在随后急剧变冷以至金属流入飞边槽的阻力急剧增大，变形力也迅速增大，见图（剧增大，变形力也迅速
35、增大，见图（d）模模 锻锻锻足阶段。锻足阶段。由于坯料体积往往都偏多或者飞边由于坯料体积往往都偏多或者飞边槽阻力偏大，因而，虽然模膛已经充满，但上下槽阻力偏大，因而，虽然模膛已经充满，但上下模还未合拢，需进一步锻足。模还未合拢，需进一步锻足。特点：特点：变形仅发生在变形仅发生在分模面附近区域，分模面附近区域，以便向飞边以便向飞边槽挤出多余的金属，变形力也急剧增大，直至槽挤出多余的金属，变形力也急剧增大，直至达到最大值达到最大值p3为止，见图（为止，见图（d）中）中p2p3线。线。模模 锻锻 模模 锻锻飞边的作用：飞边的作用：1.强迫充填；强迫充填；2.容纳多余的金属；容纳多余的金属；3.减轻上
36、模对下模的打击，起缓冲作用减轻上模对下模的打击，起缓冲作用。模模 锻锻影响金属充满模膛的因素：影响金属充满模膛的因素：金属的塑性和变形抗力。金属的塑性和变形抗力。塑性高、变形抗力低的金属容易充满模膛。塑性高、变形抗力低的金属容易充满模膛。飞边槽的形状和位置。飞边槽的形状和位置。飞边槽部宽度与高度之比（飞边槽部宽度与高度之比（b/h）及槽部高）及槽部高度度h是主要因素。是主要因素。b/h越大，越大，h越小，则金属在飞越小，则金属在飞边流动阻力越大。强迫充填作用越大，但变形抗边流动阻力越大。强迫充填作用越大，但变形抗力也增大。力也增大。模模 锻锻金属模锻时的温度。金属模锻时的温度。金属的温度高，其
37、塑性好、金属的温度高，其塑性好、抗力低，易于充满模膛。抗力低，易于充满模膛。锻件的形状和尺寸。锻件的形状和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分具有空心、薄壁或凸起部分的锻件难于锻造、锻件尺寸越大，形状越复杂，则的锻件难于锻造、锻件尺寸越大，形状越复杂，则越难锻造。越难锻造。设备的工作速度。设备的工作速度。工作速度较大的设备其充填性工作速度较大的设备其充填性较好。较好。充填方式。充填方式。镦粗比挤压易于充型。镦粗比挤压易于充型。其他其他 如锻模有无润滑、有无预热等。如锻模有无润滑、有无预热等。模模 锻锻7）模锻件结构技术特征）模锻件结构技术特征 模锻零件必须模锻零件必须具有一个合理的分模面具有一个合理
38、的分模面，以保证模锻，以保证模锻件件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模制造容易易于从锻模中取出、敷料最少、锻模制造容易。零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高凸起截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高凸起 等等结构，以结构，以便于金属充满模膛和减少工序。便于金属充满模膛和减少工序。模模 锻锻尽量避免有深孔或多孔结构尽量避免有深孔或多孔结构。在可能的情况下，对复杂零在可能的情况下，对复杂零件采用锻件采用锻-焊组合，以减少敷料焊组合，以减少敷料，简化模锻过程。，简化模锻过程。模模 锻锻1）锻件成本及降低成本的主要途径）锻
39、件成本及降低成本的主要途径（1）锻件成本由下列几项组成）锻件成本由下列几项组成原材料费用：原材料费用：主要是锯割好的各类型材或坯料的费用主要是锯割好的各类型材或坯料的费用；燃料费用：燃料费用：即加热炉用的燃油、煤气等费用；即加热炉用的燃油、煤气等费用；动力费用：动力费用：包括电力、蒸汽和压缩空气；包括电力、蒸汽和压缩空气；生产工人工资和附加费用；生产工人工资和附加费用；专项费用：专项费用：如添置过程装备费用，购置锻模等；如添置过程装备费用，购置锻模等；车间经费：车间经费：包括管理和组织车间生产所发生的各项费用；包括管理和组织车间生产所发生的各项费用；企业管理费企业管理费：在计算时把上述的总和分
