材料成形技術基礎郭成塑性成形技術.ppt

1、第6章 塑性成形技術,塑性成形技術可分為板料成形和體積成形兩大類。板料成形是對金屬板料在室溫下加壓以獲得所需形狀和尺寸零件的成形方法，習慣上稱為沖壓或冷沖壓。體積成形是指對金屬塊料、棒料或厚板在高溫或室溫下進行成形加工的方法，塑性成形方法分類見表6-1。,表6-1 基本塑性形成方法分類,6.1 板料成形方法及其模具,6.1.1 沖裁,1)沖裁加工特點 (1)沖裁過程 如圖所示，沖裁包括彈性變形、塑性變形和斷裂分離三個階段。,(2)主要變形區(qū),如圖所示，沖裁加工時，板料的主要變形區(qū)是以凸模與凹模刃口連線為中心的紡錘形區(qū)域。變形區(qū)的大小與材料特性、模具間隙和約束條件等因素有關。,a ) v場 b)

2、 u場 圖63 變形區(qū)云紋圖,（3）變形區(qū)應力狀態(tài),圖6-4顯示了無壓料沖變形區(qū)的應力狀態(tài)，由于刃口側面的軸向應力為拉應力，故裂紋往往先從側面產生，形成毛刺。,圖64 變形區(qū)應力狀態(tài),（4）沖裁力行程曲線,圖6-5顯示沖裁力行程曲線?？梢姡苄圆牧显谧畲蠹羟辛χ螽a生裂紋，低塑性材料在剪切力上升階段就產生了裂紋。在合理間隙( ）條件下，裂紋產生到斷裂，沖裁力急劇下降。小間隙時，會產生二次剪切，使沖裁力下降緩慢，嚴重時會在力的下降階段產生局部回升。,（5）沖裁件斷面特征,沖裁件斷面由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺四部分組成。圓角帶是刃口附近板料彎曲和伸長變形的結果，是變形區(qū)對這部分坯料作用而產生的

3、。光亮帶是在側壓力作用下板料相對滑移的結果。由于裂紋的產生一般在刃口側面，故在普通沖裁加工中總有毛刺產生。,圖6-6 沖裁件斷面特征,2）主要工藝參數,沖裁加工時，變形區(qū)集中在凸模與凹模刃口連線為中心的狹窄區(qū)域。凸模與凹模間隙的微小變化對變形區(qū)大小及變形區(qū)內材料所受應力狀態(tài)都有很大影響。因此，凸、凹模間隙c 是沖裁工藝計算及模具設計中的主要工藝參數。一般，合理間隙值為材料厚度的510。,6.1.2 彎曲 1）彎曲變形特點（1）彎曲變形過程 圖6-7顯示了V形件彎曲變形過程。包括彈性彎曲，彈塑性彎曲、塑性彎曲和校正彎曲四個階段。,圖6-7 彎曲變形過程,圖6-8 彎曲變形區(qū),圖6-9 彎曲變形區(qū)

4、及應力狀態(tài)變化,（2）主要變形區(qū) 如圖所示。板料主要變形區(qū)是曲率發(fā)生變化的圓角部分。此處，原正方形網格變成了扇形。在圓角區(qū)，板料內層受壓縮短，外層受拉伸長。由內、外層表面至板料中心，各層的縮短和伸長程度不同，變形是極不均勻的。在縮短和伸長層之間存在一長度不變的應變中性層。,（3）變形區(qū)應力、應變狀態(tài) 應力、應變狀態(tài)與板料相對寬度有關。 時，稱為窄板，彎曲時，寬度方向上材料可自由變形，沿寬度方向的應力近似為零，變形區(qū)處于平面應力和立體應變狀態(tài)； 板料稱為寬板，彎曲時，寬度方向變形阻力較大，彎曲后板寬基本不變。故沿寬度方向應變近似為零，變形區(qū)處于平面應變和立體應力狀態(tài)。,圖6-10 變形區(qū)應力、應

5、變狀態(tài),（4）彎曲力行程曲線 圖6-11顯示了彎曲時的力行程曲線。從曲線中可以看出，板料首先發(fā)生彈性彎曲，之后進入彈塑性和塑性彎曲。在此階段，變形程度增大，硬化加劇，但與此同時變形區(qū)范圍減小，故彎曲力基本不變或略有減小。當凸、凹模與板料貼合并進行校正彎曲時，彎曲力將急劇增大。,圖6-11 彎曲力-行程曲線,（5）彎曲件尺寸與厚度變化特征 以中性層為界，外層受拉伸長而厚度減薄，內層受壓縮短使板料增厚。在r/t4時，中性層位置內移。結果使外層拉伸變薄區(qū)擴大，內層壓縮增厚區(qū)減小，外層的減薄量大干內層的增厚量，從而使板料變薄，總長度有所增加。,2）主要工藝參數 彎曲加工中，相對彎曲半徑r/t反映彎曲變

