壓力加工課件

1、材料成型工藝學(xué) 第三章 固態(tài)材料塑性成形過程(金屬壓力加工)主要內(nèi)容第1節(jié) 概述第2節(jié) 金屬塑性成形過程的理論基礎(chǔ)第3節(jié) 鍛造方法第4節(jié) 板料成形方法第5節(jié) 其它他塑性成形簡(jiǎn)介3.1 概述金屬塑性成形的概念 它是指在外力作用下，使金屬材料產(chǎn)生預(yù)期的塑性變形，以獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。在工業(yè)生產(chǎn)中又稱壓力加工。金屬材料固態(tài)成形的基本成形條件:l 被成形的金屬材料應(yīng)具備一定的塑性;l 要有外力作用于固態(tài)金屬材料上。l 金屬固態(tài)成形受到內(nèi)外兩方面因素的制約。l 內(nèi)在因素即金屬本身能否進(jìn)行固態(tài)變形和可形變的能力大小。l 外在因素即需要多大的外力。另外，外界條件（如溫度等）對(duì)

2、內(nèi)外因素有相當(dāng)大的影響，且成形過程中兩因素相互影響。金屬塑性成形的主要方法金屬固態(tài)塑性成形優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)： 組織細(xì)化致密、力學(xué)性能提高； 體積不變的材料轉(zhuǎn)移成形，材料利用率高; 生產(chǎn)率高，易機(jī)械化、自動(dòng)化等。 可獲得精度較高的零件或毛坯，可實(shí)現(xiàn)少無切削加工。缺點(diǎn)： 不能加工脆性材料； 難以加工形狀特別復(fù)雜（特別是內(nèi)腔）、體積特別大的制品； 設(shè)備、模具投資費(fèi)用大。按金屬固態(tài)成形時(shí)的溫度分為兩大類：冷變形過程冷變形是指金屬在進(jìn)行塑性變形時(shí)的溫度低于該金屬的再結(jié)晶溫度。冷變形過程的特征：變形后具有加工硬化現(xiàn)象，強(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌度下降.熱變形過程是指金屬材料在其再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形。冷變形

3、過程的特征： 變形后具有加工硬化現(xiàn)象，強(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌度下降。熱變形過程的特征： 金屬在熱變形中始終保持良好的塑性，可使工件進(jìn)行大量的塑性變形；又因高溫下金屬的屈服強(qiáng)度較低，故變形抗力低，易于變形。熱變形使內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)致密細(xì)小，力學(xué)性能特別是韌度明顯改善和提高。因?yàn)榻饘俨牧蟽?nèi)部的縮松、氣孔或空隙被壓實(shí)，粗大（樹枝狀）的晶粒組織結(jié)構(gòu)被再結(jié)晶細(xì)化。形成纖維組織，力學(xué)性能具有方向性。冷變形過程優(yōu)點(diǎn)：冷變形制成的產(chǎn)品尺寸精度高、表面質(zhì)量好。對(duì)于不能用熱處理方法提高強(qiáng)度、硬度的金屬構(gòu)件（特別是薄壁細(xì)長(zhǎng)件）。利用加工硬化來提高構(gòu)件的強(qiáng)度、硬度不但有效而且經(jīng)濟(jì)。冷變形過程缺點(diǎn)：冷變形過程的加工硬化使

4、金屬的塑性變差，給進(jìn)一步塑性變形帶來困難。對(duì)加工坯料要求其表面干凈、無氧化皮、平整。加工硬化使金屬變形處電阻升高，耐蝕性降低。3.2 金屬塑性成形過程的理論基礎(chǔ)塑性成形性能（可鍛性） 衡量因素塑性指標(biāo)和變形抗力； 塑性越高，變形抗力越低，可鍛性越好。 影響金屬塑性成形性能的因素： 內(nèi)在因素、加工條件、應(yīng)力狀態(tài)等。內(nèi)在因素： 化學(xué)成分鋼的含碳量越大，塑性成形性越好;鋼的合金元素含量越高，塑性成形性能越差. 金屬組織單相固溶體的塑性成形性優(yōu)于多相組織，常溫下，均勻細(xì)晶的塑性成形性優(yōu)于粗晶組織，鋼中存在網(wǎng)狀二次滲碳體時(shí)塑性成形性下降。加工條件：變形溫度 溫度越高，塑性指標(biāo)增加，變形抗力降低，可鍛性提

5、高。變形速度 一方面變形速度增大硬化速度隨之增大，塑性指標(biāo)下降，變形抗力增大，可鍛性變壞； 另一方面變形速度越大，熱效應(yīng)越明顯，使塑性指標(biāo)提高、變形抗力下降，可鍛性變好。一般生產(chǎn)條件下采用較小變形速度。3.2 金屬塑性成形過程的理論基礎(chǔ)應(yīng)力狀態(tài)： 三個(gè)方向中的壓應(yīng)力數(shù)目越多，塑性越好，變形抗力增大；拉應(yīng)力數(shù)目多，則金屬的塑性就差，變形抗力降低。3.2.2 塑性變形基本規(guī)律體積不變規(guī)律 金屬固態(tài)成形加工中金屬變形后的體積等于變形前的體積（又叫質(zhì)量恒定定理）最小阻力定律 金屬在塑性變形過程中，其質(zhì)點(diǎn)都將沿著阻力最小的方向移動(dòng)。3.3 鍛造方法3.3.1 自由鍛造定義：自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金

