金属工艺学--金属压力加工2.ppt

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1、第八章 金属压力加工（锻压）金属压力加工金属压力加工是指对坯料是指对坯料施施加外力加外力，使其产生，使其产生塑性塑性变形变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法。件、工件或毛坯的成型加工方法。自自由由锻锻利利用用冲冲击击力力或或压压力力，使使金金属属在在上上下下两两个个抵抵铁铁之之间间产产生生变变形形，从从而而获获得得所所需需形形状状的的锻锻件件的的加加工工方方法法。由由于于金金属属坯坯料料在在抵抵铁铁之之间间受受力力变变形形时时，沿沿变变形形方方向向可可以以自自由流动不受限制而得名。由流动不受限制而得名。模模锻锻利利

2、用用模模具具使使金金属属坯坯料料在在模模膛膛内内受受冲冲击击力力或或压压力力作作用用，产产 生生 塑塑 性性 变变 形形 而而 获获 得得 锻锻 件件 的的 加加 工工 方方 法法。板板料料冲冲压压用用冲冲模模使使板板料料经经分分离离或或成成形形得得到到制制件件的的加加工工方法。方法。在上述的六种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和在上述的六种金属塑性加工方法中，轧制、挤压和拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、拉拔主要用于生产型材、板材、线材、带材等；自由锻、模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。模锻和板料冲压总称锻压，主要用于生产毛坯或零件。1)1)轧轧制制使使金金属属坯

3、坯料料在在旋旋转转轧轧辊辊的的压压力力作作用用下下，产产生生连连续续塑塑性性变变形形，改改变变其其性性能能，获获得得所所要要求求的的截截面面形形状状的的加工方法。加工方法。2)2)挤挤压压将将金金属属坯坯料料置置于于挤挤压压筒筒中中加加压压，使使其其从从挤挤压压模模的的模模孔孔中中挤挤出出，横横截截面面积积减减小小，获获得得所所需需制制品品的的加加工工方法。方法。3)3)拉拉拔拔坯坯料料在在牵牵引引力力作作用用下下通通过过拉拉拔拔模模的的模模孔孔拉拉出出，产产生生塑塑性性变变形形，得得到到截截面面细细小小、长长度度增增加加的的制制品品的的加加工方法，拉拔一般是在冷态下进行。工方法，拉拔一般是在

4、冷态下进行。知识点知识点:如果金属颗粒在几个方如果金属颗粒在几个方向上都可移动，那么金属颗粒就向上都可移动，那么金属颗粒就沿着阻力最小的方向移动，这就沿着阻力最小的方向移动，这就叫做最小阻力定律。圆形、方形、叫做最小阻力定律。圆形、方形、矩形截面上各质点在镦粗时的流矩形截面上各质点在镦粗时的流动方向，方形截面镦粗后的截面动方向，方形截面镦粗后的截面形状。形状。1 1 最小阻力定律最小阻力定律2 2 体积不变假设体积不变假设金金属属弹弹性性变变形形时时，体体积积变变化化与与形形状状变变化化比比例例相相当当，必必须须考考虑虑体体积积变变化化对对变变形形的的影影响响。但但在在塑塑性性变变形形时时，由

5、由于于金金属属材材料料连连续续而而且且致致密密，体体积积变变化化很很微微小小，与与形形状状变变化化相相比比可可以以忽忽略略，因因此此假假设设体体积积不不变。即塑性变形时，变形前金属的体积等于变形后的体积。变。即塑性变形时，变形前金属的体积等于变形后的体积。第一个阶段：第一个阶段：弹性变形弹性变形 在在外外力力作作用用下下，材材料料内内部部产产生生应应力力，应应力力迫迫使使原原子子离离开开原原来来的的平平衡衡位位置置，改改变变了了原原子子间间的的距距离离，使使金金属属发发生生变变形形。并并引引起起原原子子位位能能的的增增高高，但但原原子子有有返返回回低低位位能能的的倾倾向向。当当外外力力停停止止

6、作用后，应力消失，变形也随之消失作用后，应力消失，变形也随之消失。第二阶段：弹第二阶段：弹塑性变形塑性变形 内内应应力力超超过过金金属属的的屈屈服服点点后后，外外力力停停止止作作用用后后，金金属属的的变形并不完全消失变形并不完全消失，这种变形称为塑性变形，这种变形称为塑性变形。金属塑性变形的实质就是晶体内产生滑移的结果。金属塑性变形的实质就是晶体内产生滑移的结果。第三个阶段：塑性第三个阶段：塑性变形变形当当外力外力继续作用或增大时，晶体还将在另外的滑移面上发继续作用或增大时，晶体还将在另外的滑移面上发生滑移，使变形继续进行，因而得到一定的变形量。生滑移，使变形继续进行，因而得到一定的变形量。按