6、形程度，當r/t(r/t)min時，彎曲件會開裂；r/t大時，回彈嚴重，制件形狀與尺寸難控制。生產中，r/t是彎曲工藝計算和模具設計最主要工藝參數。（r/t)min表示彎曲加工極限。,6.1.3 拉深 1）拉深變形特點（1）拉深變形過程 如圖6-12所示，凸模與毛坯接觸時，毛坯首先彎曲，與凸模圓角接觸處的材料發(fā)生脹形。凸模繼續(xù)下降，法蘭部分坯料在切向壓應力、徑向拉應力作用下通過凹模圓角向直壁流動，進行拉深變形。拉深是彎曲、脹形、拉深的變形過程。,圖6-12 拉深變形過程,（2）主要變形區(qū) 如圖6-13所示，拉深成形件可分為底部、壁部和法蘭三個部分。在拉深過程中，底部為承力區(qū)，很少發(fā)生變形。壁部

7、為傳力區(qū)，也是已變形區(qū)。法蘭部分是拉深的主要變形區(qū)。,圖6-13 拉深件的區(qū)域劃分,（3）變形區(qū)應力、應變狀態(tài) 如圖6-13所示，在拉深過程中，主要變形區(qū)坯料所受應力、應變狀態(tài)為：切向應力和應變均為負；徑向應力和應變均為正；在有壓邊存在時，厚向應力為負，應變?yōu)檎?（4）拉深力行程曲線 由圖6-14可見，變形初到中期，硬化使拉深力增大的速度超過法蘭面積減小使拉深力降低的速度，拉深力增加。二者對于拉深力增、減速度影響處于均衡的瞬時，力達到最大值。此后，面積減小使拉深力降低的速度超過加工硬化使拉深力增大的速度，拉深力下降。,圖6-14 拉深力-行程曲線,（5）拉深變形規(guī)律 圖6-15顯示了毛坯幾何

8、尺寸和板料成形工序類型的關系。由圖可見，若毛坯底部帶有底孔時，坯料在外力作用下可能產生拉深、脹形和內孔翻邊三種形式的變形。坯料進行哪種形式的變形由金屬的變形規(guī)律所決定，即金屬的變形對應于最低的載荷值。,圖6-15 拉深變形規(guī)律,2)主要工藝參數 拉深系數md/D或它的倒數拉深比RD/d反映了拉深變形程度。當 或 時，制件會開裂。在生產中，m或R是進行工藝計算和模具設計的最主要工藝參數。mmin或Rmax表示拉深的加工極限。一般而言，圓筒形件的首次極限拉深系數mmin為0.5左右。,6.1.4 脹形1）脹形變形特點(1)脹形變形過程 如圖6-16，凸模與毛坯接觸，凹模圓角處坯料發(fā)生彎曲。同時，凸

9、模底部毛坯產生脹形變形。坯料屈服后硬化，變形向外擴展。隨后，材料全部進入塑性變形。脹形變形是彎曲、局部脹形以及由于加工硬化，貼模面積增加，脹形向外擴展的過程。,圖6-16 脹形變形過程,（2）主要變形區(qū) 如圖6-16所示，在脹形變形過程中，毛坯被帶有凸筋的壓邊圈壓緊，變形區(qū)被限制在凸筋以內的局部區(qū)域內。與拉深不同，脹形時，變形區(qū)是在不斷擴大的。,（3）變形區(qū)應力、應變狀態(tài) 如圖6-17所示，在變形區(qū)內，坯料在雙向拉應力作用下，沿切向和徑向產生伸長變形，厚度變薄，表面積增大。生產中的起伏成形、壓凸包、壓筋、圓柱形空心毛坯的鼓肚成形、波紋管及平板毛坯的張拉成形等都屬于脹形成形。,圖6-17 脹形變

10、形區(qū)應力、應變狀態(tài),(4)脹形力行程曲線 與拉深不同，脹形時變形區(qū)是在不斷擴大的。因此，脹形變形的力行程曲線是單調增曲線，產生破裂時，脹形力達到最大值。脹形破裂也屬于強度破裂。,(5)脹形變形規(guī)律 如圖6-15所示，在無凸筋強制壓邊的條件下，坯料也會產生脹形變形。此時，脹形變形的性質和脹形在整個工序中所占的比例與毛坯尺寸有關。當毛坯的外徑足夠大、內徑較小時，拉深與內孔翻邊變形阻力大于脹形變形阻力，變形的性質由脹形來決定。,圖6-15 拉深變形規(guī)律,如圖6-18所示，當相對法蘭直徑比 時，法蘭處進行拉深變形的阻力大于底部脹形變形所需的力，工序性質屬于脹形。與拉深加工相同，除了毛坯幾何尺寸外，壓邊

