第三章鍛壓成型(機(jī)械制造基礎(chǔ))

第3章

鍛壓成型Chapter3Forging鍛壓成形技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主體技術(shù)之一。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界75％的鋼材需經(jīng)塑性成形，在汽車(chē)生產(chǎn)中，70％以上的零部件是利用金屬塑性加工而成的。

何為鍛壓鍛壓是利用外力使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，獲得所需尺寸、形狀及性能的毛坯或零件的加工方法。鍛造:將坯料加熱到高溫狀態(tài)后進(jìn)行加工。應(yīng)用于制造承受重載、沖擊、交變載荷的重要零件和毛坯，如：機(jī)床主軸、齒輪、起重機(jī)吊鉤等。沖壓:將坯料在常溫下進(jìn)行加工。應(yīng)用于生產(chǎn)強(qiáng)度、剛度大、結(jié)構(gòu)輕的板殼類(lèi)零件，如：日用器皿、儀表罩殼及汽車(chē)覆蓋件等。

主要方法及其應(yīng)用領(lǐng)域

鍛壓特點(diǎn)(1)改善金屬組織、提高力學(xué)性能(2)節(jié)約金屬材料(3)較高的生產(chǎn)率(4)毛坯或零件的精度較高(5)不能加工脆性材料(6)不能獲得形狀復(fù)雜的毛坯或零件

鍛壓材料

常用鍛壓材料:

低碳鋼、銅和鋁等塑性材料。不能鍛壓材料：鑄鐵等脆性材料

本章內(nèi)容3.1金屬的塑性變形與鍛造性3.2自由鍛造

3.3模型鍛造3.4板料沖壓3.5鍛壓新工藝3.1金屬的塑性變形與鍛造性

金屬的塑性變形“神舟”四號(hào)飛船成功返回渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

塑性變形是金屬壓力加工的理論基礎(chǔ)

定義：內(nèi)應(yīng)力超過(guò)金屬的屈服點(diǎn)后，外力停止作用后，金屬的變形并不完全消失。

形式：晶粒內(nèi)部的滑移和孿晶；

晶粒間的滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。“神舟”四號(hào)飛船成功返回渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)塑性變形（滑移）“神舟”四號(hào)飛船成功返回渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)塑性變形（孿生）1.加工硬化

金屬材料經(jīng)冷塑性變形后，隨變形度的增加，晶粒伸長(zhǎng)、晶格扭曲以及產(chǎn)生碎晶，使得強(qiáng)度、硬度提高，塑性和韌性下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化。

好處：強(qiáng)化金屬方法

壞處：后續(xù)加工工序困難，工件易開(kāi)裂。怎樣消除加工硬化現(xiàn)象？圖

工業(yè)純鐵冷變形前后的顯微組織（100）2.回復(fù)

當(dāng)加熱溫度T回=（0.25—0.3）T熔，可消除晶格扭曲并降低內(nèi)應(yīng)力；但是，冷變形金屬的顯微組織無(wú)明顯變化，金屬的力學(xué)性能沒(méi)有顯著變化（強(qiáng)度、硬度下降很少，塑性提高不多。使加工硬化得到部分消除。3.再結(jié)晶

當(dāng)加熱溫度T再=0.4T熔，塑性變形后金屬被拉長(zhǎng)的晶粒重新形核、結(jié)晶變?yōu)榈容S晶粒，再結(jié)晶后金屬的強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性和韌性顯著提高，消除了全部加工硬化。使加工硬化得到完全消除。

金屬的鍛造性能金屬的可鍛性：是指金屬材料鍛壓加工成形的難易程度?？慑懶缘暮饬浚核苄院妥冃慰沽?。塑性好，變形抗力小則可鍛性好?？慑懶缘挠绊懸蛩兀航饘俚谋举|(zhì)（化學(xué)成分和金屬組織）工藝條件（溫度，速度和應(yīng)力狀態(tài)）1.金屬的本質(zhì)（1）化學(xué)成分影響

