金屬壓力加工培訓(xùn)教材

13三月2024金屬壓力加工培訓(xùn)教材主要內(nèi)容：本篇重點(diǎn)：了解金屬塑性成型的理論基礎(chǔ)；掌握金屬的塑性成型方法及工藝；掌握薄板沖壓成形工藝，包括各種成形模具結(jié)構(gòu)、基本工序和典形零件的工藝制定。第9章金屬壓力加工基礎(chǔ)第10章常用的鍛造方法第11章板料沖壓第12章特種壓力加工方法簡(jiǎn)介3/13/2024概述一、金屬壓力加工（塑性成形或俗稱“打鐵”）金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法，也稱為壓力加工。二、塑性成形的基本生產(chǎn)方式5．模鍛

1．軋制2．?dāng)D壓3．拉拔4．自由鍛造6．板料沖壓3/13/2024

1．軋制3/13/2024軋制產(chǎn)品3/13/20242．?dāng)D壓施加強(qiáng)大壓力作用于模具，迫使放在模具內(nèi)的金屬坯料產(chǎn)生定向塑性變形并從模孔中擠出，從而獲得所需零件或半成品的加工方法。3/13/2024擠壓產(chǎn)品3/13/20243．拉拔將金屬坯料從拉撥模的模孔中拉出而變形的加工方法3/13/2024拉拔產(chǎn)品3/13/20244．自由鍛造上砥鐵下砥鐵坯料只用簡(jiǎn)單的通用性工具．或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需鍛件的鍛造方法。3/13/20245．模鍛利用模具使坯料變形而獲得所需鍛件的鍛造方法。3/13/20246．板料沖壓利用沖模對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件的工藝方法。3/13/20244.毛坯或零件的精度較高三、塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn)1．力學(xué)性能高1）組織致密；2）晶粒細(xì)化；3）壓合鑄造缺陷；4）正確選用零件的受力方向與纖維組織方向，可以提高零件的抗沖擊性能2．節(jié)約材料3．生產(chǎn)率高

金屬塑性成形主要是靠金屬的體積重新分配，而不需要切除金屬。

金屬塑性成形加工一般是利用壓力機(jī)和模具進(jìn)行成形加工。3/13/2024第9章塑性成型的理論基礎(chǔ)9.1金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)

9.2塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響9.3金屬的可鍛性

重點(diǎn)內(nèi)容：

1.金屬塑性成型的原理；2.纖維組織的形成及利用；3.金屬可鍛性及其影響因素。主要內(nèi)容3/13/2024上次課內(nèi)容的回顧常用的壓力加工生產(chǎn)方式：自由鍛、模鍛、板料沖壓、軋制、擠壓、拉拔型砂應(yīng)具備的性能：強(qiáng)度、透氣性、耐火性、退讓性特種鑄造鑄件壁厚的設(shè)計(jì)：（1）鑄件壁厚應(yīng)均勻、避免厚大截面1．鑄件的結(jié)構(gòu)圓角2．避免銳角連接3．厚壁與薄壁間的聯(lián)接要逐步過(guò)渡4．減緩筋、輻收縮的阻礙（2）鑄件壁的連接：3/13/2024第一節(jié)金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)

