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1、工程材料及热加工基础南京航空航天大学南京航空航天大学1第十章第十章 压力加工压力加工 10.1 10.1 10.1 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础本章重点本章重点：塑性变形的基础理论、金属的可锻性，塑性变形的基础理论、金属的可锻性，各种塑性成形方法的特点、应用和结构工艺设计，各种塑性成形方法的特点、应用和结构工艺设计，冲压加工的基本原理和加工方法。冲压加工的基本原理和加工方法。10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 2利

2、用塑性变形的加工方法利用塑性变形的加工方法利用塑性变形的加工方法利用塑性变形的加工方法 压力加工压力加工压力加工压力加工借助外力的作用，使金属坯料产生塑借助外力的作用，使金属坯料产生塑借助外力的作用，使金属坯料产生塑借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件。概概概概 述述述述3n n能改善金属的组织，提高金属的机械性能；能改善金属的组织，提高金属的机械性能；能改善金属的组织，提高金属的机械性能；能改善金属的组织，提高金属的机械性能

3、；n n提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加提高材料的利用率和经济效益（节省材料和切削加工工时）；工工时）；工工时）；工工时）；n n具有较高的劳动生产率。具有较高的劳动生产率。具有较高的劳动生产率。具有较高的劳动生产率。压力加工方法的优点压力加工方法的优点压力加工方法的优点压力加工方法的优点n n不能获得形状复杂的锻件；不能获得形状复杂的锻件；不能获得形状复杂的锻件；不能获得形状复杂的锻件；n n初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；初次投资费用高（设备、工模

4、具、厂房）；初次投资费用高（设备、工模具、厂房）；n n生产现场劳动条件差。生产现场劳动条件差。生产现场劳动条件差。生产现场劳动条件差。缺点缺点缺点缺点 概概概概 述述述述4轧制、挤压、拉拔轧制、挤压、拉拔 金属型材、板材、钢材、线金属型材、板材、钢材、线材等；材等；自由锻、模锻自由锻、模锻 承受重载的机械零件，如机器主承受重载的机械零件，如机器主轴、重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；轴、重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；板料冲压板料冲压 汽车制造、电器、仪表及日用品。汽车制造、电器、仪表及日用品。压力加工的应用压力加工的应用压力加工的应用压力加工的应用 概概概概 述述述述5 10.1 10.1 10

5、.1 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础n n材料在外力的作用下，变形过程一般可分三个阶段：材料在外力的作用下，变形过程一般可分三个阶段：材料在外力的作用下，变形过程一般可分三个阶段：材料在外力的作用下，变形过程一般可分三个阶段：弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形弹性变形、塑性变形和和和和断裂断裂断裂断裂；n n滑移滑移滑移滑移、孪生孪生孪生孪生是最基本的金属中塑性变形方式；是最基本的金属中塑性变形方式；是最基本的金属中塑性变形方式；是最基本的金属中塑性变形方式；n n位错在晶界堆积，位错在晶界堆积，位错在晶界堆积，位错在晶界堆积，晶

6、界晶界晶界晶界使金属塑性变形抗力提高；使金属塑性变形抗力提高；使金属塑性变形抗力提高；使金属塑性变形抗力提高；n n冷变形后，晶粒沿变形方向被拉长，产生冷变形后，晶粒沿变形方向被拉长，产生冷变形后，晶粒沿变形方向被拉长，产生冷变形后，晶粒沿变形方向被拉长，产生变形织构变形织构变形织构变形织构,并并并并形成形成形成形成残余内应力残余内应力残余内应力残余内应力。10.1.1 10.1.1 塑性变形知识回顾塑性变形知识回顾6冷变形和热变形冷变形和热变形冷变形和热变形冷变形和热变形冷变形冷变形 在在Tm的温度的温度下进行下进行的塑性变形。的塑性变形。热变形热变形 在在Tm的温度下进行的塑性变形的温度下