6、屬材料在上下兩個(gè)砧鐵之間或錘頭與砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的鍛件成形過程。自由鍛優(yōu)點(diǎn)自由鍛缺點(diǎn)自由鍛成形過程零件圖 - 繪制鍛件圖 - 計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸-下料-確定工序-加熱溫度-設(shè)備等- 加熱坯料、鍛打-檢驗(yàn)-鍛件3.3.1 自由鍛造自由鍛成形過程 1）繪制鍛件圖 繪制鍛件圖時(shí)要考慮: 敷料 加工余量 鍛件公差鍛件加工余量： 與零件的形狀、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有關(guān)，通常自由鍛鍛件的加工余量為46mm，它與生產(chǎn)的設(shè)備、工裝精度、加熱的控制和操作技術(shù)水平有關(guān)，零件越大，形狀越復(fù)雜，則余量就大。鍛件公差： 鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量，因?yàn)殄懺觳僮髦姓莆?/p>

7、尺寸有一定困難，外加金屬的氧化和收縮等原因，使鍛件的實(shí)際尺寸總有一定的誤差。規(guī)定鍛件的公差，有利于提高生產(chǎn)率。自由鍛鍛件的公差一般為（12）mm。2）計(jì)算坯料質(zhì)量和尺寸 確定坯料質(zhì)量： G坯料=G鍛件+G燒損+G料頭 式中：G坯料坯料質(zhì)量。 G鍛件鍛件質(zhì)量。 G燒損加熱時(shí)坯料因表面氧化而燒損的質(zhì)量，第一次加熱取被加熱金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%3%，以后各次加熱取1.5%2.0%； G料頭鍛造過程中被沖掉的那部分金屬的質(zhì)量，如沖孔時(shí)坯料中部的料芯，修切端部產(chǎn)生的料頭等。確定坯料尺寸 首先根據(jù)材料的密度和坯料質(zhì)量計(jì)算出坯料相應(yīng)的體積； 根據(jù)體積不變?cè)瓌t和采用的基本工序類型（如拔長(zhǎng)、鐓粗等）的鍛造比、高度與

8、直徑之比等； 然后計(jì)算出坯料橫截面積、直徑或邊長(zhǎng)等尺寸。 中小型鍛件，大多使用型材，圓鋼應(yīng)用較多。當(dāng)鍛件鍛造的第一工序?yàn)殓叴謺r(shí)，則：坯料直徑為： D=（0.81）式中 V1坯料的體積，V1=G1/r G1坯料的質(zhì)量坯料的高度或長(zhǎng)度： 1.25DH2.5D當(dāng)鍛造件的第一工序?yàn)榘伍L(zhǎng)時(shí)，則： F1Y鍛 F鍛式中:F1坯料的截面積； Y鍛鍛造比，對(duì)于圓鋼Y鍛=1.31.5左右； F鍛鍛件的最大截面積。坯料的直徑 D=2 坯料的長(zhǎng)度 L=V1/F1注意：圓鋼直徑大小是標(biāo)準(zhǔn)的，如計(jì)算的坯料直徑與圓鋼標(biāo)準(zhǔn)直徑不符，則應(yīng)將坯料直徑就近取成圓鋼直徑，然后再重新計(jì)算坯料高度H或長(zhǎng)度L。3.3.1 自由鍛造典型鍛件

9、的鍛造比鍛件名稱計(jì)算部位 鍛造比 鍛件名稱計(jì)算部位鍛造比 碳素鋼軸類零件 最大截面 2.02.5 錘頭 最大截面 2.5 合金鋼軸類零件 最大截面 2.53.0水輪機(jī)主軸 軸身 2.5 熱軋輥 輥身 2.53.0水輪機(jī)立柱 最大截面 3.0 冷軋輥 輥身 3.55.0模塊 最大截面 3.0 齒輪軸 最大截面 2.53.0航空用大型鍛件 最大截面 6.08.0 選擇鍛造工序、確定鍛造溫度和冷卻規(guī)范等。選擇鍛造工序 分為基本工序、輔助工序、精整工序三類。 基本工序：鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔等盤類鍛件可采用鐓粗、沖孔、壓肩、整修軸及桿類鍛件可采用拔長(zhǎng)、壓肩、整修筒及環(huán)類鍛件可采用鐓粗、沖孔、拔長(zhǎng)、整修彎曲類

10、鍛件可采用拔長(zhǎng)、彎曲曲拐軸類鍛件可采用拔長(zhǎng)、分段、錯(cuò)移、整修其他復(fù)雜鍛件可采用拔長(zhǎng)、分段、鐓粗、沖孔、整修輔助工序：壓肩、倒棱、壓鉗口等。精整工序：整形、清出表面氧化皮等?；脽羝?1鍛造溫度范圍及加熱冷卻范圍 常用金屬材料的鍛造溫度范圍合金種類始鍛溫度/終鍛溫度/碳素鋼15，25，3012001250750 80035，40，45120080060，65，T8,T101100800合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼1150 1200800 850低合金工具鋼1100 1150850高速鋼1100 1150900有色金屬H68850700硬鋁470380鍛后鍛件的冷卻： 鍛件仍有較高的溫度，冷卻時(shí)由于表面冷卻快，

