1、第三章第三章 金屬壓力加工金屬壓力加工 金屬壓力加工是利用外力，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。 壓力加工方法分類 1 1、軋制、軋制 軋制是借助于摩擦力和壓力使金屬坯料通過兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的軋輥間的空隙而變形的壓力加工方法。 軋制主要用于生產(chǎn)各種規(guī)格的鋼板、型鋼和鋼管等鋼材。 2 2、擠壓、擠壓 擠壓是利用壓力，將金屬坯料從擠壓模的模孔中擠出而成形的壓力加工方法。正擠壓；反擠壓；復(fù)合擠壓。3 3、拉拔、拉拔 拉拔是利用拉力，將金屬坯料拉過拉拔模的模孔而成形的壓力加工方法。常需經(jīng)多次拉拔，依次通過形狀和尺寸逐漸變化的模孔，才能得到所需截面的產(chǎn)

2、品。4、自由鍛、自由鍛 自由鍛是利用沖擊力或壓力，使放在上下砧之間的金屬坯料變形，從而得到所需鍛件的壓力加工方法。 5、模鍛、模鍛 模鍛是利用沖擊力或壓力，使放在鍛模模膛內(nèi)的金屬坯料變形，最后充滿模膛而成形的壓力加工方法。 6、板料沖壓、板料沖壓 板料沖壓是利用壓力，使放在沖模間的金屬板料產(chǎn)生分離或變形的壓力加工方法。第一節(jié)第一節(jié) 金屬壓力加工工藝基礎(chǔ)金屬壓力加工工藝基礎(chǔ)1-1 1-1 金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)金屬塑性變形的實(shí)質(zhì) 1 1、單晶體的塑性變形、單晶體的塑性變形 單晶體塑性變形的主要方式是滑移。滑移是在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分原子相對另一部分原子，沿著一定的晶面（滑移面）和一定的方向（滑

3、移方向）產(chǎn)生的移動(dòng)。 實(shí)際晶體的滑移不象理想晶體那樣，而是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。 2、多晶體的塑性變形、多晶體的塑性變形 1）每個(gè)晶粒變形不均勻 2）晶粒間也產(chǎn)生滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。 3）變形抗力大1-3 1-3 塑性變形后金屬的組織和性能塑性變形后金屬的組織和性能 1、加工硬化、加工硬化 金屬在進(jìn)行塑性變形時(shí)，隨著變形程度的增加，強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和沖擊韌性不斷降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。 加工硬化的金屬內(nèi)部組織變化特點(diǎn)： 1、各晶粒沿變形最大的方向伸長； 2、位錯(cuò)密度增加，晶格嚴(yán)重扭曲，產(chǎn)生內(nèi) 應(yīng)力； 3、滑移面和晶粒間產(chǎn)生碎晶。 2 2、回復(fù)和再結(jié)晶、回復(fù)和再結(jié)晶 1 1）回復(fù)）回復(fù): 當(dāng)加

4、熱溫度不高時(shí)，晶格扭曲被消除，內(nèi)應(yīng)力明顯降低，但力學(xué)性能變化不大，部分地消除了加工硬化。T T回復(fù)回復(fù)= =（0.250.250.30.3）T T 熔點(diǎn)熔點(diǎn)（K K）式中T回復(fù)為金屬回復(fù)的絕對溫度； T熔點(diǎn)為金屬熔化的絕對溫度。2 2）再結(jié)晶）再結(jié)晶 再結(jié)晶再結(jié)晶 以某些碎晶或雜質(zhì)為晶核，成長為新的等軸細(xì)晶粒的過程稱為再結(jié)晶。 再結(jié)晶消除了全部加工硬化，使金屬的強(qiáng)度和硬度明顯下降，塑性和韌性顯著提高。 一般純金屬的再結(jié)晶溫度為： T T再結(jié)晶再結(jié)晶0.40.4T T熔點(diǎn)熔點(diǎn)（K K） 消除金屬加工硬化的熱處理方法叫再結(jié)晶退火。 再結(jié)晶的特點(diǎn) 1、只有產(chǎn)生加工硬化的金屬才能產(chǎn)生再結(jié)晶。 2、不同

5、于同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化。 3、可以細(xì)化晶粒。但過份地延長加熱時(shí)間，則晶粒還會(huì)不斷長大，使金屬力學(xué)性能下降。 塑性變形后的金屬加熱時(shí)組織和性能的變化塑性變形后的金屬加熱時(shí)組織和性能的變化3、冷變形、熱變形和溫變形、冷變形、熱變形和溫變形1) 1) 冷變形冷變形 金屬在回復(fù)溫度以下的變形稱為冷變形，具有加工硬化組織。冷變形特點(diǎn)冷變形特點(diǎn)冷變形可以使工件獲得較高的精度和表面質(zhì)量。冷變形也是強(qiáng)化金屬的一種重要手段。但變形抗力大。2)2)熱變形熱變形 金屬在再結(jié)晶溫度以上的變形稱為熱變形，具有再結(jié)晶組織。 熱變形特點(diǎn)熱變形特點(diǎn) 金屬在熱變形過程中，也產(chǎn)生加工硬化，但隨時(shí)被再結(jié)晶所消除。熱變形

