1、塑 性 成 形,常用锻造方法,自由锻模锻胎模锻,手工锻造机器锻造,锤上自由锻（冲击力）水压机上自由锻（压力）,锤上模锻曲柄压力机上模锻平锻机上模锻摩擦压力机上模锻,第一节 自由锻,定义：用简单的通用性工具，将加热好的坯料放在锻 造设备的上、下砧铁之间直接使其变形获得所 需锻件的加工方法。一、自由锻工序基本工序：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、 错移等,镦粗,错移,扭转,弯曲,冲孔,第二节 自由锻,二、自由锻工艺规程的制订1、绘制锻件图应考虑：余块（敷料）、机械加工余量、锻造公差,第二节 自由锻,2、确定变形工艺方案：基本工序、辅助工序、修整工序,第二节 自由锻,局部镦粗,局部镦粗,切肩,心
2、轴扩孔,扭转,第二节 自由锻,3、计算坯料质量及尺寸（1）坯料质量的确定 m坯 = m锻+m损 = m锻+m烧+m切（2）坯料尺寸的确定 先计算体积：V坯 = m坯 / 然后计算坯料的直径D0或边长A0,若镦粗，则： 1.25 H0 /D0 2.5 圆坯料： D0 = （0.8 1.0） 3 V坯 方坯料： A0 = （0.7 0.9） 3 V坯若拔长，则： 坯料截面积 F坯 Y拔 F锻max 圆坯料： D0 = Y拔 F坯 方坯料： A0 = F坯 注：应按国家标准修正4、选定锻造设备 见表3-65、确定锻造温度范围 见表3-7,第二节 自由锻,自由锻的工艺规程示例,自由锻的工艺规程示例,自
3、由锻的工艺规程示例,第三节 模型锻造,定义：将加热后的坯料置于具有一定形状和尺寸的锻 模模膛内，使其受压变形而获得锻件的方法。特点：生产率高模锻件尺寸和表面精度高模锻件力学性能好易于实现机械化、自动化生产设备、工艺复杂，成本高、周期长,第三节 模型锻造,应用：中、小型锻件的大批量生产分类：锤上模锻曲柄压力机上模锻平锻机上模锻摩擦压力机上模锻,第三节 模型锻造,锤上模锻,锤上模锻工艺过程： 切断坯料 加热坯料 模锻 切边、冲孔 校正锻件 锻件热处理 表面清理 检验,锤上模锻,第三节 模型锻造,锻模模膛,单模膛锻模多模膛锻模,制坯模膛模锻模膛,预锻模膛终锻模膛,模锻工艺规程,一、设计锻件图1、选择
4、分模面,盘类零件应径向分模,分模面应为一平面,上下模膛轮廓相同,模锻工艺规程,2、确定加工余量及锻造公差 按照零件的形状尺寸和锻件的 精度等级确定； 按锻锤吨位确定（见表312）3、确定模锻斜度 1，2 = 315 2 1 h / b4、确定模锻圆角半径 r = 加工余量 + 零件圆角半径R = （23）r,模锻工艺规程,5、冲孔连皮当d=3080mm时， s = 48mm,模锻工艺规程,二、计算坯料尺寸V坯=(V锻+V飞+V连)(1+K)盘类零件： D坯 = 1.08 3 V坯/m轴类零件： D坯= 1.13 2 kFmax,三、确定变形工步,短轴类,长轴类（直轴类）,模锻工艺规程,长轴类（
5、弯轴类）,长轴类（枝芽类）,模锻工艺规程,四、锻后工序1、切边冲孔2、校正3、热处理4、清理5、精压,第四节 板料冲压,定义：利用冲模对金属板料加压，使之分离或变形，从 而获得冲压件的加工方法特点：（1）可成形复杂薄壁件 （2）成形精度较高 （3）生产率高 （4）模具结构较复杂，费用高应用范围：复杂薄壁件的大批量生产,第四节 板料冲压,板料冲压的基本工序：分离工序、成形工序,分离工序,成形工序1,成形工序2,第四节 板料冲压,一、冲裁定义：利用冲模将板料沿封闭的轮廓线分离的工序。 落料：被分离的部分为成品，周边是废料。冲孔：获得孔，被分离的是废料,冲裁断面特征,第四节 板料冲压,1、冲裁的变形