11、內(nèi)部冷的慢，鍛件表里收縮不一，可能使一些塑性較低的或大型復(fù)雜鍛件產(chǎn)生變形或開裂等缺陷。鍛件冷卻方式常有下列3種：1）直接在空氣中冷卻（空冷），此種多用于碳含量小于0.5%的碳鋼和碳含量小于0.3%的低合金鋼中小型鍛件。2）在爐灰或干砂中緩冷 對(duì)用于中碳鋼、高碳鋼和大多數(shù)低合金鋼中的中型鍛件。3）隨爐緩冷 鍛后隨即將鍛件放入500到700攝氏度的爐中隨爐緩冷，用于中碳鋼和低合金鋼的大型鍛件以及高合金鋼的重要鍛件。自由鍛典型過程舉例 軸類、盤類、環(huán)類、筒類、彎曲類等軸類件自由鍛工序鍛件名稱：齒輪軸坯料質(zhì)量：2.8kg坯料規(guī)格：90x59mm鍛件材料：40Cr鍛造設(shè)備：150kg空氣錘鍛件圖：火次溫

12、度（）操作說明簡(jiǎn)圖11200800鐓粗拔長(zhǎng)、打圓壓肩拔長(zhǎng)、打圓 盤類件自由鍛工序鍛件名稱：雙聯(lián)齒輪坯料質(zhì)量：2.1kg坯料規(guī)格：65x83mm鍛件材料：45鋼鍛造設(shè)備：150kg空氣錘 鍛件圖：火次溫度（）操作說明簡(jiǎn)圖11200800鐓粗壓肩拔長(zhǎng)、打圓 環(huán)類件自由鍛工序 筒類件自由鍛工序彎曲件自由鍛工序鍛造設(shè)備：中小型鍛件所采用的主要是空氣錘，空氣錘的噸位選擇見下表或查鍛造手冊(cè)。錘的噸位/kg150250400560鍛件質(zhì)量/kg6102640自由鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征自由鍛件上應(yīng)避免錐體、曲線或曲線交接以及橢圓形、工字形截面等結(jié)構(gòu)自由鍛件上應(yīng)避免加強(qiáng)筋、凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)。當(dāng)鍛件的橫截面有急劇變化或形狀較

13、復(fù)雜時(shí)，可將其設(shè)計(jì)成幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組合件，用焊接或機(jī)械連接方法連成整體件。復(fù)雜件結(jié)構(gòu)成形性差的結(jié)構(gòu) 成形性好的結(jié)構(gòu)3.3.2 模型鍛造定義：它是將坯料置于鍛模模腔內(nèi)，然后施加沖擊力或壓力使坯料發(fā)生塑性變形而獲得鍛件的成形過程。模型鍛造時(shí)坯料是整體塑性成形坯料三向受壓。與自由鍛相比，模鍛具有如下優(yōu)點(diǎn):生產(chǎn)效率高。能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理。模鍛件的尺寸較精確，表面質(zhì)量好，加工余量較小。節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量。在批量足夠的條件下，能降低零件成本。模鍛操作簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度低。缺點(diǎn)： 模鍛設(shè)備噸位限制，鍛件質(zhì)量一般在150kg以下。設(shè)備投資較大，模具費(fèi)用高，工藝靈活性較

14、差，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)。 適合于小型鍛件的大批、大量生產(chǎn)。 模鍛已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、機(jī)車、汽車、拖拉機(jī)、軍工、軸承等制造業(yè)中。 最常見的零件是齒輪、軸、連桿、杠桿、手柄等，但模鍛常限制在150kg以下的零件。 冷成形工藝（冷鐓、冷鍛）主要生產(chǎn)一些小型制品或零件，如螺釘、釘子、鉚釘、螺栓等，由于鍛模造價(jià)高，制造周期長(zhǎng)，故模型鍛造僅適用于大批量生產(chǎn)。模鍛過程l 模鍛過程l 1)繪制模鍛件圖 應(yīng)考慮分模面、加工余量、鍛件公差和敷料 、模鍛斜度 、模鍛件圓角半徑 等。l 分模面 l 確定分模面位置原則：l 要保證模鍛件易于從模膛中取出，故通常分模面選擇在模鍛件最大截面上。l 所選定的分模面應(yīng)能使模膛的深度

15、最淺，這樣有利于金屬充滿模膛，便于鍛件的取出和鍛模的制造。l 選定的分模面應(yīng)能使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，這樣在安裝鍛模和生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)模現(xiàn)象時(shí)，便于及時(shí)調(diào)整鍛模位置。d）分模面最好是平面，且上下鍛模的模膛深度盡可能一致，便于鍛模制造。e)所選分模面盡可能使鍛件上所加的敷料最少，這樣既可提高材料的利用率，又減少了切削加工的工作量。第2種孔不能鍛。分模面選擇比較圖加工余量、鍛件公差和敷料 模鍛件的加工余量和公差比自由鍛件的小得多。小型模鍛件的加工余量一般在24mm，鍛件公差一般為0.5 1mm。對(duì)于孔徑d25mm的模鍛件，孔應(yīng)鍛出，但須留沖孔連皮； 沖孔連皮厚度與孔徑有關(guān)，當(dāng)孔徑為30 80

