第九章成形工藝鍛壓

第11章壓力加工概述：一、壓力加工的概念壓力加工是金屬坯料在外力的作用下產(chǎn)生塑性變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。二、壓力加工的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍

（1）力學(xué)性能高：既可以改變材料的形狀和尺寸，又能改變材料的組織和性能?？梢詨汉翔T造組織的內(nèi)部缺陷，使成分均勻，夾雜物均布，形成纖維組織，細(xì)化晶粒。所以，鍛壓件的機(jī)械性能好。近年來(lái)，采用形變熱處理的方法(將壓力加工與熱處理工藝相結(jié)合)，可同時(shí)獲得形變強(qiáng)化和相變強(qiáng)化，進(jìn)—步提高零件的強(qiáng)韌性。（2）節(jié)省金屬：由于提高了金屬的力學(xué)性能，在同樣受力和工作條件下，可以縮小零件的截面尺寸。（3）生產(chǎn)率高：多數(shù)壓力加工方法，特別是軋制、擠壓、拉拔等，金屬連續(xù)變形，且變形速度很高，故生產(chǎn)率高。壓力加工與鑄造相比，成本較高，成形較困難，由于是在固態(tài)下成形，無(wú)法獲得截面形狀(特別是內(nèi)臟)復(fù)雜的產(chǎn)品?！?1-1壓力加工理論基礎(chǔ)§11-1-1金屬的纖維組織及鍛造比鍛造比：通常用拔長(zhǎng)時(shí)的變形程度來(lái)衡量。纖維組織：熱加工使得材料內(nèi)部的各種可變形的夾雜物沿塑性變形方向拉長(zhǎng)所形成的流線(xiàn)組織。纖維組織的明顯程度與鍛造比有關(guān)。熱加工時(shí)應(yīng)力求使流線(xiàn)合理分布：最大正應(yīng)力與纖維方向一致，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直，并盡可能使纖維方向沿零件的輪廓分布而不被切斷。滾壓成型后螺紋內(nèi)部的纖維分布吊鉤中的纖維組織§11-1-2金屬的鍛造性能1、金屬的鍛造性（可鍛性）是衡量材料在利用鍛造成型時(shí)的難易程度的工藝性能。它是由材料的塑性和變形抗力兩個(gè)因素決定。塑性好，變形抗力小的材料，鍛造性能就好。反之依然。2、影響金屬鍛造性的因素1）金屬的本質(zhì)a.

化學(xué)成分低碳鋼、低合金鋼及鋁合金鍛造性好，高合金鋼的鍛造性差，鑄鐵不能鍛造。b.

組織結(jié)構(gòu)：具有細(xì)小的晶粒、單相組織、面心立方結(jié)構(gòu)的合金具有好的鍛造性。

2）變形條件a.

變形溫度:鍛造時(shí)，必須合理地控制鍛造溫度范圍，即始鍛溫度與終鍛溫度之間的溫度間隔，始鍛溫度是指金屬開(kāi)始鍛造時(shí)的溫度，—般為鍛造時(shí)所允許的最高加熱溫度，終鍛溫度是指金屬停止鍛造時(shí)的溫度。在鍛造過(guò)程中隨著溫度的降低，工件材料的變形能力下降，變形抗力增大，下降至終鍛溫度時(shí)，必須停止鍛造。重新加熱，以保證材料具有足夠的塑性和防止鍛裂。

確定鍛造溫度范用的理論依據(jù)主要是合金狀態(tài)圖。常見(jiàn)加熱缺缺陷有：氧氧化、脫碳碳、過(guò)熱、過(guò)燒和開(kāi)裂。過(guò)熱:由于加熱溫溫度過(guò)高或或高溫下保保溫時(shí)間過(guò)過(guò)長(zhǎng)而引起起晶粒粗大大的現(xiàn)象。?？赏ㄟ^(guò)正火細(xì)化晶粒，，恢復(fù)鍛造造性能。過(guò)燒：加熱溫度過(guò)過(guò)高接近金金屬熔點(diǎn)時(shí)時(shí)，晶界出出現(xiàn)氧化或或熔化的現(xiàn)現(xiàn)象。加熱熱缺陷無(wú)可可挽回。b.變變形速度:變形速度：：指單位時(shí)時(shí)間內(nèi)材料料的變形程程度。變形速度與與鍛造性能能的關(guān)系如如圖。C.應(yīng)力狀狀態(tài)：變形形方法不同同，在金屬屬中產(chǎn)生的的應(yīng)力狀態(tài)態(tài)也不同，，即使同一一種變形方方式，金屬屬內(nèi)內(nèi)部不不同位置的的應(yīng)力狀態(tài)態(tài)也可能不不同。