1.單晶體的塑性變形1）滑移：?jiǎn)尉w承受切應(yīng)力時(shí)，晶體會(huì)發(fā)生彈性變形，當(dāng)切應(yīng)力的數(shù)值超過(guò)某一臨界值時(shí)，晶體內(nèi)的一部分相對(duì)另一部分沿一定的晶面（稱滑移面）和晶向（稱滑移方向）發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。ττττ3/13/2024但實(shí)際金屬的滑移是靠位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際晶體內(nèi)部存在大量缺陷。其中，以位錯(cuò)對(duì)金屬塑性變形的影響最為明顯。由于位錯(cuò)的存在，部分原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。在比理論值低得多的切應(yīng)力作用下，處于高能位的原子很容易從一個(gè)相對(duì)平衡的位置上移動(dòng)到另一個(gè)位置上，形成位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，就實(shí)現(xiàn)了整個(gè)晶體的塑性變形。3/13/20242）孿生：晶體的一部分相對(duì)另一部分沿一定的晶面和晶向發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2.多晶體的塑性變形晶內(nèi)變形晶間變形滑移孿生滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)：晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿生；同時(shí)晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。3/13/2024第二節(jié)塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響1.金屬在常溫下經(jīng)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化：①晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)；②晶格與晶粒均發(fā)生畸變；③晶粒間產(chǎn)生碎晶。2.加工硬化：隨著變形程度的增加，其強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。有利：強(qiáng)化金屬材料不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來(lái)困難原因：滑移面附近的晶粒碎晶塊，晶格扭曲畸變，增大滑移阻力，使滑移難以進(jìn)行。3/13/20243.回復(fù)T回=（0.25~0.3）T熔(K)加工硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。對(duì)具有加工硬化現(xiàn)象的金屬加熱，使原子獲得熱能，當(dāng)加熱溫度T回(用K氏溫標(biāo))并使原子恢復(fù)正常排列，消除晶格扭曲，使加工硬化現(xiàn)象得到部分消除。經(jīng)過(guò)回復(fù)處理能使冷變形后的金屬在具備高強(qiáng)度的同時(shí)，減少脆性，適當(dāng)提高其塑性。注：開(kāi)爾文溫度（絕對(duì)溫度）(T)單位:開(kāi)爾文(K)換算關(guān)系:T=t+273℃3/13/2024對(duì)具有加工硬化現(xiàn)象的金屬加熱，使原子獲得熱能，當(dāng)加熱溫度T再(用K氏溫標(biāo))并使某些碎晶或雜質(zhì)為核心構(gòu)成新晶粒，從而消除了全部加工硬化現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)回復(fù)處理能使冷變形后的金屬恢復(fù)良好的塑性。4.再結(jié)晶T再=0.4T熔(K)3/13/2024金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖5.冷變形及熱變形（1）冷變形：在再結(jié)晶溫度以下的變形；冷變形后金屬?gòu)?qiáng)度、硬度較高，低粗糙度值。但變形程度不宜過(guò)大，否則易裂。（2）熱變形：再結(jié)晶溫度以上變形。變形具有強(qiáng)化作用，再結(jié)晶具有強(qiáng)化消除作用。在熱變形時(shí)無(wú)加工硬化痕跡。3/13/20241、將鑄錠加熱進(jìn)行壓力加工后，由于金屬經(jīng)過(guò)塑性變形及再結(jié)晶，從而改變了粗大的鑄造組織，獲得細(xì)化的再結(jié)晶組織。2、同時(shí)鑄錠中的氣孔、縮松等經(jīng)熱塑變形后被壓實(shí)或焊合在一起，使金屬組織更加致密，其力學(xué)性能會(huì)有很大提高。3、鑄錠在壓力加工中產(chǎn)生塑性變形時(shí)，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀。這種結(jié)構(gòu)叫纖維組織。具有纖維組織的金屬，各個(gè)方向上的力學(xué)性能不相同。順纖維方向的力學(xué)性能比橫纖維方向的好。金屬壓力加工大多屬熱變形，具有再結(jié)晶組織，熱加工后組織性能變化：3/13/20246.纖維組織變形程度越大，纖維組織越明顯。壓力加工中常用鍛造比y來(lái)表示變形程度。拔長(zhǎng)時(shí)鍛造比y拔=A0/A鐓粗時(shí)鍛造比y鐓=H0/H纖維組織很穩(wěn)定，不能（難以）用熱處理方法來(lái)消除。只有經(jīng)過(guò)鍛壓來(lái)改變其方向、形狀。鑄錠熱變形前后的組織3/13/2024在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合，最大切應(yīng)力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。（1）在平行于纖維組織的方向上：材料的抗拉強(qiáng)度提高（2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的抗剪強(qiáng)度提高螺栓的冷鐓3/13/2024第三節(jié)金屬的可鍛性一、可鍛性金屬材料在壓力加工時(shí)成形的難易程度?？慑懶缘膬?yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合評(píng)定的。1.可鍛性的衡量指標(biāo)*1）塑性：2）變形抗力：材料的塑性越好，其可鍛性越好。材料的變形抗力越小，其可鍛性越好。

塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形，而不破壞其完整性的能力。

變形抗力是指金屬對(duì)變形的抵抗力。2.影響可鍛性的因素金屬的可鍛性取決于材料的性質(zhì)(內(nèi)因)和加工條件(外因)。3/13/20241）金屬的本質(zhì)（內(nèi)在因素）①化學(xué)成分：純金屬的可鍛性比合金好；有些元素可使可鍛性顯著下降（如鉻，鎢，釩等）。鋼的含碳量越低，可鍛性越好。②組織狀態(tài)：純金屬和固溶體具有良好的可鍛性。2）加工條件（外在因素）①變形溫度：T溫越高，材料的可鍛性越好。溫度↑→原子的運(yùn)動(dòng)能力↑→容易滑移→塑性↑→變形抗力↓→可鍛性改善.過(guò)熱：超過(guò)一定溫度，晶粒急劇長(zhǎng)大，鍛造性能↓，機(jī)械性能↓。已過(guò)熱工件可通過(guò)鍛造，控制冷卻速度，熱處理，使晶粒細(xì)化。過(guò)燒：接近材料熔化溫度，晶間的低熔點(diǎn)物質(zhì)開(kāi)始熔化，且晶界上形成氧化層。金屬失去鍛造性能，一擊便碎，無(wú)法挽回。3/13/2024始鍛溫度：終鍛溫度：過(guò)熱、過(guò)燒缺陷加工硬化45:1200℃~800℃②變形速度