16、mm時(shí)，連皮厚度為4 8mm。模鍛斜度 目的是便于從模膛中取出鍛件。常用模鍛斜度系列為：357101215 模鍛斜度與模膛深度有關(guān)，當(dāng)模膛深度與寬度的比值（h/b)越大時(shí)，取較大的斜度值。內(nèi)壁斜度應(yīng)比外壁斜度大25 在具有頂出裝置的鍛壓機(jī)械上，其模鍛件上的斜度比沒有頂出裝置的小一級(jí)。模鍛件圓角半徑 模鍛件上凡是面與面相交處均應(yīng)做成圓角。 目的:增大鍛件強(qiáng)度，利于鍛造時(shí)金屬充滿模膛，避免鍛模上的內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外尖角處的磨損，提高鍛模的使用壽命。要求: 鋼質(zhì)模鍛件 外圓角半徑取1.5 12mm， 內(nèi)圓角半徑比外圓角大2 3倍；模膛深度越深，圓角半徑取值越大。例 一齒輪，材料為45鋼，產(chǎn)

17、量為3000件/月，選用模鍛加工。 該件直徑25的孔不鍛出（因放在機(jī)加工余量后孔徑25），外徑的加工余量放4mm（半徑上放2mm），高度上加工余量放2.5mm。分模面如圖所示，凡垂直分模面的立壁均放模鍛斜度5。2）坯料質(zhì)量和尺寸計(jì)算 模鍛件坯料質(zhì)量=模鍛件質(zhì)量+氧化燒損質(zhì)量+飛邊（連皮）質(zhì)量 飛邊質(zhì)量的多少與鍛件形狀和大小有關(guān)，一般按鍛件質(zhì)量的20% 25%計(jì)算。 氧化燒損按鍛件質(zhì)量和飛邊質(zhì)量總和的3% 4%計(jì)算，其他規(guī)則可參照自由鍛坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算。3）模鍛工序確定 盤類模鍛件： 一般采用鐓粗和終鍛工序；對(duì)于一些高輪轂、薄輪輻的模鍛件，采用鐓粗-預(yù)鍛-終鍛工序。長(zhǎng)軸類模鍛件工序選擇有：預(yù)鍛

18、-終鍛滾壓-預(yù)鍛-終鍛拔長(zhǎng)-滾壓-預(yù)鍛-終鍛拔長(zhǎng)-滾壓-彎曲-預(yù)鍛-終鍛等模鍛件成形過程中工序的多少與零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、坯料形狀及制坯手段等有關(guān)。 如：彎曲連桿模鍛鍛造截面變化較大的長(zhǎng)軸類鍛件時(shí)，常采用斷面呈周期性變化的坯料見圖所示：（a）周期性軋制坯料 （b）彎曲（c）預(yù)鍛 （d）終鍛或者用輥鍛機(jī)來軋制原坯料代替拔長(zhǎng)和滾壓工序見圖，這樣可使模鍛過程簡(jiǎn)化，生產(chǎn)效率高。（a）原料 （b）輥鍛 （c）坯料 1扇形輥鍛模 2鍛輥4）修整工序 切邊與沖孔 鍛成的模鍛件，通常其周邊都帶有飛邊，有通孔的鍛件還有連皮。須用切邊模和沖孔模將飛邊和連皮切除。校正 在形狀復(fù)雜的鍛件切邊（沖連皮）之后進(jìn)行校正提高鍛件精

19、度。 熱處理 目的是為了消除鍛件的過熱組織或加工硬化組織、內(nèi)應(yīng)力等，使模鍛件具有所需的組織和性能。 清理 清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以提高模鍛件的表面質(zhì)量。清理方法有：滾筒打光。噴丸清理、酸洗等。對(duì)于要求精度高和表面粗糙度低的模鍛件，除進(jìn)行上述各修整工序外，還應(yīng)在壓力機(jī)上進(jìn)行精壓。5）鍛模模膛 分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類：模鍛模膛 模鍛模膛分為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種。 終鍛模膛作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。它的形狀與鍛件的形狀相同；因鍛件冷卻時(shí)要收縮，終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量，一般鋼件收縮量取1.2%1.5%。 飛邊槽作用：促使金屬充滿模膛，增加金屬?gòu)哪?/p>

20、膛中流出的阻力，同時(shí)容納多余的金屬。飛邊槽的基本結(jié)構(gòu)形式 預(yù)鍛模膛作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時(shí)金屬容易充滿終鍛模膛，同時(shí)也減小了終鍛模膛的磨損，延長(zhǎng)使用壽命。 預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的主要區(qū)別是：前者的圓角和斜度較大，沒有飛邊槽制坯模膛 對(duì)于形狀復(fù)雜的模鍛件為了使坯料形狀基本接近模鍛件形狀，使金屬能合理分布和很好地充滿模膛，須預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯，然后再進(jìn)行預(yù)鍛和終鍛。 制坯模膛：拔長(zhǎng)模膛、滾擠模膛、彎曲模膛、切斷模膛等。拔長(zhǎng)模膛用來減少坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長(zhǎng)度。滾擠模膛用來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。它主要是使金屬按模鍛件形狀分布。彎曲

