1、模块二模块二(锻造锻造)讲述讲述2021/2/412 塑性成形塑性成形（plasticity forming）在外力作用下，金属发生在外力作用下，金属发生塑性变形塑性变形，从而获得具有一定从而获得具有一定形状形状、尺寸尺寸、组织组织和和力学性力学性能能的的工件工件的生产方法，又叫的生产方法，又叫塑性加工塑性加工或或压力加压力加工工。常见的塑性成形方法常见的塑性成形方法：锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。锻造、冲压、挤压、轧制、拉拔等。2021/2/413上砧铁上砧铁 下砧铁下砧铁 坯料坯料 自由锻自由锻模锻模锻冲压冲压轧制轧制拉拔拉拔2021/2/4141.可实现无屑加工；可实现无屑加工；2.产
2、品力学性能好，尺寸精度高；产品力学性能好，尺寸精度高；3.自动化程度高，生产率高自动化程度高，生产率高;4.材料利用率高，产品范围广泛。材料利用率高，产品范围广泛。塑性加工特点塑性加工特点:塑性成形广泛应用于机械制造、汽拖、容器、塑性成形广泛应用于机械制造、汽拖、容器、造船、建筑、包装、航空航天工业部门。造船、建筑、包装、航空航天工业部门。大多数金属和合金均有一定的塑性，可进行各大多数金属和合金均有一定的塑性，可进行各种塑性加工。种塑性加工。2021/2/4152.2.1 锻造流线与锻造比锻造流线与锻造比1.锻造流线锻造流线 热锻后金属组织具有一定的方向性，通常称为锻造流线。热锻后金属组织具有
3、一定的方向性，通常称为锻造流线。在设计和制造机械在设计和制造机械 零件时，为得到较高的力学性能，必须零件时，为得到较高的力学性能，必须考虑锻造流线的合理分布。考虑锻造流线的合理分布。2.锻造比锻造比 锻造比是指被锻造的工件在变形前后的截面面积比、长度锻造比是指被锻造的工件在变形前后的截面面积比、长度比或高度比。比或高度比。在进行锻造时，应按零件的力学性能要求选择锻造比。在进行锻造时，应按零件的力学性能要求选择锻造比。2021/2/416一、金属的可锻性（塑性加工性能）一、金属的可锻性（塑性加工性能）定义：定义：金属断崖难易程度的工艺性能。金属断崖难易程度的工艺性能。衡量指标：衡量指标：金属的塑
4、性和变形抗力。塑性金属的塑性和变形抗力。塑性，变变形抗力形抗力，可锻性，可锻性。2021/2/4171.加热目的加热目的是指提高金属的塑性，降低变形能力，以改善其可锻性，获得良好的锻后组织。2.锻造温度范围大谤范围是指锻件由始锻温度到终锻温度之间的温度间隔。3.烧损与脱碳烧损是指钢件在加热过程中因氧化铁皮脱落而造成的损失。脱碳是指钢件在加热过程中其表层的碳因氧化而损失。4.过烧与过热过热是指将金属加热到过高温度或高温下保温时间过长而引起晶粒粗大现象过烧是指加热温度超过始锻温度过多，使晶粒边界出现氧化及熔化现象。2021/2/418l定义定义：利用冲击力或压力使金属在上、下：利用冲击力或压力使金
5、属在上、下两个抵铁之间产生塑性变形，从而得到所两个抵铁之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。需锻件的锻造方法。a)a)自由锻自由锻 b)b)胎模锻胎模锻 c)c)模锻模锻 d)d)锻件实例锻件实例2021/2/419一一.自由锻自由锻l1、回顾自由锻的特点、回顾自由锻的特点l （1）坯料变形时，只有部分表面受到限制，）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余可自由流动；其余可自由流动；l （2）所用设备及工具简单，适应性强，锻）所用设备及工具简单，适应性强，锻件重量不受限制；件重量不受限制；l （3）由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件）由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件的精度低，生产率低；的
