金属工艺学 第8章 锻压成形.ppt

金属工艺学金属工艺学8.1锻压成形工艺基础锻压成形工艺基础第八章第八章锻压成形锻压成形本节重点：本节重点：了解金属塑性成型的理论基础；了解金属塑性成型的理论基础；掌握掌握金属的塑性成型方法及工艺金属的塑性成型方法及工艺；掌握掌握薄板冲压成形工艺薄板冲压成形工艺本节难点：本节难点：塑性成型方法及工艺塑性成型方法及工艺 金属工艺学金属工艺学8.1锻压成形工艺基础锻压成形工艺基础锻压生产方式示意图锻压生产方式示意图金属塑性成型金属塑性成型：利用金属在外力作用下所产生的塑性利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原变形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工材料、毛坯或零件的生产方法，也称为压力加工。金属工艺学金属工艺学8.1.1金属塑性变形的实质金属塑性变形的实质 金属塑性变形的实质：a）晶粒内部滑移 b）晶间滑移和晶粒转动1、单晶体的塑性变形（1）单晶体滑移晶体的一部分相对另一部分沿一定晶面（滑移面）和这个晶面上的一定晶向（滑移方向）产生相对移动的现象。a）坯料在拉伸时受力分析：正应力晶粒弹性伸长晶粒扭曲滑移 b）一般规律：滑移面：原子排列最紧密的面 滑移方向：原子排列最紧密的方向理论上，整体刚性滑移滑移困难实际上，位错移动滑移容易 金属工艺学金属工艺学位错运动 单晶体的滑移是通过晶体内的位错运动来实现的，而不是沿滑移而所有的原子同时作刚性移动的结果，所以滑移所需要的切应力比理论值低得多。位错运动滑移机制的示意图见图8-2所示。金属工艺学金属工艺学8.1.2塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响1、加工硬化、加工硬化金属经过塑性变形后，强度和硬度上升，而金属经过塑性变形后，强度和硬度上升，而塑性和韧性下降的现象塑性和韧性下降的现象a）晶格扭曲）晶格扭曲b）晶粒破碎）晶粒破碎2、回复、回复随着温度的上升，原子热运动加剧，晶格扭随着温度的上升，原子热运动加剧，晶格扭曲被消除，内应力明显下降的现象。曲被消除，内应力明显下降的现象。a）晶格扭曲消除）晶格扭曲消除b）内应力明显下降）内应力明显下降回复只能部分消除加工硬化回复只能部分消除加工硬化 3、再结晶、再结晶温度上升到金属熔化温度的温度上升到金属熔化温度的0.4-0.5倍时，开始倍时，开始以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，以某些碎晶或杂质为核心生长成新的晶粒，加工硬化完全消除。加工硬化完全消除。（1）再结晶过程）再结晶过程a）原子热振动加剧）原子热振动加剧b）以某些质点为核心重结晶）以某些质点为核心重结晶c）加工硬化全部消除）加工硬化全部消除（2）再结晶温度，是金属经大量塑性变形）再结晶温度，是金属经大量塑性变形后开始再结晶的最低温度。后开始再结晶的最低温度。T再再=（0.4-0.5）T熔熔（3）影响再结晶后晶粒大小的因素：）影响再结晶后晶粒大小的因素：a）变形程度）变形程度很小时不发生再结晶很小时不发生再结晶2-8%晶粒特别粗大晶粒特别粗大临界变形程度临界变形程度大于临界变形程度，随变形程度增加，大于临界变形程度，随变形程度增加，晶粒显著细化晶粒显著细化b）再结晶后状态）再结晶后状态金属在高温下停留，晶粒长大，力学金属在高温下停留，晶粒长大，力学性能变差性能变差 金属工艺学金属工艺学8.1.3冷变形及热变形冷变形及热变形冷变形冷变形变形温度低于回复温度时，金属在变形变形温度低于回复温度时，金属在变形过程中只有过程中只有加工硬化加工硬化而无回复与再结晶现象，而无回复与再结晶现象，变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变变形后的金属只具有加工硬化组织，这种变形称为形称为冷变形冷变形。热变形热变形变形温度在再结晶温度以上时，变形变形温度在再结晶温度以上时，变形产生的产生的加工硬化加工硬化被随即发生的再结晶所抵被随即发生的再结晶所抵消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组消，变形后金属具有再结晶的等轴晶粒组织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称织，而无任何加工硬化痕迹，这种变形称为为热变形热变形。金属工艺学金属工艺学8.1.4锻造流线及锻造比锻造流线及锻造比纤维组织纤维组织的利用原则：的利用原则：1、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过、将铸锭加热进行压力加工后，由于金属经过塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，塑性变形及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的获得细化的再结晶组织再结晶组织。