機械制造基礎 第三篇 金屬塑性加工

1、第三篇 金屬塑性加工1.塑性塑性加工的歷史發(fā)展：打鐵鍛壓壓力加工塑性加工2.塑性加工金屬材料外力塑性變形產(chǎn)品（1）金屬材料：主要加工對象，現(xiàn)包括非金屬材料（2）外力：多數(shù)情況下為壓力，故亦稱壓力加工（3）產(chǎn)品：原材料、毛坯、零件三大類3.特點：節(jié)省材料：塑性變形生產(chǎn)率高：幾十件甚至上千件/分產(chǎn)品力學性能好：強度、硬度產(chǎn)品范圍廣：幾克上百噸 金屬壓力加工定義：利用金屬在外力作用下所產(chǎn)生的塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法，稱為金屬壓力加工，或金屬塑性加工。內(nèi)容：軋制拉拔擠壓鍛造板料沖壓特種壓力加工方法簡介鍛壓生產(chǎn)方式示意圖第一章金屬的塑性變形金屬塑性變形的

2、實質前提：金屬在外力作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生應力，迫使原子離開原來的平衡位置，從而改變了原子間的距離，使金屬發(fā)生變形，并引起原子位能的增高，但處于高位能的原子具有返回到原來低位能平衡位置的傾向?，F(xiàn)象：當外力停止作用后，應力消失，變形也隨之消失，稱彈性變形。當外力增大到使金屬的內(nèi)應力超過該金屬的屈服點之后，即使停止外力作用，金屬的變形也不消失，稱塑性變形。實質： 晶體內(nèi)部產(chǎn)生滑移的結果。金屬塑性變形的實質單晶體塑性變形 當金屬受外力作用時，外力可分為正應力和切應力，正應力使金屬產(chǎn)生彈性變形或破斷。OR金屬塑性變形的實質單晶體的滑移實驗表明，晶體只有在切應力的作用下才會發(fā)生塑性變形。室溫下，單晶體的塑性

3、變形主要是通過滑移和孿生進行的?；剖侵冈谇袘ψ饔孟?，晶體的一部分相對于晶體的另一部分沿滑移面作整體滑動，圖為單晶體在切應力作用下的滑移變形過程。金屬塑性變形的實質位錯運動引起塑性變形(實際的晶體結構)單晶體的滑移是通過晶體內(nèi)的位錯運動來實現(xiàn)的，而不是沿滑移面所有的原子同時作剛性移動的結果，所以滑移所需要的切應力比理論值低很多。因此，位錯運動的結果，實現(xiàn)了整個晶體的塑性變形。金屬塑性變形的實質多晶體的塑性變形(通常的金屬)多晶體的塑性變形是其單個晶粒塑性變形的綜合。其中每個晶粒的塑性變形，仍主要以滑移方式進行。由于構成多晶體的晶粒位向不同，還有晶界的阻礙，在其滑移、變形時，分先后次序逐批進行

4、。同時，還伴有晶間的滑移與轉動。F圖3-3 多晶體塑性變形示意圖塑性變形對金屬組織和性能的影響 金屬內(nèi)部有了應力就會發(fā)生彈性變形。應力增大到一定程度后使金屬產(chǎn)生塑性變形。當外力去除后，彈性變形將恢復，稱“彈復”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對有些壓力加工件的變形和工件質量有很大影響，必須采取工藝措施來保證產(chǎn)品的質量。塑性變形后金屬組織將發(fā)生變化晶粒沿最大變形的方向伸長；晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應力；晶粒間產(chǎn)生碎晶。冷加工纖維組織 金屬在外力作用下進行塑性變形時，金屬內(nèi)部的晶粒也由原來的等軸晶粒（見圖a）變?yōu)檠丶庸し较蚶L的晶粒，當變形度增加時，晶粒被顯著拉長成纖維狀，這種組織稱為冷加工纖維組織(b) 。(

5、a)(b)塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響冷變形強化金屬在塑性變形過程中，隨著變形程度的增加，強度和硬度提高而塑性和韌性下降的現(xiàn)象稱為冷變形強化，又稱加工硬化。塑性變形對金屬組織和性能的影響回復與再結晶冷變形強化是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，具有恢復到穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢。當金屬溫度提高到一定程度，原子熱運動加劇，使不規(guī)則的原子排列變?yōu)橐?guī)則排列，消除晶格扭曲，內(nèi)應力大為降低，但晶粒的形狀、大小和金屬的強度、塑性變化不大，這種現(xiàn)象稱為回復（圖b）。這時的溫度稱為回復溫度，即T回=（0.250.3） T熔當溫度繼續(xù)升高，金屬原子活動具有足夠熱運動力時，則開始以碎晶或雜質為核心結晶成新的晶