21、模膛對(duì)于彎曲的桿類模鍛件，需用進(jìn)行彎曲制坯。 坯料可直接或先經(jīng)其他制坯工序后再放入彎曲模膛內(nèi)進(jìn)行彎曲變形。切斷模膛 用來從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口部金屬。6）金屬在模膛內(nèi)的變形過程 其形變過程可分為三個(gè)階段。以錘上模鍛盤類鍛件為例：三個(gè)階段： 充型階段； 形成飛邊和充滿階段； 鍛足階段。 充型階段。在最初的幾次鍛擊時(shí)，金屬在外力作用下發(fā)生塑性變形，坯料高度減小，水平尺寸增大，并有部分金屬壓入模膛深處。這一階段直到金屬與模膛側(cè)壁接觸達(dá)到飛邊槽橋口為止如圖。形成飛邊和充滿階段。在繼續(xù)鍛造時(shí)，由于金屬充滿模膛圓角和深處的阻力較大，金屬向阻力較小的飛邊槽內(nèi)流動(dòng)，形成飛邊。由于飛邊在隨后急劇變冷

22、以至金屬流入飛邊槽的阻力急劇增大，變形力也迅速增大，見圖（d）鍛足階段。由于坯料體積往往都偏多或者飛邊槽阻力偏大，因而，雖然模膛已經(jīng)充滿，但上下模還未合攏，需進(jìn)一步鍛足。特點(diǎn)： 變形僅發(fā)生在分模面附近區(qū)域，以便向飛邊槽擠出多余的金屬，變形力也急劇增大，直至達(dá)到最大值p3為止，見圖（d）中p2p3線。l 飛邊的作用：l 強(qiáng)迫充填；l 容納多余的金屬；l 減輕上模對(duì)下模的打擊，起緩沖作用。影響金屬充滿模膛的因素：金屬的塑性和變形抗力。 塑性高、變形抗力低的金屬容易充滿模膛。飛邊槽的形狀和位置。 飛邊槽部寬度與高度之比（b/h）及槽部高度h是主要因素。 b/h越大，h越小，則金屬在飛邊流動(dòng)阻力越大。

23、強(qiáng)迫充填作用越大，但變形抗力也增大。金屬模鍛時(shí)的溫度。金屬的溫度高，其塑性好、抗力低，易于充滿模膛。鍛件的形狀和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分的鍛件難于鍛造、鍛件尺寸越大，形狀越復(fù)雜，則越難鍛造。設(shè)備的工作速度。工作速度較大的設(shè)備其充填性較好。充填方式。鐓粗比擠壓易于充型。其他 如鍛模有無潤(rùn)滑、有無預(yù)熱等。7）模鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征 模鍛零件必須具有一個(gè)合理的分模面，以保證模鍛件易于從鍛模中取出、敷料最少、鍛模制造容易。零件外形力求簡(jiǎn)單、平直和對(duì)稱，盡量避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、高凸起 等結(jié)構(gòu)，以便于金屬充滿模膛和減少工序。盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。在可能的情況下，對(duì)復(fù)雜零件采用鍛

24、-焊組合，以減少敷料，簡(jiǎn)化模鍛過程。概念：在自由鍛造設(shè)備上使用不固定在設(shè)備上的各種模具稱為胎模的單膛模具，將已加熱的坯料用自由鍛方法預(yù)鍛成接近鍛件形狀，然后用胎模終鍛成形的鍛造方法。種類：扣模、套筒模（開式套筒模、閉式套筒模）、合模。1）扣模： 用于鍛造非回轉(zhuǎn)體鍛件，具有敞開的模膛。鍛造時(shí)工件一般不翻轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生毛邊，可用于制坯也可成形。2）套筒模： 套筒模主要用于回轉(zhuǎn)體鍛件如齒輪、法蘭等，有開式和閉式兩種。開式套筒模一般只有下模（套筒和墊塊），沒有上模（錘砧代替上模），優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以得到很小或不帶斜度的鍛件。取件時(shí)一般要翻轉(zhuǎn)180度; 缺點(diǎn)是對(duì)上下砧的平行度要求較嚴(yán)。閉式套筒模一般由上模

25、、套筒等組成，鍛造中金屬處于模膛的封閉空間中變形，不形成毛邊。3）合模： 一般由上下模及導(dǎo)向裝置組成，見圖，用來鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，鍛造過程中多余金屬流入飛邊槽形成飛邊。優(yōu)點(diǎn)：與自由鍛相比，胎模鍛具有鍛件品質(zhì)較好（表面光潔、尺寸較精確、纖維分布合理）、生產(chǎn)率高和節(jié)約金屬等優(yōu)點(diǎn)。與模鍛相比，胎模鍛具有操作比較靈活、胎模模具簡(jiǎn)單、容易制造加工、成本低、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：胎模鍛件比模鍛件表面品質(zhì)較差；精度較低、所留的機(jī)加工余量大；操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大、胎模壽命較低。 胎模鍛適用于中、小批量生產(chǎn)小型多品種的鍛件。3.3.4 鍛造生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)1）鍛件成本及降低成本的主要途徑（1）鍛件成本由下列幾項(xiàng)