2、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等结合在、同时还可以将铸锭中的气孔、缩松等结合在一起，使金属更加致密，其机械性能会有很大提高。一起，使金属更加致密，其机械性能会有很大提高。3、此外，铸锭在压力加工中产生塑性变形时，、此外，铸锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形生了变形，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫状。这种结构叫纤维组织纤维组织。金属工艺学金属工艺学 锻造比 锻造比：锻件在锻造成形时的变形程度。锻造比过小，达不到性能要求，过大则增大工作量，引起各向异性。只有锻造比选择合适时，则毛坯内部缺陷被压合，树枝晶被打碎，晶粒显著细化，力学性能得到提高。a）锻造比的计算方法:拔长锻造比 镦粗锻造比 式中 F0、L0、H0变形前坯料的截面积、长度和高度；F、L、H变形后坯料的截面积、长度和高度。一般情况下，铸锭作为坯料时，锻造比不小于2.53；轧制型材作为坯料时，锻造比选择1.31.5。金属工艺学金属工艺学纤维组织纤维组织的性能的性能使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使纤维分布与零件的轮廓相符合而不被切断；使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切使零件所受的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直。应力与纤维方向垂直。（1）零件最大拉应力方向应与锻造流线平行 （2）零件最大剪切应力方向应与锻造流线垂直 （3）零件外形轮廓应与锻造流向的分布相符合而不被切断具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相具有纤维组织的金属，各个方向上的机械性能不相同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。金同。顺纤维方向的机械性能比横纤维方向的好。金属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能属的变形程度越大，纤维组织就越明显，机械性能的方向性也就越显著。的方向性也就越显著。金属工艺学金属工艺学实例：实例：当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部的当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着纤维方向切应力顺着纤维方向，故螺钉的承载能力故螺钉的承载能力较弱较弱(如图示如图示)。当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时(如图示如图示)，纤维纤维不被切断不被切断且连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。且连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。金属工艺学金属工艺学8.1.5合金的锻造性能合金的锻造性能 可锻性可锻性常用金属材料在经受压力加工产常用金属材料在经受压力加工产生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是生塑性变形的工艺性能来表示。可锻性的优劣是以金属的以金属的塑性塑性和和变形抗力变形抗力来综合评定的。来综合评定的。塑性塑性是指金属材料在外力作用下产生永久变是指金属材料在外力作用下产生永久变形，而不破坏其完整性的能力。形，而不破坏其完整性的能力。变形抗力变形抗力是指金属对变形的抵抗力。是指金属对变形的抵抗力。金属的可锻性取决于金属的可锻性取决于材料的性质材料的性质(内因内因)和和加工加工条件条件(外因外因)。金属工艺学金属工艺学影响塑性变形的因素影响塑性变形的因素材料性质的影响材料性质的影响(内因内因)化学成分的影响化学成分的影响 1、纯金属的可锻性比合金的可锻性好。纯金属的可锻性比合金的可锻性好。2、钢中合金元素含量越多，合金成分越、钢中合金元素含量越多，合金成分越复杂，其塑性越差，变形抗力越大。复杂，其塑性越差，变形抗力越大。例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可例如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。锻性是依次下降的。金属组织的影响金属组织的影响纯金属及固溶体纯金属及固溶体(如奥氏体如奥氏体)的可锻性好。的可锻性好。而碳化物而碳化物(如渗碳体如渗碳体)的可锻性差。的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好小而又均匀的组织的可锻性好 金属工艺学金属工艺学加工条件的影响加工条件的影响(外因外因)在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。