6、粒，從而消除了冷變形強化現(xiàn)象，這個過程稱為再結晶。這時的溫度稱為再結晶溫度(圖c)，一般為該金屬熔點的0.4倍，即T再=0.4 T熔T再冷變形熱變形以上以下塑性變形對金屬組織和性能的影響 利用金屬的冷變形強化可提高金屬的強度和硬度，這是工業(yè)生產(chǎn)中強化金屬材料的一種重要手段。但在壓力加工生產(chǎn)中，冷變形強化給金屬繼續(xù)進行塑性變形帶來困難，應加以消除。在實際生產(chǎn)中，常采用加熱的方法使金屬發(fā)生再結晶，從而再次獲得良好塑性。這種工藝操作稱為再結晶退火。塑性變形對金屬組織和性能的影響金屬的冷變形和熱變形冷變形 金屬在再結晶溫度以下進行的塑性變形稱為冷變形。優(yōu)點：工件沒有氧化皮，可獲得較高公差等級，較小表面

7、粗糙度，強度和硬度較高。缺點：金屬存在殘余應力、塑性差，需要中間退火，才能繼續(xù)變形。 金屬在不同溫度下變形對其組織和性能的影響不同，把金屬的塑性變形分為冷變形和熱變形兩種。塑性變形對金屬組織和性能的影響金屬的冷變形和熱變形熱變形 在再結晶溫度以上進行的塑性變形，變形后只有再結晶組織而無冷變形強化現(xiàn)象。優(yōu)點：塑性良好，變形抗力低，容易加工變形。經(jīng)塑性變形及再結晶，使原來存在的不均勻、晶粒粗大的組織得以改善，或將鑄錠組織中的氣孔、縮松等壓合，得到更致密的再結晶組織，力學性能提高。缺點：高溫下，金屬容易產(chǎn)生氧化皮，制件的尺寸精度低，表面粗糙。溫熱變形介于冷變形和熱變形之間的塑性變形。 溫熱變形中既有

8、加工硬化，又有回復或再結晶現(xiàn)象。 熱變形加工可使金屬中的氣孔和疏松焊合，并可改善夾雜物、碳化物的形態(tài)、大小和分布，提高鋼的強度、塑性及沖擊韌度。 用溫熱變形得到的工件，其強度和尺寸精度比熱變形高，而變形抗力比冷變形低。如溫熱擠壓、半熱鍛等。塑性變形對金屬組織和性能的影響 金屬的變形程度越大，纖維組織越明顯。變形程度用鍛造比Y鍛來表示。拔長時的鍛造比：鐓粗時的鍛造比： 當鍛造比為25時，纖維組織愈來愈明顯，金屬呈現(xiàn)各向異性。鍛造流線與鍛造比塑性變形對金屬組織和性能的影響塑性變形對金屬組織和性能的影響熱變形： 金屬組織性能改善 鍛造流線：沿著流線方向拉伸時，有較高的抗拉強度。沿著流線方向剪切時，有

9、較高的抗剪強度。塑性變形對金屬組織和性能的影響 圖3-7 纖維組織的穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法加以消除。只有經(jīng)過鍛壓使金屬變形，才能改變其方向和形狀。因此，為了獲得具有最好力學性能的零件，在設計和制造零件時，都應使零件在工作中產(chǎn)生的最大正應力方向與纖維方向重合，最大切應力方向與纖維方向垂直。并使纖維分布與零件的輪廓相符合，盡量使纖維組織不被切斷。 如圖：當采用棒料直接經(jīng)切削加工制造螺釘時，螺釘頭部與桿部的纖維被切斷，不能連貫起來，受力時產(chǎn)生的切應力順著纖維方向，故螺釘?shù)某休d能力較弱（圖a）。當采用同樣棒料經(jīng)局部鐓粗方法制造螺釘時（圖b）。則纖維不被切斷。連貫性好，纖維方向也較為有利，故螺釘質

10、量較好。金屬的可鍛性（一）可鍛性1.可鍛性：衡量材料通過塑性加工獲得優(yōu)質零件難易程度的工藝性能。2. 可鍛性指標：塑性：截面收縮率；延伸率；aK沖擊韌性變形抗力：在變形過程中金屬抵抗工具作用的力P塑性，變形抗力，可鍛性3.可鍛性的影響因素：（1）金屬本質（內(nèi)在因素）：化學成分：C，塑性，可鍛性，純金屬好于合金組織狀態(tài)：鑄態(tài)組織，晶粒粗大，碳化物，純金屬及固溶體 純金屬及固熔體（如奧氏體）的可鍛性好，碳化物的可鍛性差。鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒不如晶粒細小、均勻的可鍛性好。純金屬比合金好，碳鋼含碳越低，可鍛性越好，鋼中有形成碳化物的元素（如鉻、鉬等），可鍛性下降。金屬的可鍛性（2）加工條件（外在因素）

