第三章 固態(tài)材料塑性成形

1、 3. 固態(tài)材料塑性固態(tài)材料塑性 成形過程成形過程3.1 概概 述述金屬固態(tài)塑性成形：金屬固態(tài)塑性成形：在外力作用下，使金屬材料在外力作用下，使金屬材料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，以獲得所需的形狀、尺產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，以獲得所需的形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。固態(tài)塑性成形的基本條件：固態(tài)塑性成形的基本條件：1）被變形的金屬材料應(yīng)具備一定的塑性；）被變形的金屬材料應(yīng)具備一定的塑性； （內(nèi)因）（內(nèi)因）2）有外力作用于固態(tài)金屬。）有外力作用于固態(tài)金屬。 （外因）（外因）主要塑性成形方法主要塑性成形方法1）扎制）扎制2）擠壓）擠壓3）拉拔）拉拔4）自由鍛造）

2、自由鍛造5）模型鍛造）模型鍛造6）板料沖壓）板料沖壓扎扎 制制擠擠 壓壓拉拉 拔拔自由鍛、模鍛和板料沖壓自由鍛、模鍛和板料沖壓成形分類及其特點(diǎn)成形分類及其特點(diǎn)1）冷變形過程（冷成形）冷變形過程（冷成形）：成形溫度低于金屬：成形溫度低于金屬的再結(jié)晶溫度，變形后具有加工硬化現(xiàn)象。的再結(jié)晶溫度，變形后具有加工硬化現(xiàn)象。特點(diǎn)：特點(diǎn)：l強(qiáng)度、硬度強(qiáng)度、硬度，塑性、韌性，塑性、韌性；l尺寸精度高，表面質(zhì)量好；尺寸精度高，表面質(zhì)量好；l對(duì)非熱處理強(qiáng)化材料可采用冷變形提高強(qiáng)度和硬度；對(duì)非熱處理強(qiáng)化材料可采用冷變形提高強(qiáng)度和硬度；l要求設(shè)備功率大；要求設(shè)備功率大；l坯料表面要求高；坯料表面要求高；l電阻率電阻率

3、，耐腐蝕性能，耐腐蝕性能。2）熱變形過程（熱成形）熱變形過程（熱成形）：變形在再結(jié)晶溫度：變形在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行，變形硬化被再結(jié)晶消除。以上進(jìn)行，變形硬化被再結(jié)晶消除。特點(diǎn)特點(diǎn)：l金屬始終保持良好的塑性，可進(jìn)行大量變形；高溫金金屬始終保持良好的塑性，可進(jìn)行大量變形；高溫金屬屈服強(qiáng)度低，易于變形；屬屈服強(qiáng)度低，易于變形；l顯著改善和提高力學(xué)性能，內(nèi)部縮松被壓實(shí)，細(xì)化材顯著改善和提高力學(xué)性能，內(nèi)部縮松被壓實(shí)，細(xì)化材料組織；料組織；l形成纖維組織，使金屬的力學(xué)性能具有方向性；形成纖維組織，使金屬的力學(xué)性能具有方向性；l表面氧化嚴(yán)重，工件精度和表面質(zhì)量不高；表面氧化嚴(yán)重，工件精度和表面質(zhì)量不高；l設(shè)

4、備維修工作量大。設(shè)備維修工作量大。鍛造與鑄造組織力學(xué)性能比較鍛造與鑄造組織力學(xué)性能比較 綜上所述，利用固態(tài)塑性成形能得綜上所述，利用固態(tài)塑性成形能得到高強(qiáng)度高性能產(chǎn)品，生產(chǎn)率高，材料到高強(qiáng)度高性能產(chǎn)品，生產(chǎn)率高，材料損耗少；但構(gòu)件形狀和大小受限，投資損耗少；但構(gòu)件形狀和大小受限，投資大，能耗高大，能耗高3.2 金屬塑性成形過程理論基礎(chǔ)金屬塑性成形過程理論基礎(chǔ) 金屬塑性變形的能力又稱為金屬的金屬塑性變形的能力又稱為金屬的可鍛性可鍛性，它指金屬材料在塑性成形加工時(shí)它指金屬材料在塑性成形加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)毛坯獲得優(yōu)質(zhì)毛坯或零件或零件的的難易程度難易程度。 衡量可鍛性常用塑性指標(biāo)（衡量可鍛性常用塑性指標(biāo)（

5、 ）和變形）和變形抗力（抗力（ ）,3.2.1 金屬塑性變形能力金屬塑性變形能力（1）金屬性質(zhì)）金屬性質(zhì)1）化學(xué)成分）化學(xué)成分 不同金屬，因原子間相互作用不同，變形不同金屬，因原子間相互作用不同，變形抗力也不同；金屬純度愈高，變形抗力愈小?？沽σ膊煌?；金屬純度愈高，變形抗力愈小。2）內(nèi)部組織）內(nèi)部組織 單相組織塑性優(yōu)于多相組織；細(xì)晶粒組織單相組織塑性優(yōu)于多相組織；細(xì)晶粒組織有利于提高塑性。有利于提高塑性。影響可鍛性的因素影響可鍛性的因素（）變形的加工條件（）變形的加工條件1）變形溫度的影響）變形溫度的影響 提高金屬塑性變形時(shí)的溫度，金屬的塑性指標(biāo)提高金屬塑性變形時(shí)的溫度，金屬的塑性指標(biāo)(伸長系

6、數(shù)伸長系數(shù)和斷面收縮率和斷面收縮率)增加，變形抗力降低，增加，變形抗力降低，是改善或提高金屬可鍛性的有效措施，故熱變形中，是改善或提高金屬可鍛性的有效措施，故熱變形中，都要將金屬預(yù)先加熱到一定的溫度。都要將金屬預(yù)先加熱到一定的溫度。金屬在加熱過程中，隨著溫度的升高，其性能金屬在加熱過程中，隨著溫度的升高，其性能變化很大。變化很大。 在在300以上，隨著溫度的升高，低碳鋼以上，隨著溫度的升高，低碳鋼的塑性指標(biāo)的塑性指標(biāo)和和上升，變形抗力下降。上升，變形抗力下降。 原因原因： 金屬原子在熱能作用下，處于極金屬原子在熱能作用下，處于極活躍的狀態(tài)，很容易進(jìn)行滑移變形；活躍的狀態(tài)，很容易進(jìn)行滑移變形；

7、低碳鋼低碳鋼在加熱溫度位于在加熱溫度位于AESG區(qū)（奧氏體區(qū)）區(qū)（奧氏體區(qū)） ，組織，組織為單一奧氏體，塑性很好，故很適宜于進(jìn)行塑為單一奧氏體，塑性很好，故很適宜于進(jìn)行塑性成形加工。性成形加工。l對(duì)金屬加熱應(yīng)不產(chǎn)生微裂紋、過熱、過對(duì)金屬加熱應(yīng)不產(chǎn)生微裂紋、過熱、過燒和嚴(yán)重氧化；加熱應(yīng)避免在脆性溫度燒和嚴(yán)重氧化；加熱應(yīng)避免在脆性溫度區(qū)間。區(qū)間。塑性成形應(yīng)避免在脆性區(qū)塑性成形應(yīng)避免在脆性區(qū)（藍(lán)脆區(qū)與熱脆區(qū)）加熱（藍(lán)脆區(qū)與熱脆區(qū)）加熱2）變形速度）變形速度 變形速度變形速度，使金屬晶體的臨界剪應(yīng)力升，使金屬晶體的臨界剪應(yīng)力升高，斷裂強(qiáng)度過早達(dá)到，塑性降低；再結(jié)晶來高，斷裂強(qiáng)度過早達(dá)到，塑性降低；再結(jié)

8、晶來不及克服加工硬化，可鍛性不及克服加工硬化，可鍛性； 變形速度變形速度，變形產(chǎn)生的熱效應(yīng)提高溫度，變形產(chǎn)生的熱效應(yīng)提高溫度，可鍛性可鍛性。3）應(yīng)力狀態(tài)）應(yīng)力狀態(tài) 塑性變形時(shí)，三各方向的壓應(yīng)力的數(shù)目越多，塑性變形時(shí)，三各方向的壓應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬表現(xiàn)的塑性越好；拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬表現(xiàn)的塑性越好；拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則塑性越差。且同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下引起的變形抗則塑性越差。且同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下引起的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力。力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力。l應(yīng)力狀態(tài)對(duì)變形抗力的影響應(yīng)力狀態(tài)對(duì)變形抗力的影響 綜上所述，金屬的可鍛性取決于綜上所述，金屬的可鍛性取決于金屬的性金屬的性質(zhì)質(zhì)和和