金屬在擠壓壓時(shí)三向受受壓(圖11~4(a))，，，表現(xiàn)出出較高的塑塑性和較大大的變形抗抗力；拉拔拔時(shí)兩向受受壓、一向向受拉(圖圖ll—4(b)),表現(xiàn)出出較低的塑塑性和較小小的變形抗抗力；平砧砧墩粗時(shí)(圖11~4(c)）），坯料內(nèi)內(nèi)部處于三三向壓應(yīng)力力狀態(tài)，但但側(cè)表面層層在水平方方向卻處于于拉應(yīng)力狀狀態(tài)，因而而在工件側(cè)側(cè)表面容易易產(chǎn)生垂直直方向的裂裂紋。三向受壓時(shí)時(shí)金屬的塑塑性最好，，出現(xiàn)拉應(yīng)應(yīng)力則使塑塑性降低。。因?yàn)閴簯?yīng)應(yīng)力阻礙了了微裂紋的的產(chǎn)生和發(fā)發(fā)展，而金金屬處于拉拉應(yīng)力狀態(tài)態(tài)時(shí)，內(nèi)部部缺陷處會(huì)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力力集小，使使缺陷易于于擴(kuò)展和導(dǎo)導(dǎo)致金屬的的破壞。因因此，選擇擇變形方法法時(shí)，對(duì)于于塑性好的的金屬，變變形時(shí)出現(xiàn)現(xiàn)拉應(yīng)力是是有利的，，可減少變變形時(shí)的能能量消耗。。而對(duì)于塑塑性差的金金屬材料，，應(yīng)避免在在拉應(yīng)力狀狀態(tài)下變形形，盡量采采用三向壓壓應(yīng)力下變變形。在金屬變形形過(guò)程中遵遵循體積不不變和最小小阻力定律律（金屬變變形時(shí)首先先向阻力最最小的方向向流動(dòng)）。?！?1-1-3金金屬屬的變形形規(guī)律1、體積積不變定定律金屬坯料料變形后后的體積積等于變變形前的的體積。。2、最小小阻力定定律金屬變形形時(shí)首先先向阻力力最小的的方向流流動(dòng)。一、概述述1、自由由鍛的概概念將加熱后后的坯料料放在鐵鐵砧上，，在壓力力或沖擊擊力的作作用下使使其自由由變形獲獲得鍛件件的方法法。2、自由由鍛的分分類(lèi)手工自由由鍛和機(jī)機(jī)器自由由鍛。3、自由由鍛的特特點(diǎn)坯料的變變形不受受模具限限制，設(shè)設(shè)備和工工具的通通用性大大，鍛件件的重量量不受限限制，是是生產(chǎn)大型型鍛件的的唯一方方法。但是，，生產(chǎn)率率低，鍛鍛件精度度低，加加工余量量大，只只適合于于單件小小批量生生產(chǎn)形狀狀簡(jiǎn)單件件?！?1-2常常用鍛造造方法§11-2-1自自由鍛鍛造二、自由由鍛設(shè)備備1、空氣氣錘利用電機(jī)機(jī)作動(dòng)力力，結(jié)構(gòu)構(gòu)小，打打擊速度度快，錘錘擊能量量小，只只適合于于100Kg以以下小件的鍛造。。2、蒸汽汽-空氣氣錘以6~9個(gè)個(gè)大氣氣壓的的蒸汽汽或壓壓縮空空氣為為動(dòng)力力。適適合于于中型或較大大鍛件件的鍛鍛造。。3、水水壓機(jī)機(jī)利用水水泵產(chǎn)產(chǎn)生的的高壓壓水作作動(dòng)力力。具具有行行程大大，變變形速速度慢慢，工工件變變形均均勻等等優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)，并并且產(chǎn)產(chǎn)生的的是靜靜壓力力，可可制成成大噸噸位的的設(shè)備備，適適合于于鍛造造大型鍛件。。缺點(diǎn)是是結(jié)構(gòu)構(gòu)大，，供水水與操操作系系統(tǒng)復(fù)復(fù)雜。。