11、 變形溫度：提高金屬變形時的溫度，是改善金屬可鍛性的有效措施 變形溫度T，材料塑性，變形抗力P，可鍛性圖3.8 碳鋼的鍛造溫度范圍注意事項：溫度過高將產(chǎn)生過熱、過燒、脫碳和嚴重氧化等缺陷，甚至使鍛件報廢。碳素結構鋼，加熱溫度超過A3線，組織為單一A，很適宜塑性加工。鍛造溫度范圍的確定（圖3.8）： 始鍛溫度：固相線以下200左右。終鍛溫度：800750之間。 金屬的可鍛性加工條件變形速度的影響（單位時間內(nèi)的變形程度） 變形速度a 時：變形抗力、塑性，可鍛性 變形速度a 時：塑性、變形抗力，可鍛性原因：塑性變形引起的“熱效應”。 當變形速度相對較小時，相應的加工硬化現(xiàn)象也很顯著和劇烈，使得變形抗

12、力上升，塑性下降，導致可鍛性下降。 當變形速度較大時，金屬內(nèi)部變形劇烈，晶粒間摩擦加劇，使一部分塑性變形功轉化為熱能，使金屬溫度升高，稱為熱效應現(xiàn)象，消除了加工硬化現(xiàn)象，導致可鍛性提高。圖3-9 變形速度對塑性及變形抗力的影響不同金屬材料，其a值也不同。 金屬的可鍛性加工條件應力狀態(tài)的影響金屬在擠壓變形時(圖)，呈三向受壓狀態(tài)，可鍛性好。在拉拔時則呈二向受壓一向受拉狀態(tài)(圖)，可鍛性下降。實驗證明受力物體壓應力的數(shù)目越多，金屬的塑性越好。拉應力的數(shù)目越多，金屬的塑性越差。作業(yè)題：p109, (2), (3), (4), (6)。第二章 鍛造一自由鍛 自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩個抵

13、鐵之間產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需鍛件的鍛造方法。特點： （1）金屬流動自由 （2）形狀、尺寸精度由操作者操作技術保證 （3）生產(chǎn)率、產(chǎn)品精度較低 （4）通用性強，小到大型、巨型鍛件都可以生產(chǎn)，特別在重型機械制造中特別重要。 自由鍛設備： （1）鍛錘：空氣錘 小型鍛件150公斤以下 蒸汽空氣錘 小于1500公斤鍛件 （2）壓力機：主要是水壓機，可鍛造質量達500t鍛件，常用于大型和巨型鍛件。 利用沖擊力或壓力使金屬在抵鐵間或鍛模中變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件，這類工藝方法稱為鍛造。鍛造是金屬零件的重要成型方法之一，它能保證金屬零件具有較好的力學性能 以滿足使用要求。自由鍛工序：基本工序使金

14、屬材料產(chǎn)生一定程度的塑性變形，以達到所需形狀和所需尺寸的工藝過程，如鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲和扭轉等。輔助工序為基本工序操作方便而進行的預先變形工序，如壓鉗口、壓肩、鋼錠倒棱等。修整工序用以減少鍛件表面缺陷而進行的工序，如校正、滾圓、平整等。自由鍛（1）基本工序 它是使金屬坯料實現(xiàn)主要的變形要求，達到或基本達到鍛件所需形狀和尺寸的工序。主要有以下幾個： 鐓粗 是使坯料高度減小、橫截面積增大的工序。它是自由鍛生產(chǎn)中最常用的工序 適用于餅塊、盤套類鍛件的生產(chǎn)。 拔長 是使坯料橫截面積減小、長度增大的工序。它適用于軸類、桿類鍛件的生產(chǎn)。為達到規(guī)定的鍛造比和改變金屬內(nèi)部組織結構鍛制以鋼錠為坯料的鍛

15、件時，拔長經(jīng)常與鐓粗交替反復使用。 沖孔 是使坯料具有通孔或盲孔的工序。對環(huán)類件，沖孔后還應進行擴孔工作。 彎曲 是使坯料軸線產(chǎn)生一定曲率的工序。 扭轉 是使坯料的一部分相對于另一部分繞其軸線旋轉一定角度的工序。 錯移 是使坯料的一部分相對于另一部分平移錯開的工序，是生產(chǎn)曲拐或曲軸類鍛件所必須的工序。 切割 是分割坯料或去除鍛件余量的工序。自由鍛（1）基本工序自由鍛（1）基本工序自由鍛（1）基本工序自由鍛自由鍛的基本工序 自由鍛選擇鍛造工序：根據(jù)工序特點和鍛件形狀盤類件：鐓粗(或拔長及鐓粗)、沖孔；軸類鍛件：拔長(或鐓粗及拔長)、切肩和鍛臺階；筒類鍛件：鐓粗(或拔長及鐓粗)、沖孔、在心軸上拔長