7、理论所描述的滑移运动，相当于滑移面上下两部分晶体彼此按理论所描述的滑移运动，相当于滑移面上下两部分晶体彼此以刚性整体作相对运动。要实现这种滑移所需的外力要比实际测以刚性整体作相对运动。要实现这种滑移所需的外力要比实际测得的数据大几千倍，这说明实际晶体结构及其塑性变形并不完全得的数据大几千倍，这说明实际晶体结构及其塑性变形并不完全如此。如此。近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不是整体的刚近代物理学证明，晶体不是在滑移面上，原子并不是整体的刚性运动而是以位错性运动而是以位错运动运动引起金属塑性变形。引起金属塑性变形。位错位错运动：运动：在比理论值低得多的切应力情况下，处于高能位的在比理论值

8、低得多的切应力情况下，处于高能位的原子很容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置形成位原子很容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置形成位错运动。错运动。金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。金属在常温下经塑性变形后，内部组织将发生变化。晶粒沿最大变形的方向伸长；晶粒沿最大变形的方向伸长；晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；晶格与晶粒发生扭曲，产生内应力；晶粒产生碎晶。晶粒产生碎晶。冷冷变形强变形强化化(加工硬化加工硬化)定定义义：随随着着变变形形程程度度增增大大，金金属属的的强强度度、硬硬度度上上升升，而而塑塑性性、韧性下降韧性下降的现象的现象。原原因因：滑滑移移面面附附近近的的晶晶

9、粒粒碎碎晶晶块块和和晶晶格格的的强强烈烈扭扭曲曲，增增大大滑滑移阻力，使滑移难以进行。移阻力，使滑移难以进行。回复与再结晶回复与再结晶 回复：回复：冷冷变形强变形强化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定化是一种不稳定的现象，具有自发恢复到稳定 状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子状态的倾向。室温下不易实现。当提高温度时，原子 获得热能，热运动加剧，当加热温度获得热能，热运动加剧，当加热温度T T回回(用用K K氏温标氏温标)T T回回=（0.250.30.250.3）T T熔熔 使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬使原子回复到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬 化得到部分

10、消除。化得到部分消除。再结晶：再结晶：当加热温度当加热温度T T再再：T T再再=0.4T=0.4T熔熔 原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心构成新原子获得更多热能，开始的某些碎晶或杂质为核心构成新晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称晶粒，因为是通过形核和晶核长大方式进行的，故称再结晶再结晶。再结晶后清除了全部加工硬化。再结晶后清除了全部加工硬化。再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。再结晶后晶格类型不变，只改变晶粒外形。加工硬化的利用、消除加工硬化的利用、消除利利用用：冷冷加加工工后后使使材材料料强强度度硬硬度度。如如冷冷拉拉钢钢，不不能能热热处处理强化的金属材料。理强化的

11、金属材料。消除：再结晶退火消除：再结晶退火 650750650750金属的塑性变金属的塑性变形形的分类的分类 冷变形冷变形 冷变形是指冷变形是指在再结晶温度以下的变形在再结晶温度以下的变形 冷冷变变形形后后金金属属强强度度、硬硬度度较较高高，低低粗粗糙糙度度值值。但但变变形形程程度度不宜过大，否则易裂。不宜过大，否则易裂。热变形热变形 热变形是指热变形是指再结晶温度以上变形再结晶温度以上变形 变变形形具具有有强强化化作作用用，再再结结晶晶具具有有强强化化消消除除作作用用。在在热热变变 形时无加工硬化痕迹。形时无加工硬化痕迹。金属压力加工大多属热变形，具有再结晶组织。金属压力加工大多属热变形，具

12、有再结晶组织。热加工后组织性能变化：热加工后组织性能变化：粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。粗大晶粒被击碎成细晶粒组织，改善了机械性能。铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。铸态组织中的疏松、气孔经热塑变形后被压实或焊合。晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界晶粒被拉长，非金属杂物被击碎，沿被拉长的晶粒界 分布，形成纤维组织（流线）。分布，形成纤维组织（流线）。变形后的变形后的组织组织形态形态1 1、将将铸铸锭锭加加热热进进行行压压力力加加工工后后，由由于于金金属属经经过过塑塑性性变变形形及及再结晶，从而改变了粗大的铸造组织，获得细化的再结晶，从而改变了粗大的铸造组