：?jiǎn)挝粫r(shí)間的變形程度。加工硬化積累↑→塑性↓，變形抗力↑，可鍛性變差變形熱效應(yīng)↑→塑性↑，變形抗力↓，可鍛性變好變形速度↑塑性、變形抗力塑性變形抗力變形速度對(duì)塑性及變形抗力的影響3/13/2024③應(yīng)力狀態(tài)：（1）三向應(yīng)力中，壓應(yīng)力數(shù)目愈多，則塑性越好；拉應(yīng)力數(shù)目愈多，則塑性越差。（2）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)下引起的變形抗力。3/13/2024第十章鍛造第一節(jié)鍛造方法金屬塑性成型方法主要分為無(wú)模自由成型(也稱為自由鍛)和模膛塑性成型(也稱為模鍛)。只用簡(jiǎn)單的通用性工具．或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需鍛件的鍛造方法。一、自由鍛造優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備工具簡(jiǎn)單、通用性大，成本低，工藝靈活性，使用范圍廣，特別適用于單件、小批量生產(chǎn)。自由鍛是大型件唯一的鍛造方法。缺點(diǎn)：生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鍛件精度差、表面粗糙、加工余量大。3/13/2024自由鍛分自由鍛分為手工自由鍛和機(jī)器自由鍛兩種，目前大多采用機(jī)器鍛造。（1）手工自由鍛：使用鍛錘（空氣錘和蒸汽-空氣自由鍛錘），依靠產(chǎn)生的沖擊力使金屬坯料變形，由于能力有限，只用來(lái)鍛造中、小型鍛件。（2）機(jī)器自由鍛：使用液壓機(jī)（水壓機(jī)和油壓機(jī)），依靠產(chǎn)生的靜壓力使金屬坯料變形。其中，水壓機(jī)可產(chǎn)生很大作用力，能鍛造質(zhì)量達(dá)300t的鍛件，是重型機(jī)械廠鍛造生產(chǎn)的主要設(shè)備。3/13/20241、自由鍛的工序基本工序：使金屬坯料實(shí)現(xiàn)較大變形，達(dá)到或基本達(dá)到鍛件所需形狀和尺寸的工序。主要包括：鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)等。輔助工序：進(jìn)行基本工序之前的預(yù)變形工序。如壓鉗口、倒棱、壓肩等。精整工序：在完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸及位置精度的工序。如修整鼓形、平整端面、校直彎曲。3/13/20242、自由鍛基本工序（1）鐓粗定義：使坯料高度減小，橫截面積增大的鍛造工序，若使材料局部截面增大則為局部鐓粗。鐓粗后坯料表面將成鼓形。適用：1）鍛造高度小、截面大的餅塊、盤套類的工件。2）空心鍛件沖孔前的端面平整。3）增加桿類零件拔長(zhǎng)時(shí)的鍛造比。注意：為防止鐓粗時(shí)產(chǎn)生彎曲，坯料的高徑比為：1.5≤H0/D0≤2.53/13/2024當(dāng)鐓粗時(shí)的H0/D0>2.5~3時(shí)3/13/2024（2）拔長(zhǎng)定義：使坯料橫截面積減小，長(zhǎng)度增加的鍛造工序。適用鍛造軸類、桿類工件。注意：1）拔長(zhǎng)的送進(jìn)量應(yīng)小于坯料寬度；2）拔長(zhǎng)矩形坯料時(shí)，要不斷將坯料翻轉(zhuǎn)90°，以免偏心與彎曲；3）將圓形斷面坯料拔長(zhǎng)為圓形斷面鍛件時(shí)，應(yīng)先拔長(zhǎng)為較大截面的方坯，再拔長(zhǎng)為小方坯，最后滾圓成圓棒；4）為達(dá)到規(guī)定的鍛造比和改變金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，鍛制以鋼錠為坯料的鍛件時(shí)，拔長(zhǎng)經(jīng)常與鐓粗交替反復(fù)使用。3/13/2024芯軸拔長(zhǎng)

拔長(zhǎng)套筒類的空心鍛件時(shí)，要使用一定錐度的芯棒，稱為芯軸拔長(zhǎng)。3/13/2024（3）沖孔定義：使坯料具有通孔或盲孔的鍛造工序。注意：1）主要用于帶孔的餅塊類鍛件及長(zhǎng)筒類鍛件的成形；2）孔徑大于400mm，采用空心沖子沖孔；3）薄餅類鍛件上的孔在墊環(huán)上進(jìn)行單面沖孔；4）孔徑小于25mm，不沖出；5）圓環(huán)類鍛件，沖孔后還應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)孔；6）為了保證沖孔質(zhì)量，應(yīng)先將坯料鐓粗并使端面平整，常用方法：鐓粗—沖孔；鐓粗—沖孔—擴(kuò)孔。3/13/2024芯軸擴(kuò)孔減小空心坯料的壁厚而增大其內(nèi)、外徑的鍛造工序，稱為芯軸擴(kuò)孔。3/13/2024（4）彎曲定義：使坯料彎成規(guī)定外形的鍛造工序。

3/13/2024（5）錯(cuò)移定義：使坯料的一部分相對(duì)于另一部分平移錯(cuò)開(kāi)的鍛造工序，用來(lái)鍛造曲拐或曲軸、麻花鉆等工件。

