單元九 金屬壓力加工

單元九

金屬壓力加工項目內(nèi)容任務(wù)1鍛造過程分析任務(wù)2自由鍛任務(wù)3模鍛任務(wù)4沖壓任務(wù)5其他壓力加工思考與練習(xí)金屬壓力加工

汽車零件的相當(dāng)一部分是用壓力加工方法制造的。壓力加工的主要生產(chǎn)工藝有鍛造、沖壓、軋制、拉拔、擠壓等。加工方法典型加工圖特點及應(yīng)用鍛造金屬坯料在上、下砧座間受沖擊力或壓力而變形的加工方法，適用于生產(chǎn)承受大載荷的機(jī)器零件或改善零件的力學(xué)性能沖壓金屬板料在沖模之間受壓產(chǎn)生分離或變形的加工方法，用于生產(chǎn)汽車外殼、電器、日用品等金屬壓力加工

用于鍛壓的材料應(yīng)具有良好的塑性，常用金屬材料中，鑄鐵塑性很差，在通常條件下不能鍛壓；鋼和大多數(shù)有色金屬如銅、鋁等塑性良好，可以鍛壓。加工方法典型加工圖特點及應(yīng)用軋制金屬坯料在兩個回轉(zhuǎn)軋輥的孔隙中受壓變形，以獲得各種產(chǎn)品的加工方法，如生產(chǎn)鋼板、型材、管材、帶材拉拔將金屬坯料拉過拉拔模的?？锥冃蔚募庸し椒?，可生產(chǎn)各種細(xì)線材、薄壁管、型材，如拉絲生產(chǎn)電纜線擠壓金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？锥冃蔚募庸し椒?，可生產(chǎn)復(fù)雜截面的型材或零件任務(wù)1鍛造過程分析1.金屬的加熱

金屬材料通過加熱，隨著溫度的升高，其塑性提高、強(qiáng)度降低，正因如此，金屬在高溫下鍛造，可以用較小的鍛造力而產(chǎn)生較大的塑性變形，鍛后可獲得良好的組織。

所以金屬鍛造前加熱可以達(dá)到提高坯料的塑性和降低其變形抗力，提高其可鍛性的目的。2.鍛造溫度范圍任務(wù)1鍛造過程分析材料種類始鍛溫度終鍛溫度低碳鋼1200～1250700～800中碳鋼1150～1200800～850合金結(jié)構(gòu)鋼1100～1180800～850鋁合金450～500350～380銅合金800～900650～7003.加熱產(chǎn)生的缺陷及其防止方法（1）氧化及燒損（2）脫碳（3）過熱（4）過燒（5）內(nèi)部裂紋任務(wù)1鍛造過程分析4.加熱設(shè)備根據(jù)熱源的種類分為火焰爐和電爐兩大類。任務(wù)1鍛造過程分析5.鍛后冷卻(1)空冷(2)堆冷(3)坑冷(4)灰砂冷(5)爐冷任務(wù)2自由鍛1.空氣錘