13、织，获得细化的再结晶组织。再结晶组织。2 2、同同时时还还可可以以将将铸铸锭锭中中的的气气孔孔、缩缩松松等等结结合合在在一一起起，使使金金属更加致密，其机械性能会有很大提高。属更加致密，其机械性能会有很大提高。3 3、此此外外，铸铸锭锭在在压压力力加加工工中中产产生生塑塑性性变变形形时时，基基体体金金属属的的晶晶粒粒形形状状和和沿沿晶晶界界分分布布的的杂杂质质形形状状都都发发生生了了变变形形，它它们们将将沿沿着着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织纤维组织。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

14、的最大拉应力与纤维方向一致，最大切应力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。与纤维方向垂直。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。金属的变形程度越大，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，机械性能的方向性也就越显著。组织就越明显，机械性能的方向性也就越显著。纤维纤维组织组织利用原则利用原则实例：实例：当当采采用用棒棒料料直直接接经经切切削削加加工工制制造造螺螺钉钉时时，螺螺钉钉头头部部与与杆杆部部的的纤纤维维被被切切断断，不不能能连

15、连贯贯起起来来，受受力力时时产产生生的的切切应应力力顺顺着着纤纤维维方方向向，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 )。当当采采用用同同样样棒棒料料经经局局部部镦镦粗粗方方法法制制造造螺螺钉钉时时(如如图图示示)，纤纤维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。变形程度计算变形程度计算 变形程度越大，纤维组织越明显。变形程度越大，纤维组织越明显。压力加工中常用锻造比压力加工中常用锻造比y y来表示变形程度。来表示变形程度。拔长时锻造比拔长时锻造比y y拔拔=A=A0 0/A /A 镦粗时锻造比镦粗时锻造比

16、y y镦镦=H=H0 0/H/H 纤纤维维组组织织很很稳稳定定，不不能能（难难以以）用用热热处处理理方方法法来来消消除除。只只有有经经过锻压来改变其方向、形状。过锻压来改变其方向、形状。金属的金属的可锻性可锻性是衡量金属材料在经受压力加工时获是衡量金属材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。得优质制品难易程度的工艺性能。可锻性常用可锻性常用塑性塑性和和变形抗力变形抗力两个指标来综合衡量。两个指标来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性越好。塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性越好。塑性用塑性用和和来表示。来表示。变形抗力：是指塑性变形是金属反作用于工具上的力。变形抗力：

17、是指塑性变形是金属反作用于工具上的力。影响金属可锻性的因素影响金属可锻性的因素 1 1、材料性质的影响、材料性质的影响(内因内因)(1)(1)化学成分化学成分 纯纯金金属属的的可可锻锻性性比比合合金金的的可可锻锻性性好好。钢钢中中合合金金元元素素含含量量越越多多，合合金金成成分分越越复复杂杂，其其塑塑性性越越差差，变变形形抗抗力力越越大大。例例如如纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。纯铁、低碳钢和高合金钢，它们的可锻性是依次下降的。(2)(2)金属组织金属组织 纯纯金金属属及及固固溶溶体体(如如奥奥氏氏体体)的的可可锻锻性性好好。碳碳化化物物(如如渗渗碳碳体体)的的可可锻锻性性差

18、差。铸铸态态柱柱状状组组织织和和粗粗晶晶粒粒结结构构不不如如晶晶粒粒细细小小而而又均匀的组织的可锻性好。又均匀的组织的可锻性好。(1 1)变形温度变形温度 在在一一定定的的变变形形温温度度范范围围内内，随随着着温温度度升升高高，原原子子动动能能升升高高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。若若加加热热温温度度过过高高，晶晶粒粒急急剧剧长长大大，金金属属力力学学性性能能降降低低，这这种种现现象象称称为为“过过热热”。若若加加热热温温度度更更高高接接近近熔熔点点，晶晶界界氧氧化化破破坏坏了了晶晶粒粒间间的的结结合合，使使金金属属失失去去塑塑性

19、性，坯坯料料报报废废，这这一一现现象象称称为为“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。而而不不能能再再锻锻，否否则则引引起起加加工工硬硬化化甚甚至至开开裂裂，此此时时停停止止锻锻造造的温度称的温度称终锻温度终锻温度。2 2、加工条件的影响、加工条件的影响(内因内因)(2 2)变形速度变形速度 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硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。降、变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程另

20、一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升部分转化为热能，使金属温度升高高(称为热效应现象称为热效应现象)。变形速度。变形速度越大，热效应现象越明显，使金越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降属的塑性提高、变形抗力下降(图中图中a a点以后点以后)，可锻性变好。，可锻性变好。(3 3)应力状态应力状态实践证明：压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越实践证明：压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越多，塑性越差；在选择变形方法时，对于塑性高的金属，多，塑性越差；在选择变形方法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于