6、時(shí)，金屬的變形抗力小，塑性好。工件的表面質(zhì)量低于冷變形。3)3)溫變形溫變形 金屬在回復(fù)溫度和再結(jié)晶溫度之間的變形，稱為溫變形。兼有冷變形、熱變形的綜合特點(diǎn)。4 4、金屬鍛件的特點(diǎn)、金屬鍛件的特點(diǎn) 1、金屬更加致密。 2、獲得細(xì)化的再結(jié)晶組織。因此，金屬的力學(xué)性能得到很大提高。 3、形成纖維組織，或稱流線。 纖維組織纖維組織 金屬晶界上的夾雜物隨晶粒沿變形最大方向被拉長得到的組織。纖維組織的特點(diǎn)纖維組織的特點(diǎn) 變形程度越大，纖維組織越明顯。 常用鍛造比Y表示變形程度。坯料拔長時(shí)的鍛造比為： Y=F0/F 式中F0為坯料拔長前的橫截面積；F為坯料拔長后的橫截面積。 纖維組織使金屬在性能上具有方向

7、性。 縱向（平行于纖維方向）上的塑性、韌性提高， 橫向（垂直于纖維方向）上的塑性、韌性則降低。 纖維組織的穩(wěn)定性很高，不能用熱處理或其它方法加不能用熱處理或其它方法加以消除以消除，只有經(jīng)過鍛壓使金屬變形，才能改變其方向和形狀。合理利用纖維組織合理利用纖維組織 1、應(yīng)使零件在工作中所受的最大正應(yīng)力方向與纖維方向重合。2、最大切應(yīng)力方向與纖維方向垂直。3、并使纖維分布與零件的輪廓相符合，盡量不被切斷。1-4 1-4 金屬的鍛造性能金屬的鍛造性能 1、可鍛性概念、可鍛性概念 金屬的鍛造性能，是指金屬材料在壓力加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品難易程度的工藝性能。 衡量指標(biāo)：金屬的塑性和變形抗力。塑性越高，變形抗力越

8、小，則金屬的可鍛性越好。 2、影響可鍛性的因素、影響可鍛性的因素 1 1)金屬的本質(zhì)金屬的本質(zhì) 化學(xué)成分化學(xué)成分 純金屬的可鍛性比合金好。而鋼的可鍛性隨碳和合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而變差。 組織結(jié)構(gòu)組織結(jié)構(gòu) 固溶體（如奧氏體）的可鍛性好，而化合物（如滲碳體）差。金屬在單相狀態(tài)下的可鍛性比在多相狀態(tài)下的好。 細(xì)晶粒金屬的塑性較粗晶粒的好，可鍛性較好。（但變形抗力較大） 2)2)壓力加工條件壓力加工條件 (1)(1)變形溫度變形溫度 隨著溫度的升高，鋼的強(qiáng)度下降，塑性上升，即鋼的可鍛性變好。因此，壓力加工都力爭在高溫下進(jìn)行，即采用熱變形。 鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍 開始鍛造的溫度稱為始鍛溫度始鍛溫

9、度，指金屬在鍛造前加熱允許的最高溫度。始鍛溫度過高必將產(chǎn)生過熱、過燒、脫碳和嚴(yán)重氧化等缺陷。 過熱過熱 加熱溫度過高，導(dǎo)致晶粒急劇長大的現(xiàn)象。該缺陷可以通過重新的熱處理加以消除。 過燒過燒 加熱溫度過高（過熱之后），導(dǎo)致晶界嚴(yán)重氧化，甚至局部熔化的現(xiàn)象。 產(chǎn)生該缺陷后，性能極脆，并不能挽救，只能報(bào)廢。 停止鍛造的溫度稱為終鍛溫度終鍛溫度，指金屬熱變形允許的最低溫度。終鍛溫度過低，金屬的加工硬化嚴(yán)重，變形抗力急劇增加，使加工難于進(jìn)行。 碳鋼的鍛造溫碳鋼的鍛造溫度范圍度范圍 (2)(2)變形速度變形速度 1、隨變形速度的增大，加工硬化嚴(yán)重，可鍛性變壞。 2、另一方面，在變形過程中，產(chǎn)生熱效應(yīng)現(xiàn)象。

10、熱效應(yīng)現(xiàn)象使金屬的塑性提高，變形抗力減小，可鍛性變好。 但是，除了高速錘以外，在普通鍛壓設(shè)備上都不可能超過臨界變形速度臨界變形速度。所以，一般塑性較差的金屬，應(yīng)以較小的變形速度，在壓力機(jī)上進(jìn)行鍛造。 (3)(3)應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 三個(gè)方向中壓應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越好。拉應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬的塑性越差。 壓應(yīng)力使各種缺陷受到抑制，不易擴(kuò)展，故可提高金屬的塑性。 在拉應(yīng)力作用下，極易擴(kuò)展，甚至破壞，使金屬失去塑性。 同號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力大于異號(hào)應(yīng)力狀態(tài)下的變形抗力。 綜上所述，金屬的可鍛性既取決于金屬的本質(zhì)，又取決于加工條件。在壓力加工過程中，要力求創(chuàng)造最有利的加工條件，提高塑性，降

11、低變形抗力。 6-1 判斷題判斷題 1壓力加工是利用金屬產(chǎn)生塑性變形獲得零件或毛坯的一種方法。在塑性變形的過程中，理論上認(rèn)為金屬只產(chǎn)生形狀的變化而其體積是不變的。 （ ）2把低碳鋼加熱到1200時(shí)進(jìn)行鍛造，冷卻后鍛件內(nèi)部晶粒將沿變形最大的方向被拉長并產(chǎn)生碎晶。如將該鍛件進(jìn)行再結(jié)晶退火，便可獲得細(xì)晶組織。 （ ）3將化學(xué)成分和尺寸相同的三個(gè)金屬坯料加熱到同一溫度，分別在空氣錘、水壓機(jī)和高速錘上進(jìn)行相同的變形，其變形抗力大小應(yīng)相同。 （ ）4在外力作用下金屬將產(chǎn)生變形。應(yīng)力小時(shí)金屬產(chǎn)生彈性變形，應(yīng)力超過s時(shí)金屬產(chǎn)生塑性變形。因此，塑性變形過程中一定有彈性變形存在。 （ ）5只有經(jīng)過塑性變形的鋼才會(huì)