锻性。若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低，这种现象称为低，这种现象称为“过热过热”。若加热温度更高接近熔点，若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为报废，这一现象称为“过烧过烧”。金属锻造加热时允许的最高温度称为金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称的温度称终锻温度终锻温度。变形温度的影响变形温度的影响 金属工艺学金属工艺学变形速度的影响变形速度的影响一方面由于变形速度的增大，一方面由于变形速度的增大，回复和再结晶不能及时克服加工硬回复和再结晶不能及时克服加工硬化现象，金属则表现出塑性下降、化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程中，另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一部分转消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升高化为热能，使金属温度升高(称为称为热效应现象热效应现象)。变形速度越大，热。变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降高、变形抗力下降(图中图中a点以后点以后)，可锻性变好。，可锻性变好。金属工艺学金属工艺学应力状态的影响应力状态的影响挤压时为三向受压状态。挤压时为三向受压状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。拉拔时为两向受压一向受拉的状态。压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增压应力的数量愈多，则其塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。大；拉应力的数量愈多，则其塑性愈差。金属工艺学金属工艺学小结小结思思考考题题1.纤维组织是怎样形成的纤维组织是怎样形成的?它对金属的它对金属的力学性能有何影响力学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同不同?金属工艺学金属工艺学8.2.1自由锻的工序自由锻的工序8.2.2自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定8.2.3自由锻件结构设计自由锻件结构设计8.2自由锻造自由锻造本节重点：本节重点：自由锻的概念 自由锻的特点和方法 自由锻的工序本节难点：本节难点：自由锻工艺规程的制订 金属工艺学金属工艺学自由锻的概念自由锻的概念利用自由锻设备的上、下砧或一些简单的通用性工具，直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件，这种方法称为自由锻。金属工艺学金属工艺学自由锻的特点自由锻的特点（1）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余可自由流动；（2）所用设备及工具简单，适应性强，锻件重量不受限制；（3）由人工控制锻件的形状和尺寸，锻件的精度低，生产率低；（4）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯一锻造方法。金属工艺学金属工艺学自由锻的方法自由锻的方法（1）手工锻造（2）机器锻造 a）锻锤自由锻 利用冲击力使坯料产生塑性变形 常用设备有：空气锤，锻件重量范围是50-1000公斤；蒸汽-空气锤，锻件重量范围是20-1500公斤。b）液压机自由锻 利用静压力使坯料变形 常用设备是水压机，适用于大型锻件。金属工艺学金属工艺学8.2.1自由锻的工序自由锻的工序 （1）基本工序 用来改变坯料的形状和尺寸的工序，主要包括：镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移等。（2）辅助工序 为了完成基本工序而进行的预先变形工序，主要包括：压钳把、倒棱、压痕等。（3）修整工序 用来减少锻件表面缺陷的工序，主要包括：校正、滚圆、平整等。金属工艺学金属工艺学8.2.2自由锻工艺规程的制订1、绘制锻件图 锻件图是制定锻造工艺过程和检验的依据，绘制时主要考虑余块、余量和锻件公差。（1）余块 对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属，称为余块（或敷料），如图8-6所示。（2）锻件余量 在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，称之为锻件余量，如图8-6所示。