＊純金屬可鍛性比合金好

＊鋼的含碳量越低，可鍛性越好（2）金屬組織的影響＊組織不同,可鍛性有差異,純金屬、固溶體可鍛性好；＊柱狀組織和粗晶粒不如晶粒細(xì)小均勻的可鍛性好。2.加工條件（1）變形溫度的影響＊變形溫度低，金屬的塑性差，鍛壓困難，容易開(kāi)裂。＊加熱溫度過(guò)高，晶粒急劇長(zhǎng)大，塑性減小，可鍛性下降，稱(chēng)“過(guò)熱”。＊加熱溫度接近熔點(diǎn)，晶界氧化甚至融化，導(dǎo)致金屬的塑性變形能力完全消失，稱(chēng)為“過(guò)燒”。圖

鋼的鍛造溫度范圍（2）變形速度

＊

低速：變形速度↑→變形抗力↑→塑性↓＊

高速：變形速度↑→變形溫度↑→變形抗力↓→塑性↑圖

變形速度對(duì)金屬及合金鍛造性的影響

（3）應(yīng)力狀態(tài)

＊處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，金屬呈現(xiàn)良好的塑性狀態(tài)

＊三向受拉金屬的塑性最差

不同材料選擇不同加工方式：塑性好的材料：三向拉應(yīng)力下變形塑性差的材料：三向壓應(yīng)力下變形圖

幾種常用鍛壓方法的應(yīng)力狀態(tài)

本章內(nèi)容3.1金屬的塑性變形與鍛造性3.2自由鍛造

3.3模型鍛造3.4板料沖壓3.5鍛壓新工藝3.2自由鍛概念：只用簡(jiǎn)單的通用性工具，在鍛造設(shè)備的上下帖間對(duì)

坯料施加外力，使坯料產(chǎn)生變形而獲得所需鍛件的方法。特點(diǎn)：1)金屬坯料可朝各個(gè)方向自由流動(dòng)，不受限制；2)所用工具簡(jiǎn)單，設(shè)備和工具通用性強(qiáng)，成本低；3)鍛件精度較低，生產(chǎn)率低；4)其形狀和尺寸主要由操作者的技術(shù)來(lái)控制。是鍛制大型鍛件的唯一方法。

自由鍛造設(shè)備空氣錘——適用于小型鍛件蒸汽錘——適用于中、小型鍛件主要有空氣錘、蒸汽錘、水壓機(jī)、液壓機(jī)等。水壓機(jī)——適用于大型鍛件大型液壓機(jī)

自由鍛造基本工序主要有鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)和錯(cuò)位等鐓粗使坯料整體或一部分高度減小、橫截面面積增大的工序。應(yīng)用領(lǐng)域：適餅塊類(lèi)，盤(pán)套類(lèi)。鐓粗的種類(lèi)：有完全鐓粗、局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗等。拔長(zhǎng)使坯料橫截面減小而長(zhǎng)度增加的鍛造工序。應(yīng)用領(lǐng)域：軸桿類(lèi)鍛件成形。拔長(zhǎng)的種類(lèi)：平砥鐵拔長(zhǎng)、芯軸拔長(zhǎng)、芯軸擴(kuò)孔等。沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序。應(yīng)用領(lǐng)域：制造空心工件，如齒輪坯、圓環(huán)和套筒。拔長(zhǎng)的種類(lèi)：實(shí)心、空心沖子沖孔和漏盤(pán)沖孔等。彎曲切割

鍛件類(lèi)別常見(jiàn)鍛件圖例鍛造工序盤(pán)類(lèi)零件齒輪、凸輪等鐓粗、沖孔軸桿類(lèi)零件傳動(dòng)軸、連桿等鐓粗、拔長(zhǎng)、切肩、拔長(zhǎng)筒類(lèi)零件筒體等拔長(zhǎng)、鐓粗、沖孔、在心軸上拔長(zhǎng)環(huán)類(lèi)零件圓環(huán)、法蘭、齒圈等鐓粗、沖孔、擴(kuò)孔曲軸類(lèi)零件曲軸、偏心軸等