9、變形條件變形條件。力求創(chuàng)造最有利的變形加工條。力求創(chuàng)造最有利的變形加工條件，提高塑性降低變形抗力，達(dá)到塑性加工的件，提高塑性降低變形抗力，達(dá)到塑性加工的目的。另外，應(yīng)使能耗低、耗材少、生產(chǎn)率高、目的。另外，應(yīng)使能耗低、耗材少、生產(chǎn)率高、品質(zhì)好品質(zhì)好 塑性變形的實(shí)質(zhì)：是在切應(yīng)力的塑性變形的實(shí)質(zhì)：是在切應(yīng)力的作用下，金屬內(nèi)部晶體沿某一平面產(chǎn)生作用下，金屬內(nèi)部晶體沿某一平面產(chǎn)生滑移，實(shí)現(xiàn)了晶體的塑性變形?；疲瑢?shí)現(xiàn)了晶體的塑性變形。 3.2.2 金屬塑性變形的基本規(guī)律金屬塑性變形的基本規(guī)律 塑性變形前后的體積不變。塑性變形前后的體積不變。因此變形中，因此變形中，一個(gè)方向的尺寸減少，必然導(dǎo)致其它方向的

10、尺一個(gè)方向的尺寸減少，必然導(dǎo)致其它方向的尺寸有所增加。寸有所增加。l一個(gè)方向壓縮，另外兩個(gè)方向都伸長，如鐓粗。一個(gè)方向壓縮，另外兩個(gè)方向都伸長，如鐓粗。l兩個(gè)方向壓縮，第三個(gè)方向伸長，如擠壓或拔長。兩個(gè)方向壓縮，第三個(gè)方向伸長，如擠壓或拔長。l 一個(gè)方向長度不變，其余兩個(gè)方向一為伸長、另一個(gè)一個(gè)方向長度不變，其余兩個(gè)方向一為伸長、另一個(gè)為壓縮，如平面變形。為壓縮，如平面變形。體積不變定理體積不變定理最小阻力定律最小阻力定律 金屬在塑性變形中，其質(zhì)點(diǎn)都將沿著阻力金屬在塑性變形中，其質(zhì)點(diǎn)都將沿著阻力最小的方向移動(dòng)。最小的方向移動(dòng)。 一般質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)的最小阻力方向是通過該質(zhì)一般質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)的最小阻力方向是通

11、過該質(zhì)點(diǎn)向金屬變形部分的周邊所作的最短法線方向。點(diǎn)向金屬變形部分的周邊所作的最短法線方向。 通過該定律可判定金屬截面變化，提高效通過該定律可判定金屬截面變化，提高效率。率。3.3 3.3 鍛造方法鍛造方法3.3.1 自由鍛造自由鍛造自由鍛造（自由鍛）：自由鍛造（自由鍛）：利用沖擊力或壓力利用沖擊力或壓力使金屬材料在上下砧鐵之間或錘頭與砧使金屬材料在上下砧鐵之間或錘頭與砧鐵之間產(chǎn)生變形，而獲得所需形狀、尺鐵之間產(chǎn)生變形，而獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能鍛件的成形過程。寸和力學(xué)性能鍛件的成形過程。（1）自由鍛成形的過程特征）自由鍛成形的過程特征l成形過程中坯料的整體或局部發(fā)生塑性成形，金成形過程中坯

12、料的整體或局部發(fā)生塑性成形，金屬坯料在屬坯料在水平方向可自由流動(dòng)水平方向可自由流動(dòng)，不受限制。，不受限制。l自由鍛要求被成形材料在成形溫度下具有良好的自由鍛要求被成形材料在成形溫度下具有良好的塑性。鍛件的形狀取決于操作者的技術(shù)水平。塑性。鍛件的形狀取決于操作者的技術(shù)水平。l工具簡(jiǎn)單，操作方便，鍛件質(zhì)量不受限制，工具簡(jiǎn)單，操作方便，鍛件質(zhì)量不受限制，l自由鍛存在生產(chǎn)率低、金屬損耗大和勞動(dòng)條件較自由鍛存在生產(chǎn)率低、金屬損耗大和勞動(dòng)條件較差等缺點(diǎn)。鍛件精度和表面品質(zhì)差。差等缺點(diǎn)。鍛件精度和表面品質(zhì)差。自由鍛設(shè)備自由鍛設(shè)備 自由鍛可使用多種鍛壓設(shè)備，如空氣自由鍛可使用多種鍛壓設(shè)備，如空氣錘、蒸氣錘、電

13、液錘、機(jī)械壓力機(jī)和液壓錘、蒸氣錘、電液錘、機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)等。機(jī)等。 蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽空氣錘空氣錘空氣錘空氣錘 用來自空壓站的用來自空壓站的0.50.7MPa 壓縮空氣或壓縮空氣或0.70.9MPa蒸汽為驅(qū)蒸汽為驅(qū)動(dòng)源動(dòng)源 空氣錘空氣錘 用來自壓縮缸的壓縮空氣作為工作介質(zhì)用來自壓縮缸的壓縮空氣作為工作介質(zhì) 機(jī)械錘機(jī)械錘 用電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)與錘頭之間用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力（螺用電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)與錘頭之間用機(jī)械方式傳遞動(dòng)力（螺旋壓力機(jī)、夾板錘、摩擦壓力機(jī)、彈簧錘以及鋼絲繩錘等）旋壓力機(jī)、夾板錘、摩擦壓力機(jī)、彈簧錘以及鋼絲繩錘等） 蒸汽蒸汽空氣對(duì)擊錘空氣對(duì)擊錘 沒有砧座，上下錘頭聯(lián)動(dòng)沒有砧座，

14、上下錘頭聯(lián)動(dòng) 液氣錘液氣錘 上錘頭用氣體控制，下錘頭用液體控制，上下聯(lián)動(dòng)上錘頭用氣體控制，下錘頭用液體控制，上下聯(lián)動(dòng) 電液錘電液錘 利用液體控制錘頭運(yùn)動(dòng)利用液體控制錘頭運(yùn)動(dòng)蒸汽蒸汽-空氣錘空氣錘錘頭的噸位一般錘頭的噸位一般為為65-750Kg。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)容作方便，維護(hù)容易，設(shè)備投資少，易，設(shè)備投資少，噸位不大，適用噸位不大，適用于生產(chǎn)小型鍛件。于生產(chǎn)小型鍛件。水壓機(jī)水壓機(jī)特大型鍛件自由鍛特大型鍛件自由鍛造的主要設(shè)備造的主要設(shè)備通常壓力為通常壓力為5000-150000KN（50015000 t）可以鍛造質(zhì)量為可以鍛造質(zhì)量為1300t的鍛件的鍛件 自由鍛

15、適用于形狀簡(jiǎn)單的單件或小批自由鍛適用于形狀簡(jiǎn)單的單件或小批量毛坯成形，特別是重、大型鍛件的生產(chǎn)。量毛坯成形，特別是重、大型鍛件的生產(chǎn)。（2）自由鍛成形過程）自由鍛成形過程自由鍛成形過程流程：自由鍛成形過程流程：1）根據(jù)零件圖繪制鍛件圖；）根據(jù)零件圖繪制鍛件圖；2）確定坯料的質(zhì)量和尺寸；）確定坯料的質(zhì)量和尺寸；3）選擇鍛造工序，決定變形工藝）選擇鍛造工序，決定變形工藝過程；過程；4）選擇鍛造設(shè)備，確定設(shè)備能力；）選擇鍛造設(shè)備，確定設(shè)備能力；5）確定鍛造溫度范圍、冷卻方式）確定鍛造溫度范圍、冷卻方式和熱處理規(guī)范；和熱處理規(guī)范； 6）規(guī)定鍛件的技術(shù)要求和檢驗(yàn)要）規(guī)定鍛件的技術(shù)要求和檢驗(yàn)要求；求；7）

