1、第三篇 锻压,第三篇 压力加工,概述：,一、定义,2、成形实质：固态流动成形,3、目的：获得具有一定形状，尺寸和机械性的原材料毛坯和零件。,二、特点及应用,1、压力加工件机械性能高。,2、材料利用率高。,1、必要条件,外力（外因）,塑性变形能力（内因）,3、不易获得形状复杂的锻件。,用于制造形状较简单，受力复杂的零件毛坯。,压力加工：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材料、毛坯或零件的生产方法称为压力加工。,金属坯料在两个回转轧棍的孔隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。,三、生产方式,1、轧制,2、挤压,金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工
2、方法。,3、拉拔,4、自由锻,5、模锻,6、板料冲压,将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。,金属坯料在上下抵铁间受冲击或压力而变形方法。,金属坯料在具有一定形状的锻模模腔内受冲击或压力而变形方法。,金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法。,11.1 塑性变形的实质,第十一章 金属的塑性变形,一、单晶体的塑性变形,2、在作用下的变形情况,只能使晶体产生弹性变形或断裂而不能产生塑性变形。,3、作用下使金属材料发生塑性的变形。,1、晶体受外力作用下的分力：晶体受外力作用时将分解为与晶面（滑移面）垂直的正应力（ ）和与晶面平行的切应力（ ）。,1）滑移,2）孪生,：是使部分晶体相对与另
3、一部分晶体作原子间距的整数部移动，是塑性变形的主要方式。,：是使部分晶体相对与另一部分晶体移动，并使这两部分晶体沿某一晶面成镜面对称。,二、多晶体的塑性变形,1、变形,晶内变形,滑移,孪晶,移动,晶间变形,转动, 变形不均匀, 变形抗力较大, 形成纤维组各向异性,2、特点：,随着塑性变形的进行，强度硬度增加而塑性韧性下降的现象称为加工硬化。,11.2 塑性变形后金属的组织和性能,一、组织的变化,1、晶粒沿变形最大方向伸长；,2、晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；,3、晶粒间产生碎晶,二、性能的变化加工硬化,1、概念,2、对生产的影响, 可提高金属的强度，硬度和耐磨性,冷卷弹簧提高屈强比,冷冲自
4、行车挡泥板提高金属的表面强度, 给继续变形造成困难,3、消除再结晶, 回复, 再结晶,T再0.4T熔 （ K ）, 晶粒长大,当经冷变形的金属加热到再结晶温度以上时，金属以一些碎晶、杂质为核心，形成细小的等轴晶粒,使加工硬化彻底消除，塑性完全恢复的现象。,4、冷热变形, 冷变形在再结晶温度以下进行的塑性变形,特点：a.精度高，表面质量好,b.强度、硬度高,c.劳动条件好,d.变形抗力大，内应力大, 热变形在再结晶温度以上进行的塑性变形,特点：,机械性能得的提高,a.晶粒得到细化,缺陷被消除,b.形成纤维组织性能是有方向性, 纤维组织的合理利用,a.零件最大正应力方向与纤维方向平行。,b.零件最
5、大切应力方向与纤维方向垂直。,C. 纤维沿零件轮廓形状分布不被切断。,一、概念,金属的锻造性是指金属材料锻造的难易程度,二、衡量指标,1、 塑性：金属不产生裂纹所允许的最大变形程度， 塑性好则锻造性好。,2、 变形抗力：金属在变形时抵抗工具作用的力， 变形抗力小则锻造性。,11.3 金属的锻造性（可锻性）,三、影响因素,1、金属本质, 化学成分 纯金属合金 Me“锻”, 组织结构 固溶体化合物,2、变形条件, 变形温度, 变形速度, 应力状态,在一定温度范围内，温度升高，可锻性上升。,在一般的情况下,变形速度的增加可锻性下降。,但在高速锻造中，随变形速度的增加，其热效应增加，工件的温度上升，其