16、；環(huán)類鍛件：鐓粗(或拔長及鐓粗)、沖孔、在心軸上擴孔；曲軸類鍛件：拔長(或鐓粗及拔長)、錯移、鍛臺階、扭轉；彎曲類鍛件：拔長、彎曲等。模鍛 模鍛：在高強度金屬鍛模上預先制出與鍛件形狀一致的模膛，使坯料在模膛內(nèi)受壓變形，由于模膛對金屬坯料流動的限制，因而鍛造終了時能得到和模膛形狀相符的鍛件。 模鍛水壓機的各國狀況：重型鍛壓裝備是國家綜合實力的一種象征，大型模鍛液壓機是生產(chǎn)航空大型模鍛件，發(fā)展航空武器裝備并覆蓋其他軍事裝備對大型鍛件需求的基礎設備。 目前，美國有2臺3萬噸，2臺4.5萬噸，99年新增1臺4.5萬噸水壓機，俄羅斯有2臺萬噸水壓機，臺.5萬噸水壓機和法國有1臺6.5萬噸水壓機,這五臺大

17、型世界頂級模鍛水壓機使美、俄、法三國在航宇產(chǎn)品方面居于世界前列，我國現(xiàn)今擁有1臺3萬噸的大型鍛壓設備。優(yōu)點：鍛件的尺寸和精度比較高，機械加工余量較小，節(jié)省加工工時，材料利用率高；可以鍛造形狀復雜的鍛件；鍛件內(nèi)部流線分布合理；操作簡便，勞動強度低生產(chǎn)率高。重型模鍛的應用 ：航空發(fā)動機高溫合金零件、飛機大型整體鍛件以及航天、艦船、兵器、石油化工、核能、重型燃機生產(chǎn)大型鍛件 。方法：按使用設備的不同，可分為錘上模鍛、胎膜鍛、壓力機上模鍛。模鍛超精密模鍛飛機框架4.5萬噸壓力機制造超大構件波音747 能載客524名 7.5萬噸空中客車A380能搭載840名乘客 模鍛錘上模鍛 將上模固定在模鍛錘頭上，下

18、模緊固在砧座上，通過上模對置于下模中的坯料施以直接打擊來獲得鍛件的模鍛方法。與自由鍛蒸汽空氣錘相比：模鍛錘錘頭與導軌間間隙比自由鍛錘小，且機架與砧座相連。模鍛錘一般均由一名工人操縱（1）鍛模結構: 包括上、下模，模膛，分模面。錘上模鍛模鍛模膛 由于金屬在此種模膛中發(fā)生整體變形，故作用在鍛模上的抗力較大。模鍛模膛又分為終終鍛模膛和預鍛模膛兩種。 終鍛模膛作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，其形狀應和鍛件的形狀相同。但是由于鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛的尺寸應比鍛件尺寸放大一個收縮量。另外，沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬更好地充滿模膛，同時容納多余的金屬、對于

19、具有通孔的鍛件，由于不可能靠上、下模的突起部分把金屬完全擠壓到旁邊去，故終鍛后在孔內(nèi)留有一薄層金屬，稱為沖孔連皮（圖314）。因此，把沖孔連皮和飛邊沖掉后，才能得到具有通孔的模鍛件。預鍛模膛 作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終滾時，金屬容易充滿終鍛模膛，同時減少終鍛模膛的磨損，延長鍛模的使用壽命。模鍛錘上模鍛制坯模膛：形狀復雜的模鍛件，使金屬能合理分布，接近鍛件形狀，更容易地充滿模膛。 拔長模膛：減少坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度（圖15）模鍛件沿軸向橫截面積相差較大時使用。拔長模膛分為開式和閉式兩種。 滾壓模膛：減少坯料某一部分的橫截面積，以增加另一部分的橫截面積（圖16

20、）。當模鍛件的橫截面積相差較大時，閉式。 錘上模鍛制坯模膛： 彎曲模膛：對于彎曲的桿類模鍛件進行彎曲（圖17a） 切斷模膛：在上模與下模的角上組成一對刃口，用來切斷金屬（圖17b）。模鍛模膛錘上模鍛模鍛模膛 根據(jù)模鍛件的復雜程度不同，所需變形的模膛數(shù)量不等，可將鍛模設計成單膛級?；蚨嗵偶壞?。單膛鍛模是在一副鍛模上只具有終鍛模膛一個模膛。多膛鍛模是在一副鍛模上具有兩個以上模膛的鍛模。模鍛模膛壓力機上模鍛 用于模鍛生產(chǎn)的壓力機有曲柄壓力機、摩擦壓力機、平鍛壓力機、模鍛水壓機等。模鍛水壓機圖3.19 曲柄壓力機傳動簡圖曲柄壓力機上模鍛原理：圖3.19噸位：2000125000KN（種類、噸位規(guī)格很多