16、編制勞動(dòng)組織和確定鍛造工時(shí)）編制勞動(dòng)組織和確定鍛造工時(shí)定額。定額。零件圖零件圖繪制鍛件圖繪制鍛件圖計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸、下料計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸、下料確定工序、加熱溫度、設(shè)備等確定工序、加熱溫度、設(shè)備等加熱坯料、鍛打加熱坯料、鍛打檢驗(yàn)檢驗(yàn)鍛件鍛件1）繪制鍛件圖）繪制鍛件圖 鍛件圖鍛件圖是以零件圖為基礎(chǔ)結(jié)合自由鍛過程是以零件圖為基礎(chǔ)結(jié)合自由鍛過程特征繪制的技術(shù)資料。特征繪制的技術(shù)資料。 鍛件圖是組織生產(chǎn)過程、制定操作規(guī)范、鍛件圖是組織生產(chǎn)過程、制定操作規(guī)范、控制和檢查產(chǎn)品品質(zhì)的依據(jù)?？刂坪蜋z查產(chǎn)品品質(zhì)的依據(jù)。鍛件圖繪制時(shí)要考慮的因素：鍛件圖繪制時(shí)要考慮的因素： (1)(1) 敷料敷料 敷料是為了簡(jiǎn)化

17、鍛件形狀、便于鍛造而增敷料是為了簡(jiǎn)化鍛件形狀、便于鍛造而增添的金屬部分。自由鍛適宜于鍛制添的金屬部分。自由鍛適宜于鍛制形狀簡(jiǎn)單形狀簡(jiǎn)單的鍛件，對(duì)零的鍛件，對(duì)零件上一些件上一些較小較小的凹擋、臺(tái)階、凸肩、小孔、斜面和錐面等的凹擋、臺(tái)階、凸肩、小孔、斜面和錐面等應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，以減少鍛造的困難，提高生產(chǎn)率。應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，以減少鍛造的困難，提高生產(chǎn)率。(2) (2) 加工余量加工余量 自由鍛件的精度低、表面品質(zhì)較差，需自由鍛件的精度低、表面品質(zhì)較差，需再經(jīng)切削加工才能成為零件，應(yīng)留足加工余量。鍛件加工再經(jīng)切削加工才能成為零件，應(yīng)留足加工余量。鍛件加工余量的大小與零件的形狀、尺寸、加工精度和表面

18、粗糙度余量的大小與零件的形狀、尺寸、加工精度和表面粗糙度等因素有關(guān)，通常自由鍛件的等因素有關(guān)，通常自由鍛件的加工余量為加工余量為4 46mm6mm。 (3) (3) 鍛件公差鍛件公差 鍛件名義尺寸的鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量允許變動(dòng)量。自由鍛自由鍛件的公差一般為件的公差一般為12mm 。 雙聯(lián)齒輪，批量為雙聯(lián)齒輪，批量為10件件/月，材料為月，材料為45鋼。鋼。 該雙聯(lián)齒輪屬小批量生產(chǎn)，采用自由鍛。該雙聯(lián)齒輪屬小批量生產(chǎn)，采用自由鍛。 25mm的孔，放加工余量后小于的孔，放加工余量后小于20mm，無法鍛，無法鍛出。不采用鍛孔，該孔由機(jī)械加工成形。出。不采用鍛孔，該孔由機(jī)械加工成形。 退刀槽用敷料

19、。退刀槽用敷料。 半徑上工余量放半徑上工余量放3.5mm，高度上工余量放，高度上工余量放3mm。 鍛件公差取鍛件公差取1mm。舉舉 例例2）坯料尺寸計(jì)算）坯料尺寸計(jì)算坯料質(zhì)量可按下式計(jì)算：坯料質(zhì)量可按下式計(jì)算：G坯料坯料=G鍛件鍛件+G燒損燒損+G料頭料頭式中式中G燒損燒損加熱時(shí)坯料表面氧化燒損加熱時(shí)坯料表面氧化燒損的質(zhì)量的質(zhì)量(通常第一次加熱取被加熱金屬的通常第一次加熱取被加熱金屬的2%3%，以后各次加熱取，以后各次加熱取1.5%2%) G料頭料頭鍛造中被切掉或沖掉的那鍛造中被切掉或沖掉的那部分金屬質(zhì)量部分金屬質(zhì)量 中、小型鍛件，通常都是型材，可不考慮料中、小型鍛件，通常都是型材，可不考慮料

20、頭因素，上式簡(jiǎn)化為：頭因素，上式簡(jiǎn)化為：G坯料坯料=(1+K)G鍛件鍛件K是一個(gè)與鍛件形狀有關(guān)的系數(shù)。對(duì)于實(shí)心盤類鍛件，是一個(gè)與鍛件形狀有關(guān)的系數(shù)。對(duì)于實(shí)心盤類鍛件，K=2%3%；對(duì)于階梯軸類鍛件，；對(duì)于階梯軸類鍛件，K=8%10%；對(duì)于空；對(duì)于空心類鍛件，心類鍛件，K=10%12%；對(duì)于其他形狀的鍛件，可視；對(duì)于其他形狀的鍛件，可視其復(fù)雜程度參照上述三類鍛件取其復(fù)雜程度參照上述三類鍛件取K值。值。鍛件的質(zhì)量根據(jù)鍛件的名義尺寸計(jì)算，即鍛件的質(zhì)量根據(jù)鍛件的名義尺寸計(jì)算，即G坯料坯料=V鍛件鍛件式中式中V鍛件鍛件鍛件體積，鍛件體積，mm3金屬的密度，金屬的密度，g/cm3坯料尺寸計(jì)算坯料尺寸計(jì)算

21、在坯料質(zhì)量求出后，則需計(jì)算坯料的尺寸。在坯料質(zhì)量求出后，則需計(jì)算坯料的尺寸。對(duì)于圓型材料：對(duì)于圓型材料： 當(dāng)鍛造的第一工序?yàn)殓叴之?dāng)鍛造的第一工序?yàn)殓叴?坯料直徑：坯料直徑： 式中式中 V1坯料的體積，坯料的體積，V1=G1/(G1為坯料的重量為坯料的重量)坯料高度或長度：坯料高度或長度： H=V1/(D/2) 21.25DH2.5D（因?yàn)樵隗w積一定的情況下，坯料高度過大，則直徑較小，鐓粗時(shí)易鐓彎；（因?yàn)樵隗w積一定的情況下，坯料高度過大，則直徑較小，鐓粗時(shí)易鐓彎；而直徑過大，而直徑過大， 則下料困難且鍛造效果不好）則下料困難且鍛造效果不好） 第一工序?yàn)榘伍L第一工序?yàn)榘伍L A1Y鍛鍛F鍛鍛 A1坯

22、料的截面積，坯料的截面積，mm2 Y鍛鍛鍛造比，圓鋼鍛造比，圓鋼Y鍛鍛=1.31.5 F鍛鍛鍛件的最大截面積，鍛件的最大截面積，mm2 坯料直徑：坯料直徑： 坯料的長度：坯料的長度： L=V1/A1注意：圓鋼直徑有標(biāo)準(zhǔn)，如計(jì)算直徑與圓鋼直徑不符，就近取圓注意：圓鋼直徑有標(biāo)準(zhǔn)，如計(jì)算直徑與圓鋼直徑不符，就近取圓鋼直徑，再重新計(jì)算鋼直徑，再重新計(jì)算H，L。3）選擇工序、確定溫度和冷卻規(guī)范）選擇工序、確定溫度和冷卻規(guī)范等等 選擇鍛造工序選擇鍛造工序 工序通常分為基本工序、輔工序通常分為基本工序、輔助工序和精整工序。助工序和精整工序。 基本工序：基本工序：使坯料產(chǎn)生一定程序的熱變形，逐漸使坯料產(chǎn)生一定