21、减少能量消耗；对于塑性低的变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。1.1.纤维组织是怎样形成的纤维组织是怎样形成的?它对金属的力它对金属的力学性能有何影响学性能有何影响?2.2.试分析用棒料切削加工成形和用棒料冷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不同镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同?(1 1)变形温度变形温度 在在一一定定的的变变形形温温度度范范围围内内，随随着着温温度度升升高高，原原子子动动能能升升高高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。从而塑性

22、提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。若若加加热热温温度度过过高高，晶晶粒粒急急剧剧长长大大，金金属属力力学学性性能能降降低低，这这种种现现象象称称为为“过过热热”。若若加加热热温温度度更更高高接接近近熔熔点点，晶晶界界氧氧化化破破坏坏了了晶晶粒粒间间的的结结合合，使使金金属属失失去去塑塑性性，坯坯料料报报废废，这这一一现现象象称称为为“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。而而不不能能再再锻锻，否否则则引引起起加加工工硬硬化化甚甚至至开开裂裂，此此时时停停止止锻锻造造的温度称的温度称终锻温度终锻温度。2 2、加工条件的影响、加工条件的影

23、响(内因内因)(2 2)变形速度变形速度 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硬化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大，可锻性变坏。降、变形抗力增大，可锻性变坏。另一方面，金属在变形过程另一方面，金属在变形过程中，消耗于塑性变形的能量有一中，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能，使金属温度升部分转化为热能，使金属温度升高高(称为热效应现象称为热效应现象)。变形速度。变形速度越大，热效应现象越明显，使金越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降属的塑性提高、变形抗力下降(图中图中

24、a a点以后点以后)，可锻性变好。，可锻性变好。(3 3)应力状态应力状态实践证明：压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越实践证明：压应力数目越多，塑性越好；拉应力数目越多，塑性越差；在选择变形方法时，对于塑性高的金属，多，塑性越差；在选择变形方法时，对于塑性高的金属，变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低的变形时出现拉应力有利于减少能量消耗；对于塑性低的金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。金属应尽量采用三向压应力以增加塑性，防止裂纹。1.1.纤维组织是怎样形成的纤维组织是怎样形成的?它对金属的力它对金属的力学性能有何影响学性能有何影响?2.2.试分析用棒料切削加工成形和用棒

25、料冷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不同镦成形制造六角螺栓的力学性能有何不同?自由锻的适应性强，灵活性大，生产周期短，成自由锻的适应性强，灵活性大，生产周期短，成本低。缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属本低。缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多，生产率低，劳动强度大、条件差，要材料消耗多，生产率低，劳动强度大、条件差，要求操作者的技术水平较高。求操作者的技术水平较高。自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。自由锻自由锻是指用简单的通用性工具，或在锻造设是指用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使

26、坯料变形而获得所需的几备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的方法。何形状及内部质量锻件的方法。自由锻特点及应用自由锻工序 基本工序基本工序镦粗：镦粗：使金属坯料高度减小、横接面积增大的工序。使金属坯料高度减小、横接面积增大的工序。拔长：拔长：使坯料横接面积减小、长度增大的工序。使坯料横接面积减小、长度增大的工序。拔长、镦粗经常交替反复使用。拔长、镦粗经常交替反复使用。有时一头镦粗，另一头拔长。有时一头镦粗，另一头拔长。冲孔：使坯料具有通孔或盲孔的工序。冲孔：使坯料具有通孔或盲孔的工序。弯曲：弯曲：使使工件轴线产生一定曲率工件轴线产生一定曲率的工序的工序。扭转：扭转：使

27、使某一部分相对于另一部分转一定角度某一部分相对于另一部分转一定角度的工序的工序。错移：坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，如曲轴。错移：坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，如曲轴。切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。切割：分割坯料，或去除锻件余量的工序。辅助工序辅助工序在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。在基本工序之前的预变形工序如压肩、压钳口等。精整工序精整工序 是是对对已已成成形形的的锻锻件件表表面面进进行行平平整整，清清除除毛毛刺刺、校校直直弯弯曲曲、修修整整鼓形等。鼓形等。盘类件盘类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔镦粗（拔长、镦粗）、冲孔轴类件轴类件:拔长（镦粗、拔长