11、力大小、潤滑和摩擦條件、模具的形狀與幾何尺寸等因素也會在不同程度上影響到工序的變形性質。,2)主要工藝參數 脹形工序種類繁多，表示脹形變形程度的參數也不相同。 在生產中，常用工程應變: (壓筋：l0原始長度，l變形后弧長)、脹形深度:h(壓凸包)脹形系數:K=dmax/d(圓柱空心件脹形，dmax脹形后最大直徑，d圓筒毛坯直徑)等參數來表示脹形變形程度。,制件出現裂紋或縮頸時的最大參數 max、hmax、和Kmax作為脹形變形的加工極限。,6.1.5 翻邊1）翻邊變形特點(1)翻邊變形過程 如圖6-19a，帶圓孔的環(huán)形毛坯被壓邊圈壓緊，當滑塊下行時，板料產生彎曲的同時，底孔不斷擴大，凸模下材料

12、向側面轉移，直到完全貼靠凹模形成直立豎邊。翻邊變形過程實質是彎曲、擴孔和翻邊的變形的過程。,圖6-19 翻邊變形過程與變形區(qū)應力、應變狀態(tài),（2）主要變形區(qū) 如圖6-19a所示，內孔翻邊時，主要變形區(qū)被限制在凹模圓角以內的(dd0)環(huán)形區(qū)域內。與拉深成形相同，在內孔翻邊過程中，變形區(qū)在不斷縮小。,（3）變形區(qū)應力、應變狀態(tài) 由圖6-19b，變形區(qū)應力狀態(tài)為雙向拉應力狀態(tài)?？走吘壧?，板料徑向可自由變形，故 為零而 達最大值。與脹形變形不同，內孔翻邊成形時，在雙向拉應力作用下，板料沿圓周方向伸長，板厚減薄，但因厚度減薄量小于圓周方向的伸長量，故徑向收縮。,（4）內孔翻邊力行程曲線 在翻邊變形過程中

13、，由于變形區(qū)的減少和加工硬化對擴孔、翻邊力的相反效果，力行程曲線與拉深時類似，也會出現由上升到下降的起伏形狀。,圖6-20 翻邊力-行程曲線,（5）翻邊變形規(guī)律 如圖6-15所示，當毛坯外徑足夠大，預制孔徑也較大時，拉深變形和脹形變形阻力大于擴孔變形阻力，變形的性質由擴孔和翻邊來決定。摩擦與潤滑條件、壓邊力、模具的幾何形狀等因素也會在不同程度上影響到工序的變形性質及翻邊在整個成形過程中所占的比例。,2）主要工藝參數 翻邊系數Kf=d0/d反映了翻邊加工的變形程度。當KfKfmin時，翻邊件會產生破裂。在生產中，翻邊系數Kf是進行翻邊工藝計算和模具設計的最主要工藝參數。Kfmin表示內孔翻邊的加

14、工極限。,6.1.6 復合成形 指同時或分先后具有兩種或兩種以上變形性質的沖壓工序。前面論述的沖裁、彎曲、拉深、脹形、翻邊都是最基本的沖壓工序。嚴格地說，幾乎所有的沖壓工序都是由基本工序以不同的方式和不同的比例組合起來的復合成形工序。,在加工球面、錐面和拋物面等曲面形狀的零件，矩形盒和寬法蘭拉深件，汽車、拖拉機上的許多覆蓋件和一些復雜形狀的零件時，很難確定其占主導地位的沖壓工序性質，我們稱這類零件為復合成形件。,在復合成形加工中，掌握金屬的變形規(guī)律，控制金屬的流動及變形模式的轉換，把握問題的主要方面是決定工序成敗及制件質量的關鍵。在生產中、復合成形的加工極限通常由起主導作用成形工序的加工極限和

15、材料的復合成形性能來決定。,然而，因為影響沖壓加工和金屬變形的因素較多，故在難以識別占主導地位的沖壓工序性質時，目前，還主要靠人們的直覺和經驗來進行判斷，有時需要反復的試驗。,1）半球形件的變形特點（1）半球形件的變形過程 球面形狀零件的成形過程為：彎曲、脹形、脹形拉深復合成形、拉深成形的變形過程。一般而言，對這類零件，確定其成形過程中脹形占主導地位、還是拉深占主導地位是有一定難度的。所以，我們稱這類成形為脹形拉深復合成形。,a） b）初始狀態(tài)與變形過程 c) 應力、應變狀態(tài) 圖6-21（1） 球面零件的變形過程,c),(2)主要變形區(qū) 與拉深變形集中在法蘭部分，平板毛坯脹形變形集中在凹模圓角