23、程序的熱變形，逐漸形成鍛件所需形狀和尺寸的過程，有鐓粗、拔長、沖形成鍛件所需形狀和尺寸的過程，有鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎扭和錯(cuò)移等?？住⑶懈?、彎扭和錯(cuò)移等。 輔助工序：輔助工序：為基本工序操作方便而進(jìn)行的預(yù)先變?yōu)榛竟ば虿僮鞣奖愣M(jìn)行的預(yù)先變形工序，如壓肩、倒棱等。形工序，如壓肩、倒棱等。 精整工序：精整工序：改善鍛件表面品質(zhì)而進(jìn)行的工序，如改善鍛件表面品質(zhì)而進(jìn)行的工序，如整形、清除表面氧化皮等。整形、清除表面氧化皮等?；竟ば蚧竟ば蜱呯?粗粗拔拔 長長沖沖 孔孔軸心擴(kuò)孔軸心擴(kuò)孔芯軸拔長芯軸拔長彎彎 曲曲切切 割割錯(cuò)錯(cuò) 移移輔助工序輔助工序壓鉗把壓鉗把倒倒 棱棱壓壓 肩肩精整工序精整工序校

24、校 正正滾滾 圓圓平平 整整鍛件分類及鍛件分類及鍛造工序鍛造工序 鍛造溫度范圍及加熱冷卻規(guī)范鍛造溫度范圍及加熱冷卻規(guī)范 金屬的鍛造是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。金屬的鍛造是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。 一些常用金屬材料的鍛造溫度范圍如下表。一些常用金屬材料的鍛造溫度范圍如下表。 加熱設(shè)備：箱式加熱爐、電加熱爐加熱設(shè)備：箱式加熱爐、電加熱爐 加熱要求：不要產(chǎn)生或少產(chǎn)生氧化、表面脫加熱要求：不要產(chǎn)生或少產(chǎn)生氧化、表面脫碳，防止過熱，且加熱均勻以減少熱應(yīng)力。碳，防止過熱，且加熱均勻以減少熱應(yīng)力。 鍛件冷卻方式常用下列三種：鍛件冷卻方式常用下列三種： 空冷空冷 多用于多用于WC0.5%的碳鋼和的碳鋼和WC 0

25、.3%的低合金鋼的低合金鋼中小鍛件。中小鍛件。 在爐灰或干砂中緩冷在爐灰或干砂中緩冷 多用于中碳鋼、高碳鋼和大多用于中碳鋼、高碳鋼和大多數(shù)低合金鋼的中型鍛件。多數(shù)低合金鋼的中型鍛件。 隨爐緩冷隨爐緩冷 在在500700的爐中隨爐緩冷，多用于中的爐中隨爐緩冷，多用于中碳鋼和低合金鋼的大型鍛件及高合金鋼的重要鍛件。碳鋼和低合金鋼的大型鍛件及高合金鋼的重要鍛件。 4）自由鍛典型過程舉例）自由鍛典型過程舉例 盤類鍛件的鍛造過程盤類鍛件的鍛造過程 軸類鍛件的鍛造過程軸類鍛件的鍛造過程盤類鍛件自由鍛過程舉例盤類鍛件自由鍛過程舉例軸類鍛件自由鍛過程舉例軸類鍛件自由鍛過程舉例 鍛造溫度范圍可參見表鍛造溫度范圍

26、可參見表2所示的常用金屬材料所示的常用金屬材料鍛造溫度范圍，或者查鍛造手冊(cè)。鍛造溫度范圍，或者查鍛造手冊(cè)。 中、小型自由鍛件所采用的鍛造設(shè)備主要是中、小型自由鍛件所采用的鍛造設(shè)備主要是空氣錘?？諝忮N噸位的選擇見表空氣錘?？諝忮N噸位的選擇見表4或查鍛造手冊(cè)?；虿殄懺焓謨?cè)。 鍛造一般是固態(tài)成形的生產(chǎn)過程，由于受材鍛造一般是固態(tài)成形的生產(chǎn)過程，由于受材料本身的塑性和外力的限制，加之自由鍛過程的料本身的塑性和外力的限制，加之自由鍛過程的特點(diǎn)，鍛件的幾何形狀受到很大限制。特點(diǎn)，鍛件的幾何形狀受到很大限制。 因此，在保證使用性能的前提下，為簡(jiǎn)化鍛因此，在保證使用性能的前提下，為簡(jiǎn)化鍛造過程、保證鍛件品質(zhì)、

27、提高生產(chǎn)率，在零件結(jié)造過程、保證鍛件品質(zhì)、提高生產(chǎn)率，在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量滿足自由鍛的技術(shù)特征要求。構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量滿足自由鍛的技術(shù)特征要求。（3）自由鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征）自由鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征 應(yīng)避免錐體、曲線或曲面交接以及橢圓形、應(yīng)避免錐體、曲線或曲面交接以及橢圓形、工字形截面等結(jié)構(gòu)。工字形截面等結(jié)構(gòu)。 應(yīng)避免加強(qiáng)筋、凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)。應(yīng)避免加強(qiáng)筋、凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)。 當(dāng)鍛件的橫截面有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，當(dāng)鍛件的橫截面有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，可采用特別的技術(shù)措施或工具；或者將其設(shè)計(jì)成可采用特別的技術(shù)措施或工具；或者將其設(shè)計(jì)成幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組合件，鍛造后再用焊接或機(jī)幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組合件，鍛造后再用

28、焊接或機(jī)械連接方法將其連成整體件。械連接方法將其連成整體件。自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)注意以下原則自由鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)注意以下原則 模型鍛造：模型鍛造：將加熱或不加熱的坯料置將加熱或不加熱的坯料置于鍛模模膛內(nèi)，然后施加沖擊力或壓于鍛模模膛內(nèi)，然后施加沖擊力或壓 力力使坯料發(fā)生塑性變形而獲得鍛件的成形過使坯料發(fā)生塑性變形而獲得鍛件的成形過程。程。 3.3.2 模型鍛造模型鍛造 模鍛過程：模鍛過程：坯料放于模膛中，動(dòng)模作合模運(yùn)動(dòng)，坯料發(fā)坯料放于模膛中，動(dòng)模作合模運(yùn)動(dòng)，坯料發(fā)生塑性變形并充滿模膛，模鍛件由頂出機(jī)構(gòu)頂出模膛。生塑性變形并充滿模膛，模鍛件由頂出機(jī)構(gòu)頂出模膛。 坯料整體塑性成形，坯料整體塑性成形，處

29、于三向壓應(yīng)力狀態(tài)處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)。 熱成形精度和表面質(zhì)量決定于模具的精度和表面質(zhì)量，熱成形精度和表面質(zhì)量決定于模具的精度和表面質(zhì)量，還取決于氧化皮的厚度和潤滑劑；冷成形可獲得較高的精還取決于氧化皮的厚度和潤滑劑；冷成形可獲得較高的精度（度（0.2mm)和表面質(zhì)量。和表面質(zhì)量。 （1）模型鍛造成形過程特征）模型鍛造成形過程特征 應(yīng)用廣泛：可用于飛機(jī)、機(jī)車、汽車、拖拉應(yīng)用廣泛：可用于飛機(jī)、機(jī)車、汽車、拖拉機(jī)、軍工及軸承等制造業(yè)中。最常見的零件是齒機(jī)、軍工及軸承等制造業(yè)中。最常見的零件是齒輪、軸、連桿、杠桿和手柄等。輪、軸、連桿、杠桿和手柄等。 冷成形工藝?yán)涑尚喂に?冷鐓、冷鍛冷鐓、冷鍛)主要生產(chǎn)

30、一些小型主要生產(chǎn)一些小型制品或零件，如螺釘、釘子、鉚釘和螺栓等。制品或零件，如螺釘、釘子、鉚釘和螺栓等。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高鍛件形狀復(fù)雜，尺寸精度高，粗糙度低鍛件形狀復(fù)雜，尺寸精度高，粗糙度低鍛件的機(jī)械加工余量少，材料利用率高鍛件的機(jī)械加工余量少，材料利用率高流線分布更合理，提高工件使用壽命流線分布更合理，提高工件使用壽命操作簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度小操作簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度小鍛件批量大時(shí)，其成本較低鍛件批量大時(shí)，其成本較低缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：設(shè)備投資大設(shè)備投資大生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長鍛模成本高，使用壽命短鍛模成本高，使用壽命短工藝靈活性不如自由鍛工藝靈活性不如自由鍛熱鍛件熱鍛件冷鍛件冷鍛件（2）模鍛