6、分离过程,冲裁变形的三个阶段,弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂分离阶段,第四节 板料冲压,2、冲裁间隙（1）对冲裁件断面质量的影响（2）对模具的影响,第四节 板料冲压,3、冲裁模刃口尺寸的确定落料：凹模尺寸=落料件最小极限尺寸 凸模尺寸=凹模尺寸 - 2Z冲孔：凸模尺寸=冲孔件最大极限尺寸 凹模尺寸=凸模尺寸+ 2Z4、冲裁力计算5、冲裁排样有废料排样、少废料排样、无废料排样,二、成形工序1、弯曲最小相对弯曲半径 rmin/t （0.251.0）弯曲线与纤维方向尽量垂直,第四节 板料冲压,第四节 板料冲压,回弹现象：外力去除后，塑性变形保留，弹性变 形恢复，使坯料产生与弯曲变形方向 相反的变形
7、解决办法：设计回弹角,2、拉深（拉延）定义：将平面板料制成各种开口的中空形状零件的变形工艺(1)拉深变形过程分析,第四节 板料冲压,第四节 板料冲压,(2)拉深件质量问题分析 起皱,防止措施：限制拉深系数、采用压边圈,第四节 板料冲压,(2)拉深件质量问题分析 拉裂防止措施：凸、凹模无刃口，须加工成圆角 R凹=（520）t R凸 = （0.61.0） R凹合理规定凸、凹模间隙，Z = （1.11.5） t良好润滑，减小摩擦,一、自由锻锻件的结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,二、模锻件的结
8、构工艺性有合理分模面；应设计模锻斜度、模锻圆角；零件外形力求简单、平直、对称；尽量避免窄沟、深槽、深孔、多孔；形状复杂件应采用锻焊结构。,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,三、板料冲压的结构工艺性1、冲压件的形状（1）应尽量简单，便于排样,第五节 锻压件结构工艺性,第五节 锻压件结构工艺性,（2）对于复杂件，采用冲焊结构以简化冲压工艺（3）采用冲口工艺，减少组合件数量,第五节 锻压件结构工艺性,（4）在不影响使用性能前提下，尽量简化程序以减少工序,第五节 锻压件结构工艺性,2、冲压件的尺寸（1）冲裁件应采用圆角（2）避免窄槽,第五节 锻压件结构工艺性
9、,3、弯曲件的弯曲半径应大于最小弯曲半径,第五节 锻压件结构工艺性,4、拉深件的圆角半径,塑性加工新工艺,第一节 轧制,定义：靠旋转的轧辊与轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进辊缝之间，并使之受到压缩产生塑性变形的过程。,一、轧制过程及其基本原理简单理想轧制过程：两个轧辊均被驱动、直径相等、转速相同；轧制过程中两个轧辊完全对称；轧辊为刚性的；轧件除受轧辊作用外，不受其它外力作用；轧件的机械性质均匀。,二、轧制方法,按轧制温度： 热轧，冷轧按轧件与轧辊的相对运动关系 纵轧：轧辊的纵轴线相互平行，轧件运动方向与延伸方向与轧辊纵轴线垂直。 斜轧：轧辊的纵轴线倾斜互成一定角度，轧件边旋转边沿自身纵轴线方向前