3/13/20242、自由鍛件結(jié)構(gòu)工藝性（1）盡量避免錐體和斜面結(jié)構(gòu)鍛造工藝復(fù)雜操作不方便成形困難降低設(shè)備的使用率軸類鍛件結(jié)構(gòu)3/13/2024（2）鍛件應(yīng)由簡(jiǎn)單的幾何體組成（避免圓柱與圓柱面相交(相貫線）)桿類鍛件結(jié)構(gòu)3/13/2024上次課內(nèi)容的回顧回復(fù)——溫度高，消除格扭曲，消除部分加工硬化。再結(jié)晶——溫度到該金屬熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的0.4倍時(shí)，消除全部加工硬化。冷變形及熱變形——再結(jié)晶溫度（上、下）具有纖維組織的金屬，各個(gè)方向上的力學(xué)性能不相同。順纖維方向的力學(xué)性能比橫纖維方向的好。盡量使纖維組織不被切斷。加工硬化：強(qiáng)度和硬度上升而塑性下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。有利：強(qiáng)化金屬材料不利：進(jìn)一步的塑性變形帶來(lái)困難原因：滑移面附近的晶粒碎晶塊，晶格扭曲畸變，增大滑移阻力，使滑移難以進(jìn)行。上次課內(nèi)容的回顧避免錐體和斜面結(jié)構(gòu)幾何體間的交接處不應(yīng)形成空間曲線常用的鍛造方法:自由鍛和模鍛自由鍛是大型件唯一的鍛造方法。自由鍛基本工序:鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、扭轉(zhuǎn)、切割等。金屬的可鍛性可鍛性的優(yōu)劣是以金屬的塑性和變形抗力來(lái)綜合評(píng)定的（3）鍛件設(shè)計(jì)應(yīng)避免出現(xiàn)加強(qiáng)筋、凸臺(tái)等異形結(jié)構(gòu)盤類鍛件結(jié)構(gòu)(a)工藝性差的結(jié)構(gòu)(b)工藝性好的結(jié)構(gòu)3/13/2024（4）避免鍛打橫截面有急劇變化或形狀復(fù)雜的鍛件,可分段鍛造，再用機(jī)械連接或焊接組成整體。組合類鍛件結(jié)構(gòu)3/13/20243、鍛件分類及基本工序方案（1）盤類零件鍛造工序：鐓粗（或拔長(zhǎng)及鐓粗），沖孔（2）軸類零件鍛造工序：拔長(zhǎng)（或鐓粗及拔長(zhǎng)），切肩和鍛臺(tái)階3/13/2024（3）筒類零件鍛造工序：鐓粗（或拔長(zhǎng)及鐓粗），沖孔，在心軸上拔長(zhǎng)（4）環(huán)類零件鍛造工序：鐓粗（或拔長(zhǎng)及鐓粗），沖孔，在心軸上擴(kuò)孔3/13/2024（5）曲軸類零件鍛造工序：拔長(zhǎng)（或鐓粗及拔長(zhǎng)），錯(cuò)移，鍛臺(tái)階，扭轉(zhuǎn)（6）彎曲類零件鍛造工序：拔長(zhǎng)，彎曲3/13/2024二、模鍛模鍛是利用模具使坯料變形而獲得所需鍛件的鍛造方法。特點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高；2）鍛件的尺寸精度和表面質(zhì)量高；3）材料利用率高；4）可鍛造形狀較復(fù)雜的零件；5）模具成本高、設(shè)備昂貴；6）鍛件不能任意大。一般不得超過(guò)150kg。固定模鍛生產(chǎn)設(shè)備

蒸氣–空氣模鍛錘曲柄壓力機(jī)摩擦壓力機(jī)平鍛機(jī)模鍛按使用設(shè)備的不同，可分為：固定模鍛（錘上模鍛、壓力機(jī)上模鍛）和胎模鍛。3/13/2024蒸氣–空氣模鍛錘3/13/2024曲柄壓力機(jī)行程不能調(diào)節(jié)不能拔長(zhǎng)和滾擠；每個(gè)變形工步在一次行程中完成。3/13/2024摩擦壓力機(jī)

螺桿與滑塊非剛性連接，承受偏心能力差；滑塊行程、打擊能量可自動(dòng)調(diào)節(jié)。3/13/2024平鍛機(jī)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)傳到6曲軸后，一方面通過(guò)主滑塊8帶動(dòng)10凸模作縱向運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)凸輪19帶動(dòng)側(cè)滑塊17，經(jīng)杠桿系統(tǒng)16帶動(dòng)活動(dòng)凹模14橫向運(yùn)動(dòng)3/13/20241、錘上模鍛（1）鍛模結(jié)構(gòu)鍛模模膛飛邊槽橋部倉(cāng)部—形成鍛件基本形狀和尺寸的空腔?！菁{多余的金屬?！黾咏饘倭鲃?dòng)的阻力，促使金屬充滿模膛。錘上模鍛所用的鍛模飛邊槽3/13/2024單模膛鍛模及其固定1—下模2—上模3—錘頭4—模座5—上模用楔6—上模用鍵7—下模用楔8—下模用鍵9—模座楔10—砧座A—坯料B—變形C—帶飛邊的鍛件D—切下的飛邊E—鍛件

3/13/2024（2）模膛的分類模膛模鍛模膛制坯模膛預(yù)鍛模膛終鍛模膛拔長(zhǎng)模膛滾壓模膛彎曲模膛切斷模膛1)預(yù)鍛模膛a、預(yù)鍛模膛的功用使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸,減少終鍛變形量,以保證終鍛時(shí)獲得成形飽滿、無(wú)折疊、裂紋或其它缺陷的優(yōu)質(zhì)鍛件。