16、以內的局部不同，半球形件的變形區(qū)為整個坯料。,(3)變形區(qū)的應力、應變狀態(tài) 如圖6-21c所示，在整個毛坯中，徑向應力均為拉應力， 0；應變?yōu)樯扉L應變， 0。切向應力由拉應力逐漸變?yōu)閴簯?，在毛坯中心部位為拉應力?0；在靠近凹模的口部和法蘭部分為壓應力， 0。中間存在 0 的分界圓，在變形過程中，這個分界圓的位置是變化的。,同樣，從毛坯中心到法蘭部分，厚向應變由壓縮應變， 0，逐漸過渡到伸長應變， 0。坯料由底部變薄過渡到法蘭變厚。 0 的分界圓將變形區(qū)分成了伸長類變形和壓縮類變形兩個部分。底部坯料變薄的區(qū)域屬伸長類變形區(qū)，而法蘭部分坯料增厚域屬壓縮類變形區(qū)。,（4）半球形件的變形規(guī)律 根據

17、選擇準則（最適當的解對應于最低的載荷值）和最小阻力定律（當變形體的質點有可能沿不同方向移動時，則每一點沿最小阻力方向移動），只有當脹形變形阻力和拉深變形阻力相等時，才會同時產生脹形和拉深變形。,在半球面零件的成形過程中，變形模式發(fā)生了轉變。這種轉變的遲早，以及脹形和拉深在整個成形中所占的比例除了與材料的性能有關外，還與毛坯的尺寸、模具參數和潤滑條件等因素有關。,2）復合度與復合成形性能 從成形角度和成形性的角度來看，復合的含義是不同的。 從成形角度看，如圖6-21(2)，復合成形由凸模頭部坯料脹形成分 和流入量 ，即拉深成分構成。對脹形和拉深成分的判別，可按斷面線長 和 來區(qū)分，也可按面積 和

18、 來區(qū)分?？捎脧秃隙葋肀硎久浶位蚶钤谡麄€變形中所占的比例。,圖6-21（2） 復合成形的構成,脹形復合度: 或 拉深復合度： 或,從復合成形性角度看，不能單純根據復合度大小來確定占主導地位成形工序的性質。從破裂來看，脹形成分小于拉深成分，也會造成制件破裂；從起皺來看，即使有少量的拉深變形，也可能會使制件產生折皺。即使脹形成分大，但脹形成分隨材料不同變化很小時，對破裂加工極限的影響就小。因此，還應考慮由于材料不同而引起拉深和脹形成分的變化率。,6.1.7 典型沖壓模具結構1）典型沖壓模具結構組成 各種類型沖模復雜程度不同，所含零件各有差異。根據零件的作用，典型沖壓模具由如下五部分組成：（1）工

19、作零件；（2）定位零件；（3）壓料、卸料和頂料零件；（4）導向零件；（5）固定零件,1導柱；2導套；3擋料銷；4模柄；5凸模；6上模板； 7凸模固定板；8剛性卸料板；9凹模；10下模板 圖6模1 導柱式簡單落料模,2）典型沖壓模具的組合方式 按沖壓工序的組合方式可分為：單工序模：在壓力機一次沖壓行程內，完成一道沖壓工序的模具。 復合模：在壓力機一次行程內，在模具一個工位上完成兩道以上沖壓工序的模具。級進模（連續(xù)模）：在壓力機一次沖程內，在模具不同工位上完成多道沖壓工序的模具。,圖6模-2 墊圈復合沖裁模（倒裝）,表6-2 多工序組合復合模示例,圖6模-3 落料拉深沖孔復合模,圖6模4 落料沖孔

20、級進模,表6-3 多工序組合級進模示例,6.1.8 沖壓工藝及模具設計的內容和步驟 1）典型沖壓工藝設計的內容和步驟 圖6-22顯示了玻璃升降器外殼沖壓件的形狀和尺寸，該零件的材料為08鋼，板厚1.5mm，中批量生產。現以此零件為例簡要介紹其沖壓工藝設計的內容和步驟。,（1）沖壓件工藝性分析 該零件為一帶法蘭的成形件，其主要形狀和尺寸可由拉深、沖孔和翻邊工序獲得。作為拉深成形件，其相對法蘭直徑比df /d和相對高度比h/d都比較合適。,配合尺寸公差等級高，為IT1112級，底部及口部的圓角半徑R1.5mm偏小，應在拉深之后加整形工序，采用精度高、間隙小的模具。 區(qū)段可用多種方法成形，由于高度尺