26、組成原材料費(fèi)用：主要是鋸割好的各類型材或坯料的費(fèi)用；燃料費(fèi)用：即加熱爐用的燃油、煤氣等費(fèi)用；動(dòng)力費(fèi)用：包括電力、蒸汽和壓縮空氣；生產(chǎn)工人工資和附加費(fèi)用；專項(xiàng)費(fèi)用：如添置過程裝備費(fèi)用，購(gòu)置鍛模等；車間經(jīng)費(fèi)：包括管理和組織車間生產(chǎn)所發(fā)生的各項(xiàng)費(fèi)用；企業(yè)管理費(fèi)：在計(jì)算時(shí)把上述的總和分?jǐn)偨o全月完成工時(shí)總量，得出單位小時(shí)生產(chǎn)費(fèi)用成本。(2)降低成本的主要途徑提高鍛件品質(zhì)，減少?gòu)U品損失，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。盡量節(jié)省燃料和動(dòng)力。2）鍛造生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)每一鍛工鍛件年產(chǎn)量（kg/人）； 每一生產(chǎn)工人鍛件年產(chǎn)量（kg/人）； 車間總面積年產(chǎn)量（kg/人）； 每104kN鍛壓設(shè)備能力年產(chǎn)量（kg/104）； 鍛件成品

27、率； 鍛件千克成本（元/kg）。3.4 板料成形方法板料成形又叫板料沖壓,是利用壓力裝置和模具使板材產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得成形件或制品的成形方法。一般沖壓板厚3mm時(shí)，因沖裁力較大，應(yīng)適當(dāng)放大系數(shù)m。 對(duì)沖裁件斷面無特殊要求時(shí)，系數(shù)m可放大1.5倍。l 3）凸、凹模刃口尺寸確定l 落料模l 凹模尺寸=落料件尺寸l 凸模尺寸=凹模尺寸最小合理間隙值l 因凹模磨損后增大了落料尺寸，因此，凹模設(shè)計(jì)應(yīng)接近落料件最小極限尺寸。沖孔模凸模尺寸=沖孔尺寸，以凸模為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)。凹模尺寸=凸模尺寸+最小合理間隙值凸模磨損后減小沖孔尺寸，因此，凸模設(shè)計(jì)應(yīng)接近沖孔最大極限尺寸。4）沖裁力計(jì)算 沖裁力是選用設(shè)備噸

28、位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的一個(gè)重要依據(jù)。對(duì)于平刃沖模的沖裁力按下式計(jì)算：式中 P沖裁力； L沖裁周邊長(zhǎng)度； S板料厚度； k系數(shù)；一般取k=1.3材料抗剪切強(qiáng)度。（2） 切斷 切斷是指用剪刀或沖模將坯料或其他型材沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。 斷用于制取形狀簡(jiǎn)單，精度要求不高的平板類工件或下料。（3） 修整 如零件的精度和表面粗糙度的要求較高，則需要用修整工序。3.4.2 板料成形過程 成形過程是使坯料發(fā)生塑性變形而形成一定形狀和尺寸的工件，主要有拉深、彎曲、翻邊、成形、收口等。（1）拉深拉深：是將平板料放在凹模上，沖頭把材料拉入凹模而形成空心形狀工件的過程。拉深變形過程： 凸緣為主要變形區(qū)，如是圓形零

29、件,圓形坯料外徑直徑隨拉深變形而減小，轉(zhuǎn)化為零件側(cè)壁。 凸緣區(qū)徑向受拉產(chǎn)生拉應(yīng)變，切向（周向）受壓產(chǎn)生壓應(yīng)變。 在拉深過程中，工件的底部并未發(fā)生變形，而工件的直壁部分則經(jīng)歷了很大程度的塑性變形，引起了加工硬化作用。 當(dāng)坯料直徑D與工件直徑d相差越大（ d/ D 越小），則變形區(qū)越寬，變形程度就大。從底向上金屬的加工硬化作用就越強(qiáng)，拉深的變形阻力就越大，甚至有可能把工件直壁底部拉裂。d/D的比值m稱為拉深系數(shù)一般取m=0.50.8。根據(jù)不同的材料可以查手冊(cè)和書上的表。若產(chǎn)品的拉深系數(shù)m小于相應(yīng)材料最小極限拉深系數(shù)m極限，則應(yīng)采用多次拉深。產(chǎn)品m總 = m1m2m3mn拉深主要缺陷：拉裂和起皺（2

30、） 彎曲與卷邊 彎曲：是用模具把坯料彎成所需要形狀的過程，可以在各種機(jī)械或液壓壓力機(jī)上進(jìn)行。彎曲工序主要有中性層變形區(qū)厚度方向，切向伸長(zhǎng)與壓縮變形區(qū)間，有一層金屬不變形。稱為中性層。用于計(jì)算展開長(zhǎng)度。彎曲變形主要發(fā)生在彎曲中心角范圍，板料內(nèi)層受壓縮短，外層受拉伸長(zhǎng)。 金屬坯料在凸模的壓力作用下，按凸凹模的形狀發(fā)生整體彎曲變形，工件彎折部分的內(nèi)側(cè)被壓縮，外側(cè)被拉伸。 這種塑性變形程度的大小與彎曲半徑r的大小有關(guān)，r越小，變形程度越大，金屬的加工硬化作用越強(qiáng)。r太小就有可能在工件彎曲的部分外側(cè)開裂。彎曲變形極限用最小彎曲半徑表示。最小彎曲半徑：板厚一定，彎曲半徑r減小，板料外側(cè)伸長(zhǎng)，保證不彎裂的最