對(duì)于形狀簡(jiǎn)單或批量不大的模鍛件可不設(shè)置預(yù)鍛模膛。3/13/2024b、預(yù)鍛模膛的特征預(yù)鍛模膛沒(méi)有毛(飛)邊槽,模鍛斜度和圓角半徑較大。c、飛邊槽的作用容納多余的金屬增加充型力3/13/2024a、終鍛模膛的功用用來(lái)完成鍛件的最終成形。b、終鍛模膛的特征終鍛模膛有毛(飛)邊槽,模鍛斜度和圓角半徑較小。2)終鍛模膛終鍛后在孔內(nèi)留下一薄層金屬，稱為沖孔連皮。3/13/2024彎曲連桿鍛造過(guò)程彎曲連桿鍛造過(guò)程彎曲連桿模鍛模膛3/13/20242、胎模鍛在自由鍛設(shè)備上，采用不與上、下砧相連接的活動(dòng)模具生產(chǎn)模鍛件的方法。胎模鍛一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中成型。1）胎模鍛與自由鍛相比,胎模鍛件具有:形狀和尺寸靠模具來(lái)保證。尺寸精度和表面質(zhì)量高,加工余量小。纖維分布合理,內(nèi)部組織致密,鍛件質(zhì)量較高。操作簡(jiǎn)便,生產(chǎn)率較高。2.胎模鍛與錘上模鍛相比,胎模鍛具有:生產(chǎn)工藝適應(yīng)性較好,操作靈活。胎模結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單,制造容易,制造周期短,成本較低。不需要昂貴的設(shè)備,能用小設(shè)備鍛制大鍛件,適合中小批量生產(chǎn)。3/13/20241.扣模胎膜按其結(jié)構(gòu)大致可分為扣模、套模及合模三種類型。（1）用來(lái)對(duì)坯料進(jìn)行全部或局部扣形，以生產(chǎn)長(zhǎng)桿類非回轉(zhuǎn)體鍛件；（2）為合模鍛造進(jìn)行制坯；（3）用扣模鍛造時(shí)坯料不轉(zhuǎn)動(dòng)。3/13/20242.筒模筒模主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等盤類鍛件。3/13/20243.合模合模由上模和下模組成，并有導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可生產(chǎn)形狀復(fù)雜精度較高的非回轉(zhuǎn)體鍛件。3/13/20243、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性

1）必須有一個(gè)合理的分模面。①分模面應(yīng)保證模鍛件能從模腔中取出來(lái)；②分模面的選擇應(yīng)使模膛淺而對(duì)稱；③分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；④分模面應(yīng)最好是平直面。分模面的定義：上下模鍛在模鍛件上的分界面。分模面的選擇原則：3/13/2024必須有一個(gè)合理的分模面3/13/20242）只對(duì)機(jī)件配合面進(jìn)行機(jī)加工。3）一定要有模鍛斜度和圓角。3/13/20244）外形力求簡(jiǎn)單,平直和對(duì)稱,避免零件截面間差別過(guò)大,例如：薄壁、高筋、凸起等。3/13/20245）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)，只能設(shè)計(jì)余塊，鍛后機(jī)械加工成形。3/13/20246）簡(jiǎn)化模鍛工藝,采用鍛–焊組合工藝。3/13/2024第二節(jié)錘上模鍛工藝規(guī)程的制定

制訂錘上模鍛工藝規(guī)程：（1）繪制鍛件圖：（a）選擇分模面（b）確定余量、公差和敷料（c）確定模鍛斜度（d）確定圓角半徑（2）計(jì)算坯料的質(zhì)量和尺寸（3）模鍛工序的選擇（4）制定修整工序3/13/2024第二節(jié)鍛造工藝規(guī)程的制定

一、繪制鍛件圖1）分模面的選擇①分模面應(yīng)保證模鍛件能從模腔中取出來(lái)；②分模面的選擇應(yīng)使模膛深度?。ɡ诮饘偬畛浜腿〖虎鄯帜Ｃ娴倪x擇應(yīng)使模膛對(duì)稱（易于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模）；④分模面的選擇應(yīng)使鍛件上所加敷料最少；分模面的選擇原則：⑤分模面應(yīng)最好是平直面。3/13/20242）確定加工余量、公差和敷料加工余量：1~4mm公差：0.3~3mm1）加工余量：在零件加工表面上為機(jī)械加工而增加的尺寸。3）敷料(余塊)