6、可锻性上升。,在变形的过程中，变形能力转化为热能使金属温度升高的现象。,a.对塑性的影响,b.对变形抗力的影响 （变形抗力的增加）,压应力数目,拉应力数目,塑性,塑性,压应力拉应力,同号应力异号应力, 应力状态,概述,一、定义：自由锻是利用冲击力或静压力在锻压设备的上、下两抵铁之间 产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件的方法,二、分类,1、手工锻造,2、锤上自由锻造,3、液压机上自由锻造,锤上自由锻造适用于生产中，小型自由锻件，液压机上的锻造适用于生产大型自由锻件。,第十二章 自由锻,1、空气锤,驱动由空气带动锤头工作。,吨位小，50 1000 公斤，用于锻小型锻件。,利用6 9个大气压的蒸
7、气或压缩空气带动锤头工作。,吨位较大0.5 5吨,用于锻中型,较大型锻件。,三、设备,3、水压机,利用高压水20 40 MPa推动大活塞形成巨大的静压力使金属变形。吨位 500 15000 吨，用于锻大型锻件。,万吨级水压机的吨位和台数是一个国家重型机械制造工业 水平的一个重要标志。,4、生产率低，劳动强度大，对工人技术水平要求高。,四、特点,主要用于品种繁多的单件小批生产。,1、所用设备、工具简单、通用、成本低、灵活性大。,2、锻件大小不限，是制造大型锻件的唯一方法。,3、锻件精度低，形状不能太复杂。,一、镦粗 毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序。,用于锻造齿轮坯、法兰盘等零件毛坯。,二、
8、拔长 使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。,用于锻造轴杆及套筒类零件毛坯。,三、冲孔 采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序。,用于锻造带孔锻件。,1、实心冲子冲孔,2、空心冲子冲孔,3、在垫环上冲孔,12.1 自由锻基本工序,五、错移 将坯料的一部分相对另一部分相互平行错开一锻距离的锻造工序。,用于锻造曲轴类锻件。,四、弯曲 将坯料弯成曲线或一定角度的锻造工序。,用于锻造各种弯曲类锻件,六、扭转 将坯料的一部分相对另一部分绕其共同轴线旋转一定角度的锻造工序。,用于锻造多拐曲轴、麻花钻等。,七、切割 切去坯料一部分。,用于切除钢锭底部、夹持锻件的钳把部分、锻件料头以及分 割锻件等。,12.
9、2 自由锻工艺规程,一、绘制锻件图,1.锻件余量：是在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸。,3.余块（敷料）：是为简化锻件形状便于锻造而多留出的那一部分金属。,2.锻件公差：是锻件实际尺寸和公称尺寸所允许的偏差。,二、计算坯料的质量和尺寸,1.坯料质量,G坯G锻G烧G其他,其中：G坯为坯料的质量；G锻为锻的质量；G烧为加热时金属的烧损的质量；G其他为其它的质量。,坯料尺寸应根据坯料的体积(V坯)和第一个基本工序的性质(镦粗或拔长)来确定：,2.确定坯料尺寸,其中：为钢的比重。, 镦粗：,碳素钢锭 Y=2.53 轧材 Y1.31.5,为锻造比,三、安排锻造工序,如齿轮坯：镦粗冲孔。,长轴类(
10、轴类)锻件： 主要工序为拔长。,弯曲锻件: 拔长弯曲(多次)。,复杂形状的锻件, 各种工序的组合。,短轴类(饼块类)锻件：主要工序为镦粗。 （有凸肩的,局部镦粗；带孔的选镦粗冲孔）,如曲轴： 拔长错移扭转。,四、选择锻造设备,五、确定锻造温度范围,六、填写锻造工艺卡,七、自由锻工艺示例,1、汽车半轴,2、齿轮坯,二、外形尽量简单避免截交与相贯.,一、不允许有锥度和斜面,三、不允许有筋和凸台,四、复杂件，断面有急剧变化的锻件应采用组合件.,12.3 自由锻锻件结构工艺性,概述：,一、特点及应用：,1、生产率较高，对工人技术要求不高。 2、锻件较复杂,精度、Ra较好。 3、机加工余量小,材料利用率