21、寸21mm公差等級低，可采用簡單沖孔、翻邊來實現。翻邊孔尺寸公差要求較高，翻邊模的精度應相應提高。,三個小孔 與翻邊孔之間有形位公整要求，故從沖裁工藝性來看，應以內徑 定位，用高精度(IT7級以上)沖裁模在一道工序中同時沖出。,（2）工藝方案的確定a、工藝方案分析 該件基本工序為拉深工序。法蘭上三個小孔由沖孔工序完成。 區(qū)段既可由拉深、切底獲得，又可由預沖孔、翻邊來實現，這需由工藝計算來確定。計算可知，此件能由沖孔后直接翻邊成形。,b、毛坯直徑計算及拉深次數確定 根據表面積不變原則，算得毛坯直徑D=65mm。計算出相關參數，查資料可知該件需兩次拉深，考慮到需要整形的具體情況，確定采用三道拉深。

22、第三道拉深兼作整形工序。,c、工藝方案的比較與確定 提出了五種方案，經分析比較后，確定采用的方案是：落料與首次拉深復合二次拉深三次拉深（帶整形）沖底孔翻邊（帶整形）沖三個小孔修邊（3）編制工藝卡片,2）沖壓模具設計的內容和步驟 在進行模具設計之前，必須作好設計資料的準備和審查工作。這些資料主要包括：,沖壓件的圖樣及技術條件； 原材料的尺寸規(guī)格、力學性能和成形性能； 生產綱領(批量)； 設備型號、規(guī)格、技術參數及使用說明書； 模具制造條件及技術水平； 各種技術、模具標準、工藝文件和設計手冊。,主要設計內容和步驟如下：（1）根據沖壓工藝設計選定模具種類，確定模具結構形式。（2）計算確定模具壓力中心

23、。（3）計算確定模具閉合高度。（4）關鍵零件強度計算及彈簧、橡皮等彈性零件的計算和選用。（5）選擇沖壓設備。（6）繪制模具總圖，列出零件明細表，繪制模具零件圖，提出各項技術要求。,1凸模；2凹模；3上模板；4下模板；5模柄；6壓板； 7壓板；8卸料板；9導板；10定位銷；11套筒；12導柱 簡單沖模,1凸凹模；2拉深凸模；3壓板（卸料器）；4落料凹模；5頂出器； 6條料；7擋料銷；8坯料；9拉深件；10零件；11切余材料 落料拉深復合模,1落料凸模；2定位銷；3落料凹模；4沖孔凸模； 5沖孔凸模；6卸料板；7坯料；8成品；9廢料 連續(xù)沖模,6.2 體積成形方法及其模具,6.2.1 鍛造,在加壓

24、設備及工（模）具作用下，通過金屬體積轉移和分配獲得機器零件或毛坯的塑性成形方法稱為鍛造。鍛造多在熱態(tài)下進行，故也稱為熱鍛。 1)鍛造成形方法分類及工藝流程 （1）鍛造成形方法分類,按所用工具，分為自由鍛和模鍛。自由鍛:使用自由鍛設備及通用工具，如砧子、型砧、胎模等，使坯料變形獲得所需幾何形狀及內部質量鍛件的鍛造方法稱為自由鍛。其基本工序有鐓粗、拔長、沖孔和錯移等。,模鍛:利用模具使坯料變形獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛。 按設備，模鍛可分為錘上模鍛和壓力機上模鍛。此外，模鍛還有開式模鍛與閉式模鍛、普通模鍛和精密模鍛之分。 錘上模鍛包括制坯、預鍛和終鍛等工步，而制坯工步又可分為鐓粗、拔長、滾擠、彎曲

25、、卡壓和成形等。,(2)鍛造工藝流程 指生產一個鍛件所經過的鍛造生產過程。不同類型的鍛件，鍛造工藝流程不樣。同一鍛件，使用不同設備，工藝流程也有所不同。以模鍛為例，其鍛造工藝流程是：下料、加熱、模鍛、切邊、沖孔熱校正、熱處理、清理、冷校正和檢驗。其中模鍛是基本工序。,2)自由鍛基本工序及主要工藝參數（1）鐓粗及其變形特點 鐓粗是使毛坯高度減少，截面增大的工序。鐓粗工序主要用于鍛制齒輪、法蘭等餅類鍛件。圖6-23顯示了坯料在平砧間鐓粗的情況。由圖中可見，鐓粗時，平砧對坯料整體加載。,圖623 平砧鐓粗,a.變形區(qū)域劃分 根據子牛面上網格變化情況，可將鐓粗毛坯分成三個區(qū)域。I區(qū)稱為難變形區(qū)；區(qū)稱為

26、大變形區(qū)。區(qū)稱為小變形區(qū)。變形是極不均勻的。,圖624 鐓粗毛坯的區(qū)域劃分,b.變形區(qū)應力應變狀態(tài) 大變形區(qū)(區(qū))受三向壓應力作用,產生縱向壓縮、切向和徑向伸長的變形。 由于不均勻變形的結果，小變形區(qū)（區(qū)）產生切向附加拉應力。嚴重時會引起開裂。,c.不均勻變形引起組織不均勻、產生鼓凸d.力-行程曲線呈單調增趨勢e.鐓粗變形與毛坯尺寸關系密切,圖625 高徑比對鐓粗的影響 a)失穩(wěn)彎曲 b）雙鼓形 c)較均勻變形 d)難變形區(qū)相遇,（2）拔長及其變形特點 拔長是使毛坯橫截面減小，長度增加的工序。該工序主要用于制造軸類鍛件或為后道工序制坯。 圖6-26顯示了拔長操作過程。由圖中可見，拔長工序由坯料