空氣錘是一種小型的自由鍛設(shè)備，主要用于小型鍛件的鐓粗、拔長、沖孔、彎曲等自由鍛工序，也可用于胎模鍛造。圖9-1空氣錘a)外形圖b)工作原理圖1—壓縮缸2—壓縮缸活塞3—連桿4—上錘頭5—活塞桿6—工作缸活塞7—工作缸8—轉(zhuǎn)閥2.自由鍛基本工序(1)拔長（3）沖孔和擴(kuò)孔(5)切斷(7)錯移(2)鐓粗(4)彎曲(6)扭轉(zhuǎn)(8)鍛接任務(wù)2自由鍛2.自由鍛基本工序(1)拔長任務(wù)2自由鍛圖9-2拔長a）平砧拔長b)型砧芯棒拔長2.自由鍛基本工序（3）沖孔任務(wù)2自由鍛2.自由鍛基本工序（3）擴(kuò)孔任務(wù)2自由鍛2.自由鍛基本工序(5)切斷任務(wù)2自由鍛(4)彎曲2.自由鍛基本工序(7)錯移(6)扭轉(zhuǎn)任務(wù)2自由鍛2.自由鍛基本工序(8)鍛接任務(wù)2自由鍛3.自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性任務(wù)2自由鍛鍛件上應(yīng)避免錐面和斜面的結(jié)構(gòu)圖9-10軸類鍛件結(jié)構(gòu)a)工藝性差b)工藝性好3.自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性任務(wù)2自由鍛圖9-11連桿類鍛件結(jié)構(gòu)a)工藝性差b)工藝性好鍛件上應(yīng)避免形成空間曲線3.自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性任務(wù)2自由鍛鍛件上應(yīng)盡量避免加強(qiáng)肋、凸臺、工字形截面或空間曲面圖9-12盤類零件結(jié)構(gòu)a)工藝性差b)工藝性好3.自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性任務(wù)2自由鍛圖9-13復(fù)雜件結(jié)構(gòu)a）工藝性差b)工藝性好鍛件結(jié)構(gòu)應(yīng)避免截面尺寸的急劇變化4．制訂自由鍛造工藝規(guī)程任務(wù)2自由鍛齒輪坯的自由鍛造工藝規(guī)程鍛件名稱齒輪坯工藝類別機(jī)器自由鍛材料45設(shè)備65kg空氣錘加熱火次1鍛造溫度范圍1150～800℃鍛件圖坯料圖序號工序名稱工序簡圖1鐓粗4．制訂自由鍛造工藝規(guī)程任務(wù)2自由鍛齒輪坯的自由鍛造工藝規(guī)程序號工序名稱工序簡圖2沖孔3整修外圓4整修平面5.自由鍛的鍛造缺陷任務(wù)2自由鍛常見自由鍛件的缺陷分析缺陷名稱主要特征產(chǎn)生原因表面橫向裂紋拔長時，鍛件表面及角部出現(xiàn)橫向裂紋1.坯料表面有缺陷,鍛造時進(jìn)一步擴(kuò)展2.冷卻速度過快，產(chǎn)生殘余應(yīng)力3.送進(jìn)量過大，當(dāng)相對送進(jìn)量LO/ho＞1時，鍛件表面和角部受拉應(yīng)力過大產(chǎn)生裂紋內(nèi)部橫向裂紋拔長時，鍛件內(nèi)部及中心出現(xiàn)橫向裂紋1．低溫區(qū)快速加熱2．送進(jìn)量過小,當(dāng)LO/ho＜0．5時，鍛造區(qū)出現(xiàn)雙鼓形中空縱裂拔長時，中心出現(xiàn)較長甚至貫穿的軸向裂紋1．加熱未透，內(nèi)部溫度過低2．未經(jīng)打成方形斷面，而直接由大圓形打成小圓形斷面，因此變形集中于上下表面，心部出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力，引起中心裂紋表面縱向裂紋鐓粗時，鍛件表面出現(xiàn)縱向裂紋受坯料心部大變形作用，外表面形成鼓形，存在切向拉應(yīng)力而形成裂紋十字裂紋拔長時，鍛件沿方形斷面對角線產(chǎn)生十字裂紋，多見于高合金鋼中當(dāng)LO/ho＞1時，如果坯料在同一部位反復(fù)重?fù)?，塑性低的鍛件會產(chǎn)生十字裂紋自行開裂鍛造后或熱處理后、或經(jīng)長時間后發(fā)生1．鍛造過程中已形成裂紋，熱處理使之加劇2．鍛件殘留應(yīng)力過大龜裂鍛件表面出現(xiàn)龜甲狀較淺裂紋1．鋼中銅、錫、砷、硫含量過多2．始鍛溫度過高白點鍛件內(nèi)部銀白色、灰白色圓形的裂紋，含Ni、Cr、Mo、W等合金鋼容易產(chǎn)生1．鋼中含氫量過高2．鍛后冷卻或退火工藝不合適任務(wù)3模鍛模型鍛造(簡稱模鍛)是在模鍛設(shè)備上利用鍛模對金屬材料進(jìn)行鍛造成形的一種工藝方法