11、高。 4、劳动强度较小。 5、变形抗力大,设备吨位大（限于150kg以下锻件)。 6、生产准备周期长 (锻模制造周期长,成本高,寿命低)。 7、工艺灵活性较差。 主要用于中小型锻件的大批大量生产。,二、方式,压力机上模锻。,锤上模锻、,胎模锻、,第十三章 模锻,13.1 锤上模锻,一、设备（蒸气空气模锻锤）,1、锤头与导轨之间的间隙小且导轨很长。,2、砧座质量大且机架与砧座直接连接。,二、锻模,1、模锻模膛,终锻模膛,形状与锻件一致设有飞边槽,带孔件冲孔连皮,飞边槽的作用：增大金属流出模膛阻力,使金属更好充满模膛。容纳多余的金属。, 预锻模膛,形状接近锻件，斜度、圆角比较大。,无飞边槽,2、制
12、坯模膛, 拔长模膛, 滚挤模膛, 弯曲模膛, 切断模膛,用它来减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度。,用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积。主要是使金属按模锻件形状来分布。,对于弯曲的杆类模锻件，需要用弯曲模膛来弯曲坯料。,它是在上模与下模的角部组成一对刀口，用来切断金属。, 分模面的选择,三、模锻工艺规程,1、绘制模锻件图, 确定余量、公差和余块一般：余量为0.55mm，公差为0.33mm,a.便于锻件取出且分 模面为平面； b. 使上下模膛深度最浅； c. 上下模膛沿分模面轮 廓一致； d. 使锻件上加余块最少。, 模锻斜度,便于取出锻件21, 模锻圆角,a.便
13、于金属流动与充型,b.防止模膛过早开裂与压塌,r外(1.512)mm,R内(23)r外,2、确定模锻工步, 长轴类锻件,锻造工艺过程为：,制坯（如拔长、滚压、弯曲、成形）预锻终 锻。,模锻时毛坯轴线方向（长度方向）与锻击方向垂直，金属主要沿高度方向流动，沿长度方 向流动很少，往往需制坯。, 盘类锻件,模锻时坯料轴线方向与打击方向相同，金属沿高度、宽度 和长度方向同时流动。,工艺过程：,制坯（镦粗、压扁） 终锻,3、修整工序, 切边和冲孔, 较正, 热处理, 清理,三、典型模锻件的工艺过程,四、模锻零件结构工艺性,1.便于锻件取出，加余块最少，锻模易于制造,2.外形力求简单、平直和对称，尽量避免
14、锻件截面积差别过大，避免锻件上有薄壁、高筋和凸起结构,3.复杂件要考虑锻焊组合结构,12.3 自由锻锻件结构工艺性 一、不允许有锥度和斜面 二、外形尽量简单避免截交与相贯 三、不允许有筋和凸台. 四、复杂件，断面有急剧变化的锻件应采用组合件.,13.2 胎模锻,胎模锻是在自由锻造设备上使用可移动的锻模(胎模) 生产模锻件的一种工艺方法。,二、胎模种类及主要作用,一、定义,1.扣模,主要用于锻造具有平直侧面的非回转体锻件。,2.筒模,3.合模,主要用于锻造形状复杂的非回转体锻件。,主要用于锻造回转体锻件。,4. 组合模,三、工艺过程,四、 特点,1、与自由锻比较： 锻件较自由锻件复杂,尺寸精 度
15、更高,机加工余量较少,材料利用利高； 生产率高； 机械性能更好(胎模内应力状态较好)。 2、与模锻比较： 工艺灵活； 模具结构更简单； 设备简单,经济； 更换模快,生产周期缩短,成本降低。 适于小批量生产，用自由锻成形困难，模锻又不经济的形状复杂的锻件。,一、摩擦压力机上模锻,二、曲柄压力机上模锻 （热模锻曲柄压力机）,三、平锻机上模锻,四、液态模锻,13.3 其他设备上模锻,概述,一、定义,板料冲压是利用冲模在冲床上使板料分离或变形的加工方法。,二、特点及应用,6、冲模制造复杂。,1、生产率高(靠模具设备成形，操作简便，易实现“两化”),2、可成形复杂形状的制件, 废料少，材料利用率高。,3