6、精度低，生产率低；l （4）适用于单件小批生产，也是大型锻件）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯一锻造方法。的唯一锻造方法。2021/2/41102、自由锻的方法、自由锻的方法（1）手工锻造）手工锻造（2）机器锻造）机器锻造l a）锻锤自由锻）锻锤自由锻l 利用冲击力使坯料产生塑性变形利用冲击力使坯料产生塑性变形l 常用设备有：常用设备有：l 空气锤，锻件重量范围是空气锤，锻件重量范围是50-1000公斤；公斤；l 蒸汽蒸汽-空气锤，锻件重量范围是空气锤，锻件重量范围是20-1500公斤。公斤。l b）液压机自由锻）液压机自由锻 利用静压力使坯料变形利用静压力使坯料变形l 常用设备是水压机（
7、能加工常用设备是水压机（能加工300t质量的锻件，是质量的锻件，是重型机械厂锻造生产的主要设备）。重型机械厂锻造生产的主要设备）。2021/2/4111空气锤空气锤 双柱拱式蒸汽双柱拱式蒸汽-空气锤空气锤 2021/2/4112水压机水压机2021/2/41133、自由锻的工序、自由锻的工序（1）基本工序）基本工序 用来改变坯料的形状和尺寸的主要工序，主要包括：用来改变坯料的形状和尺寸的主要工序，主要包括：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、锻接、扭转、错移、切割。镦粗、拔长、冲孔、弯曲、锻接、扭转、错移、切割。（2）辅助工序）辅助工序 为了完成基本工序而进行的预先变形工序（基本工序为了完成基本工序而进行
8、的预先变形工序（基本工序前），主要包括：压钳口、倒棱、压肩等。前），主要包括：压钳口、倒棱、压肩等。（3）修整工序）修整工序 用来提高锻件尺寸及位置精度的工序（基本工序后），用来提高锻件尺寸及位置精度的工序（基本工序后），主要包括：校正、滚圆、平整等。主要包括：校正、滚圆、平整等。2021/2/4114 a)平砧间镦粗平砧间镦粗 b)局部锻粗局部锻粗2021/2/4115 拔长拔长单面冲孔单面冲孔 2021/2/4116 成形弯曲成形弯曲 2021/2/4117扭转扭转2021/2/4118圆料的压肩圆料的压肩 滚圆滚圆2021/2/4119方形、矩形锻件的修整方形、矩形锻件的修整 b)圆形锻
9、件的修整圆形锻件的修整 拔长后的修整拔长后的修整 2021/2/4120二、模锻二、模锻l模锻模锻：坯料在模膛内受冲击力或压力产生变形，得到所需形：坯料在模膛内受冲击力或压力产生变形，得到所需形状的锻造方法。状的锻造方法。l按使用设备的不同，分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩按使用设备的不同，分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、胎模锻等。擦压力机上模锻、胎模锻等。l与自由锻相比，与自由锻相比，模锻的特点模锻的特点：l生产率较高生产率较高l锻件尺寸精确，加工余量小锻件尺寸精确，加工余量小l可锻出形状复杂锻件可锻出形状复杂锻件l材料利用率高材料利用率高2021/2/4121 l 利用
10、冲模使板料产生分离或变形的加工方法利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。l板料冲压常用的设备是板料冲压常用的设备是剪床和冲床剪床和冲床。其中剪其中剪床用于下料，床用于下料，将板料剪成一定宽度的条料，以将板料剪成一定宽度的条料，以供冲压之用。供冲压之用。因多数冲压件不需加热，故又称因多数冲压件不需加热，故又称为薄板冲压或为薄板冲压或冷冲压冷冲压。当板料大于。当板料大于810mm时，时，应采用热冲压。应采用热冲压。2021/2/4122l（1 1）零件形状复杂，废料少。）零件形状复杂，废料少。l（2 2）产品精度高，互换性好。）产品精度高，互换性好。l（3 3）产品质量小，材料消耗少，强度、刚度