27、送進、局部變形和沿軸線旋轉90度等操作完成。,圖626 拔長操作順序,a.變形受兩端不變形金屬的影響 拔長時對坯料局部加載，其變形區(qū)的變形和金屬流動與鐓粗相近，但又有區(qū)別。其變形受兩端不變形金屬的影響。當送進量l 0.5h 時，上部和下部變形大，中部變形小，中間部分鍛不透（圖6-27）。由于不均勻變形的結果，心部沿軸向會產生附加應力，使鍛件質量下降。,圖627 矩形坯料拔長產生的應力與變形,b.金屬變形規(guī)律 當送進量 l 大于坯料寬度 a 時，金屬多沿寬度方向流動，長度增加少；當 l 小于 a 時，金屬多沿軸向流動，軸向伸長量大（圖6-28）。因此，適當減少送進量可提高拔長效率。但送進量太小時

28、，軸心會產生軸向附加拉應力，又會影響鍛件質量。,圖628 矩形坯料拔長時金屬的流動特點 a)大送進量la b)小送進量la,(3)主要工藝參數 在鐓粗工序中，鍛件的變形程度用相對壓下量或工程應變來表示。在開坯或拔長時，變形程度用鍛造比K表示。生產中還常用高徑比（鐓粗），相對送進量（拔長）等工藝參數來判斷成形的難易程度，控制鍛造質量和效率。,相對壓下量：鍛造比:高徑比:相對送進量:,3)模鍛變形工步及模鍛變形特點(1)模鍛變形工步 模鍛時，坯料在鍛模的一系列模膛中變形，坯料在每一模膛中的變形過程稱為模鍛工步，工步的名稱和所用模膛的名稱一致。,根據形狀不同，鍛件可分為餅類鍛件和軸類鍛件。餅類鍛件的

29、軸線與打擊方向平行，而軸類鍛件的軸線與打擊方向垂直。圖6-29顯示這兩類鍛件的模鍛過程。在模鍛過程中，模鍛工步根據其作用不同可分為制坯工步、模鍛工步和切斷工步三類。,圖629 模鍛工藝過程,制坯工步的作用是改變原毛坯的形狀，合理地分配材料以適應鍛件橫截面的要求，使金屬能較好地充滿模膛。 模鍛工步包括預鍛工步和終鍛工步，其作用是使坯料形成最終鍛件所需要的形狀和尺寸。,（2）錘上模鍛的變形特點a.變形的階段性特征 圖6-30是圓餅類鍛件開式模鍛變形過程示意。由圖知，模鍛過程可分為三個階段：第一階段為鐓擠階段，第二階段為充填階段，第三階段為打靠階段。,圖630 開式模鍛的變形過程及變形區(qū)應力、應變狀

30、態(tài) a)鐓擠階段 b)充填階段 c)打靠階段,b.變形區(qū)應力、應變狀態(tài) 變形區(qū)應力、應變狀態(tài)如圖630所示 。由圖中可見，不同變形階段，變形區(qū)的應力和應變狀態(tài)是有區(qū)別的。在鐓擠階段，、區(qū)的切向應力和應變要變號。、區(qū)之間存在一分流層；在充填階段 ，分流層將外移。,c.鍛造成形力行程曲線 圖6-31顯示了鍛造成形力-行程曲線。可見，力-行程曲線呈單調增趨勢，鍛造結束時，成形力達到最大值。模鍛時力-行程曲線呈現出明顯的階段性特征，后期成形力急劇增大。,圖631 鍛造成形力行程曲線 a)自由鍛 b)模鍛,（3）壓力機上模鍛的變形特點a. 壓力機上模鍛時，金屬沿水平方向的流動強烈（圖6-32） 錘上模鍛

31、時，金屬流動速度快，摩擦系數降低、金屬流動的慣性和變形的熱效應作用突出，對靠擠入方式成形的鍛件成形有利。壓力機上模鍛時，金屬流動速度慢、慣性作用不明顯，對主要靠擠入方式成形的鍛件，應采用多模膛模鍛使坯料逐步成形。,圖632 熱模鍛壓機及模鍛錘上的變形情況 a)鐓擠階段 b)充填階段 c)打靠階段,b.壓力機上模鍛具有靜壓力特征 金屬在模膛內流動緩慢，這對變形速度敏感的低塑性合金材料的成形有利。金屬變形在滑塊一次行程中完成，坯料內外層幾乎同時變形，變形深透均勻、流線分布連續(xù)、鍛件各處力學性能一致性較好。這有利于提高鍛件的內部質量，鍛件的尺寸精度也高。,4)典型鍛模結構 模鍛可分為錘上模鍛和壓力機