21、）模鍛特點： 行程固定，有良好的導向和頂料裝置，鍛件精度高。 可采用組合模具，制造簡單，更換容易，節(jié)省貴重模具材料，降低成本。 設備有頂料裝置，可用于桿類件的端部鐓粗。 滑塊行程一定，只能一次成形，復雜件應采用多臺設備成形，不宜進行拔長和滾壓工步。 適于大批量生產(chǎn)，但設備復雜，造價高壓力機上模鍛 壓力機上模鍛摩擦壓力機上模鍛（螺旋壓力機）原理：鍛模分別安裝在滑塊7和機座10上?；瑝K與螺桿1相連，沿導軌9上下滑動。螺桿穿過固定在機架上的螺母2，其上端裝有飛輪3。兩個摩擦盤4同裝在一根軸上，由電動機5經(jīng)皮帶6使摩擦盤軸旋轉。改變操縱桿位置可使摩擦盤軸沿軸向串動，這樣就會把某一個摩擦盤靠緊飛輪邊緣，

22、借摩擦力帶動飛輪轉動。飛輪分別與兩個摩擦盤接觸，產(chǎn)生不同方向的轉動，螺桿也就隨飛輪做不同方向的轉動。在螺母的約束下，螺桿的轉動變?yōu)榛瑝K的上下滑動實現(xiàn)模夠生產(chǎn)。圖3.21 摩擦壓力機傳動簡圖壓力機上模鍛摩擦壓力機上模鍛（螺旋壓力機）噸位：機械：80000KN 常用10000KN以下 液壓：120000KN（國內(nèi)）模鍛特點 : 滑塊行程不固定，具有錘的功能。 滑塊運動速度慢，再結晶過程可以充分進行，特別適合于鍛造低塑性合金鋼和有色金屬等。 滑塊打擊速度慢，設備有頂料裝置，可以使用整體式鍛模，組合模具，鍛件形狀可以非常復雜，簡化加工，省料，降低成本。 承受偏心載荷能力差，適于單膛模鍛。對于形狀復雜的

23、鍛件，需要在自由鍛設備或其它設備上制坯。圖3.21 摩擦壓力機傳動簡圖自由鍛4.胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法。胎模鍛一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中成形。 胎模的種類較多，主要有扣模、筒模及合模三種。（1）扣模 如圖22所示?？勰Ｓ脕韺ε髁线M行全部或局部扣形，以生產(chǎn)長桿非回轉體鍛件。也可以為合模鍛造進行制坯。用扣模鍛造時，坯料不轉動。自由鍛4.胎模鍛 （2）簡模 如圖23所示。簡模主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等盤類鍛件。組合簡模（圖23C）由于有兩個半模（增加一個分模面）的結構、可鍛出形狀更復雜的胎模鍛件，擴大了胎模鍛的應用范圍。 （3）合模 如圖24所示。合模由

24、上模和下模組成，并有導向結構，可生產(chǎn)形狀復雜、精度較高的非回轉體鍛件。 工藝規(guī)程的制訂2.自由鍛工藝規(guī)程的制訂（1）繪制鍛件圖：工藝規(guī)程中的核心內(nèi)容。以零件圖為基礎，結合自由鍛工藝特點繪制而成。敷料：簡化鍛件形狀，便于進行鍛造而增加的一部分材料，也稱為余塊。余量：零件的加工表面上增加供切削加工用的材料，具體數(shù)值結合生產(chǎn)的實際條件查表確定。公差：鍛件名義尺寸的允許變動量。根據(jù)鍛件形狀、尺寸并考慮到生產(chǎn)實際情況加以選取。 制訂工藝規(guī)程，編寫工藝卡片是進行鍛造生產(chǎn)必不可少的技術準備工作，是組織生產(chǎn)過程，規(guī)定操作規(guī)范，控制和檢查產(chǎn)品質量的依據(jù)。 工藝規(guī)程的制訂2.自由鍛工藝規(guī)程的制訂（2）分模面：上下

25、鍛模在模鍛件上的分界面，確定原則：確保模鍛件能從模膛中取出。圖26所示輪形件，把分模面選定在a-a面時，已成形的模鍛件無法取出。應選在模鍛件最大尺寸的截面上。上下模膛在分模面處輪廓一致，以防止發(fā)生錯模。（c-c面）選在能使模膛深度最淺的位置處，便于充滿模膛。（b-b面）應使零件上所加的敷料最少。（b-b面）分模面應為一個平面，使模膛深度基本一致，差別不宜過大，便于制造鍛模綜合分析，圖26中的dd面是最合理的分模面。圖3.26 分模面的選擇工藝規(guī)程的制定2.自由鍛工藝規(guī)程的制定（3）模鍛斜度 模鍛件上平行于錘擊方向的表面必須具有斜度，以便于從模膛中取出鍛件。 對于錘上模鍛，模鍛斜度一般為515。