31、小半徑。當(dāng)彎曲變形完畢后，凸?；爻虝r(shí)，工件所彎的角度會(huì)因金屬?gòu)椥宰冃蔚幕謴?fù)而略有曾加，稱為回彈現(xiàn)象。 卷邊也是彎曲的一種?；貜椫饕c材質(zhì)有關(guān)，某些材質(zhì)的回彈角度甚至高達(dá)10，設(shè)計(jì)模具時(shí)應(yīng)考慮它的影響。減少回彈的措施(1)改進(jìn)彎曲件局部結(jié)構(gòu)和選用合適的材料 如設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋 選s, E的材料或退火處理.(2)補(bǔ)償法 根據(jù)回彈趨勢(shì)修正凸?；虬寄?。工廠用的最多。(3)校正法 適合 t 0.8 r 又不大時(shí),可在變形區(qū)整形。 原理：校正力迫使彎曲內(nèi)層金屬產(chǎn)生切向伸長(zhǎng)應(yīng)變,校正后,內(nèi)外層金屬都處于被伸長(zhǎng)狀態(tài),卸載后，內(nèi)外回彈趨勢(shì)相反，回彈量抵消。 校正壓縮量為t的2-5%.(4)拉彎法 適用于料很薄，且半徑

32、很大的工件。 同校正彎曲原理，內(nèi)外層回彈相互抵消。（3） 翻邊 在帶孔的坯料上通過凸模獲得豎立的凸緣的過程。 當(dāng)工件所需的凸緣較高，用一次翻邊成形可能會(huì)使孔的邊緣造成破裂，這時(shí)可以采用先拉深，后沖孔，再翻邊成型的過程來實(shí)現(xiàn)。（4）成形和收口 成形是利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的過程。主要用于成形剛性筋條，或增大半成品的局部半徑等。收口是使工件口部縮小，高度增加的過程。（5）滾彎（含卷板） 滾彎是板料（工件）送入可調(diào)上輥與兩個(gè)固定下輥間、根據(jù)上下輥的相對(duì)位置不同，對(duì)板施加連續(xù)的塑性彎曲成形，改變上輥的位置可改變板材的滾彎的曲率。 還有一種滾彎是將板料一次通過若干對(duì)上下輥，每通過一對(duì)上下輥產(chǎn)

33、生一定的變形，最終使板料成形為具有一定形狀的截面。 滾彎用于生產(chǎn)直徑較大的圓柱、圓環(huán)、容器及各種各樣的波紋板以及高速公路護(hù)欄等，尤其是厚壁件。 要求材料有足夠的塑性，使工件外表面不超過斷裂應(yīng)變，精度一般符合要求，表面品質(zhì)主要取決于原材料，且設(shè)備用專門的滾彎?rùn)C(jī)。 利用板料制造各種沖壓產(chǎn)品零件時(shí)，各種過程的選擇，過程順序的安排和各過程應(yīng)用次數(shù)，都是以產(chǎn)品零件的形狀和尺寸及每道工序中材料所允許的變形程度為依據(jù)。 形狀比較復(fù)雜或者特殊的零件，往往要用幾個(gè)基本過程多次沖壓才能完成。變形程度較大時(shí)，還要進(jìn)行中間退火。 圖3.50為一零件沖壓過程，材質(zhì)為Q235，圖3.51是黃銅彈殼的沖壓過程，工件壁厚要經(jīng)

34、過多次減薄拉深，由于變形程度較大，工序間要進(jìn)行多次退火。某零件材質(zhì)為Q235的沖壓過程： 1落料 2拉深 3第二次拉深 4沖孔 5翻邊黃銅彈殼的沖壓過程： 1落料 2拉深 3第二次拉深4多次拉深 5成形 6收口 工件壁厚要經(jīng)過多次減薄拉深，由于變形程度較大，工序間要進(jìn)行多次退火。3.4.3 沖模的分類及構(gòu)造 沖模是沖壓生產(chǎn)中必不可少的模具。沖模結(jié)構(gòu)是否合理對(duì)沖壓生產(chǎn)的效率和模具壽命都有很大影響。 沖模按基本構(gòu)造可分為簡(jiǎn)單模，連續(xù)模和復(fù)合模三類。簡(jiǎn)單模 簡(jiǎn)單模是指在曲柄壓力機(jī)的一次行程中只能完成一個(gè)工序的沖模。（2）連續(xù)模 沖壓設(shè)備在一次行程內(nèi)在模具不同的工位可以完成兩個(gè)或兩個(gè)以上工序的沖模。特