基本工工序有有鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔孔、彎曲、切割割等。。三、自自由鍛鍛的基基本工工序1、繪繪制鍛鍛件圖圖（在在零件件圖基基礎(chǔ)上上考慮慮加工余量、、鍛件公差、、余塊）其中余塊是是指為了簡(jiǎn)簡(jiǎn)化鍛件形形狀、便于于鍛造而增增加的一部部分金屬。。2、選擇自由由鍛工序依據(jù)據(jù)是鍛件的形形狀、尺寸、、技術(shù)要求和和生產(chǎn)數(shù)量。。3、計(jì)算坯料料質(zhì)量和尺寸寸4、選擇鍛造造設(shè)備根據(jù)坯坯料的種類(lèi)、、質(zhì)量以及鍛鍛造基本工序序、設(shè)備的鍛鍛造能力并結(jié)結(jié)合實(shí)際來(lái)確確定5、確定鍛造造溫度范圍四、自由鍛工工藝規(guī)程的制制訂名詞解釋:flange(法蘭)Aprotrudingrim,edge,rib,orcollar,asonawheelorapipeshaft,usedtostrengthenanobject,holditinplace,orattachittoanotherobject.凸緣車(chē)輪或管管道上突出的的邊、緣、肋肋條或環(huán)圈，，用來(lái)增加物物體強(qiáng)度、固固定物體或使使某一物體附附著在另一物物體上.法蘭閥Towerflangeflange.Flange一、概述1、模鍛的概概念將加熱后的坯坯料放在鍛模模模膛內(nèi)受壓壓變形獲得鍛鍛件的方法。。2、模鍛的分分類(lèi)錘上模鍛和其其它設(shè)備上模模鍛（曲柄壓壓力機(jī)、平鍛鍛機(jī)、摩擦壓壓力機(jī)等）3、模鍛的特特點(diǎn)生產(chǎn)率高，鍛鍛件形狀可以以較復(fù)雜，鍛鍛件尺寸精確確，加工余量量小，機(jī)械性性能好。但是是，鍛模受較較大的沖擊力力和熱疲勞應(yīng)應(yīng)力，需要專(zhuān)專(zhuān)用模具鋼，，模具成本高高，只適合于于大批量生產(chǎn)產(chǎn)中小件。§11-2-2模型型鍛造1、模鍛設(shè)備備蒸汽-空氣錘錘（與自由鍛鍛的蒸汽-空空氣錘結(jié)構(gòu)工工作原理基本本相同）與其其它模鍛設(shè)備備相比，模鍛鍛錘的打擊速速度快（6~8m/s)行程不固定定，可在一副副鍛模的不同同模膛完成多多種工序。缺點(diǎn)：震動(dòng)大大，無(wú)頂出裝裝置，只適合合于高度較小小的鍛件及精度要要求不高的鍛鍛件的鍛造。。2、鍛模結(jié)構(gòu)構(gòu)由帶燕尾上模和下模組成。鍛模模膛可分為：制坯模膛和模鍛模膛二、錘上模模鍛1）繪制鍛件件圖（選擇分分模面、加工工余量和模鍛鍛公差、連皮、模模鍛斜度和圓圓角半徑）2）計(jì)算坯料料質(zhì)量和尺寸寸3）選擇模鍛鍛工序4）選擇鍛造造設(shè)備5）確定鍛造造溫度范圍3、模鍛工藝藝規(guī)程的制訂訂選擇分模面確定加工余量量、公差、余余塊和連皮。。連皮是指模模鍛時(shí)不能直直接鍛出通孔孔，在該部位位留有一層較較薄的金屬。。確定模鍛斜度度和圓角半徑徑（便于取出出鍛件）。選擇模鍛工序序變形工序的確確定—根據(jù)鍛鍛件圖復(fù)雜程程度確定，之之后設(shè)計(jì)模膛膛。與錘上模鍛相相比其特點(diǎn)：：1）滑塊行程固定定，機(jī)身結(jié)構(gòu)構(gòu)剛性大，導(dǎo)導(dǎo)軌的導(dǎo)向精精度高。2））設(shè)有有上上下下頂頂出出裝裝置置，，可可自自動(dòng)動(dòng)脫脫模模，，故故鍛鍛件件的的模模鍛鍛斜斜度度小小。。3））變形形是是在在滑滑塊塊的的一一次次行行程程中中完完成成，，變變形形比比較較均均勻勻，，力力學(xué)學(xué)性性能能均均勻勻一一致致，，生生產(chǎn)產(chǎn)率率高高4））對(duì)坯坯料料產(chǎn)產(chǎn)生生的的是是靜靜壓壓力力，，這這對(duì)對(duì)變變形形速速度度敏敏感感的的低低塑塑性性材材料料的的成成型型更更有有利利。。5））生產(chǎn)產(chǎn)率率高高，，無(wú)無(wú)沖沖擊擊和和震震動(dòng)動(dòng)，，故故勞勞動(dòng)動(dòng)條條件件好好。。但但設(shè)設(shè)備備復(fù)復(fù)雜雜，，造造價(jià)價(jià)高高，，需需要要其其它它輔輔助助設(shè)設(shè)備備。。