模鍛與自由鍛比較有如下特點：

①生產(chǎn)率較高；

②模鍛件尺寸精確，加工余量?。?/p>

③可以鍛造形狀比較復(fù)雜的鍛件，如連桿、曲軸等；

④模鍛生產(chǎn)比自由鍛消耗的金屬材料少，切削加工工作量也少，有利于降低生產(chǎn)成本。1.錘上模鍛

錘上模鍛設(shè)備為模鍛錘，生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的是蒸汽-空氣模鍛錘。

錘上模鍛用的鍛模由上模和下模兩部分構(gòu)成。

根據(jù)模膛的作用分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。

具有一個模膛的鍛模為單模膛鍛模，具有兩個以上模膛的鍛模為多模膛鍛模。任務(wù)3模鍛1.錘上模鍛

根據(jù)模鍛件復(fù)雜程度的不同，變形所需要的模膛數(shù)量各異，可將鍛模設(shè)計成單模膛形式（左圖），也可設(shè)計成多模膛形式（右圖）。任務(wù)3模鍛2.胎模鍛

胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上用可移動的簡單鍛模(稱胎模)生產(chǎn)模鍛件的一種工藝方法。

胎模類型主要有扣模、筒模和合模三種。任務(wù)3模鍛圖9-16扣模2.胎模鍛任務(wù)3模鍛圖9-17筒模圖9-18合模3.特種模鍛

（1）精密模鍛精密模鍛(簡稱精鍛)是在模鍛設(shè)備上鍛出形狀復(fù)雜、尺寸精度高的鍛件的模鍛工藝。

（2）超塑性模鍛任務(wù)3模鍛工藝參數(shù)普通模鍛超塑性模鍛坯料加熱溫度／℃940940模具預(yù)熱溫度／℃480940變形速率／mm·s-l12．7～42．30．025平均單位壓力／MPa50．0～58．311．7模鍛工步41鍛件加工余量大很小鍛造鈦合金渦輪盤時超塑性模鍛和普通模鍛的對比3.特種模鍛

（3）液態(tài)模鍛任務(wù)3模鍛液態(tài)模鍛典型工藝流程示意圖任務(wù)4沖壓沖壓是通過模具使板料塑性成形以獲得零件的工藝方法沖壓生產(chǎn)設(shè)備任務(wù)4沖壓1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓1.板料沖壓的基本工序沖壓生產(chǎn)可以進(jìn)行很多種工序，其基本工序為分離工序和變形工序兩大類，所生產(chǎn)的零件統(tǒng)稱為沖壓件。（

（1）分離工序分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法。主要有落料、沖孔、切邊、剖切、修整等。其中又以沖孔、落料應(yīng)用最廣。任務(wù)4沖壓1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓圖9-20落料與沖孔

圖9-21沖裁變形過程

a)落料b)沖孔（1）分離工序1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓沖裁件斷面結(jié)構(gòu)（1）分離工序1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓沖裁模合理間隙值(汽車行業(yè))材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0．5極小間隙0．50．040．0600．040．0600．040．0600．040．0600．60．0480．0720．0480．0720．0480．0720．0480．0720．70．0640．0920．0640．0920．0640．0920．0640．0920．80．0720．1040．0720．1040．0720．1040．0640．0920．90．0900．1260．0900．1260．0900．1260．0900．1261．00．1000．1400．1000．1400．1000．1400．0900．1261．20．1260．1800．1320．1800．1320．180