35、點(diǎn)： 生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，適用于大批量生產(chǎn)，操作方便安全。 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，周期長(zhǎng)，成本高。 由于定位積累誤差，所以內(nèi)外形同心度高的零件不適合這種模具。（3）復(fù)合模在沖壓設(shè)備的一次行程中，在模具的同一工位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的沖模。特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度高，生產(chǎn)率也高，適合大批量生產(chǎn)，尤其是孔與制件外形的同心度容易保證，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難。適用于產(chǎn)量大、精度高的沖壓件。3.4.4 板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征 沖壓件的精度和表面品質(zhì)在滿足需要的情況下盡可能降低要求，以降低成本，提高生產(chǎn)率。沖壓一般精度:落料不超過IT10，沖孔不超過IT9，彎曲不超過IT9IT1

36、0。拉深件直徑在IT9IT10,高度尺寸為IT8IT10。對(duì)沖壓件表面品質(zhì)要求，盡可能不高于原材料的所具有的表面品質(zhì)。否則將要增加切削加工等工序，增加成本。沖壓件的形狀和尺寸落料件的外形應(yīng)能使排樣合理，廢料最少。（a）中少無搭邊排樣的形狀較（b）合理。 避免長(zhǎng)槽與細(xì)長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)，因這些結(jié)構(gòu)模具制造困難、模具壽命低。落料和沖孔的形狀和大小應(yīng)使凸、凹模工作部分具有足夠的強(qiáng)度。 孔與孔的間距不能太小； 工件周邊的凹凸部分不能太窄太深； 轉(zhuǎn)角都應(yīng)有一定的圓角等。彎曲件形狀應(yīng)盡量對(duì)稱，工作過程防止材料偏移。彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑。 彎曲件沖孔的位置臨近圓弧之處時(shí)，如孔的形狀和位置精度要求較

37、高，應(yīng)在成形后再?zèng)_孔。拉深件上有孔應(yīng)在成形后再?zèng)_，除非是大平底部中間小孔不影響成形。拉深件的外形應(yīng)力求簡(jiǎn)單對(duì)稱且不宜太高，以便易于成形和減少拉深次數(shù)。圓角半徑r12t; R=3t; rd3t; r0.15H結(jié)構(gòu)件應(yīng)盡量簡(jiǎn)化成形過程和節(jié)約材料 在使用功能不變的情況下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，以減少工序，節(jié)省材料，降低成本。 如消聲器后蓋零件，原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須由8道工序完成；改進(jìn)后只需3道工序且材料節(jié)省50%。采用沖口，以減少一些組合件 如圖原設(shè)計(jì)用三個(gè)件鉚接或焊接組合而成，現(xiàn)采用沖口（切口彎曲）制成整體零件，節(jié)省了材料，也簡(jiǎn)化了成形過程，提高了生產(chǎn)率。采用沖焊結(jié)構(gòu)。 對(duì)于某些形狀復(fù)雜或特別的沖壓件，可設(shè)計(jì)成

38、若干個(gè)簡(jiǎn)單的沖壓件，然后再焊接或用其他連接方法形成整體件。沖壓件的厚度 在強(qiáng)度、剛度允許的情況下，應(yīng)盡量采用厚度較薄的材料來制作，以減少金屬的消耗、減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。 對(duì)局部剛度不夠的地方，可采用加強(qiáng)筋。3.5 其他塑性成形簡(jiǎn)介3.5.1擠壓成形金屬坯料受三向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生塑性變形，從模具空口擠出或充滿型腔成形，獲得制品。3.5.1 擠壓成形1）零件的擠壓方式2）擠壓特點(diǎn)擠壓分為冷擠壓、溫?cái)D壓和熱擠壓1）冷擠壓 室溫下的擠壓，其特點(diǎn)：三向壓應(yīng)力使材料的晶粒組織更加致密、充分提高金屬塑性，使擠壓件強(qiáng)度、硬度及耐疲勞性能顯著提高、可加工難鍛金屬?？缮a(chǎn)管、棒等型材，也可生產(chǎn)斷面復(fù)雜或具有深孔、薄壁及

39、變斷面零件。制品精度較高，尺寸精度可達(dá)IT7IT6、表面粗糙度Ra=1.6 - 0.2，實(shí)現(xiàn)少無切屑加工。材料利用率、生產(chǎn)率高；生產(chǎn)方便靈活，易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。冷擠壓變形力大，限制了冷擠壓件的尺寸和質(zhì)量；冷擠壓模具材質(zhì)要求高，坯料常進(jìn)行軟化、去氧化皮和特殊潤(rùn)滑處理?？p紉機(jī)梭心套殼（材料2Cr13）冷擠壓2）溫?cái)D壓坯料溫度高于室溫，低于再結(jié)晶溫度的擠壓。其特點(diǎn)：坯料可不進(jìn)行預(yù)先軟化處理、潤(rùn)滑處理和中間退火等。與冷擠壓相比，降低了變形抗力，增加每個(gè)工序的變形程度，提高了模具的使用壽命。溫?cái)D壓零件的精度和力學(xué)性能低于冷擠壓零件。對(duì)于一些冷擠壓難以塑性成形的材料，均可采用溫?cái)D壓。微型電機(jī)外殼的材料為不銹鋼，坯料尺寸為25.8X14mm，若采用冷擠壓則需要多次擠壓才能成形，生產(chǎn)率低，但若將坯料加熱到260，采用溫?cái)D壓，則只需要兩次擠壓即可成形。 微型電機(jī)外殼溫?cái)D壓過程（a）坯料 （b）復(fù)合擠