锻件余量的大小与零件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。零件越大，形状越复杂，则余量越大。（3）锻件公差 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，其值的大小与锻件形状、尺寸有关，并受生产具体情况的影响。金属工艺学金属工艺学 金属工艺学金属工艺学8.2.2自由锻工艺规程的制订2、确定坯料的重量和尺寸（1）确定坯料质量 自由锻所用坯料的质量为锻件的质量与锻造时各种金属消耗的质量之和，可由下式计算：式中 坯料质量；锻件质量；加热时坯料表面氧化而烧损的质量；冲孔时芯料的质量；端部切头损失质量。金属工艺学金属工艺学8.2.2自由锻工艺规程的制订（2）确定坯料尺寸、锻造比锻造比：锻件在锻造成形时的变形程度。锻造比过小，达不到性能要求，过大则增大工作量，引起各向异性。只有锻造比选择合适时，则毛坯内部缺陷被压合，树枝晶被打碎，晶粒显著细化，力学性能得到提高。a）锻造比的计算方法:拔长时，B拔=A0/A 镦粗时，B镦=H0/H 一般情况下，铸锭作为坯料时，锻造比不小于2.53；轧制型材作为坯料时，锻造比选择1.31.5。b）坯料尺寸：根据坯料重量和锻造比确定。（3）选择自由锻工序（4）选择锻造设备 根据锻件的尺寸、形状、材料等条件来选择设备种类及其规格，既保证锻透工件、有较高的生产率，又不浪费动力，并使操作方便。（5）填写工艺卡 金属工艺学金属工艺学表8-1 锻件分类及所需锻造工序锻件类别 图 例 锻造工序 盘类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔等 轴类零件 拔长（或镦粗拔长），切肩，锻台阶等 筒类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等 环类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等 弯曲类零件 拔长，弯曲等 金属工艺学金属工艺学8.2.3自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性避免锥体和斜面结构避免锥体和斜面结构几何体间的交接处几何体间的交接处不应形成空间曲线不应形成空间曲线 金属工艺学金属工艺学自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性自由锻件上不应设计自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面出加强筋、凸台、工字形截面截面变化大的锻件，截面变化大的锻件，采用组合连接采用组合连接 金属工艺学金属工艺学小结小结表8-2 半轴自由锻工艺卡半轴自由锻工艺卡 锻件名称 半 轴 图 例 坯料质量 25kg 坯料尺寸 130240 材 料 18CrMnTi 火 次 工 序 图 例 1 锻出头部 拔长 拔长及修整台阶 拔长并留出台阶 锻出凹档及拔长端部并修整 金属工艺学金属工艺学8.3.1锤上模锻锤上模锻8.3.2胎模锻胎模锻8.3.3压力机上模锻压力机上模锻8.3模锻模锻 金属工艺学金属工艺学基本知识模锻：在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时锻。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。可获得与模膛形状相符的模锻件。与自由锻相比，模锻具有如下优点：(1)生产效率较高。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所生产效率较高。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状。需形状。(2)能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。提高零件的使用寿命。(3)模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。工余量较小。(4)节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下，能降低零件成本。的条件下，能降低零件成本。(5)模锻操作简单，劳动强度低。模锻操作简单，劳动强度低。但模锻生产受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在但模锻生产受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下。模锻以下。模锻设备投资较大，模具费用较昂贵，工艺灵活性较差，生产准备周期较设备投资较大，模具费用较昂贵，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。因此，模锻适合于小型锻件的大批大量生产，不适合单件小批量长。因此，模锻适合于小型锻件的大批大量生产，不适合单件小批量生产以及中、大型锻件的生产。