1．50．1320．2400．1700．2400．1700．230

1．750．2200．3200．2200．3200．2200．320

2．00．2460．3600．2600．3800．2600．380

2．10．2600．3800．2800．4000．2800．400

2．50．3600．5000．3800．5400．3800．540

2．750．4000．5600．4200．6000．4200．600

3．00．4600．6400．4800．6600．4800．660

3．50．5400．7400．5800．7800．5800．780

4．00．6400．8800．6800．9200．6800．920

4．50．7201．0000．6800．9600．7801．040

5．50．9401．2800．7801．1000．9801．320

6．01．0801．4000．8401．2001．1401．500

6．58．0

0．9401．2001．3001．680

（1）分離工序1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓沖裁件的排樣（1）分離工序5)沖裁力的計算為了合理選擇設(shè)備，防止設(shè)備和模具損壞或浪費能源，避免安全事故的發(fā)生，需要正確計算沖裁力。平刃沖模的沖裁力按下式計算

F=KLtτ1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓圖9-24拉深工序1—坯料2—第一次拉深產(chǎn)品3—凸模4—凹模5—成品

（2）變形工序拉深工序1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓圖9-27彎曲工序圖9-28彎曲時的纖維方向

（2）變形工序彎曲工序1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓

（2）變形工序翻邊工序成形工序1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓

（2）變形工序汽車消音器沖壓工藝1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓鋼鋁復(fù)合汽車車門邊折疊工藝

（2）變形工序折疊工序1.板料沖壓的基本工序任務(wù)4沖壓奧迪Q3鋁發(fā)動機(jī)蓋成型工序1.板料沖壓的基本工序沖壓生產(chǎn)可以進(jìn)行很多種工序，其基本工序為分離工序和變形工序兩大類，所生產(chǎn)的零件統(tǒng)稱為沖壓件。（

（1）分離工序分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工藝方法。主要有落料、沖孔、切邊、剖切、修整等。其中又以沖孔、落料應(yīng)用最廣。任務(wù)4沖壓2.沖床及沖模沖床是最常用的沖壓設(shè)備，由電動機(jī)、帶減速系統(tǒng)、踏板、離合器、曲軸、連桿、滑塊、制動器等組成。

沖模即沖床的模具，分為凸模(又稱沖頭)和凹模，分別裝在滑塊的下端和工作臺上。按工序的組合方式可將沖壓模具分為簡單模、連續(xù)模和復(fù)合模三大類。任務(wù)4沖壓任務(wù)5其他壓力加工1.擠壓（1）擠壓工藝的特點1)可以提高金屬坯料的塑性；2)擠壓材料不僅有鋁、銅等塑性好的有色金屬，而且碳鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、不銹鋼及工業(yè)純鐵等也可用擠壓工藝成形。在一定的條件下，某些高碳鋼、軸承鋼、甚至高速鋼也可以進(jìn)行擠壓；3)可以擠壓出各種形狀復(fù)雜、深孔、薄壁、異型斷面的零件；4)零件的尺寸精度高；5)擠壓變形后提高了零件的力學(xué)性能；6)節(jié)約原材料。材料利用率達(dá)70％以上，生產(chǎn)效率也高于其它鍛造方法。任務(wù)5其他壓力加工1.擠壓（2）擠壓的分類a)正擠壓

b)反擠壓

c)復(fù)合擠壓

d)徑向擠壓1—凸模2—凹模3—料筒4—坯料2.軋制

軋制是用軋輥對坯料進(jìn)行連續(xù)變形的壓力加工方法，具有生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、成本低和材料消耗少等優(yōu)點。

汽車制造所應(yīng)用的鋼板和槽鋼等各種型材都來自于軋制。

根據(jù)軋輥軸線與坯料軸線方向的不同，軋制分為縱軋、橫軋、斜軋和楔橫軋等幾種。任務(wù)5其他壓力加工2.軋制任務(wù)5其他壓力加工

圖9-37輾環(huán)軋制1—驅(qū)動輥2—芯輥3—坯料

4—導(dǎo)向輥5—信號輥圖9-36輥鍛軋制1—軋輥2—模塊3—零件4—坯料

（1）縱軋1)輥鍛軋制

2)輾環(huán)軋制2.軋制