28、）、切肩、锻台阶拔长（镦粗、拔长）、切肩、锻台阶筒类件筒类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长环类件环类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔弯曲类件弯曲类件:拔长（镦粗、拔长）、弯曲拔长（镦粗、拔长）、弯曲曲轴类件曲轴类件:拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转自由锻件的分类1 1、自由锻常用设备、自由锻常用设备 空气锤 蒸汽空气锤液压机利用压缩空气推动锻锤进利用压缩空气推动锻锤进行工作。行工作。以落下部分质量以落下部分质量来表示锻造能力；常用吨来表示锻造能力；常用吨位为位为6

29、575065750千克，用于千克，用于锻造小型锻件。锻造小型锻件。利用一定蒸汽或压缩空气利用一定蒸汽或压缩空气推动锻锤进行工作。推动锻锤进行工作。常用常用吨位为吨位为1515吨，用于锻造吨，用于锻造中型锻件，是模锻的主要中型锻件，是模锻的主要设备。设备。利用高压水为动力进利用高压水为动力进行工作。靠静压力工行工作。靠静压力工作。作。常用吨位为常用吨位为51505150吨，用于锻造大型锻吨，用于锻造大型锻件，是大型锻件的唯件，是大型锻件的唯一设备。一设备。自由锻设备2 2、自由锻常用工具、自由锻常用工具自由锻结构工艺性1.1.尽量避免锥体或斜面结构尽量避免锥体或斜面结构2.2.不能存有空间曲线不

30、能存有空间曲线3.3.尽量减少辅助结构尽量减少辅助结构4.4.复杂零件设计成组合体复杂零件设计成组合体自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程自由锻工艺规程绘制锻件图绘制锻件图自由锻工艺规程自由锻工艺规程坯料质量及尺寸计算坯料质量及尺寸计算自由锻工艺规程自由锻工艺规程选择合适的工序选择合适的工序模锻：模锻：是在高强度金属锻模上预先制出于锻件形状一是在高强度金属锻模上预先制出于锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，由于模膛对金属坯料属坯料流动的限制流动的限制，因而锻造终了时能得到和模膛形，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。状相符的锻件。模锻与

31、自由锻相比，具有以下模锻与自由锻相比，具有以下特点特点：1 1）生产率高、易于机械化，可成批大量生产；）生产率高、易于机械化，可成批大量生产；2 2）锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械）锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以减少机械加工余量和余块的数量，节省金属材料和加工工时。加工余量和余块的数量，节省金属材料和加工工时。但是，模具费用昂贵，需要能力较大的专用设备，但是，模具费用昂贵，需要能力较大的专用设备，所以只有在大批大量生产时采用模锻才是经济合理的，所以只有在大批大量生产时采用模锻才是经济合理的，模锻件的重量一般在模锻件的重量一般在 150kg150kg以下。以下。模锻分类（按设

32、备分）模锻分类（按设备分）锤上模锻所用设备主要锤上模锻所用设备主要是是蒸汽蒸汽-空气模锻锤空气模锻锤。模锻按设备可分为锤上模锻、摩擦和平锻压力机上模锻等。模锻按设备可分为锤上模锻、摩擦和平锻压力机上模锻等。锤上模锻锤上模锻锻模结构锻模结构模模 膛膛模锻模膛模锻模膛制坯模膛制坯模膛拔长模膛拔长模膛终锻模膛终锻模膛预锻模膛预锻模膛滚压模膛滚压模膛弯曲模膛弯曲模膛切断模膛切断模膛 对形状复杂锻件，先在制坯模膛内初步成形，然后在模锻模膛内锻造。模锻模膛模锻模膛 i)i)终锻模膛终锻模膛 作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状、尺寸。作用：使坯料最后变形到锻件所要求的形状、尺寸。尺寸比锻件尺寸放大一个收

33、缩量，钢件约为尺寸比锻件尺寸放大一个收缩量，钢件约为1.5%1.5%。四四周周有有飞飞边边槽槽，用用以以增增加加金金属属从从模模膛膛中中流流出出阻阻力力，促促使使金属充满模膛，容纳多余的金属。金属充满模膛，容纳多余的金属。冲孔连皮：无法加工通孔而留下的一薄层金属。冲孔连皮：无法加工通孔而留下的一薄层金属。ii)ii)预锻模膛预锻模膛 作作用用：使使坯坯料料变变形形到到接接近近于于锻锻件件的的形形状状尺尺寸寸，使使终终锻锻 时，金属容易充满终锻模膛。延长终锻模膛的使用寿命。时，金属容易充满终锻模膛。延长终锻模膛的使用寿命。批量不大，形状简单时可不设预锻模膛。批量不大，形状简单时可不设预锻模膛。区