拔長(zhǎng)、錯(cuò)移、拔長(zhǎng)、扭轉(zhuǎn)彎曲類(lèi)零件吊鉤、軸瓦等

拔長(zhǎng)、彎曲

常見(jiàn)自由鍛工件工序

本章內(nèi)容3.1金屬的塑性變形與鍛造性3.2自由鍛造

3.3模型鍛造3.4板料沖壓3.5鍛壓新工藝3.3模鍛概念：將金屬坯料放在鍛模模膛內(nèi)，在鍛壓沖擊力或壓力下變形而獲得鍛件的方法。特點(diǎn)：

(1)生產(chǎn)效率較高

(2)能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件

(3)模鍛件的尺寸較精確

(4)節(jié)省金屬材料

(5)模鍛操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低分類(lèi)：錘上模鍛、胎膜鍛、壓力機(jī)上模鍛等。1.錘上模鍛——在專(zhuān)用的模鍛空氣錘或模鍛蒸汽錘的鍛錘和模墊上分別固定上下模，上下模經(jīng)錘擊合攏，而獲得鍛件的方法。

錘上模鍛缺點(diǎn)：沖擊大、震動(dòng)大、噪聲大、效率低。一般僅用于中小噸位的鍛錘。模座模墊下鍛模上鍛模錘頭錘上模鍛示意圖：鍛模由上、下模組成。上模和下模分別安裝在錘頭下端和模座上的燕尾槽內(nèi)，用楔鐵緊固。上下模合在一起，其中部形成完整的模膛。圖盤(pán)類(lèi)鍛件的模鍛過(guò)程圖帶飛邊的模鍛件錘上模鍛分類(lèi)：根據(jù)模膛功用不同，可分為模鍛模膛和

制坯模膛兩大類(lèi)。（1）制坯模膛使坯料基本接近模鍛件的形狀，以便模鍛時(shí)金屬能合理分布，并很好地充滿模膛，必須預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯。制坯模膛分為：拔長(zhǎng)模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、切斷模膛、鐓粗臺(tái)及壓扁面等。制坯模鏜

（2）模鍛模膛模鍛模膛分為預(yù)鍛模膛和終鍛模膛兩種。

目的是使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，以便在終鍛成形時(shí)金屬充型更加容易，同時(shí)減少終鍛模膛的磨損，延長(zhǎng)鍛模的使用壽命。①預(yù)鍛模鏜②預(yù)鍛模鏜可使坯料變形到熱鍛件所要求的形狀和尺寸。待冷卻收縮后即達(dá)到冷鍛件的形狀和尺寸。彎曲連桿的鍛模及成形過(guò)程示意圖

本章內(nèi)容3.1金屬的塑性變形與鍛造性3.2自由鍛造

3.3模型鍛造3.4板料沖壓3.5鍛壓新工藝概念：用沖模使薄板料分離或變形的加工方法。板料沖壓一般在冷態(tài)下進(jìn)行，稱(chēng)冷沖壓。當(dāng)板厚度超過(guò)810mm時(shí)，可采用熱沖壓。特點(diǎn)：（1）操作簡(jiǎn)單，便于機(jī)械化和自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)率高；（2）廢料少，利用率高；（3）可直接獲得強(qiáng)度高、剛度好、質(zhì)量輕的零件；（4）沖壓尺寸精度高，表面光潔，無(wú)須再加工,可壓出形狀復(fù)雜的零件；（5）缺點(diǎn)是沖模成本高；3.4板料沖壓通常用于金屬制品的大批量生產(chǎn)。

沖壓設(shè)備剪床——將板料剪成適當(dāng)?shù)臈l料，供沖壓之用。沖床——（又稱(chēng)曲柄壓力機(jī)）將條料沖壓成型。沖?！糜跊_壓的模具。剪床沖床