:為了簡(jiǎn)化零件的形狀和結(jié)構(gòu)、便于鍛造而增加的一部分金屬。2）公差：鍛件的實(shí)際尺寸與名義尺寸之間所允許的偏差?？讖叫∮?0mm時(shí)，一般不直接鍛出。3/13/20243）設(shè)計(jì)模鍛斜度外壁斜度：5~70內(nèi)壁斜度：7~1204）設(shè)計(jì)模鍛圓角內(nèi)圓角：r=1.5~12mm外圓角：R=（2~3）r鍛件所有兩平面的交角處都應(yīng)做成圓角，可以易于充滿模膛，避免尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛件外尖角處的磨損。模膛越深，圓角半徑越大。為方便鍛件脫模，鍛件沿錘擊方向應(yīng)有一定的斜度。模膛越深，斜度越大。內(nèi)側(cè)斜度比外側(cè)稍大些。3/13/20245）確定沖孔連皮（1）孔徑d大于25mm的通孔應(yīng)鍛出，但需留沖孔連皮。（2）當(dāng)孔徑d=30~80mm時(shí)，沖出連皮的厚度s=4~8mm。（3）孔徑d小于25mm或孔深大于沖頭直徑3倍時(shí),只壓出凹穴。模鍛只能鍛出盲孔，不能鍛出通孔。具有通孔的鍛件，不可能靠上、下模模膛的突起部分將沖孔處的金屬全部擠掉，故終鍛后在鍛件孔內(nèi)總要留下一層薄金屬，稱沖孔連皮。3/13/2024上述各參數(shù)確定后，便可繪制鍛件圖。下圖為齒輪坯的模鍛鍛件圖。雙點(diǎn)劃線為零件輪廓外形，分模面選在鍛件高度的中部。零件輪輻部分不加工，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。3/13/2024坯料質(zhì)量模鍛件質(zhì)量+毛邊質(zhì)量+氧化損失坯料截面積(0.6～1.0)鍛件最大部分截面積二、計(jì)算坯料的質(zhì)量和尺寸

三、模鍛工序的選擇1）長(zhǎng)軸類鍛件的基本工步:拔長(zhǎng);滾擠;彎曲;預(yù)鍛;終鍛等。2）餅塊類鍛件的基本工步:鐓粗制坯(拔長(zhǎng);滾擠;打扁);終鍛等。3/13/20243/13/2024切邊校正沖孔四、制訂修整工序3/13/2024第十一章沖壓

板料沖壓：利用沖模對(duì)金屬板料施加壓力，使其產(chǎn)生分離或變形獲得所需零件的工藝方法。板料沖壓一般是在冷態(tài)下進(jìn)行的，所以又叫冷沖壓。只有當(dāng)板厚超過(guò)8～10mm時(shí)，才采用熱沖壓。板料沖壓具有下列特點(diǎn)：①便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)率很高，操作簡(jiǎn)便。②節(jié)省原材料，節(jié)省能源消耗。③產(chǎn)品重量輕、強(qiáng)度高、剛性好。④產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，互換性好，可以加工形狀復(fù)雜的零件。3/13/20242.沖床：板料沖壓生產(chǎn)中的主要設(shè)備。安裝上模具用于沖裁、彎曲、拉深和成形等沖壓工序。1.剪床：把板料剪成一定寬度的條料，以供下一道沖壓工序用的下料設(shè)備。1）斜刃剪2）平刃剪3）圓盤剪1）開(kāi)式?jīng)_床2）閉式?jīng)_床板料沖壓的設(shè)備主要是剪床和沖床。3/13/2024第一節(jié)分離工序

沖裁：板料沿封閉輪廓分離的工序分離工序：使坯料的一部分相對(duì)另一部分產(chǎn)生分離的工序。板料沖壓的基本工序可分為分離工序和變形工序兩大類。一、沖裁

沖裁包括落料和沖孔兩個(gè)具體工序。成形工序：拉深、彎曲、脹形和翻邊分離工序：剪切、落料、沖孔和修整落料：被分離的部分為成品，而周邊是廢料；沖孔：被分離的部分為廢料，而周邊是成品;3/13/2024相同：1、模具結(jié)構(gòu)；2、坯料變形過(guò)程。問(wèn)題：沖孔和落料有何異同？3/13/2024上次課內(nèi)容的回顧終鍛模膛：沿模膛四周有飛邊槽，用以增加金屬?gòu)哪Ｌ胖辛鞒龅淖枇?，促使金屬充滿模膛，同時(shí)容納多余的金屬。終鍛后在孔內(nèi)留下一薄層金屬，稱為沖孔連皮。固定模鍛:預(yù)鍛模膛、終鍛模膛、制坯模膛模鍛圓角半徑鍛件上所有轉(zhuǎn)角處都應(yīng)做成圓角。一般內(nèi)圓角半徑應(yīng)大于其外圓半徑。模鍛斜度、加工余量、圓角、沖孔連皮基本工序：分離工序、變形工序分離工序：如落料、沖孔、切斷、精沖等模鍛只能鍛出盲孔，不能鍛出通孔。3/13/20241）沖裁的變形過(guò)程3/13/2024沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素