12、發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶。沒有經(jīng)過塑性變形的鋼，即使把它加熱到回復(fù)或再結(jié)晶溫度以上也不會(huì)產(chǎn)生回復(fù)或再結(jié)晶。 （ ）6塑性是金屬可鍛性中的一個(gè)指標(biāo)。壓力加工時(shí)，可以改變變形條件；但不能改變金屬的塑性。 （ ）7冷變形不僅能改變金屬的形狀，而且還能強(qiáng)化金屬，使其強(qiáng)度、硬度升高。冷變形也可以使工件獲得較高的精度和表面質(zhì)量。 （ ）8某一批鍛件經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)由于纖維組織分布不合理而不能應(yīng)用。若對這批鍛件進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚梢允瑰懠匦碌玫綉?yīng)用。 （ ）9對于塑性變形能力較差的合金，為了提高其塑性變形能力，可采用降低變形速度或在三向壓應(yīng)力下變形等措施。 （ ） 6-2 選擇題選擇題 1鋼制的拖鉤如圖6-1所示，可

13、以用多種方法制成。其中，拖重能力最大的是（ ）。 A 鑄造的拖鉤；B鍛造的拖鉤；C切割鋼板制成的拖鉤。 2有一批經(jīng)過熱變形的鍛件，晶粒粗大，不符合質(zhì)量要求，主要原因是（ ）。 A始鍛溫度過高；B始鍛溫度過低；C終鍛溫度過高；D終鍛溫度過低。3鍛造比是表示金屬變形程度的工藝參數(shù)。用碳鋼鋼錠鍛造大型軸類鍛件時(shí)鍛造比應(yīng)選（ ）。 Ay 11.5 ；By 1.52.5 ；Cy2.53.0；Dy5 。4有一批連桿模鍛件，經(jīng)金相檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其纖維不連續(xù)，分布不合理。為了保證產(chǎn)品質(zhì)量應(yīng)將這批鍛件（ ）。 A進(jìn)行再結(jié)晶退火；B進(jìn)行球化退火；C重新加熱進(jìn)行第二次鍛造；D報(bào)廢。5經(jīng)過熱變形的鍛件一般都具有纖維組織。

14、通常應(yīng)使鍛件工作時(shí)的最大正應(yīng)力與纖維方向（ ）；最大切應(yīng)力與纖維方向（ ）。 A平行； B垂直； C呈45角； D呈任意角度均可。6碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（含碳量）大于0.8的高碳鋼與低碳鋼相比，可鍛性較差。在選擇終鍛溫度時(shí)，高碳鋼的終鍛溫度卻低于低碳鋼的終鍛溫度；其主要原因是為了（ ）。 A使高碳鋼晶粒細(xì)化提高強(qiáng)度； B使高碳鋼獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量； C打碎高碳鋼內(nèi)部的網(wǎng)狀碳化物。 6-3 應(yīng)用題應(yīng)用題 1鎢的熔點(diǎn)為3380，鉛的熔點(diǎn)為327，試計(jì)算鎢及鉛的再結(jié)晶溫度。鎢在900進(jìn)行變形，鉛在室溫（20）進(jìn)行變形，試判斷它們屬于何種變形。T回=0.3T熔點(diǎn)（K) (3380+273) 0.3 =3653

15、 0.3 = 1096（823 ）T再 =0.4T熔點(diǎn)（K) (3380+273) 0.4 =3653 0.4 = 1461（1188 ）T回（823 ） 900 T再（1188 ）所以為溫變形溫變形鉛 T再 =0.4T熔點(diǎn)（K) (327+273) 0.4 =6000.4 = 240（-33） 所以鉛在室溫（20）進(jìn)行變形為熱變形熱變形 2圓鋼拔長前直徑為100mm，拔長后為50mm，試計(jì)算鍛造比y。 y=F0/F=(100/50)2=4第二節(jié)第二節(jié) 鍛造方法鍛造方法 - - 自由鍛自由鍛 自由鍛自由鍛 利用沖擊力或壓力，使放在上下砧之間的金屬坯料產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需鍛件的壓力加工方法

16、。 自由鍛分手工鍛造和機(jī)器鍛造兩種自由鍛分手工鍛造和機(jī)器鍛造兩種，目前都采用機(jī)器鍛造。 自由鍛通常采用熱變形，常以逐段變形的方式來達(dá)到自由鍛通常采用熱變形，常以逐段變形的方式來達(dá)到成形的目的成形的目的， 自由鍛只能鍛造形狀簡單的鍛件，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)只能鍛造形狀簡單的鍛件，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。度大，鍛件精度差、表面粗糙、加工余量大。 自由鍛只適用于單件、小批量生產(chǎn)。自由鍛只適用于單件、小批量生產(chǎn)。 自由鍛是大型鍛件唯一可能的鍛造方法。自由鍛是大型鍛件唯一可能的鍛造方法。 2-1 2-1 自由鍛設(shè)備自由鍛設(shè)備 自由鍛錘自由鍛錘 產(chǎn)生沖擊力使金屬變形的，生產(chǎn)中使

