1、金属工艺学主讲：孔晓玲安 农 大 工 学 院第三篇 金属压力加工?第一章 金属的塑性变形?第二章 锻造?第三章 板料冲压一、金属的压力加工:利用金属在外力的作用下所产生的塑性变形,来获得具有一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的方法寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的方法.二、常用的压力加工方法：a）轧制 b）挤压 c）拉拔 d）自由锻 e）板料冲压 f）模锻?金工动画压力加工视频挤压.avi金工动画压力加工视频镦粗.avi三、压力加工的特点三、压力加工的特点（1）改善金属的组织、提高力学性能。（2）材料的利用率高。（3）较高的生产率。（4）毛坯或零件的精度较高。钢和非铁金属可以在冷态或
2、热态下压力加工。可用作承受冲击或交变应力的重要零件，但不能加工脆性材料（如铸铁）。第一章 金属的塑性变形?第一节 金属塑性变形的实质?第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响?第三节 金属的可锻性一、金属的塑性变形1、单晶体塑性变形何谓塑性变形？塑性变形的实质？单晶体的塑性变形？-滑移滑移滑移是晶体在切应力的作用下,晶体的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相对于另一部分发生滑动。滑移的观察第一节金属塑性变形的实质2、多晶体的塑性变形（实际金属的塑性变形）变形阻力更大。变形过程也更复杂。第二节塑性变形对金属组织和性能的影响一、变形后金属组织的变化：晶粒变形一、变形后金属组织的变化
3、：晶粒变形-晶粒破碎晶粒破碎-位错密度增位错密度增加。加。二、变形后金属的性能变化：金属的各向异性、残余内应力、二、变形后金属的性能变化：金属的各向异性、残余内应力、加工硬化加工硬化三、金属的回复与再结晶四、热加工与冷加工热加工热加工:在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工,例如钢材的热锻和热轧。冷加工：冷加工：在金属的再结晶温度以下的塑性变形加工称为冷加工。五、纤维组织金属发生塑性变形后,晶粒发生变形,沿形变方向被拉长或压扁。纤维组织具有各向异性。变形程度越大，纤维组织越明显。锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度的大小。拔长：Y锻=A0/A（A0、A分别表示拔长前后
4、金属坯料的横截面积）。镦粗：Y锻=H0/H（H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。在设计时应使零件工作时的正应力方向与纤维方向应一致，纤维的分布与零件的外形轮廓应相符合。锻造齿轮毛坯，应对棒料镦粗加工，使其纤维呈放射状，有利于齿轮的受力。曲轴毛坯的锻造，应采用拔长后弯曲工序，使纤维组织沿曲轴轮廓分布，这样曲轴工作时不易断裂。第三节金属的可锻性金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。金属的可锻性取决于金属的本质和加工条件。一、金属的本质1.化学成分的影响纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好。2.金属组织的影响纯金属
5、及单相固溶体比金属化合物的可锻性好;细小的晶粒粗晶粒 好；面心立方晶格比体心立方晶格好。二、加工条件1.变形温度的影响热变形可锻性提高.但温度过高将发生过热、过烧、脱碳、氧化缺陷。所以变形温度在一定的范围内.锻造温度范围：锻造温度范围：始锻温度和终锻温度之间的温度区间。碳钢:始锻温度:AE线下200终锻温度:8002.变形速度的影响变形速度：单位时间内变形程度的大小。变形速度的增大，金属在冷变形时的加工硬化严重，可锻性差；当变形速度很大时，热能来不及散发，会使变形金属的温度升高，可锻性变好。3.应力状态的影响在三向应力状态下，压应力的数目越多，则其塑性越好；拉应力的数目越多，则其塑性越差。第二
6、章锻造?第一节 锻造方法?第二节 锻造工艺规程的制订?第三节 锻件结构的工艺性第一节锻造方法一、自由锻-分为手工锻造和机器锻造1.定义:利用冲击力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法。锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。应用:单件、小批量生产，以及大型锻件的生产。自由锻模锻设备锤上模锻曲柄压力机模锻摩擦压力机模锻胎模锻2.自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。基本工序：使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状。如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切