因因此此主主要要用用于于具具有有現(xiàn)現(xiàn)代代化化輔輔助助設(shè)設(shè)備備的的大大廠(chǎng)廠(chǎng)模模鍛鍛件件的的大大批批量量生生產(chǎn)產(chǎn)。。三、、曲曲柄柄壓壓力力機(jī)機(jī)上上模模鍛鍛1））摩摩擦擦壓壓力力機(jī)機(jī)的的工工作作原原理理五、、摩摩擦擦壓壓力力機(jī)機(jī)上上模模鍛鍛2））摩摩擦擦壓壓力力機(jī)機(jī)鍛鍛造造的的特特點(diǎn)點(diǎn)及及應(yīng)應(yīng)用用范范圍圍：：摩擦擦壓壓力力機(jī)機(jī)(圖圖11~l8)是是靠靠飛飛輪輪旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)所所積積蓄蓄的的能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化化為為金金屬屬的的變變形形能能而而進(jìn)進(jìn)行行鍛鍛造造的的。。電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī)經(jīng)經(jīng)帶帶輪輪、、摩摩擦擦盤(pán)盤(pán)、、飛飛輪輪和和螺螺桿桿帶帶動(dòng)動(dòng)滑滑塊塊作作上上、、下下往往復(fù)復(fù)運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，操操縱縱機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)控控制制左左、、右右摩摩擦擦盤(pán)盤(pán)分分別別與與飛飛輪輪接接觸觸，，利利用用摩摩擦擦力力改改變變飛飛輪輪轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向。。摩擦壓力機(jī)機(jī)的行程速速度介于模模鍛錘和曲曲柄壓力機(jī)機(jī)之間，滑滑塊行程和和打擊能量量均可自由由調(diào)節(jié)，坯坯料在一個(gè)個(gè)模膛內(nèi)內(nèi)可以多次次錘擊，能能夠完成鐓鐓粗、成形形、彎曲、、預(yù)鍛等成成形工序和和校正、精精整等后續(xù)續(xù)工序。摩擦壓力機(jī)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單單，投資費(fèi)費(fèi)用少，工工藝適應(yīng)性性廣，但傳傳動(dòng)效率低低，廣泛用用于中批量量生產(chǎn)的小小型模鍛件件，以及某某些低塑性性合金鍛件件。是介于自由由鍛與錘上上模鍛之間間的一種鍛鍛造方法，，兼有兩者者的特點(diǎn)，，一般先用用自由鍛方方法使坯料料預(yù)成形，，然后放在在胎模中終終鍛成型。。胎模的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式很多多，常用胎胎模結(jié)構(gòu)如如圖11-20所示示?？勰Ｖ饕糜诜欠腔剞D(zhuǎn)體鍛鍛件的局部部或整體成成形；筒模主要用于鍛鍛造法蘭盤(pán)盤(pán)、齒輪坯坯等回轉(zhuǎn)體體盤(pán)類(lèi)零件件；合模由上、下模模兩部分組組成，主要要用于鍛造造形狀較復(fù)復(fù)雜的非回回轉(zhuǎn)體鍛件件。胎模鍛造的的特點(diǎn)介于于自由鍛與與錘上模鍛鍛之間，比比自由鍛生生產(chǎn)率高，，鍛件質(zhì)量量較好，鍛鍛模簡(jiǎn)單，，生產(chǎn)準(zhǔn)備備周期短，，廣泛用于于中、小批批量的小型型鍛件的生生產(chǎn)。五、胎模模鍛板料沖壓是利利用沖模在壓壓力機(jī)上對(duì)板板料施加壓力力使其變形或或分離，從而而獲得一定形形狀、尺寸的的零件的加工工方法。板料料沖壓通常在在常溫下進(jìn)行行，又稱(chēng)冷沖沖壓，只有當(dāng)當(dāng)板厚大于8~10mm時(shí)才采用用熱沖壓。沖壓加工的應(yīng)應(yīng)用范圍廣泛泛，既適用于于金屬材料，，也適用于非非金屬材料；；既可加工儀儀表上的小型型制件，也可可加工汽車(chē)覆覆蓋件等大型型制件。