塌角(圓角帶）a：它是在沖裁過(guò)程中刃口附近的材料被牽連拉入變形（彎曲和拉伸）的結(jié)果。光面（光亮帶）b：它是在塑性變形過(guò)程中凸模（或凹模）擠壓切入材料，使其受到剪切應(yīng)力τ和擠壓應(yīng)力σ的作用而形成的。毛面（斷裂帶）c：它是由于刃口處的微裂紋在拉應(yīng)力σ作用下不斷擴(kuò)展斷裂而形成的。毛刺d：沖裁毛刺是在刃口附近的側(cè)面上材料出現(xiàn)微裂紋時(shí)形成的。要提高沖裁件的質(zhì)量，就要增大光面的寬度，縮小塌角和毛刺高度，并減少?zèng)_裁件翹曲。沖裁件斷面的質(zhì)量主要與凸凹模間隙、刃口鋒利程度有關(guān)，同時(shí)也受模具結(jié)構(gòu)、材料性能及板料厚度等因素影響。3/13/2024a(小）b（好）c（大）當(dāng)間隙過(guò)小時(shí)，如（圖a）所示，凸模刃口裂紋外錯(cuò)，沖裁件產(chǎn)生第二次剪切，出現(xiàn)第二光亮帶，塌角、毛刺都有所減小，工件質(zhì)量較高，模具壽命下降。當(dāng)間隙過(guò)大時(shí)，如（圖c）所示，凸模刃口裂紋內(nèi)錯(cuò)，沖裁件產(chǎn)生第二次拉裂，光亮帶減小，塌角與毛刺增大，沖裁件質(zhì)量下降，模具壽命較高。當(dāng)間隙合適時(shí)，如（圖b）所示，這時(shí)光亮帶約占板厚的1/2～1/3左右，切斷面的塌角和毛刺、斷裂帶均很小。零件的尺寸幾乎與模具一致，完全可以滿足使用要求。凸凹模間隙對(duì)沖裁件質(zhì)量的影響沖裁間隙（Z）Z=D—dZ=（5%~10%）t（t為板厚）3/13/20241）設(shè)計(jì)落料模時(shí)，以凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn)，根據(jù)間隙的大小確定凸模尺寸。（凹模尺寸等于落料件的尺寸）D凹=d落D凸=D凹–Z2）設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，以凸模刃口尺寸作為基準(zhǔn)，根據(jù)間隙的大小確定凹模尺寸。（凸模尺寸等于沖孔件的尺寸）D凸=d孔D凹=D凸+Z落料—凹模尺寸應(yīng)取落料件公差范圍內(nèi)的最小極限尺寸沖孔—凸模尺寸應(yīng)取沖孔件公差范圍內(nèi)的最大極限尺寸凸凹模刃口尺寸的確定在沖裁件尺寸的測(cè)量和使用中，都是以光面的尺寸為基準(zhǔn)。落料件的光面是凹模刃口擠切材料產(chǎn)生的孔的光面是凸模刃口擠切材料產(chǎn)生的3/13/2024沖裁件排樣要合理排樣：沖裁件在條料、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。落料件的排樣有兩種類型：無(wú)搭邊排樣和有搭邊排樣。3/13/2024（N）精密沖裁：改變沖裁條件，以增大變形區(qū)的靜水壓作用，抑制材料的斷裂，使塑性剪切變形延續(xù)到剪切的全過(guò)程，在材料不出現(xiàn)剪裂紋的沖裁條件下實(shí)現(xiàn)材料的分離，從而得到斷面光滑而垂直的精密零件。k—安全系數(shù)（1.3）L—沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）t—坯料厚度（mm）

—坯料的抗剪強(qiáng)度（N/mm2）沖裁力計(jì)算精密沖裁3/13/2024第二節(jié)變形工序

外緣修整內(nèi)孔修整修整可提高其尺寸精度（

IT6-IT7

），降低表面粗糙度（Ra=1.6-0.8

）。利用修正模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，切掉剪裂帶和毛刺。二、修整使坯料的一部分相對(duì)一部分產(chǎn)生位移而不被破壞的工序。（拉深、彎曲、翻邊、成形等）3/13/20241）拉深變形過(guò)程1.拉深（拉延）變形區(qū)在一拉一壓的應(yīng)力狀態(tài)作用下，使坯料在凸模的作用下壓入凹模，獲得空心零件的沖壓工序。拉深過(guò)程及變形特點(diǎn)：凸模和凹模有一定的圓角，其間隙一般稍大于板料厚度。拉深件的底部一般不變形，厚度基本不變。直壁厚度有所減小。3/13/2024因直壁（ABDC區(qū)）受軸向拉應(yīng)力，直壁的厚度有所減小，而直壁與底部之間的過(guò)渡圓角處減薄最嚴(yán)重，易開(kāi)裂凹模外的環(huán)形區(qū)受徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力，因切向壓應(yīng)力作用，法蘭的厚度有所增加，易失穩(wěn)起皺。拉深過(guò)程中的變形和應(yīng)力在凸模作用下，位于凸模底部的板料（ABO區(qū)）被拉入凸模和凹模的間隙中，形成中空的筒底。筒底受徑向和切向拉應(yīng)力，這部分板料基本不變形，只起傳力作用。3/13/20242）拉深缺陷①拉裂（拉穿）：當(dāng)拉應(yīng)力值超過(guò)材料的強(qiáng)度極限時(shí)，拉深件直壁與底部的過(guò)渡圓角處將被拉穿形成廢品。