7、进行的塑性变形。冷变形冷变形加工硬化加工硬化冲压、冷弯、冷挤、冷轧冲压、冷弯、冷挤、冷轧塑性材料塑性材料热变形热变形加工硬化加工硬化+再结晶再结晶锻造、热挤、轧制锻造、热挤、轧制变形量大，易氧化变形量大，易氧化 10.1 10.1 10.1 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础710.1.2 10.1.2 纤维组织和锻造比纤维组织和锻造比锻造比锻造比 变形程度的大小变形程度的大小镦粗：镦粗：y=H0/H拔长：拔长：y=F0/F 金属材料金属材料形成锻造流线形成锻造流线（各向异性）（各向异性）yy流线的纵向性能高于横向流线的纵向性能高于横向y 1组织紧密组织

8、紧密晶粒细化晶粒细化 10.1 10.1 10.1 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础8流线的合理分布流线的合理分布流线的合理分布流线的合理分布n n流线与工件最大拉应力方向一致；流线与工件最大拉应力方向一致；流线与工件最大拉应力方向一致；流线与工件最大拉应力方向一致；n n流线与切应力、冲击方向垂直；流线与切应力、冲击方向垂直；流线与切应力、冲击方向垂直；流线与切应力、冲击方向垂直；n n沿工件外轮廓连续分布。沿工件外轮廓连续分布。沿工件外轮廓连续分布。沿工件外轮廓连续分布。10.1 10.1 10.1 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加

9、工理论基础压力加工理论基础910.1.2 10.1.2 金属的可锻性金属的可锻性塑性塑性变形抗力变形抗力塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。影响因素：影响因素：1、金属的本质、金属的本质 化学成分、金属的组织状态化学成分、金属的组织状态2、变形条件、变形条件 变形温度、变形速度变形温度、变形速度、应力状态应力状态可锻性是可锻性是金属材料的工艺性能指标之一金属材料的工艺性能指标之一 10.1 10.1 10.1 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础10 10.1 10.1 10.1 10.1 压力加工理论基

10、础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础11 塑性变形区的塑性变形区的压应力压应力数目越多，合金的塑性越数目越多，合金的塑性越好。好。拉应力拉应力数目越多，塑性越差。数目越多，塑性越差。10.1 10.1 10.1 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础12判断合金锻造性的经验公式：判断合金锻造性的经验公式：判断合金锻造性的经验公式：判断合金锻造性的经验公式：K K=/b b K-锻造性判据锻造性判据。-断面收缩率断面收缩率。b-抗拉强度。抗拉强度。级别级别 K （%/Mpa)%/Mpa)锻造性锻造性 1 2.1 优优 10.1 10.1 10.1

11、 10.1 压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础压力加工理论基础13 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 利用利用冲击力或压力冲击力或压力在上下砧间直接使坯料变形而获在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的锻件的加工方法。得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。坯料变形时，除与上、下抵铁或其它辅助工具接坯料变形时，除与上、下抵铁或其它辅助工具接触部分表面外，都是自由表面，变形不受限制。触部分表面外，都是自由表面，变形不受限制。10.2.1 10.2.1 自由锻自由锻14能生产各种大小的锻件。能生产各种

12、大小的锻件。对于大型锻件，自由锻是唯一可能的生产方法。对于大型锻件，自由锻是唯一可能的生产方法。自由锻采用通用的设备和工具，成本低，生产准自由锻采用通用的设备和工具，成本低，生产准备周期短。备周期短。只能锻造形状简单件，只能锻造形状简单件，生产率低，工人的劳动强度大，生产率低，工人的劳动强度大，锻件表面质量差，锻件表面质量差，只适用于只适用于单件小批量生产单件小批量生产。1.1.1.1.自由锻特点与应用自由锻特点与应用自由锻特点与应用自由锻特点与应用 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 152.2.2.2.自由锻设备自由锻设备自由锻