40、摊给全月完成工时总在计算时把上述的总和分摊给全月完成工时总量，得出单位小时生产费用成本。量，得出单位小时生产费用成本。锻造生产技术指标锻造生产技术指标(2)降低成本的主要途径降低成本的主要途径提高锻件品质，减少废品损失提高锻件品质，减少废品损失，提高劳动生产率。，提高劳动生产率。尽量节省燃料和动力。尽量节省燃料和动力。锻造生产技术指标锻造生产技术指标2）锻造生产技术经济指标）锻造生产技术经济指标每一锻工锻件年产量（每一锻工锻件年产量（kg/人）；人）；每一生产工人锻件年产量（每一生产工人锻件年产量（kg/人）；人）；车间总面积年产量（车间总面积年产量（kg/人）；人）；每每104kN锻压设备能
41、力年产量（锻压设备能力年产量（kg/104）；）；锻件成品率；锻件成品率；锻件千克成本（元锻件千克成本（元/kg）。）。锻造生产技术指标锻造生产技术指标板料成形又叫板料成形又叫板料冲压板料冲压,是利用压力装置和模具使板是利用压力装置和模具使板材产生材产生分离或塑性变形分离或塑性变形，从而获得成形件或制品的，从而获得成形件或制品的成形方法。成形方法。3.4 3.4 板料成形方法板料成形方法一般冲压板厚一般冲压板厚3mm时，因冲裁力较大，应适当放时，因冲裁力较大，应适当放大系数大系数m。对冲裁件断面无特殊要求时，系数对冲裁件断面无特殊要求时，系数m可放大可放大1.5倍。倍。3.4.1 3.4.1
42、板料分离过程板料分离过程3）凸、凹模刃口尺寸确定）凸、凹模刃口尺寸确定落料模落料模凹模尺寸凹模尺寸=落料件尺寸落料件尺寸凸模尺寸凸模尺寸=凹模尺寸凹模尺寸最小最小合理间隙值合理间隙值因凹模磨损后增大了落料尺因凹模磨损后增大了落料尺寸，因此，凹模设计应接近寸，因此，凹模设计应接近落料件最小极限尺寸。落料件最小极限尺寸。3.4.1 3.4.1 板料分离过程板料分离过程冲孔模冲孔模凸模尺寸凸模尺寸=冲孔尺寸，以冲孔尺寸，以凸模为基准设计。凸模为基准设计。凹模尺寸凹模尺寸=凸模尺寸凸模尺寸+最小最小合理间隙值合理间隙值凸模磨损后减小冲孔尺寸，凸模磨损后减小冲孔尺寸，因此，凸模设计应接近冲孔因此，凸模设
43、计应接近冲孔最大极限尺寸。最大极限尺寸。3.4.1 3.4.1 板料分离过程板料分离过程4）冲裁力计算冲裁力计算 冲裁力是选用设备吨位和检验模具强度冲裁力是选用设备吨位和检验模具强度的一个重要依据。对于平刃冲模的冲裁力按下式计算：的一个重要依据。对于平刃冲模的冲裁力按下式计算：kLSP 式中式中 P冲裁力；冲裁力；L冲裁周边长度；冲裁周边长度；S板料厚度；板料厚度；k系数；一般取系数；一般取k=1.3材料抗剪切强度。材料抗剪切强度。3.4.1 3.4.1 板料分离过程板料分离过程（2）切断切断 切断是指切断是指用剪刀或冲模将坯料或其他用剪刀或冲模将坯料或其他型材沿不封闭轮廓进行分离的工序型材沿
44、不封闭轮廓进行分离的工序。断用于制取形状简单，精度要求不断用于制取形状简单，精度要求不高的平板类工件或下料。高的平板类工件或下料。3.4.1 板料分离过程板料分离过程（3）修整修整 如零件的精度和表面粗糙度的要求较高，则需如零件的精度和表面粗糙度的要求较高，则需要用修整工序。要用修整工序。3.4.1 3.4.1 板料分离过程板料分离过程3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程 成形过程是使坯料发生塑性变形而形成一定形状和尺寸的成形过程是使坯料发生塑性变形而形成一定形状和尺寸的工件，主要有工件，主要有拉深、弯曲、翻边、成形、收口拉深、弯曲、翻边、成形、收口等。等。（1）拉深）拉深拉深：拉
45、深：是将平板料放在凹模上，冲头把材料拉入凹模而形成空是将平板料放在凹模上，冲头把材料拉入凹模而形成空心形状工件的过程。心形状工件的过程。拉深变形过程：拉深变形过程：凸缘为主要变形区，如是圆形零件凸缘为主要变形区，如是圆形零件,圆形坯料外径直径圆形坯料外径直径随拉深变形而减小，转化为零件侧壁。随拉深变形而减小，转化为零件侧壁。凸缘区径向受拉产生拉应变，切向（周向）受压产生凸缘区径向受拉产生拉应变，切向（周向）受压产生压应变。压应变。3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程 在拉深过程中，工件的在拉深过程中，工件的底部底部并未发并未发生变形，而工件的生变形，而工件的直壁直壁部分则经历了很部