②起皺：在凹模圓角處，切向壓應(yīng)力過(guò)大，板料過(guò)薄，易失穩(wěn)產(chǎn)生起皺。3/13/20243）預(yù)防拉深缺陷采取的措施①凸凹模的工作部分必須具有一定的圓角；

r凹=10tr凸=（0.6~1）r凹②凸凹模間隙要合理

Z=（1.1~1.2）t（Z—單邊間隙）③正確選擇拉深系數(shù)（m）多次拉深拉深件直徑d與坯料直徑D的比值稱為拉深系數(shù)，用m表示，即m=d/D。它是衡量拉深變形程度的指標(biāo)。m越小，表明拉深件直徑越小，變形程度越大，坯料被拉入凹模越困難，易產(chǎn)生拉穿廢品。拉深系數(shù)不小于0.5～0.8。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。3/13/2024第一次拉深系數(shù)m1=d1/D第二次拉深系數(shù)m2=d2/d1第幾次拉深系數(shù)mn=dn/dn-1總的拉深系數(shù)m=m1×m2×mn當(dāng)m<0.5時(shí)，采用多次拉深工藝，每一兩次中間安排退火，以消除加工硬化，多次拉深時(shí)m應(yīng)逐漸遞增。

總拉深系數(shù)值等于各次拉深系數(shù)的乘積。例：已知坯料直徑D=100mm，工件直徑d=20mm，求拉深次數(shù)及工藝。解：m=d/D=20/100=0.2<0.5

不能一次拉深成形，須多次拉深。

m1=d1/D=50/100=0.5

m2=d2/d1=30/50=0.6

m3=d3/d2=20/30=0.66

因?yàn)槊坷钜淮?，材料就產(chǎn)生加工硬化，所以必須使

m3>m2>m1，且超過(guò)1~2次拉深后，應(yīng)安排工序間的退火處理。3/13/2024④涂潤(rùn)滑油：為了減少摩擦、降低拉深件壁部的拉應(yīng)力和減小模具的磨損，拉深時(shí)通常要加潤(rùn)滑劑或?qū)ε髁线M(jìn)行表面處理。⑥增加毛坯相對(duì)厚度（δ/D）和拉深系數(shù)：相對(duì)厚度越小或拉深系數(shù)越小，越容易起皺。⑤設(shè)置壓邊圈3/13/20242.彎曲將平直板料彎成一定角度或圓弧的工序。1）彎曲的變形特點(diǎn)

①變形區(qū)域主要在圓角部位；

②外層金屬受拉應(yīng)力，內(nèi)層金屬受壓應(yīng)力。

2）彎曲缺陷：彎曲部位破裂

引起彎曲部位破裂的因素：

材料的強(qiáng)度偏低：

彎曲半徑太??；

彎曲軸線與纖維方向不垂直；3/13/20243）防止彎曲件缺陷的方法①合理選擇彎曲半徑

彎曲半徑r≥rmin=（0.25~1）t

如要r<rmin時(shí)，需多次彎曲或熱彎。

②彎曲線應(yīng)盡量與坯料纖維方向垂直

如要彎曲線與纖維方向一致應(yīng)增大彎曲半徑。③凸、凹模比成品件小一回彈角

在彎曲結(jié)束后，由于彈性變形的恢復(fù)，板料略微彈回一點(diǎn)，使被彎曲的角度增大，此現(xiàn)象稱為回彈。一般回彈角為0~10度。3/13/20243.翻邊、成形1）翻邊翻邊是在坯料的平面部分或曲面部分上，使板料沿一定的曲率翻成豎立邊緣的沖壓成型方法。包括：內(nèi)孔翻邊和外緣翻邊。2）成形包括：起伏、脹形、壓印等

起伏：在板料表面通過(guò)局部變薄獲得各種形狀的凸起與凹陷的成形方法

脹形：通過(guò)模具，并利用塑性物質(zhì)或液體使空心件或管狀壞料，在徑向擴(kuò)脹成形的方法。3/13/2024102舉例：

汽車消音器后蓋的沖壓工序

（a）落料；

（b）第一次拉深；

（c）第二次拉深；

（d）第三次拉深；

（e）沖底孔；

（f）內(nèi)孔翻邊；

（g）外緣翻邊；

（h）切口。3/13/2024第三節(jié)沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性

沖壓方法對(duì)結(jié)構(gòu)工藝性的要求

1）對(duì)沖裁件的要求①?zèng)_裁件的形狀應(yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，有利于材料的合理利用；

②應(yīng)避免細(xì)長(zhǎng)槽和細(xì)長(zhǎng)臂結(jié)構(gòu)，否則使模具制造困難，降低模具壽命。利用率低利用率高3/13/2024工序圓弧角最小圓角半徑黃銅、紫銅、鋁低碳鋼合金鋼落料0.24×t0.35×t0.30×t0.50×t0.45×t0.70×t沖孔0.20×t0.45×t0.35×t0.60×t0.50×t0.90×t沖裁件最小圓角半徑③沖裁件的內(nèi)外轉(zhuǎn)角處，應(yīng)盡量避免尖角角處應(yīng)力集中被沖模沖裂。④沖裁件孔的尺寸（如孔徑、孔距）必須考慮材料的厚度。3/13/20242）對(duì)彎曲件的要求①?gòu)澢男螤顟?yīng)力求簡(jiǎn)單、對(duì)稱，并考慮材料纖維方向；②彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑，以免成型過(guò)程中彎裂；③彎曲邊過(guò)短不易彎成型，故應(yīng)使彎曲邊高度H>2t；若H＜2s，則必須壓槽，或增加彎曲邊高度，然后加工去