34、别：预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。区别：预锻模膛的圆角、斜度较大，没有飞边槽。终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。终锻模膛的圆角、斜度较小，有飞边槽。制坯模膛制坯模膛 对形状复杂的模锻件对形状复杂的模锻件,为使坯料形状基本接近模锻件形状为使坯料形状基本接近模锻件形状,使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。坯模镗内制坯，因而设制坯模膛。i)i)拔长模膛拔长模膛 增加某一部分长度。增加某一部分长度。ii)ii)滚压模膛滚压模膛 减小某部分横截面积减小某部分横截面积,以增大另一部分横截面以增大另一

35、部分横截面积，坯料长度基本不变。积，坯料长度基本不变。iii)iii)弯曲模膛弯曲模膛 弯曲工件。弯曲工件。iv)iv)切断模膛切断模膛 切断金属。切断金属。此外还有成型模镗，镦粗台，击扁面等制坯模镗。此外还有成型模镗，镦粗台，击扁面等制坯模镗。形状简单的锻件在单模槽内锻造形状简单的锻件在单模槽内锻造成形，称成形，称单模槽模锻单模槽模锻；复杂的锻件，；复杂的锻件，必须在几个模槽内锻造后才能成形，必须在几个模槽内锻造后才能成形，称称多模槽模锻多模槽模锻，见图，见图 根据模锻件的复杂程度不同，分为单根据模锻件的复杂程度不同，分为单膛模锻和多膛膛模锻和多膛模膛。模膛。锤上模锻模锻工艺规程模锻工艺规程

36、制定模锻件图制定模锻件图1.分模面分模面要要保保证证模模锻锻件件能能从从模模膛膛中中取取出出上上下下两两模模沿沿分分模模面面的的 模模 膛膛 轮轮 廓廓 一一 致致分分模模面面能能使使模模膛膛深深度度最最浅浅分分模模面面应应使使零零件件上上所所 加加 的的 敷敷 料料 最最 少少分分模模面面为为平平面面，使使上上下下锻锻模模的的模模膛膛深深度度一一致致2.余量、公差、敷料、冲孔连皮余量、公差、敷料、冲孔连皮余量：余量：14mm公差：公差：冲孔连皮：冲孔连皮：d25mm3.模锻斜度模锻斜度目的：目的：便于锻件从模膛中取出。斜度一般为便于锻件从模膛中取出。斜度一般为5 51515度，它与度，它与模

37、膛深度和宽度有关。模膛深度和宽度有关。4.模锻圆角半径模锻圆角半径目的：目的：圆角结构可使金属易于充满模膛，避免锻模的尖角圆角结构可使金属易于充满模膛，避免锻模的尖角处产生裂纹，减缓外尖角处磨损，从而提高锻模的寿命。处产生裂纹，减缓外尖角处磨损，从而提高锻模的寿命。实例实例1 1选取选取分模面分模面2 2确定确定余量余量3 3模锻斜度模锻斜度4 4圆圆 角角模锻工艺规程模锻工艺规程确定模锻工步确定模锻工步长轴类模锻件长轴类模锻件拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等等锤上模锻盘类锻件盘类锻件镦粗、预锻、终锻镦粗、预锻、终锻锤上模锻模锻工艺规程模锻工艺规程修整工序修整工序切边

38、和冲孔切边和冲孔热处理热处理校正校正清理清理精压精压锤上模锻锤上模锻压力机上模锻特点：特点：行程不固定行程不固定滑块速度较慢，适滑块速度较慢，适用于塑性稍差的合金用于塑性稍差的合金材料材料设备有顶料装置，设备有顶料装置，可采用组合模具可采用组合模具偏心承载能力差，偏心承载能力差，适用于单膛模锻适用于单膛模锻 摩擦压力机上模锻摩擦压力机上模锻锻锻造造生产线生产线一、自由锻件的结构工艺性一、自由锻件的结构工艺性 锻件结构工艺性自由锻件不要有锥体，或斜面结构图自由锻件不要有锥体，或斜面结构图3-33 3-33 轴类锻件结构轴类锻件结构几何体的交接处不应形成空间曲线图几何体的交接处不应形成空间曲线图3

39、-34 3-34 杆类锻件结构杆类锻件结构自由锻件上不应设计出自由锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面截面或空间曲线形表面如如图图3-35 3-35 盘类锻件结构盘类锻件结构自由锻件横截面若有急剧变化或形状较复杂时，应设计成有自由锻件横截面若有急剧变化或形状较复杂时，应设计成有几个简单件构成的组合体，再焊接或机械连接方法连接。几个简单件构成的组合体，再焊接或机械连接方法连接。二、模锻件的结构工艺性二、模锻件的结构工艺性 模锻件有一合理分模面，使工件容易取出，应使敷料少，锻模模锻件有一合理分模面，使工件容易取出，应使敷料少，锻模容易制造。容易制造。零件上与