生产以及中、大型锻件的生产。模锻按使用的设备不同，可分为：锤上模锻、压力机上模锻、胎模锻。模锻按使用的设备不同，可分为：锤上模锻、压力机上模锻、胎模锻。金属工艺学金属工艺学设备 金属工艺学金属工艺学 金属工艺学金属工艺学8.3.1锤上模锻锤上模锻上模锻是将上模固定在锤头上，下模紧固在模垫上，通过随锤头作上下往复运动的上模，对置于下模中的金属坯料施以直接锻击，来获取锻件的锻造方法。模锻工作示意图如图8-11所示。锤上模锻的工艺特点是：（1）金属在模膛中是在一定速度下，经过多次连续锤击而逐步成形的。（2）锤头的行程、打击速度均可调节，能实现轻重缓急不同的打击，因而可进行制坯工作。（3）由于惯性作用，金属在上模模膛中具有更好的充填效果。（4）锤上模锻的适应性广，可生产多种类型的锻件，可以单膛模锻，也可以多膛模锻。由于锤上模锻打击速度较快，对变形速度较敏感的低塑性材料（如镁合金等），进行锤上模锻不如在压力机上模锻的效果好。金属工艺学金属工艺学1 1、制坯、制坯模膛模膛拔长模膛拔长模膛用来减小坯料某用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的部分的横截面积，以增加该部分的长度。长度。滚压模膛滚压模膛用来减小坯料用来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。按模锻件形状来分布。金属工艺学金属工艺学弯曲模膛弯曲模膛对于弯曲的杆类模锻件，需用对于弯曲的杆类模锻件，需用弯曲模膛来弯曲坯料。弯曲模膛来弯曲坯料。切断模膛切断模膛上模与下模的角部组成的一对上模与下模的角部组成的一对刀口，用来切断金属。刀口，用来切断金属。金属工艺学金属工艺学预锻模膛预锻模膛预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于预锻模膛的作用是：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻件的形状和尺寸，终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模膛。同时减少了终锻模膛的磨损，以延长锻模的使用寿命。锻模的使用寿命。预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的预锻模膛和终锻模膛的区别是前者的圆角和斜度较大，没有飞边槽。圆角和斜度较大，没有飞边槽。金属工艺学金属工艺学终锻模膛终锻模膛终锻模膛的作用是：是使坯终锻模膛的作用是：是使坯料最后变形到锻件所要求的形状料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，因此它的形状应和锻件和尺寸，因此它的形状应和锻件的形状相同。的形状相同。终锻模膛的尺寸应比锻件终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收尺寸放大一个收缩量。钢件收缩量取缩量取1.5%沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。的阻力，促使金属充满模膛，同时容纳多余的金属。终锻后在孔内留下一薄层金属，称为终锻后在孔内留下一薄层金属，称为冲孔连皮冲孔连皮。金属工艺学金属工艺学锤上模锻成型锤上模锻成型工艺工艺设计设计锤上模锻成型的工艺过程一般为：锤上模锻成型的工艺过程一般为：切断毛坯切断毛坯加加热坯料热坯料模锻模锻切除模锻件的飞边切除模锻件的飞边校正锻件校正锻件锻件锻件热处理热处理表面清理表面清理检验检验成堆存放成堆存放。锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计锤上模锻成型的工艺设计包括制定锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步算坯料尺寸、确定模锻工步(选择模膛选择模膛)、选择设备、选择设备及安排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制定及安排修整工序等。其中最主要的是锻件图的制定和模锻工步的确定。和模锻工步的确定。金属工艺学金属工艺学选择模锻件的分模面选择模锻件的分模面分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。分模面即是上下锻模在模锻件上的分界面。制订模锻锻件图时，必须按以下原则确定分模面制订模锻锻件图时，必须按以下原则确定分模面位置：位置：要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在要保证模锻件能从模膛中取出，分模面应选在模锻件最大尺寸的截面上。模锻件最大尺寸的截面上。按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产分模面的模膛轮廓一致，以便在安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时调整锻模位置。