32、模鍛，相應的模具也可簡單分為錘上鍛模和壓力機鍛模。,(1)錘上鍛模結構 錘上鍛模結構如圖633所示，它由上、下模組成;上、下模分別通過楔鐵和鍵塊固定在錘頭下端和模座的燕尾槽內。模鍛成形時，上、下模合在一起，金屬在模膛內成形。按照模膛的作用不同，分為制坯模膛、模鍛模膛和切斷模膛。,1坯料 2鍛造中的坯料 3帶飛邊和連皮的鍛件 4飛邊和連皮 5鍛件 圖633 鍛模結構及工作過程示意圖,(2)汽車連桿錘鍛模具設計的步驟和內容a.鍛件圖設計 模鍛件圖是確定模鍛生產過程、制定工藝、設計和制造鍛模、檢驗鍛件的依據。鍛件圖分為熱鍛件圖和冷鍛件圖。 圖6-34是汽車連桿的零件圖。圖6-35是根據產品零件圖設計

33、的冷鍛件圖。,圖634 連桿零件圖,圖635 連桿鍛件圖,冷鍛件圖用于鍛件檢驗，也是機械加工部門制訂加工工藝的依據，一般簡稱鍛件圖。鍛件圖設計的內容包括：選擇分模面的位置和形狀；確定加工余量和公差；確定模鍛斜度和圓角半徑；制定鍛件技術條件；繪制鍛件圖。,b. 計算鍛件的基本參數 主要包括鍛件在水平面或分模面上的投影面積、鍛件周邊長度、鍛件體積和重量等。c. 確定鍛錘的噸位 根據鍛件在水平面上的投影面積與假定飛邊水平投影面積之和，按經驗公式計算打擊力并選用鍛錘。,d.確定飛邊槽的型式和尺寸 根據所確定鍛錘的噸位，分析連桿鍛件圖的結構特點即可選定飛邊槽的型式，確定其基本尺寸。e.終鍛模膛(熱鍛件圖

34、)設計 主要內容是繪制熱鍛件圖或稱制模用鍛件圖。圖6-36是根據鍛件圖增加1.5冷縮率繪制而成的連桿熱鍛件圖。,圖636 熱鍛件圖（制模用鍛件圖）,f.預鍛模膛設計 由于件形狀復雜需設置預鍛模膛。預鍛模膛在叉部采用了劈料臺。預鍛模膛與終鍛模膛不同之處均在熱鍛件圖上作了注明。,g.繪制計算毛坯圖 圖6-37是根據零件形狀特點，選取13個截面，分別計算鍛件截面積S鍛、計算毛坯截面積S計和計算毛坯上任一截面的邊長a計（采用圓型棒料時為直徑d0）繪出的連桿截面圖和計算毛坯圖。一般根據冷鍛件圖作計算毛坯圖。截面圖和計算毛坯圖是選用制坯工步的依據。,圖637 連桿的截面圖和計算毛坯圖,h.選擇制坯工步 本

35、例中計算毛坯為兩頭一桿，簡化成兩個筒單的計算毛坯，由制坯工步的設計和參數確定采用拔長開式滾壓制坯工步。模鍛工藝方案確定為拔長開式滾壓預鍛終鍛。,i. 確定坯料尺寸 由截面圖和計算毛坯圖確定坯料（方坯）的邊長a坯45mm，根據坯料體積即可計算出坯料長度l坯123mm。由實際生產情況，根據坯料的重量和長度選用調頭模鍛，一料兩件，料長取為246mm。,j.制坯模膛設計 參考有關文獻和設計資料，根據計算毛坯圖來設計滾壓模膛和拔長模膛。根據實際生產情況和經驗對個別尺寸和模具參數作適當修改。,k. 錘鍛模結構設計 進行鍛模結構設計并繪制鍛模圖。錘鍛模的結構設計一般包括模具緊固方式的選擇、模膛的布置、錯移力

36、平衡與導向設計、模具強度校核、模具尺寸確定等幾方面的內容。圖6-38顯示了一套典型的汽車連桿錘用鍛模圖。,圖638 連桿錘用鍛模圖,（3）熱模鍛壓力機用鍛模結構及其特點 圖6-39是熱模鍛壓力機連桿鍛模?？梢妷毫C用鍛模是由模架（包括上、下模板，緊固零件，定位調整零件，墊板和壓板等）、模塊、導向裝置和頂出器等4部分組成。與錘上鍛模相比，熱模鍛壓力機用鍛模結構有如下一些特點：,圖639 連桿錘用鍛模圖,a. 采用通用模架的組合結構鍛模 常用的模架有壓板式模架和鍵式橫架兩種。鍵式模架通用性強，折裝、調整方便，但墊板、鍵等零件加工精度高。模塊分整體式和鑲塊式兩種。上、下模塊可分為兩塊或其中一個分為兩