7、割、扭转和错移等。实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。镦粗拔长拔长冲孔拔长拔长墩粗墩粗弯曲弯曲扭转扭转错移错移辅助工序为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。修整工序用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）。锻件分类及所需锻造工序二、模锻1.模锻定义:使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法。2.模锻特点：(1)生产效率较高。(2)能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。(3)模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。(4)节省金属材料，减少切削加工工作量。(5
8、)模锻操作简单，劳动强度低。3.应用:大批量生产.模锻件的质量一般在150kg以下.锤上模锻锤上模锻 模锻锤:主要是:蒸汽-空气模锻锤;吨位:1t-16t;可锻0.5-150kg的锻件.锻模:锤上模锻用的锻模由带燕尾的上模和下模两部分组成，上下模通过燕尾和楔铁分别紧固在锤头和模垫上，上、下模合在一起在内部形成完整的模膛。.课件金属工艺学金工动画模锻锤原理1.exe模膛按其功能分模锻模膛、制坯模膛制坯模膛。模锻模膛:包括预锻模膛和终锻模膛，终锻模膛-最终成形的模膛.尺寸应比实际锻件尺寸放大一个收缩量。预锻模膛-用于预锻的模膛称为预锻模膛。预锻模膛和终锻模膛的主要区别是前者的圆角和模锻斜度较大，高
9、度较大，一般不设飞边槽。飞边槽用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满整个模膛，同时容纳多余的金属，还可以起到缓冲作用，减弱对上下模的打击，防止锻模开裂。飞边槽的常见形式飞边槽的常见形式（二）制坯模膛拔长模膛减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。生产中进行拔长操作时，坯料除向前送进外并需不断翻转。(2)滚挤模膛减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属坯料能够按模锻件的形状来分布。弯曲模膛使坯料弯曲，弯曲后坯料将翻转90。切断模膛切断模膛在上模与下模的角部组成一对刃口，用来切断金属。可用于从坯料上切下锻
10、件或从锻件上切钳口，也可用于多件锻造后分离成单个锻件。根据模锻件的复杂程度不同，所需的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。弯曲连杆模锻件所用多膛锻模如图所示。2.曲柄压力机模锻曲柄压力机模锻(1)曲柄压力机作用于金属上的变形力是静压力，因此工作时无震动，噪声小。(2)曲柄压力滑块行程固定。(3)曲柄压力机具有良好的导向装置和自动顶件机构，因此锻件的余量、公差和模锻斜度都比锤上模锻的小。(4)曲柄压力机上锻模都设计成镶块式模具。(5)坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影响锻件质量。曲柄压力机上也不宜进行拔长和滚压工步。金工动画压力加工视频曲柄压力机.mpg3.3.摩擦压力机上模锻摩擦压
11、力机上模锻改变操作杆位置可使飞轮分别与两个摩擦盘接触，产生不同方向的转动，螺杆也就随飞轮做不同方向的转动。在螺母的约束下螺杆的转动变为滑块的上下滑动，实现模锻生产.摩擦压力机上模锻的特点：摩擦压力机上模锻的特点：(1)摩擦压力机的滑块行程不固定，并具有一定的冲击作用，因而可实现轻打、重打。(2)由于滑块运动速度低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行。(3)摩擦压力机承受偏心载荷的能力差，通常只适用于单膛锻模进行模锻。三.胎模锻胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成形。胎模主要有扣模、及合模三种。(1)扣模扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆非回转体,扣模锻造时，坯料不转动。(2)
12、筒模筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。(3)合模合模由上模和下模组成，并有导向结构，可生产形状复杂,精度较高的非回转体锻件。第二节锻造工艺规程的制订一、绘制锻件图一、绘制锻件图锻件图是以零件图为基础，结合锻造工艺特点绘制而成。1.1.敷料、余量及公差敷料:为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的部分金属。加工余量：在零件的加工表面上，为切削加工而增加的尺寸。锻件公差:是锻件名义尺寸允许的变动量。金工动画锻件图.exe2.2.分模面分模面分模面是指上下锻模在模锻件上的分界面。选定分模面的原则是：选定分模面的原则是：(1)应保证模锻件从模膛中取出。一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处。