中容易发现错模现象，及时调整锻模位置。最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。这最好把分模面选在模膛深度最浅的位置处。这样可使金属很容易充满模膛，便于取出锻件，并样可使金属很容易充满模膛，便于取出锻件，并有利于锻模的制造。有利于锻模的制造。选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。最好使最好使分模面分模面为一个平面，使上下锻模的模膛为一个平面，使上下锻模的模膛深度基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。深度基本一致，差别不宜过大，以便于制造锻模。1）模锻件图的制定）模锻件图的制定 金属工艺学金属工艺学确定模锻件的机械加工余量及公差确定模锻件的机械加工余量及公差机械加工余量一般为机械加工余量一般为14mm，锻造公差一般取在，锻造公差一般取在0.33mm之间。之间。标注模锻斜度标注模锻斜度当模膛宽度当模膛宽度b小而深度小而深度h大时，模锻斜度要取大些。内壁斜度大时，模锻斜度要取大些。内壁斜度要略大于外壁斜度要略大于外壁斜度(a2 a 1)。标注模锻圆角半径标注模锻圆角半径锻件上所有转角处都应做成圆角锻件上所有转角处都应做成圆角(图图8-10)。一般内圆角半径（。一般内圆角半径（R）应大于其外圆半径（应大于其外圆半径（r）。）。留出冲孔连皮留出冲孔连皮锻件上直径小于锻件上直径小于25mm的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大的孔，一般不锻出，或只压出球形凹穴。大于于25mm的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。的通孔，也不能直接模锻出通孔，而必须在孔内保留一层连皮。冲孔连皮的厚度冲孔连皮的厚度s与孔径与孔径d有关，当有关，当d=3080mm时，时，s=48mm。金属工艺学金属工艺学模锻圆角半径模锻圆角半径内圆角半径内圆角半径R是外圆角半径是外圆角半径r的倍的倍内壁斜度内壁斜度应比外壁应比外壁斜度斜度大一级大一级 金属工艺学金属工艺学齿轮坯的模锻锻件图齿轮坯的模锻锻件图 金属工艺学金属工艺学3.3.4.3模锻成型件的结构工艺性模锻成型件的结构工艺性模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证模锻件易于从锻模中取出、敷料最少、锻模容易制造。从锻模中取出、敷料最少、锻模容易制造。零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有平直和对称，尽量避免零件截面间差别过大，或具有薄壁、薄壁、高筋、凸起高筋、凸起等结构。等结构。在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔深孔或多孔结构结构。在可能条件下，应采用锻在可能条件下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。模锻工艺。金属工艺学金属工艺学 金属工艺学金属工艺学8.3.2胎模锻胎模锻在自由锻设备上，采用不与上下砧相连接的活动模具成型锻件的方法。1、胎模锻的特点1）与自由锻相比，锻件的形状较为复杂，尺寸精确，生产效率高。2）与模锻相比，可利用自由锻设备组织生产，胎模制造成本低。2、胎模的种类 按胎模的结构特点分为：（1）扣模（2）弯曲模（3）套筒模（4）合模 金属工艺学金属工艺学8.3.2胎模锻胎模锻胎模锻造胎模锻造成型成型是在自由锻设备上，使用可移动是在自由锻设备上，使用可移动的胎模具生产锻件的锻造方法。的胎模具生产锻件的锻造方法。胎模成型与自由成型相比，具有较高的生产率，胎模成型与自由成型相比，具有较高的生产率，锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。锻件质量好，节省金属材料，降低锻件成本。与固定模膛成型相比，不需要专用锻造设备，模具与固定模膛成型相比，不需要专用锻造设备，模具简单，容易制造。简单，容易制造。锻件质量不如固定模膛成型的锻件高，工人劳锻件质量不如固定模膛成型的锻件高，工人劳动强度大，胎模寿命短，生产率低。动强度大，胎模寿命短，生产率低。胎模成型只适用于小批量生产，多用在没有模胎模成型只适用于小批量生产，多用在没有模锻设备的中小型工厂中。锻设备的中小型工厂中。金属工艺学金属工艺学8.3.3压力机上模锻压力机上模锻 金属工艺学金属工艺学小结小结思思考考题题1.纤维组织是怎样形成的纤维组织是怎样形成的?它对金属的它对金属的力学性能有何影响力学性能有何影响?2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何冷镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同不同?