10、进，且前进方向与轧辊纵轴线方向成一定角度。 横轧：轧辊轴线与轧件轴线互相平行，且轧辊与轧件作相对转动的轧制方法 。,纵轧 斜轧 楔横轧,横轧,四、管材轧制,1. 无缝钢管（1）穿孔,（2）轧管：自动轧管机（3）均整：带芯棒斜轧（4）定径和减径：无芯棒连轧2. 焊管 将管坯（钢板或带钢）弯曲成所需的钢管形状，然后采用焊接法焊接成钢管。,五、型材轧制 型材轧制主要用于各种型钢生产。大多数有色金属型材主要采用挤压、拉拔的方法生产。 型钢的轧制方法：在轧辊上加工出轧槽，把两个或两个以上轧辊的轧槽对应装配起来，形成孔型。轧制时，轧件通过一系列孔型，一般断面积由大变小，长度由短变长，以达到所要求的形状和尺
11、寸。,角钢 槽钢 工字钢 孔型系统示例,六、线材轧制,特点：（1）总的延伸率大，轧件温降快，头尾温差大，轧制速度高。 （2）机架多、分工细，产品比较单一、轧机专业程度高。 （3）高速无扭转轧机具有特殊的孔型系统 。,Y型轧机 45轧机,第二节 挤压,定义：对放在挤压筒内的金属坯料施加压力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。挤压方法： 可按挤压方向、变形特征、润滑状态、挤压温度、挤压速度、模具种类或结构、坯料形状或数目、制品形状或数目分类。,常用挤压方法,3. 特点：具有比轧制更为强烈的三向压应力状态图，金属可以发挥其最大的塑性，获得大变形量。可加工用轧制或锻造加
12、工有困难甚至无法加工的金属材料。可生产断面极其复杂的，变断面的管材和型材。灵活性很大，只需更换模具，即可生产出很多产品。产品尺寸精确，表面质量好。,工艺流程简单，设备投资少，实现生产过程自动化和封闭化比较容易。 金属的固定废料损失较大。挤压余量1015，轧件的切头尾损失仅为13。加工速度低。沿长度和断面上制品的组织、性能不够均一。工具消耗较大。,小结： 挤压法非常适合于生产品种、规格、批数繁多的有色金属管、棒、型材及线坯。在生产断面复杂的或薄壁的管材和型材，直径与壁厚之比趋近于2的超厚壁管材，以及脆性的有色金属和钢铁材料方面，挤压法是唯一可行的压力加工方法。,圆棒正挤压时子午面上网格变化示意图
13、 锥模挤压 平模挤压,纵向线两次弯曲，弯曲角度由外向内逐渐缩小。压缩锥（变形区）。横向线弯曲。外层网格变形为平行四边形，说明承受了剪切变形，外层金属的主延伸变形比内层的大，沿纵向制品后端的主延伸变形比前端的大。使用平模或大模角锥模挤压时，都存在死区。模角增大、摩擦加大、挤压比减小、挤压速度降低，死区增大。死区的存在对提高制品表面质量极为有利。棒材前端横向线弯曲很小，制品头部晶粒粗大，机械性能低劣，应切除。,3. 影响金属流动的因素（1）挤压筒壁上的摩擦力（2）筒温（3）金属导热性（4）润滑剂的绝热性（5）合金相状态（6）金属的强度（7）模角（8）变形程度,三、挤压工具,第三节 拉拔加工,一、拉
14、拔原理、方法、特点定义： 在外加拉力的作用下，迫使金属通过模孔产生塑性变形，以获得与模孔形状、尺寸相同的制品的加工方法，称之为拉拔（或称为拉伸）。是生产管材、棒材、型材及线材的主要方法之一。,拉拔成形原理示意图,2. 拉拔方法 实心材拉拔棒材、型材、线材 空心材拉拔管材,3. 特点（1）拉拔制品尺寸精度高，表面光洁度好。（2）工具与设备简单，维护方便。（3）最适合于连续高速生产断面尺寸小的长制品。（4）拉拔道次变形量和两次退火间的总变形量受到限制，工艺过程长。过大的道次加工率将导致制品尺寸、形状不合格，甚至被拉断。原因是变形区内为两压一拉应力状态，不利于充分发挥金属的塑性。,二、拉拔基本原理,