37、塊，一塊為模座，一塊為加工出模膛的鑲塊。,b. 采用多模膛模鍛使坯料逐步成形 由于行程固定，只能完成截面變化不大(1015)的制坯操作。拔長和滾壓等制坯工步需要在其它設備上進行。,c. 設有導向裝置 鍛模采用雙導柱、導套裝置。d. 終鍛模膛設有排氣孔和頂出裝置e. 模具閉合高度受壓機裝模高度限制,6.2.2 擠壓,坯料在封閉模腔內受三向不均勻壓應力作用，從模具的孔口或縫隙擠出，使之橫截面積減小，形成所需制品的加工方法稱為擠壓。,1）擠壓成形方法及其分類 按成形溫度，擠壓分為熱擠壓、溫擠壓和冷擠壓三類。其中，熱擠壓主要用于大型鋼錠，以獲得具有相當長度的棒材或各種型材的半成品；溫擠壓和冷擠壓則主要

38、采用小型坯料，可獲得成品零件或只需進行少量機加工的半成品。,根據金屬流動方向與凸模運動方向的關系，擠壓成形又可分為正擠壓、反擠壓和復合擠壓。,a) 正擠壓 b) 反擠壓 c) 復合擠壓 1.凸模; 2.凹模; 3毛坯; 4)擠壓件;5)頂料桿 圖640 基本擠壓方式,正擠壓:金屬流動方向與凸模運動方向相同；反擠壓:金屬流動方向與凸模運動方向相反；復合擠壓:一部分金屬流動方向與凸模運動方向相同，另一部分金屬流動方向與凸模運動方向相反。,2)擠壓成形的特點（1）變形過程及擠壓力行程曲線 圖6-41是正擠壓變形過程示意。圖6-42顯示了與其對應的擠壓力行程曲線。由圖中可見，擠壓變形過程是坯料被鐓粗充

39、滿模腔，穩(wěn)定擠壓和不穩(wěn)定擠壓的變形過程，變形具有明顯階段性特征。,a) 初始階段 b) 充滿階段 c) 穩(wěn)定擠壓階段 d)非穩(wěn)定擠壓階段 圖641 基本擠壓方式,a) 正擠壓 b) 反擠壓,（2）區(qū)域劃分及變形區(qū)應力、應變狀態(tài) 圖6-43顯示了正擠壓坯料區(qū)域劃分及主要變形區(qū)應力、應變狀態(tài)。圖中扇形點劃線，按變形情況將坯料分為、四個區(qū)域。,圖643 區(qū)域劃分及變形區(qū)應力、應變狀態(tài),區(qū)為彈性變形區(qū)，凸模下降時，金屬將逐漸進入塑性變形；區(qū)為正擠壓的主要變形區(qū)；區(qū)被稱作“死區(qū)”，不參與塑性變形，與區(qū)交界處產生速度間斷和很大的切應力。坯料高度小、摩擦阻力小時，該區(qū)可進行少量變形；區(qū)為已變形區(qū)，由于與凹模

40、有摩擦作用，該區(qū)對區(qū)的變形會有影響。,按受力情況，圖中虛線將坯料分為A和B兩個區(qū)。A區(qū)是直接受力區(qū)；B區(qū)為間接受力區(qū)，其受力主要是由A區(qū)變形引起的?？梢?，擠壓變形也是極不均勻的，這種變形不均勻性會在變形體內產生附加應力。,由圖6-43還可看出，擠壓成形時，坯料在三向壓應力作用下產生一向伸長雙向壓縮變形。壓應力狀態(tài)提高了材料的塑性，但也增大了變形抗力。擠壓成形與其它成形方法本質上的區(qū)別就在于擠壓成形是在很高的靜水壓力下進行的，單位擠壓力很高。,（3）正、反擠壓金屬的流動特點 圖6-44和圖6-45顯示了的正、反擠壓成形時金屬的流動特點。由圖可見，正擠壓時，金屬的流動可分為三種情況：,a）高坯料、小摩檫系數 b）高坯料、大摩檫系數 c）很高坯料、很大摩檫系數 d）反擠壓 圖644 正、反擠壓金屬的流動情況,a）孔口集中變形 b）整個坯料變形 c）花瓶狀流線 圖645 正擠壓件縱向剖面網格變化情況,如圖44a和45a，當坯料高摩擦系數小或擠壓比小時，變形集中在孔口，死區(qū)