31、過程）模鍛過程 模鍛件圖模鍛件圖(又叫模鍛過程圖又叫模鍛過程圖)是生產(chǎn)過程是生產(chǎn)過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)性技術(shù)文件。中各個(gè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)性技術(shù)文件。1）繪制模鍛件圖）繪制模鍛件圖 分模面：分模面：上、下鍛模在鍛件上的分界面。鍛件分上、下鍛模在鍛件上的分界面。鍛件分模面選擇的好壞將直接影響模面選擇的好壞將直接影響 到鍛件的成形、鍛到鍛件的成形、鍛件出模、鍛模結(jié)構(gòu)及制造費(fèi)用、材料利用率、切件出模、鍛模結(jié)構(gòu)及制造費(fèi)用、材料利用率、切邊等一系列問題。邊等一系列問題。 分模面分模面分模面確定原則：分模面確定原則： a) 為保證模鍛件易于從模膛中取出，分模面通常選在模鍛為保證模鍛件易于從模膛中取出，分模面通常選在

32、模鍛件最大截面上。件最大截面上。 b) 應(yīng)使模膛的深度最淺。有利于金屬充滿模膛，便于鍛應(yīng)使模膛的深度最淺。有利于金屬充滿模膛，便于鍛件的取出和鍛模的制造。件的取出和鍛模的制造。 c) 應(yīng)使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致。在安裝鍛模應(yīng)使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致。在安裝鍛模和生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)?，F(xiàn)象時(shí)，便于及時(shí)調(diào)整鍛模位置。和生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)?，F(xiàn)象時(shí)，便于及時(shí)調(diào)整鍛模位置。 d) 最好是平面，且上下鍛模的模膛深度盡可能一致，以便最好是平面，且上下鍛模的模膛深度盡可能一致，以便于鍛模制造。于鍛模制造。 e) 盡可能使鍛件上所加的敷料最少。這樣既可提高材料的盡可能使鍛件上所加的敷料最少。這樣既可提高材料的

33、利用率，又減少了切削加工的工作量。利用率，又減少了切削加工的工作量。 模鍛件的尺寸精度較好，其余量和公差比模鍛件的尺寸精度較好，其余量和公差比 自由鍛件的小得多。自由鍛件的小得多。 小型模鍛件的小型模鍛件的加工余量加工余量一般在一般在24mm，鍛件，鍛件公差公差一般為一般為0.51mm。另外，模鍛件加工余量及模鍛件。另外，模鍛件加工余量及模鍛件公差還可查鍛造手冊(cè)或其他工程手冊(cè)。公差還可查鍛造手冊(cè)或其他工程手冊(cè)。對(duì)于孔徑對(duì)于孔徑d25mm的模鍛件，的模鍛件，孔應(yīng)鍛出孔應(yīng)鍛出，但須留，但須留沖孔連皮沖孔連皮。沖孔連皮的厚度與孔徑有關(guān)，當(dāng)孔徑在。沖孔連皮的厚度與孔徑有關(guān)，當(dāng)孔徑在3080mm時(shí)，連皮

34、厚度為時(shí)，連皮厚度為48mm。加工余量、鍛件公差和敷料加工余量、鍛件公差和敷料 模鍛件上凡模鍛件上凡平行于鍛壓方向平行于鍛壓方向的表面的表面(或垂直于分模面或垂直于分模面的表面的表面)都須具有斜度。便于鍛件從模膛中取出鍛件。都須具有斜度。便于鍛件從模膛中取出鍛件。 模鍛斜度與模膛深度有關(guān)，模膛深度與寬度的比值模鍛斜度與模膛深度有關(guān)，模膛深度與寬度的比值(h /b)越大，取較大的斜度值。越大，取較大的斜度值。 內(nèi)壁斜度內(nèi)壁斜度(鍛件冷卻收縮時(shí)與模壁呈夾緊趨勢(shì)的表面鍛件冷卻收縮時(shí)與模壁呈夾緊趨勢(shì)的表面)應(yīng)比外壁斜度大應(yīng)比外壁斜度大25。 在具有頂出裝置的鍛壓機(jī)械上，其模鍛件上的斜度比在具有頂出裝置

35、的鍛壓機(jī)械上，其模鍛件上的斜度比沒有頂出裝置的小一級(jí)。沒有頂出裝置的小一級(jí)。 模鍛斜度模鍛斜度 模鍛件上凡是面與面模鍛件上凡是面與面相交處相交處均應(yīng)做成圓角。均應(yīng)做成圓角。 可增大可增大 鍛件強(qiáng)度；利于鍛造時(shí)金屬充滿模鍛件強(qiáng)度；利于鍛造時(shí)金屬充滿模膛；避免鍛模上的內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋；減緩鍛膛；避免鍛模上的內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋；減緩鍛模外尖角處模外尖角處 的磨損，提高鍛模的使用壽命。的磨損，提高鍛模的使用壽命。 鋼質(zhì)模鍛件外圓角半徑鋼質(zhì)模鍛件外圓角半徑r取取1.512mm，內(nèi)，內(nèi)圓角半徑比圓角半徑比 外圓角半徑大外圓角半徑大23倍。模膛深度愈倍。模膛深度愈深，圓角半徑取值就要越大。深，圓角半徑取值就要

36、越大。 模鍛件圓角半徑模鍛件圓角半徑模鍛件坯料質(zhì)量模鍛件坯料質(zhì)量=鍛件質(zhì)量鍛件質(zhì)量+氧化燒損氧化燒損+飛邊飛邊(連皮連皮)質(zhì)量質(zhì)量 飛邊質(zhì)量飛邊質(zhì)量的多少與鍛件形狀和大小有關(guān)，一般的多少與鍛件形狀和大小有關(guān)，一般可按鍛件質(zhì)量的可按鍛件質(zhì)量的20%25%計(jì)算。計(jì)算。 氧化燒損氧化燒損按鍛按鍛 件質(zhì)量和飛邊質(zhì)量總和的件質(zhì)量和飛邊質(zhì)量總和的3%4%計(jì)算。計(jì)算。 其他規(guī)則可參照自由鍛坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算。其他規(guī)則可參照自由鍛坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算。2）坯料質(zhì)量和尺寸計(jì)算）坯料質(zhì)量和尺寸計(jì)算模鍛工序與鍛件的形狀和尺寸有關(guān)。模鍛工序與鍛件的形狀和尺寸有關(guān)。 輪盤類模鍛件輪盤類模鍛件 圓形或?qū)挾冉咏陂L度的鍛圓形

37、或?qū)挾冉咏陂L度的鍛件，如齒輪、十字接盤、法蘭盤等。件，如齒輪、十字接盤、法蘭盤等。 ( (這類模鍛件這類模鍛件在終鍛時(shí)金屬沿高度和徑向均產(chǎn)生流動(dòng)在終鍛時(shí)金屬沿高度和徑向均產(chǎn)生流動(dòng)) ) 一般采用鐓粗和終鍛工序。對(duì)于高輪轂、薄一般采用鐓粗和終鍛工序。對(duì)于高輪轂、薄輪輻的模鍛件，采用鐓粗輪輻的模鍛件，采用鐓粗 預(yù)鍛預(yù)鍛終鍛工序。終鍛工序。3）模鍛工序的確定）模鍛工序的確定輪輪盤盤類類模模鍛鍛件件 這類鍛件的長度與寬度之比較大，終鍛時(shí)金屬沿高這類鍛件的長度與寬度之比較大，終鍛時(shí)金屬沿高度與寬度方向度與寬度方向 流動(dòng)，但長度方向流動(dòng)不大。流動(dòng)，但長度方向流動(dòng)不大。 a) 預(yù)鍛預(yù)鍛終鍛。終鍛。 b)