11、高。）产品质量小，材料消耗少，强度、刚度高。l（4 4）操作简单，生产率高，成本低。）操作简单，生产率高，成本低。l冲压生产的基本工序：冲压生产的基本工序：分离工序分离工序（落料、冲孔、切断、修整）（落料、冲孔、切断、修整）变形工序变形工序（拉深、弯曲、翻边、成形）（拉深、弯曲、翻边、成形）2021/2/4123l冲裁冲裁（落料与冲孔）：使坯料按封闭轮廓分离。（落料与冲孔）：使坯料按封闭轮廓分离。落料落料制坯工序，被分离部分为成品，周边是废料制坯工序，被分离部分为成品，周边是废料。冲孔冲孔加工工序，被分离部分是废品，周边是成品。加工工序，被分离部分是废品，周边是成品。1.冲裁变形过程冲裁变形过
12、程 a)弹性变形弹性变形(弯曲、上翘）b)塑性变形塑性变形 c)断裂分离断裂分离 d)落下部分的放大图落下部分的放大图 落料和冲孔时金属板料的分离过程示意图落料和冲孔时金属板料的分离过程示意图2021/2/4124冲裁时冲裁时金属板金属板料的分料的分离过程离过程示意图示意图冲裁件断裂面有明冲裁件断裂面有明显的区域特征显的区域特征光亮带光亮带：冲头挤压：冲头挤压切入所形成的光滑切入所形成的光滑表面，断面质量最表面，断面质量最佳佳剪裂带剪裂带：是材料在：是材料在剪断分离时所形成剪断分离时所形成的断裂带，表面粗的断裂带，表面粗糙糙2021/2/4125l凹凸模之间间隙凹凸模之间间隙z z不仅严重影响
13、冲裁件的断不仅严重影响冲裁件的断面质量，而且影响模具寿命、卸料力、推件面质量，而且影响模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。因此正确力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。因此正确选择间隙值对冲裁生产至关重要。选择间隙值对冲裁生产至关重要。l 单边间隙单边间隙c的经验公式的经验公式 l （板料厚度）（m相关系数）mc2021/2/4126间隙小间隙小间隙大间隙大间隙适中间隙适中间隙过大：间隙过大：断面质量差，光亮断面质量差，光亮带小一些，剪裂带和毛刺均较带小一些，剪裂带和毛刺均较大大间隙过小：间隙过小：断面质量好，光亮断面质量好，光亮带增大，但毛刺也增大，模具带增大，但毛刺也增大，模具磨损
14、严重，寿命受影响磨损严重，寿命受影响。合理选择模具间隙，主要考虑合理选择模具间隙，主要考虑冲裁件断面质量冲裁件断面质量和和模具寿命模具寿命这这两个主要的因素。一般说来，两个主要的因素。一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而时，应选取较小的间隙值，而当冲裁件的质量要求不高时，当冲裁件的质量要求不高时，则应可能地加大间隙值，以利则应可能地加大间隙值，以利于提高冲模的寿命。于提高冲模的寿命。2021/2/4127设计基准件凸模尺寸凹模尺寸落料模凹模刃口尺寸凹模尺寸减去两模间隙落料件公差范围内的最小尺寸冲孔模凸模刃口尺寸公差范围内孔的最大尺寸凸模尺寸加
15、上两模间隙2021/2/4128即零件在板料上的合理布置方法。排样合理可是废料最少，材料利用率高。2021/2/4129 修整是使落料或冲孔后的成品获得精修整是使落料或冲孔后的成品获得精确轮廓的工序。确轮廓的工序。2021/2/4130 用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。剪刃安装在剪床上，制作一定宽度的条料，供下一步冲压工序使用。冲模安装在冲床上，用以制取形状简单、精度要求不高的平板零件。2021/2/4131一、拉深一、拉深原理（圆筒形件的拉深）：原理（圆筒形件的拉深）：利用冲模使毛坯变形制成开口空心利用冲模使毛坯变形制成开口空心零件的成形工序零件的成形工序。1.拉深过程 (1)