26、模鍛斜度與模膛深度和寬度有關。模膛深度與寬度的比值(h/b)越大，取的斜度值也越大。21（25）1外壁斜度（即當鍛件冷卻時鍛件與模壁離開的表面）2內(nèi)壁斜度（即當鍛件冷卻時鍛件與模壁夾緊的表面）工藝規(guī)程的制定2.自由鍛工藝規(guī)程的制定（1）模鍛圓角半徑 在模鍛件上所有兩平面的交角處均需做成圓角。目的：增大鍛件強度,便于金屬流動，充滿模膛。 避免鍛模上的內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋（應力集中）,減緩鍛模外尖角處的磨損，從而提高鍛模的使用壽命。 R（23）r R為內(nèi)圓角半徑，r為外圓角半徑r1.512mm。模膛深度越深，圓角半徑取值就越大。工藝規(guī)程的制定2.自由鍛工藝規(guī)程的制定（5）沖孔連皮 許多模鍛件都具有孔形

27、，當模鍛件的孔徑大于25mm時，應將該孔形鍛出。但由于模鍛無法鍛出通孔，需在孔中留出沖孔連皮（圖3.14)其厚度依孔徑而定。當孔徑為2580mm時，沖孔連皮的厚度取48mm。 圖329為齒輪坯的模鍛鍛件圖。分模面選在鍛件高度方向的中部。零件的輪輻部分不加工，故不留加工余量。圖中內(nèi)孔中部的兩條水平直線為沖孔連皮切除后的痕跡線。工藝規(guī)程的制定2.自由鍛工藝規(guī)程的制定（2）坯料質量及尺寸計算 質量計算： 式中：G坯料坯料質量；G鍛件鍛件質量；G燒損加熱時坯料表面氧化而燒損的質量。第一次加熱時取被加熱金屬的2%3%，以后各次加熱取1.5%2%；G料頭在鍛造過程中沖掉或切掉的金屬的質量。如沖孔時坯料中部

28、的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。 繪制鍛件圖(1) 繪制鍛件圖 齒輪的零件圖如圖17所示。齒輪上的輪齒、小的凹槽、凸肩以及輪輻上的8個直徑為30mm的孔等，都是自由鍛難以鍛出的，應加余塊。根據(jù)表(JB 4229.4-86)查得鍛件的加工余量和公差。于是便可繪出如圖18所示的鍛件圖。 繪制鍛件圖(2)確定變形工步 參照表31，此鍛件的主要變形工步應是鐓粗、沖孔和沖于擴孔。因此，此鍛件的鍛造工藝過程如圖所示，其中考慮到?jīng)_孔和擴孔時金屬還會沿徑向流動。并且沿凸肩高度方向產(chǎn)生拉縮現(xiàn)象，因而局部鐓粗后的徑向尺寸要比鍛件小些，凸肩的高度比鍛件的凸肩大些。(3)計算坯料的質量和尺寸 鍛件結構的工藝性自由鍛件結

29、構設計：(1)避免錐體和斜面結構 自由鍛鍛件若有錐體或斜面結構（圖a），將使鍛造工藝復雜。操作不方便，降低設備的使用效率。應改進設計，如圖b所示。 設計鍛造成形的零件時，除應滿足使用性能要求外，還必須考慮鍛造工藝的特點，即鍛造成形的零件結構要具有良好的工藝性。這樣可使鍛造成形方便，節(jié)約金屬，保證質量和提高生產(chǎn)率。鍛件結構的工藝性自由鍛件結構設計：（2）相貫線避免復雜空間曲線 鍛件若由數(shù)個簡單幾何體構成時，幾何體間的交接處不應形成空間曲線。圖a所示結構，采用自由鍛方法極難成形，應改成平面與圓柱、平面與平面相接的結構（圖b）。鍛件結構的工藝性自由鍛件結構設計：（3）避免加強筋、凸臺、復雜截面或空間

30、曲面 自由鍛鍛件上不應設計出加強筋、凸臺、工字形截面或空間曲線形表面（圖a），應將鍛件結構改成如圖b所示結構。鍛件結構的工藝性自由鍛件結構設計：（4）鍛件橫截面有急劇變化或形狀較復雜時，設計成由幾個簡單件構成的組合體，鍛焊結合或鍛機械連接結合工藝（圖3.36）鍛件結構的工藝性模鍛件結構設計（1）合理的分模面，以保證模鍛成形后，容易從鍛模中取出。（2）模鍛件上與錘擊方向平行的非加工表面，應設計有模鍛斜度。非加工表面所形成的交角都應按模鍛圓角設計。（3）模鍛件外形力求簡單、平直和對稱，尤其應避免模鍛件截面相差過大，或有薄壁、高筋、凸起等結構。鍛件結構的工藝性模鍛件結構設計 圖a所示零件的小截面直徑