13、设备自由锻设备设备设备设备设备吨位（吨位（吨位（吨位（T T）锻件质锻件质锻件质锻件质量量量量作用力作用力作用力作用力动力动力动力动力空气锤空气锤空气锤空气锤 0.051 0.051100 kg100 kg冲击力冲击力冲击力冲击力电动机电动机电动机电动机蒸气蒸气蒸气蒸气-空气空气空气空气锤锤锤锤0.550.551500 kg1500 kg冲击力冲击力冲击力冲击力蒸气或压缩空蒸气或压缩空蒸气或压缩空蒸气或压缩空气气气气水压机水压机水压机水压机50015000500150001300T1300T静压力静压力静压力静压力高压水高压水高压水高压水 )变形大、锻透深度变形大、锻透深度大、内部质量好，没大

14、、内部质量好，没有振动，噪音小。有振动，噪音小。20MPa(200个大气压)0.40.9MPa(49个大气压）10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 16空气锤 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 17水压机蒸汽或压缩空气双柱拱双柱拱双柱拱双柱拱式蒸汽式蒸汽式蒸汽式蒸汽锤锤锤锤 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 18水压机 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻

15、造方法 193.3.3.3.自由锻的工序自由锻的工序自由锻的工序自由锻的工序n n基本工序基本工序基本工序基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、错移、扭转;n n辅助工序辅助工序辅助工序辅助工序：倒棱、压肩等；：倒棱、压肩等；：倒棱、压肩等；：倒棱、压肩等；n n精整工序精整工序精整工序精整工序：修整鼓形、平整端面、校直弯曲。：修整鼓形、平整端面、校直弯曲。：修整鼓形、平整端面、校直弯曲。：修整鼓形、平整端面、校直弯曲。10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用

16、的锻造方法常用的锻造方法 20基本工序基本工序基本工序基本工序拔长拔长拔长拔长 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 21基本工序基本工序基本工序基本工序镦粗镦粗镦粗镦粗 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 22基本工序基本工序基本工序基本工序冲孔冲孔冲孔冲孔 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 23基本工序基本工序基本工序基本工序 弯曲弯曲弯曲弯曲 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻

17、造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 24基本工序基本工序基本工序基本工序 错移错移错移错移 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 25基本工序基本工序基本工序基本工序 扭转扭转扭转扭转 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 264.4.锤上自由锻工艺规程的制订锤上自由锻工艺规程的制订锤上自由锻工艺规程的制订锤上自由锻工艺规程的制订a)a)a)a)绘制锻件图绘制锻件图绘制锻件图绘制锻件图锻件图锻件图 =零件图零件图+加工余量、锻件公差和余块加工余量、锻件公差和余块轴锻件图齿轮锻

18、件图 10.2 10.2 10.2 10.2 常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法常用的锻造方法 27b)b)b)b)坯料的质量及尺寸计算坯料的质量及尺寸计算坯料的质量及尺寸计算坯料的质量及尺寸计算坯料的质量：坯料的质量：G 坯料坯料 =G 锻件锻件+G 烧损烧损+G 切头切头+G 芯子芯子坯料的尺寸锻件的锻造比采用的变形方式轴类零件盘盖类零件轧材:y 1.3钢锭:y=2.55镦粗(防弯):H/D r r r 最小弯曲半径最小弯曲半径最小弯曲半径最小弯曲半径 r r r rminminminmin n n回弹的防止回弹的防止回弹的防止回弹的防止 改变模具尺寸，使弹复后达到零件的尺寸；改变

19、模具尺寸，使弹复后达到零件的尺寸；改变模具尺寸，使弹复后达到零件的尺寸；改变模具尺寸，使弹复后达到零件的尺寸；改变模具的结构；改变模具的结构；改变模具的结构；改变模具的结构；拉弯拉弯拉弯拉弯。10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压61拉弯拉弯弹复现象弹复现象带有顶板的双角弯曲带有顶板的双角弯曲 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压62b b b b）弯曲件展开尺寸计算）弯曲件展开尺寸计算）弯曲件展开尺寸计算）弯曲件展开尺寸计算弯曲件的弯曲部位边薄，长度变长：弯曲件的弯曲部位边薄，长度变长：10.3 10.3 10.3 10.