16、筒壁部分筒壁部分 变形区变形区 (2)筒底部分筒底部分 非变形区非变形区 (3)筒底圆角部分筒底圆角部分 危险区危险区2021/2/4132拉深的特点：拉深的特点：l 法兰部分向内收缩（毛坯法兰部分向内收缩（毛坯变化图）变化图）l 板厚基本不变。板厚基本不变。l 压边力以法兰不起皱为准压边力以法兰不起皱为准l 模具间隙模具间隙Z（1.11.2）s 拉深工序拉深工序2021/2/4133 一般情况下，拉深系一般情况下，拉深系数数m不小于不小于0.50.8。2.拉深系数的影响 (1)拉深系数拉深系数-拉深变形程拉深变形程度以工件筒形直径与毛坯度以工件筒形直径与毛坯 板料直径之比表示板料直径之比表示
17、.m=d/D (2)材料的极限拉深系数材料的极限拉深系数 2021/2/4134l多次拉深过程中多次拉深过程中加工硬化现象严重加工硬化现象严重。为保证坯料。为保证坯料具有足够的塑性，生产中坯料经过一两次拉深后，具有足够的塑性，生产中坯料经过一两次拉深后，应安排工序间的应安排工序间的退火处理退火处理。l其次，在多次拉深中，拉深系数应一次比一次略其次，在多次拉深中，拉深系数应一次比一次略大些，确保拉深件质量，使生产顺利进行。总拉大些，确保拉深件质量，使生产顺利进行。总拉深系数等于每次拉深系数的乘积。深系数等于每次拉深系数的乘积。2021/2/4135破裂多发生在直壁与底部的过渡圆角处。起皱多发生在
18、拉深件的法兰部分 拉穿与起皱 防止废品措施防止废品措施:(1)拉深系数拉深系数m0.50.8 (2)/D1001.5 (3)r凹凹(34)r凸凸2 板材厚度板材厚度2021/2/4136 (1)毛坯尺寸计算按拉深前后的面积不变原则进行 (2)拉深力 P=3(b+s)(D-d-r凹)选择设备时,应结合拉深件所需的垃深力来定.设备能力应比计算的拉深力大。2021/2/4137 弯曲-将毛坯 弯成一定角度各种形状的冲压变形工序。2021/2/4138弯曲回弹弯曲回弹一般回弹角为一般回弹角为0102021/2/4139l防止弯裂防止弯裂:l(1)弯曲的最小半径为弯曲的最小半径为 r min=(0.25
19、1)tl(2)弯曲时尽可能使弯曲线与坯弯曲时尽可能使弯曲线与坯 料的纤维方料的纤维方向垂直。向垂直。l 若弯曲线与纤维方向一致则容易产生破裂.此时可用增大最小弯曲半径来避免。2021/2/4140胀形是利用坯料局部厚度变薄形成零件的成形工艺。主要有平板坯料胀形、管坯胀形、球体胀形、拉形2021/2/41412021/2/4142 使带孔坯料孔口周围获得凸缘的工序称为翻边。如图所示。图中d0为坯料上孔的直径，为坯料厚度，d为凸缘平均直径，h为凸缘的高度。2021/2/4143l有些空心的回转有些空心的回转体还可用体还可用旋压方旋压方法法来制作。来制作。l这种方法变形力这种方法变形力较小，但生产率
20、较小，但生产率较低。较低。2021/2/41441）简单冲模 在冲床的一次冲程中只完成一个工序的模具。模具简单，造价低。2021/2/41452）连续冲模 在冲床的一次冲程中，在模具不同部位上同时完成数道冲压工序的模具2021/2/41463）复合冲模 在冲床的一次冲程中，在模具同一部位上同时完成数道冲压工序的模具 落料拉伸复合模落料拉伸复合模拉伸件拉伸件2021/2/41472.3.5 冲压加工零件的结构工艺性冲压加工零件的结构工艺性1.冲压件的形状和尺寸冲压件的形状和尺寸:（1）冲裁件）冲裁件 1)简单对称避免长槽悬臂简单对称避免长槽悬臂 2)冲孔时冲孔时,孔径必须孔径必须板料厚度板料厚度;孔与边缘之间的距离孔与边缘之间的距离板料厚板料厚度度 3)尖角处尖角处r0.55 （2）弯曲件）弯曲件 1)弯曲半径弯曲半径 rrmin;弯曲件形状应尽量对称弯曲件形状应尽量对称 2)弯曲边不能过短弯曲边不能过短 H2 3)弯曲带孔件弯曲带孔件,孔的位置孔的位置L(1.52)（3）拉深件）拉深件 1)外形简单对称不要太高外形简单对称不要太高 2)合适的圆角合适的圆角 最小许可半径最小许可半径 r 凹凹(34);r凸凸2 2021/2/41482021/2/41492021/2/4150