17、用的自由鍛錘是空氣錘和蒸汽-空氣自由鍛錘。 自由鍛錘的噸位是用落下部分（包括上砧、錘頭和工作缸活塞）質(zhì)量來表示，空氣錘的噸位用一般為501000公斤。蒸汽-空氣自由鍛錘的噸位，一般為15噸。 水壓機(jī)水壓機(jī) 水壓機(jī)是以靜壓力使金屬變形的。水壓機(jī)的噸位用所能產(chǎn)生的最大壓力來表示，一般為5150MN。 水壓機(jī)靠靜壓力工作，無振動(dòng)，變形速度低（水壓機(jī)上砧速度約為0.10.3m/s；鍛錘錘頭速度可達(dá)78m/s)，有利于改善材料的可鍛性，并容易達(dá)到較大的鍛透深度。常用于大型鍛件的生產(chǎn)，所鍛鋼錠質(zhì)量可達(dá)300噸。 2-2 2-2 自由鍛的基本工序自由鍛的基本工序根據(jù)變形性質(zhì)和變形程度的不同，自由鍛工序可分為

18、輔助工序、基本工序及修整工輔助工序、基本工序及修整工序。序。壓鉗口、倒棱、壓肩、校直、滾圓、壓平1 1、鐓粗、鐓粗降低高度，增大橫截面積。工藝要求：工藝要求：1坯料原始高度h0與直徑d0之比小于2.5，即h0/d02.5，否則會(huì)鐓彎。2鐓粗部分加熱要均勻，以使變形均勻。3鐓粗面必須垂直于軸線。2 2、拔長、拔長減小橫截面積，增大長度。拔長方法拔長方法1、拔長2、帶心軸拔長3、心軸上擴(kuò)孔工藝要點(diǎn)工藝要點(diǎn)1、不斷翻轉(zhuǎn)90。2、拔長面的la，愈小效率愈高，l(0.40.8)b3 3、沖孔、沖孔沖孔方法沖孔方法1實(shí)心沖子沖孔。2空心沖子沖孔工藝要求工藝要求1沖孔前先鐓粗。2d450mm的孔，用實(shí)心沖子

19、沖孔；d 450mm的孔，用空心沖子沖孔。3d25mm的孔，一般不沖出。2-3 2-3 自由鍛工藝規(guī)程的制定自由鍛工藝規(guī)程的制定 1.1.繪制鍛件圖繪制鍛件圖繪制鍛件圖應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素： 敷料敷料 為了簡化零件形狀、便于鍛造而增加的一部分金屬稱為敷料(也稱為余塊)。 機(jī)械加工余量機(jī)械加工余量 零件的加工表面上為機(jī)械加工而增加的一層金屬。 鍛件公差鍛件公差 鍛件的實(shí)際尺寸與名義尺寸之間所允許的偏差，稱為鍛件公差。 2.2.確定坯料質(zhì)量和尺寸確定坯料質(zhì)量和尺寸(1)(1)確定坯料質(zhì)量確定坯料質(zhì)量 G G坯料坯料G G鍛件鍛件+G+G燒損燒損+G+G切損切損 (2)(2)確定坯料尺寸確定坯料尺寸

20、當(dāng)采用拔長工序鍛造時(shí)： F坯料YF鍛件 以碳素鋼錠為坯料, Y2.53；以型材為坯料，Y1.31.5；以合金結(jié)構(gòu)鋼鋼錠為坯料，Y34。 當(dāng)采用鐓粗工序鍛造時(shí)， 1.25D0H02.5D03.3.選擇鍛造工序選擇鍛造工序軸的自由鍛件圖和鍛造工序軸的自由鍛件圖和鍛造工序2-4 2-4 自由鍛件鍛造結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件鍛造結(jié)構(gòu)工藝性零件的自由鍛結(jié)構(gòu)工零件的自由鍛結(jié)構(gòu)工藝性藝性1 1、避免圓錐面和斜面、避免圓錐面和斜面2 2、避免圓柱之間的相、避免圓柱之間的相貫面貫面3 3、避免凸臺(tái)與筋的設(shè)、避免凸臺(tái)與筋的設(shè)計(jì)計(jì)7-1 判斷題判斷題 自由鍛是單件、小批量生產(chǎn)鍛件最經(jīng)濟(jì)的方法，也是生產(chǎn)重型、大型鍛件的唯一

21、方法。因此，自由鍛 在 重 型 機(jī) 械 制 造 中 具 有 特 別 重 要 的 作 用 。 （ ）2繪制自由鍛件圖時(shí)，應(yīng)考慮填加敷料和加工余量，并標(biāo)出鍛件公差。也就是說，在零件的所有表面上，都應(yīng)給出加工余量。 （ ）3自由鍛沖孔前，通常先要鐓粗，以使沖孔面平整和減少?zèng)_孔深度。 （ ） 7-2 選擇題選擇題 1鐓粗、拔長、沖孔工序都屬于（ ）。 A精整工序；B輔助工序；C基本工序。2圖7-1所示鍛件，用自由鍛鍛造，坯料的直徑為140mm，長度為220mm，其基本工序是（ ）。 A拔長100局部鐓粗拔長60切斷； B整體鐓粗拔長100拔長60切斷； C拔長100拔長60局部鐓粗切斷； D局部鐓粗拔