金属工艺学金属工艺学1错模错模锤头导轨的间隙过大、模具缺少锤头导轨的间隙过大、模具缺少平衡导锁以及模具安装不合理等原因平衡导锁以及模具安装不合理等原因都可能产生错模，如都可能产生错模，如图图所示。所示。2欠压欠压即上、下模分模面未打靠，也称即上、下模分模面未打靠，也称“锻不足锻不足”。3局部充不满局部充不满由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使由于坯料体积过小或坯料放偏等原因致使锻件上的凸筋、外圆角等部位因模槽未充满而锻件上的凸筋、外圆角等部位因模槽未充满而欠缺，这种缺陷一般无法修正。欠缺，这种缺陷一般无法修正。金属工艺学金属工艺学4折纹折纹由于操作不当或模槽设计不合理等原因，锻由于操作不当或模槽设计不合理等原因，锻件表面产生金属重叠称为折纹。由于折纹处之金件表面产生金属重叠称为折纹。由于折纹处之金属已经氧化，因此一般无法修正。属已经氧化，因此一般无法修正。5凹坑凹坑由于模槽中未吹除的氧化皮被压入锻件中，由于模槽中未吹除的氧化皮被压入锻件中，锻件清理后氧化皮脱落即形成凹坑或麻点。锻件清理后氧化皮脱落即形成凹坑或麻点。6残留毛刺残留毛刺由于切边模的间隙过大或间隙不均以及切边凹由于切边模的间隙过大或间隙不均以及切边凹模刃口变钝等原因常导致锻件切边后在分模面处出模刃口变钝等原因常导致锻件切边后在分模面处出现残留毛刺。残留毛刺过大时需要砂轮磨掉。现残留毛刺。残留毛刺过大时需要砂轮磨掉。金属工艺学金属工艺学8.4.1冲压设备冲压设备8.4.2冲压工序冲压工序8.4.3冲模冲模8.4板料冲压板料冲压本节重点：本节重点：了解金属塑性成型的理论基础；了解金属塑性成型的理论基础；掌握掌握金属的塑性成型方法及工艺金属的塑性成型方法及工艺；掌握掌握薄板冲压成形工艺，包括各种成形模具结构、薄板冲压成形工艺，包括各种成形模具结构、基本工序和典形零件的工艺制定基本工序和典形零件的工艺制定。本节难点：本节难点：铁碳合金状态图的理解；铁碳合金状态图的理解；金属工艺学金属工艺学基本知识基本知识板料冲压又叫冷冲压，它是利用冲模使板料产生变形或分离，从而获得具有一定形状和尺寸的锻件的工艺方法。冷冲压所用材料一般为小于4mm的板料、条料、带料等，所用设备为冲床和剪床。冷冲压的特点（1）可生产形状复杂的零件零件精度高、表面粗糙度低、互换性好。零件的强度高、刚度好。（2）材料的利用率高，一般可达7080%。（3）适应性强，金属及非金属均可用冲压方法加工。零件可大可小。（4）生产率高，每分钟可冲压小件数千件，易实现机械化和自动化。（5）模具结构复杂、制造成本高。金属工艺学金属工艺学8.4.1冲压设备 金属工艺学金属工艺学8.4.2冷冲压的基本工序冷冲压的基本工序 1、分离工序 它是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。（1）切断：使板料按不封闭轮廓线分离的工序叫切断；（2）落料：是从板料上冲出一定外形的零件或坯料，冲下部分是成品。（3）冲孔：是在板料上冲出孔，冲下部分是废料。冲孔和落料又统称为冲裁。冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁。普通冲裁的刃口必须锋利，凸模和凹模之间留有间隙，板料的冲裁过程可分为三个阶段，如图8-27所示：金属工艺学金属工艺学落料及冲孔落料及冲孔落料落料是被分离的部分为是被分离的部分为成品成品，而周边是，而周边是废料废料；冲孔冲孔是被分离的部分为是被分离的部分为废料废料，而周边是，而周边是成品成品;落料过程仿真落料过程仿真冲孔过程仿真冲孔过程仿真 金属工艺学金属工艺学凸凹模刃口尺寸的确定凸凹模刃口尺寸的确定设计设计落料模落料模时，应先时，应先按落料件按落料件确定确定凹模刃凹模刃口尺寸口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据间隙，取凹模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。证间隙值）。设计设计冲孔模冲孔模时，先按时，先按冲孔件冲孔件确定确定凸模尺寸凸模尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙取凸模作设计基准件，然后根据间隙Z确定凹确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。金属工艺学金属工艺学变形工序变形工序2、变形工序、变形工序变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生塑性变形而不被变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生塑性变形而不被破坏的工序，如弯曲、拉深、翻边等。破坏的工序，如弯曲、拉深、翻边等。（1）弯曲工序）弯曲工序将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺方法称为弯曲，弯曲将金属材料弯曲成一定角度和形状的工艺方法称为弯曲，弯曲方法可分为：压弯、拉弯、折弯、滚弯等。最常见的是在压力机上压弯。