13、(2)应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便发现错模现象。(3)分模面应选在能使模膛最浅的位置上。这样有利于金属充满模膛，便于取件。(4)选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。(5)分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造，并防止锻造过程中上下锻模错动。按上述原则综合分析，dd 面是最合理的分模面。3.模锻斜度模锻件上平行于锤击方向(垂直于分模面)的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。4.模锻圆角半径在模锻件上所有两平面交角处均做成圆角。圆角结构可使金属易于充模，避免锻模尖角处产生裂纹，从而提高锻模的强度。5.冲孔连皮当模锻件的孔径大于25mm，则应留出冲孔连皮。二、坯料重量和尺寸的确定
14、二、坯料重量和尺寸的确定G坯料G锻件+G烧损+G料头G锻件：锻件重量。G烧损：加热中坯料因氧化而烧损的重量。G料头：在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的重量。三、锻造工序三、锻造工序(工步工步)的确定的确定锻造工序是根据模锻件形状和尺寸确定。1.长轴类模锻件锻件的长度与宽度之比较大。常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等。2.盘类模锻件常选用镦粗、终锻等。第三节锻件结构的工艺性一、自由锻件的结构工艺性一、自由锻件的结构工艺性1.自由锻锻件应避免有锥体、斜面、曲面结构。2.自由锻锻件应采取平直、对称、简单的形状。3.自由锻锻件不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间的曲面。二、模锻件的结构工艺性
15、二、模锻件的结构工艺性1.模锻件上必须有一个合理的分模面，以保证模锻成形后，容易从锻模中取出。2.为了使金属容易充满模膛和减少工序，模锻件外形应力求简单、平直和对称，应避免零件截面间相差过大或具有薄壁、高筋、凸起结构。3.应避免深孔或多孔结构。4.为减少余块，在可能的条件下，可采取锻焊结构。第三章板料冲压板料冲压板料冲压：利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从而获得冲压件的加工方法称为板料冲压。冲压的特点：冲压的特点：冲压生产操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。冲压件的尺寸精确，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工，即可作为零件使用。金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形
16、状，并产生冷变形强化，使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。冲模是冲压生产的主要工艺装备，其结构复杂，精度要求高，制造费用相对较高，故冲压适合在大批量生产条件下采用。冲压设备：主要有剪床和冲床两大类。冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。?第一节分离工序?第二节变形工序?第三节冲模简介?第四节冲压件的结构工艺性?第一节分离工序分离工序是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。一、落料及冲孔（冲裁）一、落料及冲孔（冲裁）1.冲裁变形过程金工动画cy.exe冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。普通冲裁的刃口必须锋利，凸模和凹模之间留有间隙，板料的冲裁过程可分为三个阶段弹性变形阶段塑性变形阶段
17、剪裂分离阶段冲裁除剪切应力应变外，还有拉伸、弯曲和挤压等应力应变;当模具间隙正常时，冲裁件的断面有圆角带、光亮带、剪裂带和毛刺四部分组成。2.凸凹模间隙如果间隙过大，会使得圆角带和毛刺加大，板料的翘曲也会加大。如果间隙过小，会使冲裁力加大，不仅会降低模具寿命，还会使冲裁件的断面形成二次光亮带，在两个光面间夹有裂纹，这些都会影响冲裁件的断面质量。合理的间隙值:Z=2Ct Z 凸模与凹模间的双面间隙，单位为 mm。C 与材料厚度、性能有关的系数。t 板料厚度，单位为 mm。3.凸凹模刃口尺寸计算落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应等于制件的最小极限尺寸。凸模刃口尺寸比凹模小一个最小合理间隙。冲孔
18、模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应等于制件的最大极限尺寸。凹模刃口尺寸比凸模大一个最小合理间隙。4.冲裁件的排样冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样方法：有废料排样法沿冲裁件周边都有工艺余料（称为搭边），冲裁沿冲裁件轮廓进行，冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低。少废料排样法沿冲裁件部分周边有工艺余料。这样的排样法，冲裁沿工件部分轮廓进行，材料的利用率较有废料排样法高，但冲裁件精度有所降低。无废料排样法沿冲裁件周边没有工艺余料，采用这种排样法时，冲裁件实际是由切断条料获得，材料的利用率高，但冲裁件精度低，模具寿命不高。搭边：搭边：是指冲裁件与冲裁件之间，冲裁件与条料两侧边之间留下的工艺