38、滾壓滾壓預(yù)鍛預(yù)鍛終鍛。終鍛。 c) 拔長拔長滾壓滾壓預(yù)預(yù) 鍛鍛終鍛。終鍛。 d) 拔長拔長滾壓滾壓彎曲彎曲預(yù)鍛預(yù)鍛終鍛等。終鍛等。 工序越多，鍛模的模膛數(shù)就越多，這樣，工序越多，鍛模的模膛數(shù)就越多，這樣， 鍛模的設(shè)鍛模的設(shè)計(jì)和制造加工就越難，成本也就越高。計(jì)和制造加工就越難，成本也就越高。 長軸類模鍛件長軸類模鍛件長長軸軸類類鍛鍛件件 錘上模鍛錘上模鍛彎曲連桿彎曲連桿的過程。的過程。由于鍛壓機(jī)上不適宜進(jìn)行拔長和滾壓工序，因由于鍛壓機(jī)上不適宜進(jìn)行拔長和滾壓工序，因此，鍛造截面變化較大的長軸類鍛件時(shí)，常采此，鍛造截面變化較大的長軸類鍛件時(shí)，常采 用斷面呈周期性變化的坯料，如圖用斷面呈周期性變化的坯

39、料，如圖6所示，這樣所示，這樣可以省去拔長和滾壓工序?；蛘哂幂佸憴C(jī)來可以省去拔長和滾壓工序?；蛘哂幂佸憴C(jī)來 軋軋制原坯料代替拔長和滾壓工序，如圖制原坯料代替拔長和滾壓工序，如圖7所示，這所示，這樣可使模鍛過程簡(jiǎn)化，生產(chǎn)率提高。樣可使模鍛過程簡(jiǎn)化，生產(chǎn)率提高。舉舉 例例拔拔 長長滾滾 壓壓彎彎 曲曲終鍛模膛4）修整工序）修整工序 切邊與沖孔切邊與沖孔 剛鍛制成的模鍛件，周邊通常剛鍛制成的模鍛件，周邊通常都帶有橫向飛邊，對(duì)于有通孔的鍛件還有連都帶有橫向飛邊，對(duì)于有通孔的鍛件還有連 皮。皮。飛邊和連皮須用切邊模和沖孔模在壓力機(jī)上切飛邊和連皮須用切邊模和沖孔模在壓力機(jī)上切除。除。 校正校正 在切邊在切

40、邊(沖連皮沖連皮)之后還需進(jìn)行鍛件變形校正。之后還需進(jìn)行鍛件變形校正。校正可在鍛模的終鍛模膛或?qū)ｉT的校正模內(nèi)進(jìn)行。校正可在鍛模的終鍛模膛或?qū)ｉT的校正模內(nèi)進(jìn)行。 熱處理熱處理 為了消除模鍛件的過熱組織、加工硬化組織為了消除模鍛件的過熱組織、加工硬化組織和內(nèi)和內(nèi) 應(yīng)力等，使模鍛件具有所需的組織和性能需進(jìn)行熱應(yīng)力等，使模鍛件具有所需的組織和性能需進(jìn)行熱處理。常采用正火或退火處理。處理。常采用正火或退火處理。 清理清理 清理是去除氧化皮、所沾油污及其他表面缺陷，清理是去除氧化皮、所沾油污及其他表面缺陷，以提高模鍛以提高模鍛 件的表面品質(zhì)。清理有下列幾種方法：滾筒件的表面品質(zhì)。清理有下列幾種方法：滾筒打

41、光、噴丸清理及酸洗等。打光、噴丸清理及酸洗等。 模鍛模膛模鍛模膛 分為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種。分為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種。 終鍛模膛終鍛模膛 使坯料最后變形到鍛件所要求的尺寸，使坯料最后變形到鍛件所要求的尺寸，即形狀與鍛件相同。因冷卻收縮，終鍛模膛的尺即形狀與鍛件相同。因冷卻收縮，終鍛模膛的尺寸應(yīng)放量，鋼件一般取寸應(yīng)放量，鋼件一般取1.2%1.5%；沿模膛四；沿模膛四周有飛邊槽，其作用主要是促使金屬充滿模膛，周有飛邊槽，其作用主要是促使金屬充滿模膛，增加金屬從模膛中流出的阻力，容納多余的金屬。增加金屬從模膛中流出的阻力，容納多余的金屬。5）鍛模模膛）鍛模模膛 預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛 使坯料變形到接近

42、于鍛件的形狀和尺使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，有利于終鍛（金屬容易充滿終鍛模膛，減少寸，有利于終鍛（金屬容易充滿終鍛模膛，減少終鍛模膛的磨損）。預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的主要終鍛模膛的磨損）。預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的主要區(qū)別是前者的區(qū)別是前者的圓角圓角和和斜度較大斜度較大，沒有飛邊槽沒有飛邊槽。 制坯模膛制坯模膛 對(duì)于形狀復(fù)雜的模鍛件對(duì)于形狀復(fù)雜的模鍛件(尤其是長軸尤其是長軸類模鍛件類模鍛件)，為了使坯料形狀基本接近模，為了使坯料形狀基本接近模 鍛件形鍛件形狀，使金屬能更合理地分布和充滿模膛，須預(yù)先狀，使金屬能更合理地分布和充滿模膛，須預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯，然后再進(jìn)行預(yù)鍛和終鍛。在制坯模膛內(nèi)制坯，

43、然后再進(jìn)行預(yù)鍛和終鍛。拔長模膛拔長模膛 減小坯料某部分的橫截面，以增加該減小坯料某部分的橫截面，以增加該部分的長度。部分的長度。滾壓模膛滾壓模膛 減小坯料某部分的橫截面，以增大另減小坯料某部分的橫截面，以增大另一部分的橫截面積，使金屬按模鍛件形狀分布。一部分的橫截面積，使金屬按模鍛件形狀分布。彎曲模膛彎曲模膛 坯料可直接或先經(jīng)其他工序制坯后再坯料可直接或先經(jīng)其他工序制坯后再放入彎曲模膛進(jìn)行彎曲變形。放入彎曲模膛進(jìn)行彎曲變形。切斷模膛切斷模膛 它是由上模與下模的角部組成的一對(duì)它是由上模與下模的角部組成的一對(duì)刀口，用來切斷金屬。刀口，用來切斷金屬。金屬坯料置于終鍛模膛內(nèi)，從鍛造開始到金屬金屬坯料置

44、于終鍛模膛內(nèi)，從鍛造開始到金屬充滿模膛鍛成鍛件為止，其變形過程可分為三個(gè)充滿模膛鍛成鍛件為止，其變形過程可分為三個(gè)階段。階段。6）金屬在模膛內(nèi)的變形過程）金屬在模膛內(nèi)的變形過程 充型階段充型階段 變形初期，金屬在外力的作用下變形初期，金屬在外力的作用下發(fā)生塑性變形，坯料高度減小，水平尺寸增大，發(fā)生塑性變形，坯料高度減小，水平尺寸增大，部分金屬壓入模膛深處，金屬與模膛側(cè)壁接觸部分金屬壓入模膛深處，金屬與模膛側(cè)壁接觸達(dá)到飛邊槽橋口為止。達(dá)到飛邊槽橋口為止。 所需變形力不大，變形力與行程的關(guān)系圖所需變形力不大，變形力與行程的關(guān)系圖所示。所示。 形成飛邊和充滿階段形成飛邊和充滿階段 由于金屬充滿模膛圓

45、角由于金屬充滿模膛圓角和深處的阻力較大，金屬向阻力較小的飛邊槽內(nèi)和深處的阻力較大，金屬向阻力較小的飛邊槽內(nèi)流動(dòng)，流動(dòng)，形成飛邊形成飛邊，模鍛所需的變形力開始增大。，模鍛所需的變形力開始增大。金屬流入飛邊槽的阻力因飛邊變冷而急速增大，金屬流入飛邊槽的阻力因飛邊變冷而急速增大，當(dāng)這個(gè)阻力一旦大于金屬充滿模膛圓角和深處的當(dāng)這個(gè)阻力一旦大于金屬充滿模膛圓角和深處的阻力時(shí)，金屬便改向模膛圓角和深處流動(dòng)，直到阻力時(shí)，金屬便改向模膛圓角和深處流動(dòng)，直到模膛各個(gè)角落都被充滿為止。模膛各個(gè)角落都被充滿為止。 鍛足階段鍛足階段 上、下模還未合攏，需進(jìn)一步鍛上、下模還未合攏，需進(jìn)一步鍛足，變形僅發(fā)生在分模面附近區(qū)域