15、圆棒拉拔时的应力与变形,拉拔制品内部的周期性裂纹示意图,2. 管材拉拔时的应力与变形（1）空拉,第四节 特种锻造,1. 辊锻定义：将坯料用一对装有模具转向相反的锻辊曳入，产生塑性变形，获得具有一定形状尺寸和性能锻件的加工方法称为辊锻，是来自于轧制的锻造成形方法。 一般模锻：模具直线运动 辊锻：模具旋转运动 轧制：轧辊整个圆周都是工作部分，采用长 坯料 辊锻：只有扇形模一部分工作，短坯料,辊锻示意图,特点：（1）连续的静压过程，无冲击和振动。变形实质是坯料的拔长。（2）生产率高。（3）节约金属材料。（4）设备结构简单。（5）劳动条件好，易实现机械化和自动化。（6）节约模具钢材。（7）锻件质量好。
16、,2.摆动辗压 摆辗是一种连续、局部、递增成形方法。特点：（1）变形力小，能耗低。只有一般锻造变形力的1/51/20；（2）制件质量好，无震动，低噪音，模具寿命高，投资少，设备费用低，易实现自动化。（3）上下接触面上的压力分布不同，上大下小；零件易出现上大下小或下大上小的蘑菇头形状；径向尺寸易增大，高度填充困难。 主要用于辗制薄盘类、锥齿轮、万向节、非轴对称件等。,控制变形趋向性的措施合理确定毛坯和半成品尺寸改变模具工作部分的几何形状和尺寸 增大Rp，减小Rd，拉深阻力增大，翻边阻力减小。改变毛坯与模具接触面之间的摩擦阻力 摩擦阻力减小，有利拉深变形，不利于翻边和胀形。,第五节 旋压成形,利用
17、辊轮、压头等工具对随旋压模转动的坯料作进给运动并施压，使其径向尺寸产生显著变化，形成所需形状、尺寸零件的冲压加工方法。,第六节 精密模锻,在模锻设备上锻造出形状复杂、高精度锻件的模锻工艺。如精密模锻伞齿轮，其齿形部分可直接锻出而不必再经过切削加工。精密模锻件尺寸精度可达IT12IT15，表面粗糙度为Ra3.21.6m。,汽车差速锥齿轮精密模锻件 尺寸精度可达IT12 IT15表面粗糙度值Ra可达3.21.6m,精密模锻工艺特点： （1）精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。（2）精细清理坯料表面，除净坯料表面的氧化皮、脱碳层及其它缺陷等。（3）采用无氧化或少氧化加热方法，尽量减少坯料表面
18、形成的氧化皮。（4）精锻模膛的精度必须很高，一般要比锻件的精度高两级。精密锻模一定有导柱、导套结构，以保证合模准确。为排除模膛中的气体，减小金属流动阻力，使金属更好地充满模膛，在凹模上应开有排气小孔。（5）模锻时要很好地进行润滑和冷却锻模。（6）精密模锻一般都在刚度大、精度高的曲柄压力机、摩擦压力机或高速锤上进行。,超塑性成形,定义：金属或合金在低的变形速率（=10-210- 4/s）、一定的变形温度（约为熔点绝对温度的一半）和均匀的细晶粒度（晶粒平均直径为.25m）条件下，其相对伸长率超过100%以上的变形。例如钢可超过500%、纯钛可超过300%、锌铝合金可超过1000%。超塑性状态下的金
19、属在拉伸变形过程中不产生缩颈现象，变形应力可比常态下金属的变形应力降低几倍至几十倍，因此极易变形，可采用多种工艺方法制出复杂零件。常用材料：主要是锌铝合金、铝基合金、钛合金及高温合金。主要应用： （1）板料超塑性冲压成形 采用锌铝合金等超塑性材料，可以一次拉深较大变形量的杯形件，而且质量很好，无制耳产生。（2）板料超塑性气压成形 将具有超塑性性能的金属板料放于模具之中，把板料与模具一起加热到规定温度，向模具内吹入压缩空气或抽出模具内空气形成负压，使板料沿凸模或凹模变形，从而获得所需形状。气压成形能加工的板料厚度为0.44mm。（3）超塑性锻造,高能成型,爆炸成型电液成型电磁成型,板料液压成型,液压胀形冲液拉深软介质成型/软模成型,冲液拉深示意图,