板料沖壓基本工序1.分離工序

落料和沖孔（沖裁）

2.成形工序

彎曲，拉深，縮口，脹形，翻邊。

1.分離工序：落料及沖孔（統(tǒng)稱(chēng)沖裁）

＊落料——落下部分為成品。＊沖孔——落下部分為廢品。2.變形工序：拉深使平板坯料變形成開(kāi)口空心零件的工序。拉深凹模坯料壓板沖頭原始直徑為D的板料，經(jīng)拉深后變成內(nèi)徑為d的杯形零件。凸模壓入過(guò)程中，拉深件的底部一般不變形，厚度基本不變。其余環(huán)形部分坯料經(jīng)變形成為空心件的側(cè)壁，厚度有所減小。側(cè)壁與底之間的過(guò)渡圓角部位被拉薄最嚴(yán)重。拉深工藝示意圖

①起皺：是拉深時(shí)板料失穩(wěn)造成的；②拉裂：當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)材料的抗拉強(qiáng)度造成。

常見(jiàn)拉深缺陷：如何防止拉深缺陷：

①

多次拉深，增大拉伸系數(shù)

②加大彎曲處圓角直徑；

③加大模具間隙；

④使用潤(rùn)滑劑。圖多次拉深時(shí)筒形件直徑的變化2.變形工序：彎曲彎曲時(shí)利用模具或其他工具將坯料一部分相對(duì)于另一部分彎曲成一定的角度和圓弧的變形工序。彎曲過(guò)程中，板料的內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)受拉，最大拉應(yīng)力超過(guò)抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)造成彎裂。內(nèi)彎半徑r越小越易彎裂。

圖

板料彎曲過(guò)程彎曲時(shí)注意的問(wèn)題：

①

彎曲后要回彈，一般回彈角為0?-10?，事先要注意。②彎曲時(shí)盡量使彎曲線與坯料纖維方向垂直，以免彎裂。圖

彎曲時(shí)的回彈圖

彎曲時(shí)的纖維方向

日常生活用品，如鋁鍋、飯盒、臉盆等就是采用冷沖壓的加工方法制成。例如，制造飯盒，首先需要切出長(zhǎng)方形并帶有4個(gè)圓角的坯料（稱(chēng)為“落料”），然后用凸模將這塊坯料壓入凹模而成形垂直彎曲，4個(gè)拐角的材料產(chǎn)生堆聚并可看到皺褶。采用冷沖壓加工的汽車(chē)零件有：發(fā)動(dòng)機(jī)油底殼，制動(dòng)器底板，汽車(chē)車(chē)架以及大多數(shù)車(chē)身零件。這些零件一般都經(jīng)過(guò)落料、沖孔、拉深、彎曲、翻邊、修整等工序而成形。板料沖壓常識(shí)：

沖模工具沖壓模具是沖壓生產(chǎn)中必不可少的工藝裝備，按沖壓工序

的組合程度不同可分為簡(jiǎn)單模、連續(xù)模和復(fù)合模三種。簡(jiǎn)單模：壓力機(jī)在一次行程中完成一道工序的沖模。2.連續(xù)模連續(xù)模（又稱(chēng)級(jí)進(jìn)模、跳步模）是指壓力機(jī)在一次行程中，依次在幾個(gè)不同的位置上同時(shí)完成多道工序的沖模。圖

用導(dǎo)正銷(xiāo)定距的沖孔落料連續(xù)模

3.復(fù)合模壓力機(jī)在一次行程中，在同一中心位置上，同時(shí)完成幾道工序的沖模。由于復(fù)合模在同一中心位置上完成幾道工序，因此它必須在同一中心位置上布置幾套凸、凹模。圖

沖孔落料復(fù)合模

本章內(nèi)容3.1金屬的塑性變形與鍛造性3.2自由鍛造

3.3模型鍛造3.4板料沖壓3.5鍛壓新工藝3.5鍛壓新工藝

超塑性成型超塑性：金屬及合金在特定的組織條件、溫度條件及變形速度下進(jìn)行變形時(shí)，呈現(xiàn)異乎尋常的塑性（伸長(zhǎng)率可超過(guò)100%，甚至1000%以上），變形抗力大大降低（常態(tài)的1/5左右）。超塑性成型：對(duì)具有超塑性的坯料進(jìn)行的成型。超塑性成型特點(diǎn)：

(1)擴(kuò)大了鍛壓材料