31、與大截面直徑之比為0.5，就不符合模鍛生產(chǎn)的要求。圖b所示模鍛件扁而薄，模鍛時,薄部金屬冷卻快，變形抗力劇增，易損壞鍛模。圖c所示零件有一個高而薄的凸緣，金屬難以充滿模膛，且使鍛模制造和成形后取出鍛件較為困難，應改進，設計成圖d所示形狀，使之易于鍛制成形。鍛件結構的工藝性模鍛件結構設計 模鍛件的結構中應避免深孔或多孔結構。圖38所示零件的軸孔（60mm）屬深孔結構其上又有四個非加工孔，不能鍛出。故應將輪轂高度減小，40mm的四個孔改用機械加工方法制出。鍛件結構的工藝性模鍛件結構設計 模鍛件的整體結構應力求簡單。當整體結構在成形中需增加較多敷料時，可采用組合工藝制做。圖339所示零件先采用模鍛方

32、法單個成形，然后采用焊接工藝組合成一個整體零件。作業(yè)：p126, (2), (3), (5), (6), (10)。板料沖壓成形板料沖壓：利用沖模使板料產(chǎn)生分離或成形的加工方法。（一般板料厚度4mm,不需加熱，亦稱冷沖壓。810mm以上時，熱沖壓）。 幾乎在一切制造金屬成品的工業(yè)部門中，都廣泛地應用著板料沖壓。特別是在汽車、拖拉機、航空、電器、儀表及國防等工業(yè)中，板料沖壓占有極其重要的地位。特點:（1）零件形狀復雜，廢料少。 （2）產(chǎn)品精度高，互換性好 （3）產(chǎn)品質量小，材料消耗少，強度、剛度高 （4）操作簡單，生產(chǎn)率高，成本低，工藝過程便于實現(xiàn)自動化；但沖模制造復雜要求高。適合于大批量生產(chǎn)。

33、板料沖壓沖壓設備剪床：下料用設備，將板料剪成一定寬度的條料，以供沖壓之用。板料沖壓沖壓設備沖床：實現(xiàn)沖壓工序，制成所需形狀和尺寸的產(chǎn)品的設備，最大噸位可達40000kN。板料沖壓沖壓工序：分離工序和成形工序兩大類分離工序: 使坯料的一部分相對另一部分發(fā)生分離的工序。剪切 用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行分離的工序。沖裁（落料和沖孔） 將板料沿封閉輪廓分離的工序。落料：制坯工序，被分離部分為成品，周邊是廢料。沖孔：加工工序，被分離部分是廢品，周邊是成品。修整：使落料和沖孔后的成品獲得精確的輪廓的工序。 板料沖壓圖3.40 沖裁變形過程（1）沖裁變形過程三個階段：彈性變形階段 沖頭接觸板料后，隨

34、著沖頭的壓入，板料中的應力迅速增大，達到彈性極限。此時凸模（沖頭）處的材料略有彎曲，凹模上的材料則向上翹。凸、凹模之間的間隙越大，彎曲和上翹越明顯。板料沖壓板料沖壓圖3.40 沖裁變形過程（1）沖裁變形過程塑性變形階段 沖頭繼續(xù)壓入，壓力增加，板料中的應力值達到屈服極限時，進入塑性變形階段。此階段除剪切變形外，還存在彎曲和拉伸變形。間隙越大，彎曲和拉伸也越大。斷裂分離階段 沖頭繼續(xù)壓入，已形成的上、下微裂紋逐漸擴大并向材料內(nèi)延伸，當上、下裂紋相遇重合時，材料被剪斷分離。板料沖壓板料沖壓沖裁件斷裂面有明顯的區(qū)域特征光亮帶：沖頭擠壓切入所形成的光滑表面，斷面質量最佳。剪裂帶：材料在剪斷分離時所形成

35、的斷裂帶，表面粗糙。（2）凸凹模間隙間隙過大：斷面質量差，光亮帶小一些，剪裂帶和毛刺均較大。間隙過?。簲嗝尜|量好，光亮帶增大，但毛刺也增大，模具磨損嚴重，壽命受影響。 選擇模具間隙主要考慮沖裁件斷面質量和模具壽命這兩個主要的因素。當對沖裁件斷面質量要求較高時，應選取較小的間隙值，當沖裁件的質量要求不高時，則應可能地加大間隙值，以利于提高沖模的壽命。c=m板料沖壓板料沖壓（3）凸、凹模刃口尺寸確定： 沖孔件：尺寸取決于凸模刃口尺寸。設計時，取凸模作設計基準件，然后根據(jù)凸凹模間隙c值確定凹模尺寸（即用擴大凹模刃口尺寸來保證間隙值）。 落料件：尺寸取決于凹模刃口的尺寸。設計落料模時，取凹模作設計基準