40、其它零件配合时要机加工，其他面均应设计成非加工零件上与其它零件配合时要机加工，其他面均应设计成非加工面面。因此，要注意设计出模锻斜度，模锻圆角。因此，要注意设计出模锻斜度，模锻圆角。锻件外形应力求简单、平直、对称，避免直径相差过大或具有锻件外形应力求简单、平直、对称，避免直径相差过大或具有薄壁、高筋、高台、深孔、多孔薄壁、高筋、高台、深孔、多孔（a a）小截面直径与大截面直径之比为）小截面直径与大截面直径之比为0.50.5，不符合要求；，不符合要求；（b b）锻件扁而薄，薄处金属冷却块，变形抗力剧增，易损坏锻模；）锻件扁而薄，薄处金属冷却块，变形抗力剧增，易损坏锻模；（c c）零件有一个高而薄

41、的凸缘，金属难以充满模膛）零件有一个高而薄的凸缘，金属难以充满模膛模模锻件锻件机构中应避免深孔或多孔结构，如图机构中应避免深孔或多孔结构，如图3 33838模锻件整体结构应力求简单，如图模锻件整体结构应力求简单，如图3 33939 板料冲压板料冲压通常在室温下进行，所以又称冷冲压，简通常在室温下进行，所以又称冷冲压，简称冲压。称冲压。冲压的冲压的特点特点是不需要对毛坯加热，是节约能源的是不需要对毛坯加热，是节约能源的加工方法；生产操作简单，生产率高，易实现自动化加工方法；生产操作简单，生产率高，易实现自动化和机械化；可以制造形状复杂零件，废料较少；冲压和机械化；可以制造形状复杂零件，废料较少；

42、冲压件结构轻巧，强度、刚度和尺寸精度较高，质量稳定，件结构轻巧，强度、刚度和尺寸精度较高，质量稳定，互换性好。互换性好。其其缺点缺点是冲压模具结构复杂，精度要求高，制造是冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高。费用高。冲压只有在大批量生产条件下，才能充分显示优冲压只有在大批量生产条件下，才能充分显示优越性。越性。先进的板料冲压工艺先进的板料冲压工艺 冲压常用的设备有剪床和冲床等。剪床的作用是把板料切成一定宽度的条料，为后续的冲压备料。冲床的作用是完成除剪切以外的其他冲压工作，生产出合格的产品动画：剪床工作原理剪床冲压设备冲床 冲床完成除剪切以外的其他冲压工作 冲床冲床冲床结构冲床结构冲压基本

43、工序分离工序分离工序 将坯料的一部分和另一部分分开的工序。将坯料的一部分和另一部分分开的工序。如落料、冲孔、修整、剪切等。如落料、冲孔、修整、剪切等。变形工序变形工序是坯料的一部分相对余量一部分产生是坯料的一部分相对余量一部分产生塑性变形而不破裂的工序。如弯曲、塑性变形而不破裂的工序。如弯曲、拉深、翻边、成形等。拉深、翻边、成形等。板料冲压的板料冲压的基本工序基本工序（一）分离工序（一）分离工序 将坯料的一部分和另一部分分开的工序。将坯料的一部分和另一部分分开的工序。如落料、冲孔、修整、剪切等。如落料、冲孔、修整、剪切等。1 1、剪切、剪切用剪刃或冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。用剪刃或

44、冲模将板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。2 2、落料和冲孔（统称冲裁）、落料和冲孔（统称冲裁）将板料按封闭轮廓分离的工序将板料按封闭轮廓分离的工序落料落料是被分离的部分为成品或坯料，周边是废料；是被分离的部分为成品或坯料，周边是废料；冲孔冲孔是被分离的部分为废料，而周边是带孔的成品。是被分离的部分为废料，而周边是带孔的成品。当当凸凸模模压压向向坯坯料料时时，首首先先是是金金属属产产生生弯弯曲曲，然然后后由由于于凸凸模模（冲冲头头）和和凹凹模模刃刃口口的的作作用用，使使坯坯料料在在与与切切口口接接触触处处开开始始出出现现裂裂纹纹。随随着着凸凸模模继继续续向向下下压压，上上下下两两处处裂裂纹纹扩扩展