22、長100拔長60切斷。1試分析如圖7-2所示的幾種鐓粗缺陷產(chǎn)生的原因（設(shè)坯料加熱均勻）。鍛錘噸位小，高徑比過大（2.5)，端面不平行與軸線不垂直2如圖7-3所示的整體活塞采用自由鍛制坯。試在右側(cè)雙點(diǎn)劃線繪制的零件輪廓圖上定性繪出鍛件圖，選擇合理的坯料直徑（現(xiàn)有圓鋼直徑有：120、110、100、90、80、70），并說明理由，擬定鍛造基本工序，在表7-1中畫出工序簡圖。R2H / R2H=1708160 180/110 218/100 268/90=2.98 坯料直徑： 100 選擇原因：局部鐓粗時(shí)保證高徑比 2.5下料局部鐓粗拔長、切料頭 3為修復(fù)一臺(tái)大型設(shè)備，需制造一個(gè)圓錐齒輪，如圖7-4

23、所示。試選擇鍛造方法，定性繪出鍛件圖，并制定鍛造基本工序，在表7-2中畫出工序簡圖。 自由鍛1下料2鐓粗3沖孔4如圖7-5所示，通常碳鋼采用平砧拔長，高合金鋼采用V型砧拔長，試分析砧型對鋼的變形有何影響?V型砧使壓應(yīng)力數(shù)目增多，提高金屬的可鍛性，適合于拔長塑性較差的高合金鋼。5如圖7-6所示支座零件，采用自由鍛制坯，試修改零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理處。 6圖7-7所示零件，采用自由鍛制坯，試修改零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理之處。 2-5 2-5 胎模鍛胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的壓力加工方法。 胎膜：只有一個(gè)模膛，不固定在鍛造設(shè)備上的鍛模。 胎模鍛的特點(diǎn) 與自由鍛相比，生產(chǎn)率和鍛件精度都較

24、高，能鍛出形狀較復(fù)雜的鍛件。 與模鍛相比，胎模結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本低。但是胎模鍛件的精度不如錘上模鍛件高，勞動(dòng)強(qiáng)度仍較大。 胎模鍛適用于小型鍛件的中小批生產(chǎn)小型鍛件的中小批生產(chǎn)，在沒有模鍛設(shè)備的中小型工廠應(yīng)用較為廣泛。 胎模種類較多，主要有扣模、筒模（筒扣模、筒模（筒模主要用于鍛造回轉(zhuǎn)體盤類鍛件。）及模主要用于鍛造回轉(zhuǎn)體盤類鍛件。）及合模三種。合模三種。 扣模扣模：由上下扣組成，坯料在模中不翻轉(zhuǎn)，主要為合模制坯或鍛制簡單非回轉(zhuǎn)體鍛件。筒模筒模：也叫套模，分開式和閉式。 開式：主要生產(chǎn)回轉(zhuǎn)體盤類鍛件。 閉式：主要生產(chǎn)端面有凸臺(tái)或凹坑的回轉(zhuǎn)體鍛件。合模合模：也叫燜子，和錘上模鍛的終鍛一樣，利用

25、 飛邊槽形成阻力，使金屬充滿模膛，得到鍛件。 與錘上模鍛不同的是，合模成形對飛邊要求不高，有時(shí)可以沒有。主要生產(chǎn)形狀復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件。第三節(jié)第三節(jié) 模模 鍛鍛 3-1 3-1 錘上模鍛錘上模鍛 模鍛模鍛是利用沖擊力或壓力，使放在鍛模模膛內(nèi)的金屬坯料受壓變形，最后充滿模膛而成形的壓力加工方法。 模鍛的特點(diǎn) 模鍛生產(chǎn)率較高，可以鍛造出形狀比較復(fù)雜的鍛件。 模鍛件尺寸精度和表面質(zhì)量較高，加工余量小，可以節(jié)省金屬材料，減少機(jī)械加工工作量。 模鍛適合于中小型鍛件的大批大量生產(chǎn)。1 1 模鍛設(shè)備模鍛設(shè)備 錘上模鍛所用設(shè)備有蒸汽-空氣模鍛錘。 蒸汽-空氣模鍛錘的特點(diǎn) 1、機(jī)架直接安裝在砧座上，形成封閉結(jié)構(gòu)

26、，錘的剛度高， 2、錘頭與導(dǎo)軌之間的間隙較小， 3、砧座較重（約為落下部分質(zhì)量的2025倍）。 蒸汽-空氣模鍛錘的噸位也用落下部分質(zhì)量（活塞、錘桿、錘頭和上模的質(zhì)量）表示，一般為116噸，可用于模鍛質(zhì)量為0.5150公斤的鍛件。2 2 鍛模鍛模 1 1）模鍛模膛）模鍛模膛 模鍛模膛分為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種。 終鍛模膛終鍛模膛 終鍛模膛的作用是使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。 模膛四周設(shè)有飛邊槽，飛邊槽由橋部和倉部組成。 橋部起阻力圈作用，用以增加金屬從模膛中流出的阻力，促使金屬充滿模膛。倉部用以容納多余金屬。流入飛邊槽的金屬在上下模打靠前還能起一定的緩沖作用。 具有通孔的鍛件，不可能

27、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)總要留下一層金屬，稱沖孔連沖孔連皮。皮。把飛邊和沖孔連皮沖掉后，才能得到有通孔的模鍛件。 預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛 預(yù)鍛模膛的作用是使坯料變形到接近鍛件的形狀和尺寸。預(yù)鍛模膛不設(shè)飛邊槽，對于形狀簡單或批量不大的模鍛件可不設(shè)置預(yù)鍛模膛。 2 2）制坯模膛）制坯模膛制坯模膛有以下幾種。制坯模膛有以下幾種。1 1、拔長模膛，、拔長模膛，2 2、滾、滾壓模膛，壓模膛，3 3、彎曲模、彎曲模膛，膛，4 4、切斷模膛、切斷模膛彎曲連桿彎曲連桿多膛鍛模多膛鍛模3 3、模鍛工藝規(guī)程的制定、模鍛工藝規(guī)程的制定 1) 1) 繪制模鍛鍛件圖繪制模鍛鍛件圖 （