36、件，然后根據(jù)凸凹模間隙c值確定凸模尺寸（即用縮小凸模刃口尺寸來保證間隙值）。 板料沖壓板料沖壓沖裁件的排樣 排樣是指落料件在條料、帶料或板料上合理布置的方法。排樣合理可使廢料最少，材料利用率高。圖為同一個沖裁件采用四種不同排樣方式時材料消耗的對比情況。 落料件的排樣有兩種類型：無搭邊排樣是利用落料件形狀的一個邊作為另一個落料件的邊緣（圖d）。這種排樣，材料利用率很高，但毛刺不在同一個平面上，而且尺寸不容易準確，因此只用于對沖裁件質量要求不高的場合。 有搭邊排樣是在各個落料件之間均留有一定尺寸的搭邊。其優(yōu)點是毛刺小，而且在同一個平面上，沖裁件尺寸準確，質量較高，但材料消耗多。板料沖壓2修整：利用

37、修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，切掉沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，提高精度。（1）外緣修整：修整沖裁件外形，圖3.42a（2）內(nèi)孔修整：修整沖裁件內(nèi)孔，圖3.42b3剪切（切斷）： 利用剪刃或模具使坯料沿不封閉輪廓線分離的工序。3-42板料沖壓二 變形工序 利用模具使板料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生位移而又不破裂的工序。圖3.43 拉深工序1.拉深成形（1）原理（圓筒形件的拉深）：（圖3.43）利用模具使平板坯料變成開口空心零件的成形工序。 過程：在凸模作用下，板料產(chǎn)生塑性變形，被拉入凸模和凹模的間隙中，形成空心零件。特點： 法蘭部分向內(nèi)收縮（毛坯變化圖） 板厚基本不變。 壓邊力以法蘭

38、不起皺為準。 模具間隙c（1.11.2）。板料沖壓1.拉深成形（2）拉深系數(shù)：m=d/D 其中：d拉深件直徑（中性層） D拉深前毛坯直徑 m意義： 拉深系數(shù): m=d/D 是衡量變形程度的指標， m，變形程度 確定拉深成形成功與否的判據(jù) 一般：m0.50.8（極限拉深系數(shù)）板料沖壓1.拉深成形 多次拉深：當實際拉深系數(shù)m2(圖3-59)。如果要求H很短，則需先留出適當余量以增大H，彎好后再切去增加的金屬。 (3)彎曲帶孔件時，為避免孔的變形，孔的位置如 圖3-60，L1.52 。對彎曲件的要求(2)拉深件的圓角半徑 在不增加工藝程序的情況下，最小許可半徑如圖3-61所示。否則必將增加拉深次數(shù)和

39、整形工作，也增多模具數(shù)量，并容易產(chǎn)生廢品和提高成本。簡化工藝及節(jié)省材料的設計 對于形狀復雜的沖壓件，可以將其分成若干個簡單件，分別沖壓后，再焊接成為整體組合件(圖62)。采用沖口工藝，以減少組合件數(shù)量(圖63)，節(jié)省材料和簡化工藝過程。簡化工藝及節(jié)省材料的設計 在使用性能不變的情況下，應盡量簡化拉深件結構，以達到減少工序、節(jié)省材料和降低成本的目的。如消音器后蓋經(jīng)改造后(圖3-64)，沖壓工序由八道減少為兩道工序，同時，節(jié)省材料50。簡化工藝及節(jié)省材料的設計三、沖壓件的厚度 在強度和剛度允許的條件下，應盡可能采用較薄的材料，以減少金屬的消耗。對剛度不夠的部位，可采用加強筋。作業(yè)：p138, (2

40、), (3), (4), (6),(7)。擠壓成形一、擠壓：使金屬坯料在擠壓模中受強大壓力作用而變形的加工方法。二、擠壓特點： 1.擠壓時金屬坯料在三向壓應力作用下變形，可以提高金屬坯料的塑性。 2. 可以擠壓出各種形狀復雜、深孔、薄壁、異型斷的零件 3. 零件的力學性能好 4. 零件精度高，節(jié)省材料，材料利用率70%特種壓力加工方法擠壓成形三、擠壓分類 根據(jù)金屬流動方向與擠壓時凸模運動方向的關系，擠壓成形可以分為四種：（1）正擠壓 擠壓模出口處金屬流動方向與凸模運動方向相同（圖a）（2）反擠壓 擠壓模出口處金屬流動方向與凸模運動方向相反（圖b）（3）復合擠壓 擠壓模出口處一部分金屬的流動方向與凸模運動方向相同，而另一部分金屬流動方向與凸模運動方向相反（圖c）（4）徑向擠壓 擠壓模出口處金屬流動方向與凸模運動方向垂直（圖d）特種壓力加工方法圖3-67 擠壓類型零件擠壓三、擠壓分類零件擠壓三、擠壓分類零件擠壓三、擠壓分類零件擠壓三、擠壓分類零件擠壓按坯料的擠壓溫度不同分為：(1)熱擠壓 擠壓時，坯料變形的溫度高于再結晶溫度，與鍛造溫度相同。熱擠壓中，金屬的變形抗力小，允許的