46、分则经历了很大程度的塑性变形，引起了大程度的塑性变形，引起了加工硬化加工硬化作作用。用。当坯料直径当坯料直径D与工件直径与工件直径d相差越大相差越大（d/D 越小），越小），则变形区越宽，变形程则变形区越宽，变形程度就大。从底向上金属的加工硬化作用度就大。从底向上金属的加工硬化作用就越强，拉深的变形阻力就越大，甚至就越强，拉深的变形阻力就越大，甚至有可能把工件有可能把工件直壁底部直壁底部拉裂。拉裂。3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程d/D的比值的比值m称为拉深系数称为拉深系数一般取一般取m=0.50.8。根据不同的材料可以查手册和书上的表。根据不同的材料可以查手册和书上的表。若产
47、品的拉深系数。若产品的拉深系数m小于相应材料最小极限拉深系数小于相应材料最小极限拉深系数m极极限，则应采用限，则应采用多次拉深多次拉深。产品产品m总总=m1m2m3mn3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程拉深主要缺陷：拉深主要缺陷：拉裂和起皱拉裂和起皱3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程（2）弯曲与卷边弯曲与卷边 弯曲：弯曲：是用是用模具把坯料弯成所需要形状的过程模具把坯料弯成所需要形状的过程，可，可以在各种机械或液压压力机上进行。以在各种机械或液压压力机上进行。3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程弯曲工序主要有弯曲工序主要有3.4.2 3.4.2 板料成形
48、过程板料成形过程弯曲变形主要发生在弯曲中心角范围，板料内层受弯曲变形主要发生在弯曲中心角范围，板料内层受压缩短，外层受拉伸长。压缩短，外层受拉伸长。3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程中性层中性层变形区厚度方向，切向伸长与压缩变形区间，变形区厚度方向，切向伸长与压缩变形区间，有一层金属不变形。称为有一层金属不变形。称为中性层。中性层。用于计算展开长度。用于计算展开长度。金属坯料在凸模的压力作用下，按凸凹模的金属坯料在凸模的压力作用下，按凸凹模的形状发生整体弯曲变形，工件弯折部分的形状发生整体弯曲变形，工件弯折部分的内侧被内侧被压缩，外侧被拉伸。压缩，外侧被拉伸。这种塑性变形程度的大
49、小与这种塑性变形程度的大小与弯曲半径弯曲半径r的大小有关，的大小有关，r越小，变形程度越大越小，变形程度越大，金属的加工硬化作用越强。金属的加工硬化作用越强。r太小太小就有可能在工件就有可能在工件弯曲的部分弯曲的部分外侧开裂外侧开裂。3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程弯曲变形极限用弯曲变形极限用最小弯曲半径表示。最小弯曲半径表示。最小弯曲半径最小弯曲半径：板厚一定，弯曲半径：板厚一定，弯曲半径r r减小，板料外侧减小，板料外侧伸长，保证不弯裂的最小半径。伸长，保证不弯裂的最小半径。当弯曲变形完毕后，凸模回程时，工件所弯的角度会当弯曲变形完毕后，凸模回程时，工件所弯的角度会因因金属
50、弹性变形的恢复金属弹性变形的恢复而略有曾加，称为而略有曾加，称为回弹现象回弹现象。卷边也是弯曲的一种。卷边也是弯曲的一种。3.4.2 3.4.2 板料成形过程板料成形过程回弹主要与回弹主要与材质有关材质有关，某些材质的回弹角度甚至，某些材质的回弹角度甚至高达高达10，设计模具时应考虑它的影响。，设计模具时应考虑它的影响。减少回弹的措施减少回弹的措施(1)改进弯曲件局部结构和选用合适的材料改进弯曲件局部结构和选用合适的材料 如设计加强筋如设计加强筋 选选s,E的材料或退火处理的材料或退火处理.(2)补偿法补偿法 根据回弹趋势修正凸模或凹模。工厂用的最多。根据回弹趋势修正凸模或凹模。工厂用的最多。