28、1）選擇分模面 1 保證模鍛件從模膛中取出，一般來講分模面應(yīng)選在鍛件最大截面處； 2 上下兩模分模面模膛輪廓一致，易于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模現(xiàn)象； 3 分模面選在使模膛深度最小位置，便于充模、取件、模具制造； 4 應(yīng)使敷料最少； 5 最好分模面是一個(gè)平面，便于鍛模制造。 (2)(2)確定敷料、加工余量和模鍛公差確定敷料、加工余量和模鍛公差模鍛件的敷料較少，加工余量和公差也比自由鍛件小得多。對于孔徑d25mm的帶孔模鍛件，孔應(yīng)鍛出，但需留沖孔連皮。 (3)(3)確定模鍛斜度和圓角半徑確定模鍛斜度和圓角半徑 模鍛件上平行于錘擊方向的表面必須具有斜度，以便于從模膛中取出鍛件，這一斜度稱為模鍛斜度。模鍛件上所有兩表

29、面的交角處均需做成圓角。2)2) 確定模鍛工步確定模鍛工步坯料在一付鍛模的一個(gè)模膛內(nèi)的變形過程稱為一個(gè)模鍛工步。模鍛工步的名稱與模膛的名稱相同。1、盤類件2、軸類件4 4 模鍛工藝過程模鍛工藝過程 下料下料加熱加熱 模鍛前需將坯料在加熱爐中加熱到規(guī)定的始鍛溫度，而且要均勻熱透。模鍛模鍛 坯料從開始變形到最后成形，一般都是在鍛模的相應(yīng)模膛里經(jīng)過幾個(gè)模鍛工步完成的。切邊和沖孔切邊和沖孔 從終鍛工步得到的鍛件一般都帶有飛邊和沖孔連皮，須在切邊壓力機(jī)上將它們切除。校正校正 校正變形熱處理熱處理 模鍛件熱處理的目的是調(diào)整硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，細(xì)化晶粒和為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。模鍛件常用的熱處理有退火、正火

30、和調(diào)質(zhì)等。表面清理表面清理 表面清理的方法有滾筒清理、噴丸清理、酸洗和砂輪打磨等。精壓精壓 尺寸精度和表面質(zhì)量要求高的模鍛件，應(yīng)在精壓機(jī)上進(jìn)行精壓。檢驗(yàn)檢驗(yàn) 模鍛件質(zhì)量檢驗(yàn)是保證質(zhì)量的必要措施。5 5 零件的模鍛結(jié)構(gòu)工藝性零件的模鍛結(jié)構(gòu)工藝性(1)零件必須具有一個(gè)合理的分模面。 (2)零件上與錘擊方向平行的非加工表面，應(yīng)設(shè)計(jì)出模鍛斜度模鍛斜度。兩非加工表面之間的交角處均應(yīng)為圓角。圓角。(3)零件外形力求簡單、平直、對稱無薄壁高筋。(4）在零件結(jié)構(gòu)允許的條件下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。 (5）在可能的條件下，形狀復(fù)雜的零件應(yīng)采用采用鍛鍛- -焊結(jié)構(gòu)焊結(jié)構(gòu)，以減小敷

31、料，簡化模鍛工藝。3-2 3-2 曲柄壓力機(jī)上模鍛曲柄壓力機(jī)上模鍛 曲柄壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)： 1變形力是靜壓力，工作時(shí)震動(dòng)，噪音較小。 2勞動(dòng)條件好，操作技術(shù)要求低，效率高，便于自動(dòng)化。 3可采用有導(dǎo)柱模具，鍛件精度高，余塊、余量、公差小。有頂出裝置，鍛模斜度小。 4.對于對速度較為敏感的金屬適合使用。 5.行程一定，不適合拔長、滾壓等工藝。 6鍛件氧化皮不易清除。 7所有模膛均一次成形，一次成形金屬變形量大，毛坯易于向水平方向流動(dòng)，飛邊大。形狀復(fù)雜鍛件終鍛前必須有預(yù)成形和預(yù)鍛。 8.設(shè)備復(fù)雜，造價(jià)高，主要用于大批量生產(chǎn)。3-3 3-3 平鍛機(jī)上模鍛平鍛機(jī)上模鍛 平鍛機(jī)上模鍛的特點(diǎn)： 1平鍛機(jī)

32、上模鍛時(shí)，可鍛出帶實(shí)心或空心頭部的長桿類鍛件和帶頭部的長管類鍛件，也可用長棒料逐件連續(xù)模鍛帶通孔或不通孔的鍛件。 2平鍛機(jī)的鍛模是由三部分組成的，具有兩個(gè)互相垂直的分模面，因而可鍛出在兩個(gè)方向上帶有凹擋或內(nèi)孔的鍛件（鍛錘及曲柄壓力機(jī)無法鍛出）。3 平鍛機(jī)上模鍛的鍛件敷料少、模鍛斜度小（因有兩個(gè)分模面，有利于鍛件出模）、飛邊也小，而且經(jīng)常是沒有飛邊。材料利用率高，可達(dá)85-95%。4 平鍛機(jī)造價(jià)高，對于非回轉(zhuǎn)件及中心不對稱件較難鍛造。5 坯料氧化皮不能自動(dòng)脫落，平鍛前需清除。平鍛機(jī)上模鍛的典型工藝過程平鍛機(jī)上模鍛的典型工藝過程 平鍛機(jī)的鍛模是由三部分組成的，具平鍛機(jī)的鍛模是由三部分組成的，具有兩