19、余料，其作用是保证冲裁时刃口受力均匀和条料正常送进。二、修整二、修整修整是在模具上利用切削的方法，将冲裁件的边缘或内孔切去一小层金属，从而提高冲裁件断面质量与精度的加工方法。三、切断三、切断用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。第二节变形工序一、拉深1.拉深过程拉深：是使平面板料成形为中空形状零件的冲压工序。原始直径为D 0 的板料，经过凸模压入到凹模孔口中，拉深后变成内径为d、高度为h 的筒形零件。拉深2.拉深中的废品拉深过程中的主要缺陷是起皱和拉裂。（1）起皱起皱是拉深时由于较大的切向压应力使板料失稳造成的，生产中常采用加压边圈的方法予以防止。（2)拉裂拉裂一般出现在直壁与底部的过
20、渡圆角处，当拉应力超过材料的抗拉强度时，此处将被拉裂。为防止拉裂，应采取如下工艺措施：限制拉深系数这是防止拉裂的主要工艺措施。拉深系数是衡量拉深变形程度大小的主要工艺参数，它用拉深后工件直径与拉深前工件（半成品）直径的比值m 表示，即m=d/D0。拉深系数越小，表明变形程度越大，拉深应力越大，容易产生拉裂废品。能保证拉深正常进行的最小拉深系数，称为极限拉深系数。中为减少拉深次数，一般采用较小的但比极限拉深系数大的拉深系数。拉深次数的确定深度小的工件可以一次拉深成形；深度大的工件则需两次或多次拉深，每道次的拉深系数应大于极限拉深系数。若板料各道次拉深系数分别用若板料各道次拉深系数分别用m1、m2
21、、mn表示，则：，m总=m1m2mn式中D0毛坯直径，单位为mm；d 工件直径，单位为为mm；d1、d2、dn-1为中间各道次拉深坯的直径，最后一次拉深直径dn=d；m1mn为第一次至第n n次的拉深系数。凹凸模工作部分，必须加工成圆角。凹模圆角半径为R凹=（510）t，凸模圆角为半径R 凸=(0.71）t。合理的凸凹模间隙。合理的凸凹模间隙。间隙过小，容易拉穿；间隙过大，容易起皱。一般，凸凹模之间的单边间隙Z=（1.01.2）tmax。减小拉深时的阻力压边力要合理不应过大；凸、凹模工作表面要有较小的表面粗糙度；在凹模表面涂润滑剂来减小摩擦。二、弯曲二、弯曲将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺
22、方法称为弯曲。弯曲过程中，板料弯曲部分的内侧受压缩，而外层受拉伸。当外侧的拉应力超过板料的抗拉强度时，即会造成金属破裂。板料越厚，内弯曲半径r越小，则拉应力越大，越容易弯裂。为防止弯裂，弯曲半径不得小于允许的最小弯曲半径rmin=(0.251)（为金属板料的厚度）。材料塑性好，则弯曲半径可小些。在变形区的厚度方向，缩短和伸长的两个变形区之间，有一层金属在变形前后没有变化，这层金属称为中性层。中性层是计算弯曲件展开长度的依据。由于材料的弹性恢复，会使弯曲件的角度和弯曲半径较凸模大，这种现象称为回弹。回弹会影响弯曲件的精度，通常在设计弯曲模时，应使模具的弯曲角 减小一个回弹量。三、翻边三、翻边四、
23、成形四、成形翻边加工举例第三节冲模简介?简单冲摸1 凸模2 凹模3 上模板4 下模板5 模柄6 压板7 压板8 卸料板10 定位销11 套筒12 导柱连续冲摸1 落料凸模2 定位销3 落料凹模4 冲孔凸模5 冲孔凹模6 卸料板7 坯料8 成品9 废料复合冲摸1 凸凹模2-拉深凸模3 压板或卸料器4 落料凹模5 顶出器6 条料7 挡料销8 坯料9 拉深件10 零件11 切余第四节冲压件的结构工艺性冲压件的设计不仅应保证具有良好的使用性能，而且也应具有良好的工艺性能，以减少材料的消耗、证长模具寿命、提高生产率保证冲压件质量等。一、冲压件的形状及尺寸一、冲压件的形状及尺寸1 1对落料件和冲孔件的要求
24、对落料件和冲孔件的要求冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排样。冲裁件转角处应尽量避免尖角，以圆角过渡。冲裁件应避免长槽和细长悬臂结构，对孔的最小尺寸及孔距间的最小距离等，也都有一定限制。冲裁件的尺寸精度要求应与冲压工艺相适应，其合理经济精度为 IT9IT12，较高精度冲裁件可达到 IT8IT10。2.对弯曲件的要求弯曲件的弯曲半径不应小于最小弯曲半径。弯曲件应尽量对称，以防止在弯曲时发生工件偏移。应尽可能沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，为避免角部畸变，应先冲工艺孔或切槽。3 对拉深件的要求拉深件的形状应力求简单、对称。尽量避免直径小而深度大，否则不仅需要多副模具进行多次拉深，而且容易出现废品。拉深件的底部与侧壁，凸缘与侧壁应有足够的圆角。不要对拉深件提出过高的精度或表面质量要求。二、简化工艺及节省材料的设计、简化工艺及节省材料的设计对于形状复杂的冲压件可将其分成若干简单件，分别冲压后，再焊接成为整体组合件。在使用性能不变的情况下，应尽量简化拉深件的结构，以达到减少工序、节省材料和降低成本的目的。三、冲压件的精度和表面质量冲压件的精度：冲压件的精度：落料件不超过IT10冲孔件不超过IT9弯曲件不超过IT10IT9拉深件高度尺寸IT10IT8拉深件直径尺寸IT10IT9经整形后的尺寸精度IT7IT6冲压件表面质量冲压件表面质量不能超过原材料所具有的表面质量。