方法可分为：压弯、拉弯、折弯、滚弯等。最常见的是在压力机上压弯。（2）拉深）拉深拉深是使平面板料成形为中空形状零件的冲压工序。如图拉深是使平面板料成形为中空形状零件的冲压工序。如图8-30所示。所示。拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深两种，不变薄拉深件的壁厚与毛坯厚度拉深工艺可分为不变薄拉深和变薄拉深两种，不变薄拉深件的壁厚与毛坯厚度基本相同，工业上应用较多，变薄拉深件的壁厚则明显小于毛坯厚度。基本相同，工业上应用较多，变薄拉深件的壁厚则明显小于毛坯厚度。（3）翻边：将工件上的孔或边缘翻出竖立或有一定角度的直边，如图）翻边：将工件上的孔或边缘翻出竖立或有一定角度的直边，如图8-31所示。所示。（4）胀形：利用模具使空心件或管状件由内向外扩张的成形方法，如图）胀形：利用模具使空心件或管状件由内向外扩张的成形方法，如图8-31所所示。示。（5）缩口：利用模具使空心件或管状件的口部直径缩小的局部成形工艺，如图）缩口：利用模具使空心件或管状件的口部直径缩小的局部成形工艺，如图8-31所示。所示。金属工艺学金属工艺学 金属工艺学金属工艺学拉深中常见的废品及防止措施拉深中常见的废品及防止措施正确选择拉伸系数正确选择拉伸系数合理设计拉深模工作零件合理设计拉深模工作零件从拉深过程中可以看到，拉伸件中最危险的从拉深过程中可以看到，拉伸件中最危险的部位是直壁与底部的过渡圆角处，当拉应力超过部位是直壁与底部的过渡圆角处，当拉应力超过材料的强度极限时，此处将被材料的强度极限时，此处将被“拉裂拉裂”。防止。防止“拉裂拉裂”的措施有：的措施有：金属工艺学金属工艺学正确选择拉伸系数正确选择拉伸系数拉深件直径拉深件直径d与坯料直径与坯料直径D的比值称为拉深系数，的比值称为拉深系数，用用m表示，即表示，即m=d/D。拉深系数不小于拉深系数不小于0.50.8。坯料的塑性差取上限值，。坯料的塑性差取上限值，塑性好取下限值。塑性好取下限值。如果拉深系数过小，不能一次拉深如果拉深系数过小，不能一次拉深成形时，则可采用多次拉深工艺。成形时，则可采用多次拉深工艺。第一次拉深系数第一次拉深系数m1=d1/D第二次拉深系数第二次拉深系数m2=d2/d1第几次拉深系数第几次拉深系数mn=dn/dn-1总的拉深系数总的拉深系数m=m1m2mn 金属工艺学金属工艺学合理设计拉深模工作零件合理设计拉深模工作零件凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件，取凸凹模的圆角半径。材料为钢的拉深件，取r凹凹=10s，而，而r凸凸=（0.61）r凹。这两个圆角半径过小，凹。这两个圆角半径过小，产品容易拉裂。产品容易拉裂。凸凹模间隙。一般取凸凹模间隙。一般取Z=（1.11.2）s.金属工艺学金属工艺学弯曲变化过程弯曲变化过程 弯曲是将坯料弯成一定的角度，一定的曲弯曲是将坯料弯成一定的角度，一定的曲率形成一定形状零件的工序。率形成一定形状零件的工序。弯曲时还应尽可能使弯曲线与弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直。坯料纤维方向垂直。回弹现象回弹现象-由于弹性变形的恢复，由于弹性变形的恢复，坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大。一般回弹角为增大。一般回弹角为010。与坯料纤维方向垂直与坯料纤维方向垂直 金属工艺学金属工艺学冲模的分类和构造冲模的分类和构造简单冲模简单冲模在冲床的一次冲程中只完成一个工序的在冲床的一次冲程中只完成一个工序的冲模，称为简单冲模。冲模，称为简单冲模。模具简单模具简单,造价低。造价低。简单冲模简单冲模 金属工艺学金属工艺学连续冲模连续冲模冲床的一次冲程中，在模具不同部位上同冲床的一次冲程中，在模具不同部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为连续模。时完成数道冲压工序的模具，称为连续模。生生产率高，要求定位精度高。产率高，要求定位精度高。连续冲模连续冲模 金属工艺学金属工艺学复合模复合模冲床的一次冲程中，在模具同一部位上冲床的一次冲程中，在模具同一部位上同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。同时完成数道冲压工序的模具，称为复合模。精度高，模具复杂。精度高，模具复杂。落料拉伸复合模落料拉伸复合模拉伸件拉伸件 金属工艺学金属工艺学小结小结冲压工艺的制定过程冲压工艺的制定过程分析冲压件的结构工艺性分析冲压件的结构工艺性对冲裁件的要求对冲裁件的要求冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用（利用（图图9-20）同时应避免长槽与细长悬臂结构（）同时应避免长槽与细长悬臂结构（图图9-21），否则制造模具困难。），否则制造模具困难。利用率高利用率高利用率高利用率高落料外形不落料外形不合理合理零件形状与节约材料的关系零件形状与节约材料的关系 金属工艺学