46、，以便向飛邊足，變形僅發(fā)生在分模面附近區(qū)域，以便向飛邊槽擠出多余的金屬。槽擠出多余的金屬。 變形力急劇增大，直至達(dá)到最大值變形力急劇增大，直至達(dá)到最大值F3為止。為止。由此可知由此可知 ，飛邊飛邊有三個(gè)有三個(gè)作用作用：強(qiáng)迫充填；容納：強(qiáng)迫充填；容納多余的金屬；減輕上模對(duì)下模的打擊，起緩沖作多余的金屬；減輕上模對(duì)下模的打擊，起緩沖作用。用。 金屬的塑性和變形抗力。金屬的塑性和變形抗力。 金屬模鍛時(shí)的溫度。金屬模鍛時(shí)的溫度。 飛邊槽的形狀和位置。飛邊槽部寬度與高度之飛邊槽的形狀和位置。飛邊槽部寬度與高度之比比b/h及槽部高度及槽部高度h是主要因素。是主要因素。b/h，h，金，金屬在飛邊流動(dòng)阻力屬在

47、飛邊流動(dòng)阻力，強(qiáng)迫充填作用越大，但變，強(qiáng)迫充填作用越大，但變形抗力也增大形抗力也增大 。影響金屬充滿模膛的因素影響金屬充滿模膛的因素鍛件本身的形狀和尺寸。鍛件越復(fù)雜、越大、越鍛件本身的形狀和尺寸。鍛件越復(fù)雜、越大、越是有空心、薄壁或凸起部分，越難鍛成。是有空心、薄壁或凸起部分，越難鍛成。設(shè)備的工作速度。一般而言，工作速度較大的設(shè)設(shè)備的工作速度。一般而言，工作速度較大的設(shè)備充填性較好。備充填性較好。充填模膛方式。鐓粗比擠壓易充型。充填模膛方式。鐓粗比擠壓易充型。其他。如鍛模有無潤滑、有無預(yù)熱等。其他。如鍛模有無潤滑、有無預(yù)熱等。模鍛零件必須具有一個(gè)合理的分模面，以保證模鍛零件必須具有一個(gè)合理的分

48、模面，以保證模鍛件易于從鍛模中取出、敷料最少，鍛模鍛件易于從鍛模中取出、敷料最少，鍛 模制模制造容易。造容易。零件外形力求簡(jiǎn)單、平直和對(duì)稱，盡量避免零零件外形力求簡(jiǎn)單、平直和對(duì)稱，盡量避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、 高凸高凸起等結(jié)構(gòu)，以便于金屬充滿模膛和減少工序。起等結(jié)構(gòu)，以便于金屬充滿模膛和減少工序。7）模鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征）模鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征 盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。 在可能的情況下，對(duì)復(fù)雜零件采用鍛在可能的情況下，對(duì)復(fù)雜零件采用鍛-焊組合，焊組合，以減少敷料，簡(jiǎn)化模鍛過程。以減少敷料，簡(jiǎn)化模鍛過程。 胎模鍛造胎模鍛

49、造是在自由鍛設(shè)備上，使用不固定是在自由鍛設(shè)備上，使用不固定在設(shè)備上的各種稱為胎模的單膛模具，將已加在設(shè)備上的各種稱為胎模的單膛模具，將已加熱的坯料用自由鍛方法預(yù)鍛成接近鍛件形狀，熱的坯料用自由鍛方法預(yù)鍛成接近鍛件形狀，然后用胎模終鍛成形的鍛造方法。然后用胎模終鍛成形的鍛造方法。 3.3.3 胎模鍛造胎模鍛造l與自由鍛相比，胎模鍛具有鍛件品質(zhì)較好與自由鍛相比，胎模鍛具有鍛件品質(zhì)較好(表面表面光潔、尺寸較精確、纖維分布合理光潔、尺寸較精確、纖維分布合理)、生產(chǎn)率、生產(chǎn)率 高高和節(jié)約金屬等優(yōu)點(diǎn)。和節(jié)約金屬等優(yōu)點(diǎn)。l與固定鍛模的模鍛相比，胎模鍛具有操作比較與固定鍛模的模鍛相比，胎模鍛具有操作比較靈活、

50、胎模模具簡(jiǎn)單、容易制造加工、成本低靈活、胎模模具簡(jiǎn)單、容易制造加工、成本低 和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)。和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)。l胎模鍛適用于中小批生產(chǎn)，它在沒有模鍛設(shè)備胎模鍛適用于中小批生產(chǎn)，它在沒有模鍛設(shè)備的工廠應(yīng)用較為普遍。的工廠應(yīng)用較為普遍。1）胎模鍛的特點(diǎn)及應(yīng)用）胎模鍛的特點(diǎn)及應(yīng)用 扣?？勰?用于鍛造非回轉(zhuǎn)體鍛件，具有敞開的用于鍛造非回轉(zhuǎn)體鍛件，具有敞開的模膛。模膛。 套筒模套筒模 主要用于回轉(zhuǎn)體鍛件，如齒輪、法主要用于回轉(zhuǎn)體鍛件，如齒輪、法蘭等。蘭等。 合模合模 由上、下模及導(dǎo)向裝置組成，用來鍛由上、下模及導(dǎo)向裝置組成，用來鍛造形狀復(fù)雜的鍛件造形狀復(fù)雜的鍛件 ，多余金屬流入飛邊槽形成，

51、多余金屬流入飛邊槽形成飛邊。飛邊。2) 胎模的種類胎模的種類3.4 板料成形方法 板料成形板料成形是利用壓力裝置和模具使板料是利用壓力裝置和模具使板料產(chǎn)生分離或塑性變形，獲得成形件或制品的產(chǎn)生分離或塑性變形，獲得成形件或制品的成形方法。成形方法。 金屬板料厚度為金屬板料厚度為6mm以下，通常采用冷以下，通常采用冷成形。當(dāng)板料厚度超過成形。當(dāng)板料厚度超過8mm時(shí)，才采用熱成時(shí)，才采用熱成形。形。 l幾乎所有制造金屬制品的工業(yè)部門都廣泛地采幾乎所有制造金屬制品的工業(yè)部門都廣泛地采用板料成形，由于板料成形模具較復(fù)雜，設(shè)計(jì)用板料成形，由于板料成形模具較復(fù)雜，設(shè)計(jì)和制作費(fèi)用高、周期長，故只有在大批量生產(chǎn)

52、和制作費(fèi)用高、周期長，故只有在大批量生產(chǎn)的情況下，才能顯示其優(yōu)越性。的情況下，才能顯示其優(yōu)越性。l板料成形所用原材料，特別是制造杯狀和鉤環(huán)板料成形所用原材料，特別是制造杯狀和鉤環(huán)狀等零件的原材料，須具有足夠好的塑性。狀等零件的原材料，須具有足夠好的塑性。冷成形過程的一般流程冷成形過程的一般流程零零件件圖圖確定工序、設(shè)備、排樣等確定工序、設(shè)備、排樣等下料下料模具設(shè)計(jì)及制造模具設(shè)計(jì)及制造成成形形修整、檢驗(yàn)修整、檢驗(yàn)成成品品 分離過程分離過程 使坯料一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生分使坯料一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生分離而得到工件或者料坯。離而得到工件或者料坯。 落料、沖孔、切落料、沖孔、切 斷和修整等。多用于

53、生產(chǎn)斷和修整等。多用于生產(chǎn)有孔的、形狀簡(jiǎn)單的薄板件有孔的、形狀簡(jiǎn)單的薄板件(一般鋁板一般鋁板3mm，鋼板鋼板1.5mm)以及作為成形過程的先行工序或以及作為成形過程的先行工序或者為成形過程制備料坯。者為成形過程制備料坯。 3.4.1 板料分離過程板料分離過程 落料和沖孔又統(tǒng)稱為落料和沖孔又統(tǒng)稱為沖裁沖裁。 落料和沖孔是使坯料按封閉輪廓分離。落料和沖孔是使坯料按封閉輪廓分離。 落料落料 被分離的部分為所需工件，留下的周邊部被分離的部分為所需工件，留下的周邊部分分 為廢料，為廢料，沖孔沖孔則相反。則相反。（1）落料與沖孔）落料與沖孔沖沖 孔孔落落 料料 當(dāng)凸模下降接觸當(dāng)凸模下降接觸板料，板料即受到