20、3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压63）弯曲件结构工艺性弯曲件结构工艺性弯曲件结构工艺性弯曲件结构工艺性n n弯曲半径不应小于最小弯曲半径，但也不宜过大；弯曲半径不应小于最小弯曲半径，但也不宜过大；弯曲半径不应小于最小弯曲半径，但也不宜过大；弯曲半径不应小于最小弯曲半径，但也不宜过大；n n弯曲部位与板料边缘及板料上孔的距离有限制；弯曲部位与板料边缘及板料上孔的距离有限制；弯曲部位与板料边缘及板料上孔的距离有限制；弯曲部位与板料边缘及板料上孔的距离有限制；n n应尽量沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，应先冲应尽量沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，应先冲应尽量沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，应先冲

21、应尽量沿材料纤维方向弯曲，多向弯曲时，应先冲工艺孔或切槽。工艺孔或切槽。工艺孔或切槽。工艺孔或切槽。10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压64d d d d）弯曲模）弯曲模）弯曲模）弯曲模简单弯曲模压制简单弯曲模压制一般弯曲件一般弯曲件斜楔式弯曲模压制斜楔式弯曲模压制多角形弯曲件多角形弯曲件 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压653.3.3.3.拉深拉深拉深拉深 平面板料平面板料平面板料平面板料 开口中空形件开口中空形件开口中空形件开口中空形件拉拉深深过过程程拉深的变形拉深的变形和应力和应力 10.3 10.3 10.3

22、10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压66正常拉深正常拉深 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压67拉深起皱拉深起皱拉深开裂拉深开裂 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压68防止皱折 加压边圈加压边圈 压边力不宜过压边力不宜过大能压住工件不致大能压住工件不致起皱即可。起皱即可。10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压69防止拉穿n n模具结构模具结构 凸凹模加工成圆角凸凹模加工成圆角凸凹模加工成圆角凸凹模加工成圆角 R R R R凸凸凸凸RRR mm=d/D=0.5 0.8 mm=d/D

23、=0.5 0.8 mm=d/D=0.5 0.8 m min min min min (d-(d-(d-(d-筒径，筒径，筒径，筒径，D-D-D-D-坯料直径）坯料直径）坯料直径）坯料直径）否则应多次拉深否则应多次拉深否则应多次拉深否则应多次拉深 n n涂润滑剂减少摩擦涂润滑剂减少摩擦 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压70多次拉深 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压71 拉深力P的确定:Pmax=3(b+s)(D-d-r凹凹)s b b b b：材料的抗拉强度；材料的抗拉强度；材料的抗拉强度；材料的抗拉强度；s s s

24、 s：材料的屈服强度；：材料的屈服强度；：材料的屈服强度；：材料的屈服强度；D:D:D:D:毛坯直径；毛坯直径；毛坯直径；毛坯直径；d:d:d:d:拉伸凹模直径；拉伸凹模直径；拉伸凹模直径；拉伸凹模直径；r r r r凹凹凹凹:拉伸凹模圆角半径；拉伸凹模圆角半径；拉伸凹模圆角半径；拉伸凹模圆角半径；s:s:s:s:材料厚度。材料厚度。材料厚度。材料厚度。10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压724.4.成形成形成形成形使板料或半成品改变局部形状的工序。使板料或半成品改变局部形状的工序。使板料或半成品改变局部形状的工序。使板料或半成品改变局部形状的工序。刚模压坑刚模压坑软模胀形软模胀形刚模胀形刚模胀形 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压73软模压肋软模压肋曲面压缩翻边曲面压缩翻边平面深长翻边平面深长翻边翻孔翻孔 10.3 10.3 10.3 10.3 板料冲压板料冲压板料冲压板料冲压74谢谢！谢谢！75