33、個(gè)互相垂直的分模面有兩個(gè)互相垂直的分模面，因而可鍛出在兩個(gè)方向上帶有凹擋或內(nèi)孔的鍛件，如汽車倒車齒輪鍛件平鍛工步。倒車齒輪鍛件平鍛工步。 3-4 3-4 摩擦壓力機(jī)上模鍛摩擦壓力機(jī)上模鍛 摩擦壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)：摩擦壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)： 1、摩擦壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)速度緩慢，所以生產(chǎn)率較低。 2、對塑性較差的金屬變形，反而有利（再結(jié)晶可以充分進(jìn)行），因此適合模鍛再結(jié)晶速度較低的低塑性合金鋼和非鐵金屬(如銅合金等)。 3、承受偏心能力差，通常適于單膛模鍛。 4、摩擦壓力機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、使用維修方便、工藝用途廣泛等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于中小批生產(chǎn)的情況下生產(chǎn)小型模鍛件。 第四節(jié)第四節(jié) 板料沖壓板料沖

34、壓 板料沖壓是利用壓力，使放在沖模間的板料產(chǎn)生分離或變形的壓力加工方法。 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810mm時(shí)，才采用熱沖壓。 板料沖壓的特點(diǎn)：板料沖壓的特點(diǎn)： 1、生產(chǎn)率很高，工藝過程便于機(jī)械化和自動(dòng)化； 2、可沖壓形狀復(fù)雜的零件，而且廢料較少； 3、產(chǎn)品具有較高的精度和表面質(zhì)量，一般不需要進(jìn)一步機(jī)械加工，適于批量生產(chǎn)。 4、板料沖壓所用的原材料，必須具有足夠高的塑性。4-1 4-1 沖壓設(shè)備沖壓設(shè)備 板料沖壓的設(shè)備板料沖壓的設(shè)備主要是剪床和沖床。 剪床的用途是把板料剪成一定寬度的條料，以供下一道沖壓工序用。 沖床是板料沖壓生產(chǎn)中的主要設(shè)備。安裝上模具用于

35、沖裁、彎曲、拉深和脹形形等沖壓工序。 4-2 4-2 板料沖壓的基本工序板料沖壓的基本工序 板料沖壓的基本工序可分為分離工序和變形工序兩大類。 1 1、分離工序、分離工序 分離工序是指使板料的一部分與另一部分相互分離的工序。如剪切、落料、沖孔和修整等。 1 1）剪切）剪切 使板料沿不封閉的輪廓線分離的工序稱為剪切。它屬于備料工序，其任務(wù)是：根據(jù)沖壓工藝的要求，將板料剪成條料或其他形狀坯料 2 2）沖裁）沖裁 使板料沿封閉的輪廓線分離的工序稱為沖裁。沖裁主要指落料和沖孔。板料沖裁的變形過程板料沖裁的變形過程 彈性變形階段 塑性變形階段 斷裂分離階段。 先后在凸凹模刃口側(cè)面出現(xiàn)微裂紋。凸模再繼續(xù)加

36、壓，已形成的上下微裂紋逐漸擴(kuò)大并向內(nèi)延伸。如凸凹模間隙間隙合適，上下裂紋就能相迎重合，實(shí)現(xiàn)分離。 沖裁模尺寸沖裁模尺寸 沖裁模的凸模和凹模的工作刃口必須很鋒利，凸模與凹模之間必須有合理的間隙z。即z510%s 落料模的凹模凹模刃口尺寸應(yīng)等于落料件的外形尺寸，而凸模刃口尺寸等于凹模刃口尺寸減去2倍間隙值； 沖孔模的凸模凸模刃口尺寸應(yīng)等于孔的尺寸，而凹模刃口尺寸等于凸模刃口尺寸加上2倍間隙值。 落料件排樣落料件排樣 落料件在板料上的布置方法，分為有接邊排樣和無接邊排樣。 3 3）修整）修整 當(dāng)零件精度和剪斷面質(zhì)量要求較高時(shí)，在落料和沖孔后，應(yīng)進(jìn)行修整工序。修整分外緣修整和內(nèi)孔修整。 2 2、變形工

37、序、變形工序 變形工序是指使板料的一部分相對另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序。有彎曲、拉深、翻邊、脹形等。 1 1）彎曲）彎曲 彎曲是指使板料的一部分相對另一部分沿直線(稱為彎曲線)彎成一定的角度以形成一定形狀零件的工序。 受力分析受力分析 板料內(nèi)側(cè)受壓縮，外側(cè)受拉伸，板料的表層應(yīng)力最大，向板料中心應(yīng)力逐漸減小。 變形程度變形程度 變形程度與彎曲角度無關(guān)，取決于彎曲半徑變形程度與彎曲角度無關(guān)，取決于彎曲半徑r和和板厚板厚s 。板料的厚度s越厚、彎曲半徑r越小，表明彎曲變形程度越大，當(dāng)板料的外側(cè)拉應(yīng)力超過坯料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)造成彎裂。 防止彎裂的方法防止彎裂的方法 應(yīng)控制最小彎曲半徑為rmin(