54、凸、板料，板料即受到凸、凹模壓力而產(chǎn)生彈性凹模壓力而產(chǎn)生彈性變形，由于力矩的變形，由于力矩的存在，使板料產(chǎn)生彎存在，使板料產(chǎn)生彎曲，即從模具表面上曲，即從模具表面上撓起。撓起。1) 金屬板料沖裁成形過程金屬板料沖裁成形過程 隨著凸模下壓，模具隨著凸模下壓，模具刃口壓入材料，內(nèi)應(yīng)力狀刃口壓入材料，內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)滿足塑性條件時(shí)，產(chǎn)生態(tài)滿足塑性條件時(shí)，產(chǎn)生塑性變形，塑性變形，變形集中在刃變形集中在刃口附近區(qū)域口附近區(qū)域。由此可知，。由此可知，塑性變形從刃口開始，隨塑性變形從刃口開始，隨著切刃的深入，變形區(qū)向著切刃的深入，變形區(qū)向板料的深度方向發(fā)展、擴(kuò)板料的深度方向發(fā)展、擴(kuò)大，直到在板料的整個(gè)厚大，直到在

55、板料的整個(gè)厚度方向上產(chǎn)生塑性變形。度方向上產(chǎn)生塑性變形。 當(dāng)切刃附近材料各當(dāng)切刃附近材料各層中達(dá)到極限應(yīng)變與應(yīng)層中達(dá)到極限應(yīng)變與應(yīng)力值時(shí)，便產(chǎn)生微裂，力值時(shí)，便產(chǎn)生微裂，裂紋產(chǎn)生后，沿最大剪裂紋產(chǎn)生后，沿最大剪應(yīng)變速度方向發(fā)展，直應(yīng)變速度方向發(fā)展，直至上、下裂紋會(huì)合，板至上、下裂紋會(huì)合，板料就完全分離。料就完全分離。 沖頭擠壓切入形成表面光潔，品質(zhì)好（光亮帶）；沖頭擠壓切入形成表面光潔，品質(zhì)好（光亮帶）； 材料斷裂分離產(chǎn)生斷裂面較粗糙（剪裂帶）材料斷裂分離產(chǎn)生斷裂面較粗糙（剪裂帶）a 塌角塌角 b光亮帶光亮帶 c剪裂帶剪裂帶 d毛刺毛刺 凸凹模間隙影響沖裁件斷面品質(zhì)、模具壽命、凸凹模間隙影響沖

56、裁件斷面品質(zhì)、模具壽命、卸料力、沖裁力和沖裁件尺寸精度等。卸料力、沖裁力和沖裁件尺寸精度等。 間隙間隙過小過小，凸模刃口附近的剪裂紋較正常間隙時(shí)，凸模刃口附近的剪裂紋較正常間隙時(shí)向向外錯(cuò)外錯(cuò)開，上下裂紋不能很重合，導(dǎo)致開，上下裂紋不能很重合，導(dǎo)致毛刺增大毛刺增大。間隙間隙過大過大，凸模刃口附近的剪裂紋較正常間隙時(shí)，凸模刃口附近的剪裂紋較正常間隙時(shí)向向內(nèi)錯(cuò)內(nèi)錯(cuò)開，因此開，因此光亮帶小光亮帶小一些，一些，剪裂帶和毛刺均剪裂帶和毛刺均較大較大。2) 凸凹模間隙凸凹模間隙(Z) 選擇選擇合理合理的的間隙間隙對(duì)沖裁生產(chǎn)是很重要的。選對(duì)沖裁生產(chǎn)是很重要的。選用時(shí)主要考慮沖裁件用時(shí)主要考慮沖裁件斷面品質(zhì)斷面

57、品質(zhì)和和模具壽命模具壽命 這兩這兩個(gè)因素。個(gè)因素。 當(dāng)沖裁件斷面品質(zhì)要求較高時(shí)，應(yīng)選取較小當(dāng)沖裁件斷面品質(zhì)要求較高時(shí)，應(yīng)選取較小的間隙值。對(duì)沖裁件斷面品質(zhì)無嚴(yán)格要求時(shí)，應(yīng)的間隙值。對(duì)沖裁件斷面品質(zhì)無嚴(yán)格要求時(shí)，應(yīng)盡可能加大間隙，以利于提高沖模壽命。盡可能加大間隙，以利于提高沖模壽命。 Z = m 式中式中材料厚度，材料厚度，mm m與材質(zhì)及厚度有關(guān)的系數(shù)與材質(zhì)及厚度有關(guān)的系數(shù) 低碳鋼、純鐵低碳鋼、純鐵 m=0.060.09銅、鋁合金銅、鋁合金 m=0.060.10高碳鋼高碳鋼 m=0.080.12 當(dāng)板料厚度當(dāng)板料厚度3mm時(shí)，因沖裁力較大，應(yīng)適當(dāng)放大時(shí)，因沖裁力較大，應(yīng)適當(dāng)放大系數(shù)系數(shù) m

58、。對(duì)沖裁件斷面品質(zhì)無特殊要求時(shí)，系數(shù)。對(duì)沖裁件斷面品質(zhì)無特殊要求時(shí)，系數(shù)m可可放大放大1.5倍。倍。合理間隙合理間隙Z大小經(jīng)驗(yàn)公式大小經(jīng)驗(yàn)公式 落料落料時(shí)，時(shí)，凹模刃口尺寸即為落料件尺寸凹模刃口尺寸即為落料件尺寸，然，然后用縮小凸模刃口尺寸來保證間隙值。后用縮小凸模刃口尺寸來保證間隙值。沖孔沖孔時(shí)，時(shí)，凸模刃口尺寸為孔的尺寸凸模刃口尺寸為孔的尺寸，然后用擴(kuò)大凹模刃口，然后用擴(kuò)大凹模刃口尺寸來保證間隙值。尺寸來保證間隙值。3) 凸、凹模刃口尺寸確定凸、凹模刃口尺寸確定 為保證零件的尺寸要求，提高模具的為保證零件的尺寸要求，提高模具的使用壽命，使用壽命，落料時(shí)凹模刃口的尺寸應(yīng)取靠落料時(shí)凹模刃口的尺

59、寸應(yīng)取靠近落料件公差范圍的最小尺寸近落料件公差范圍的最小尺寸；而；而沖孔時(shí)沖孔時(shí)凸模刃口的尺寸則取靠近孔的公差范圍內(nèi)凸模刃口的尺寸則取靠近孔的公差范圍內(nèi)的最大尺寸的最大尺寸。 F =kL 式中式中F沖裁力，沖裁力，N L沖裁周邊長度，沖裁周邊長度，mm 板料厚度，板料厚度，mm 材料抗剪切強(qiáng)度，材料抗剪切強(qiáng)度，MPak系數(shù)系數(shù) 系數(shù)系數(shù)k是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的各種因素而給出的一個(gè)修是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的各種因素而給出的一個(gè)修正系數(shù)。這些因素有：模具間隙的波動(dòng)和不均勻、刃口正系數(shù)。這些因素有：模具間隙的波動(dòng)和不均勻、刃口的鈍化、板料力學(xué)性能及厚度的變化等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般的鈍化、板料力學(xué)性能及厚度的變化

60、等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取取k=1.3。4) 沖裁力的計(jì)算沖裁力的計(jì)算切斷切斷 用剪刃或沖模將板料或其他型材沿不封用剪刃或沖模將板料或其他型材沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。閉輪廓進(jìn)行分離的工序。 用以制取形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的平板類工用以制取形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的平板類工件或下料。件或下料。（2）切）切 斷斷如果零件的精度和表面質(zhì)量要求較高，則需如果零件的精度和表面質(zhì)量要求較高，則需用修整工序?qū)_裁后的孔或落料件的周邊進(jìn)行用修整工序?qū)_裁后的孔或落料件的周邊進(jìn)行修修 整，以切掉普通沖裁時(shí)在沖裁件斷面上存留整，以切掉普通沖裁時(shí)在沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，以提高沖裁件的尺寸精度，的剪裂帶和毛刺，以