16、、制件尺寸精度高、表面质量好、互换性好,不需机加工,4、制件强度高、刚性好、重量轻。,5、加工成本低,第十四章 冲压,冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造诸如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件，又能够制造精密(公差在微米级)和复杂形状的零件。占全世界钢产60%-70%以上的板材、管材及其他型材，其中大部分经过冲压制成成品。冲压在汽车、机械、家用电器、日常用品、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中，都有广泛的应用。,三、设备,一、分离工序,1.冲裁使坯料按封闭轮廓分离,落料冲下部分为工件，周边为废料。,冲孔冲下部分为废料，周边是工件。,将冲压件与板料按要求的轮廓线分离的工序,如剪切、落料
17、、冲孔。落料和冲孔总称为冲裁。,14.1 基本工序,冲裁时应注意的问题, 凸凹模工作部分应有锋利的刃口。, 凸凹模间应有合理的间隙。, 正确确定凸凹模刃口的尺寸,冲孔：D凸D孔 D凹D凸2Z,落料：D凹D落 D凸D凹2Z, 合理排样,有搭边排样,无搭边排样,其中 Z 为单边间隙。,2.修整,二、变形工序,材料只发生位移,不破坏(不分离) 的工序。,1.拉深：使平板毛坯变成开口空心零件的工序。,b.凸凹模间要有合理的间隙；,a.凸凹模工作部分要有合理的圆角；, 防止拉裂,c.限制拉深系数( m )不能太小 ；,d.进行适当的润滑,必要时在两次拉深之间需进行退火处理。, 防止起皱增加压板,一次拉深
18、：,产品直径,原料直径,进行多次拉深时：,2.弯曲：使板料或坯件弯成一定角度和形状的工序。, 防止弯裂,a.控制相对弯曲半径 r/s 不能太小。,b.合理利用纤维组织, 防止回弹,r/s 板料强度 回弹,3. 翻边：使板料获得一定高度凸缘的方法,弯曲半径,材料厚度,防止孔边拉裂, 限制翻边系数, 凸凹模工作部分要有圆角,K0 d0/d 不能太小,4.成型：利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。, 增加刚性 如压筋。, 制造特殊形状的零件如胀形和收口。,五、冲压工序举例,1、汽车消音器,2、黄铜弹壳,一、简单冲模：在冲床的一次冲程中只完成一个工序。,二、连续冲模：在冲床的一次冲程中，在模具不
19、同部位同时完成数道工序。,三、复合冲模：在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序。,14.3 冲压件的结构工艺性,一、材料的选择,1.品种选择塑性好、价格便宜的板料。,2.厚度以薄代厚（采用加强筋增加强度和刚性）。,4.2 冲 模, 拉深件底部及凸缘处的弯角应按图设计；, 带凸缘的筒形件，凸缘直径 Dd+12S,三、精度等级的选择选择时不能超出各工种能达到的精度等级。,2. 弯曲件, 形状应尽量对称，弯曲半径要适中；, 弯边长度不能太短；, 考虑纤维方向；, 弯曲带孔件，孔的位置不能离弯曲处太近 (1.52)S。,3. 拉深件, 形状应简单、对称且不宜太高；,1. 冲裁件,二、形状尺寸设计, 避免窄长结构, 外形便于合理排样,本篇结束,滑移面总是原子排列最密的面； 滑移方向总是原于排列最密的方向。,滑移在外力作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对另一部分发生的相对位移。,产生滑移的晶面和晶向称为滑移面和滑移方向。,一个滑移面及面上的一个滑移方向组成一个滑移系。,体心立方晶格： 62=12,面心立方晶格： 43=12,密排六方晶格： 13=3,滑移,晶体中滑移主要是通过晶体中的线缺陷（位错）的运动来实现的，如果没有线缺陷的运动，要产生塑性变形是需要很大的力。,位错的移动,线缺陷（位错）,