38、0.251)s。 板料彎曲時(shí)應(yīng)盡可能使彎曲線與板料纖維方向垂直。 回彈現(xiàn)象。回彈現(xiàn)象。一般板料的回彈角為010。因此在設(shè)計(jì)彎曲模時(shí)必須使模具的角度比工件角度小一個(gè)回彈角 2 2）拉深）拉深使板料變形成為開口空心制件的工序稱為拉深。 受力分析受力分析 不變形區(qū)不變形區(qū)基本不受力。 已變形區(qū)已變形區(qū)軸向拉應(yīng)力 變形區(qū)變形區(qū)徑向拉應(yīng)力和附加切向壓應(yīng)力。 模具特點(diǎn)模具特點(diǎn)拉深的凸凹模工作部分均應(yīng)作成圓角，凸模和凹模之間的間隙也應(yīng)稍大于板料的厚度，一般取z(1.11.2)s。 變形程度變形程度 拉深系數(shù)拉深系數(shù)m md d1 1/D/D0 0 易產(chǎn)生的缺陷易產(chǎn)生的缺陷 拉裂和起皺拉裂和起皺。 防止拉裂的

39、方法防止拉裂的方法 m m0.50.50.80.8， 對于m0.5的拉深件，可進(jìn)行多次拉深。多次拉深時(shí)，m總m1.m2.m3且拉深系數(shù)應(yīng)一次比一次略大，還應(yīng)進(jìn)行中間再結(jié)晶退火，以恢復(fù)塑性。 防止起皺的方法防止起皺的方法 板料越薄，拉深系數(shù)越小，則越容易起皺。 常用的防止起皺的方法是在拉深模上設(shè)置壓邊圈，通過壓邊圈的作用，使板料不易起皺，而達(dá)到防皺的目的。 3 3）翻邊）翻邊翻邊是將制件的孔緣或外緣沿曲線翻成一定角度的工序。 內(nèi)孔翻邊時(shí)的變形程度用翻邊系數(shù)K0計(jì)算。 K0 =d0/D K0=0.680.72。 當(dāng)K00.68時(shí)，如直接翻邊，將產(chǎn)生翻裂缺陷，應(yīng)采用先拉深先拉深，然后在此拉深件底部沖

40、孔沖孔，再進(jìn)行翻邊翻邊。 4 4）脹形）脹形 脹形（又叫成形）是對板料或管狀毛坯局部施加壓力，變形區(qū)產(chǎn)生雙向拉應(yīng)力，厚度變薄表面積增大，獲得需要的幾何形狀。 變形特點(diǎn)變形特點(diǎn)： 脹形時(shí)變形局限于固定變形區(qū)內(nèi)，板料既不向變形區(qū)以外轉(zhuǎn)移，也不從外部進(jìn)入變形區(qū)。 當(dāng)D/d大于3時(shí)發(fā)生脹形變形。 脹形主要用于壓制加強(qiáng)筋，增大半成品的部分內(nèi)徑等。工序選擇舉例 板料沖壓時(shí)，各工序的選擇、工序順序的安排都應(yīng)以產(chǎn)品零件的形狀、尺寸和精度要求以及每道工序中材料所允許的變形程度為依據(jù)。 下圖是汽車消音器零件沖壓工序。 舉例舉例汽車消音器零件的沖壓工序（a）落料；（b）第一次拉深；（c）第二次拉深；（d）第三次拉深

41、；（e）沖底孔；（f）內(nèi)孔翻邊；（g）外緣翻邊；（h）切口。4-3 4-3 沖模的分類和結(jié)構(gòu)沖模的分類和結(jié)構(gòu)1 1 簡單模簡單模在沖床的一次沖程中只完成一個(gè)沖壓工序的模具，稱為簡單模。2 2 連續(xù)模連續(xù)模在沖床的一次行程中，在模具的不同部位上同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具，稱為連續(xù)模。使用連續(xù)模可以減少模具和設(shè)備數(shù)量，提高生產(chǎn)效率，但模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。3 3 復(fù)合模復(fù)合模在沖床的一次沖程中，在模具的同一部位上同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的模具，稱為復(fù)合模。復(fù)合模結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，適用于精度高的沖壓件。4-4 4-4 板料沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性板料沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性1 對沖裁件的要求對沖裁件的要求1）落料件的外形和沖孔件的

42、孔形應(yīng)力求簡單、對稱，盡可能采用圓形、矩形等規(guī)則形狀。 2）孔及其相關(guān)尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)如圖3-77所示。2 對彎曲件的要求對彎曲件的要求 1.彎曲件形狀應(yīng)盡量對稱，彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑，并應(yīng)合理利用材料的纖維組織，以免彎裂。 2.彎曲件的直邊過短不易彎曲成形，應(yīng)使彎曲件的直邊長度H2s 。 3.彎曲帶孔件時(shí)，為避免孔的變形，孔的位置應(yīng)如圖3-79所示。圖中L應(yīng)大于（1.52）s。4.沖壓件的邊緣彎曲時(shí)，彎曲變形部分應(yīng)遠(yuǎn)離應(yīng)力集中處，以避免應(yīng)力集中處因彎曲產(chǎn)生裂紋。3 對拉深件的要求對拉深件的要求 1）拉深件外形應(yīng)盡量簡單、對稱、且不宜過高，以便減少拉深次數(shù)。 2）拉深件的園角半徑不能過小。最小園角半徑見圖388。4 改進(jìn)結(jié)構(gòu)型式，以便簡化工藝和節(jié)省材料改進(jìn)結(jié)構(gòu)型式，以便簡化工藝和節(jié)省材料 1）采用沖焊結(jié)構(gòu)。對于形狀復(fù)雜的沖壓件，可分解成若干個(gè)簡單件分別沖制，然后再焊成整體件。 2）采用沖口工藝，以減少組合件