45、展连连在在一一起起，使使坯坯料料分分离离，完完成成落落料料（或冲孔）的工序。（或冲孔）的工序。（1 1）分离变形过程）分离变形过程（2 2）凹凸模间隙）凹凸模间隙对冲裁件质量的影响对冲裁件质量的影响间隙过大：断面质量差，光亮带小一些，剪裂带和毛刺均较大间隙过小：断面质量好，光亮带增大，模具磨损严重，影响寿命。合理选择模具间隙，主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个主要的因素。当冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值；对断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙。单边间隙c的合理数值可按下面经验公式计算：c=m 其中，-板料厚度。m-与板料性能及厚度有关系数。（3 3）凹凸模刃口尺寸的确定凹凸

46、模刃口尺寸的确定落落料料以以凹凹模模刃刃口口尺尺寸寸作作为为基基准准，根根据据间间隙隙的的大大小小确确定定凸凸模模尺尺寸寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）（凹模尺寸等于零件的尺寸）冲冲孔孔以以凸凸模模为为基基准准，有有间间隙隙确确定定凹凹模模的的尺尺寸寸，即即凸凸模模尺尺寸寸同同零零件尺寸。件尺寸。考虑磨损：考虑磨损：落料落料 凹模尺寸靠近零件公差范围内的最小尺寸凹模尺寸靠近零件公差范围内的最小尺寸 冲孔冲孔 凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸凸模尺寸靠近零件公差范围内的最大尺寸（4 4）冲裁件的排样冲裁件的排样排排样样是是落落料料工工作作中中的的重重要要工工艺艺问问题题。合合理理的的排排样样可

47、可减减少少废废料料，节节省省金金属属材材料料。无无接接边边的的排排样样法法可可最最大大限限度度的的减减少少金金属属废废料料，但但冲裁件的质量不高，所用通常都采用接边的排样法。冲裁件的质量不高，所用通常都采用接边的排样法。注意：注意：注意：注意：a a a a、前三图是、前三图是、前三图是、前三图是“有搭边有搭边有搭边有搭边”优点是毛刺小，且优点是毛刺小，且优点是毛刺小，且优点是毛刺小，且在同一平面上，尺寸在同一平面上，尺寸在同一平面上，尺寸在同一平面上，尺寸准确。准确。准确。准确。b b b b、D D D D图图图图“无搭边无搭边无搭边无搭边”毛毛毛毛刺不在同一平面上。刺不在同一平面上。刺不

48、在同一平面上。刺不在同一平面上。尺寸不易准确。尺寸不易准确。尺寸不易准确。尺寸不易准确。落料与冲孔落料与冲孔修整后冲裁件公差等级修整后冲裁件公差等级达达IT6IT6IT7IT7，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa为为0.80.81.6m1.6m。修整工序简图修整工序简图3 3、修整、修整 使使落落料料或或冲冲孔孔后后的的成成品品获获得得精精确确轮轮廓廓的的工工序序称称为为整整修修。利利用用整整修修模模沿沿冲冲压压件件外外缘缘或或内内孔孔刮刮削削一一层层薄薄薄薄的的切切削削或或切切掉掉冲冲孔孔或或落落料料时时在在冲冲压压件件断断面面上上存存留留的的剪剪裂裂带带和和毛毛刺刺，从从而而提提高高冲冲压压件

49、的尺寸精度和降低表面粗糙度值。件的尺寸精度和降低表面粗糙度值。（二）变形工序（二）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破裂的工序，如弯曲、拉深、翻边、成形等。不破裂的工序，如弯曲、拉深、翻边、成形等。1 1、弯曲、弯曲使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的使坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序叫弯曲。工序叫弯曲。弯弯曲曲时时材材料料内内侧侧受受压压缩缩，外外侧侧受受拉拉伸伸。当当外外侧侧拉拉应应力力超超过过坯坯料料的的抗抗拉拉强强度度时时，会会造造成成金金属属破破裂裂。坯坯料料越越厚厚，内内弯弯曲曲半

50、半径径r r越越小小，应应力力越越大大，越越易易弯弯裂裂。一一般般，弯弯曲曲的的最最小小半半径径应应为为（0.250.251 1）板板厚厚。材材料料塑塑性性好好，弯弯曲曲半半径径可可小小一些。一些。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，坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大。一般回弹由于弹性变形的恢复，坯料略微弹回一点，使被弯曲的角度增大。一般回弹角为角为010，弯曲角度应比成品略小。，弯曲角度应比成品略小。弯曲弯曲2 2、拉深、拉深（1 1）拉深过程）拉深过程 使坯料变形成开口空心零件的工序使坯料变形成开口