在汽汽車(chē)、拖拉機(jī)機(jī)、電器、航航空、儀表及及日常生活用用品等制造行行業(yè)中，均占占有重要地位位。板料沖壓具有有下列特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)率率高，操作簡(jiǎn)簡(jiǎn)便，便于實(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和和自動(dòng)化；（2）產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量好：尺寸寸精度和表面面質(zhì)量較高。?；Q性好，，一般不須進(jìn)進(jìn)一步加工。。（3）板料利利用率高：可可沖制復(fù)雜的的零件，廢料料少。§11-3板板料沖壓壓板料沖壓的基基本工序可分分為：分離工序和成形（變形））工序兩大類(lèi)。1、分離工序序利用沖模使沖壓件與板料分離的工工序。包括剪切、沖孔、落料等。剪切：使板料沿不不封閉的輪廓廓分離。沖孔、落料（沖裁）：使板料沿封封閉的輪廓分分離。如果落落下去的是零零件，周邊是是廢料為落料，反之為沖孔?！?1-3-1板料沖沖壓的基本工工序分離變形過(guò)程程及影響分離離質(zhì)量的因素素分離變形過(guò)程程包括彈性變形、塑性變形、斷裂三個(gè)階段。斷口區(qū)域包括括：塌角、光亮帶、斷裂帶和毛刺等4部分。。間隙：過(guò)大或過(guò)小小都將使上上下裂紋不不重合，毛毛刺增大。。刃口尺寸：：設(shè)計(jì)落料模模時(shí)，應(yīng)先按落料料件確定凹凹模刃口尺寸，取取凹模作設(shè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)件件，然后根根據(jù)間隙確定凸凸模尺寸，，即用縮小小凸模刃口口尺寸來(lái)保證間間隙值；設(shè)計(jì)沖孔模模時(shí)，應(yīng)先按沖孔件確定凸模模刃口尺寸，取凸凸模作設(shè)計(jì)計(jì)基準(zhǔn)件，，然后根據(jù)據(jù)間隙確定凹模尺尺寸，即用用擴(kuò)大凹模模刃口尺寸寸來(lái)保證間隙值。。使板料的一一部分相對(duì)對(duì)于另一部部分產(chǎn)生位位移的工序序，即板料料只產(chǎn)生塑塑性變形而而不破裂。。如彎曲、拉深深、翻邊、、旋壓、成成形等工序。2、成形工工序2.彎曲彎曲是將板板料、型材材或管材彎彎成一定角角度或弧度度的工序。。板料彎曲時(shí)時(shí)，內(nèi)側(cè)金金屬受切向向壓應(yīng)力，，產(chǎn)生壓縮縮變形；外外層金屬受受切向拉應(yīng)應(yīng)力，產(chǎn)生生伸長(zhǎng)變形形，表現(xiàn)為為圖11~29所示示的板料上上矩形網(wǎng)格格發(fā)生變化化。當(dāng)拉應(yīng)應(yīng)力超過(guò)材材料的抗拉拉強(qiáng)度時(shí)，，即會(huì)造成成金屬破裂裂。坯料厚厚度t越越大,彎曲半徑r越小，，材料所受受的內(nèi)應(yīng)力力就越大，，越容易彎彎裂。因此，必必須控制最最小彎曲半半徑，通常常?。?0.25~1)t。。材料塑性性好時(shí)取下下限。彎曲時(shí)還應(yīng)應(yīng)盡可能使使彎曲線(xiàn)與與坯料纖維維方向垂直直(圖11~20)，亦即使使材料所受受的拉應(yīng)力力與纖維方方向一致，，否則容易易產(chǎn)生破裂裂。3.拉深深拉深是將板板料變形為為中空形狀狀零件的工工序，可以以生產(chǎn)筒形形、錐形、、球形、方方盒形以及及其他非規(guī)規(guī)則形狀的的中空零件件(圖11~32)。拉深過(guò)程為為，在凸模模作用下，，板料被拉拉入凸模和和凹模的間間隙中，形形成中空零零件。其凸凸緣和凸模模圓角部位位變形最大大。凸緣部部分在圓周周切線(xiàn)方向向受壓應(yīng)力力，壓應(yīng)力力過(guò)大時(shí)，，會(huì)發(fā)生折折皺(圖ll—34)，坯料料厚度愈小小，拉探深深度H愈大大，愈容易易產(chǎn)生折皺皺。為防止止折皺，可可采用有