金屬塑性成形

1、金屬塑性成形金屬塑性成形 材料熱成形工藝基礎(chǔ)（材料熱成形工藝基礎(chǔ)（） 一、概述一、概述 二、金屬塑性成形的理論基礎(chǔ)二、金屬塑性成形的理論基礎(chǔ) 三、鍛造成形三、鍛造成形 四、鍛件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì)四、鍛件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì) 五、板料沖壓成形五、板料沖壓成形 六、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì)六、沖壓件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì) 金屬塑性成型金屬塑性成型：利用金屬在外力作用下發(fā)利用金屬在外力作用下發(fā)生的塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸生的塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和機(jī)械性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法，也和機(jī)械性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法，也稱為稱為壓力加工壓力加工。（鍛壓成形鍛壓成形） 受力復(fù)雜、重載的

2、零件毛坯受力復(fù)雜、重載的零件毛坯都選用鍛件，如機(jī)都選用鍛件，如機(jī)床的床的主軸和齒輪主軸和齒輪，內(nèi)燃機(jī)的，內(nèi)燃機(jī)的曲軸和連桿曲軸和連桿，渦輪，渦輪機(jī)的機(jī)的葉輪和葉片葉輪和葉片以及起重機(jī)的以及起重機(jī)的吊鉤吊鉤等。等。 金屬塑性成型的基本生產(chǎn)方法金屬塑性成型的基本生產(chǎn)方法:軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓自由鍛造自由鍛造模膛鍛造模膛鍛造板料沖壓板料沖壓冷拔冷拔冷墩冷墩軋制軋制 塑性成形方法的特點(diǎn)：塑性成形方法的特點(diǎn)： 可使金屬材料獲得較可使金屬材料獲得較細(xì)密的晶粒細(xì)密的晶粒，并能，并能壓合壓合鑄造組鑄造組織內(nèi)部的氣孔、縮松甚至微裂紋等織內(nèi)部的氣孔、縮松甚至微裂紋等缺陷

3、缺陷，還可以，還可以控控制金屬組織纖維方向制金屬組織纖維方向，使其與應(yīng)力方向一致，以提，使其與應(yīng)力方向一致，以提高零件的性能。高零件的性能。 塑性成形后，坯料的形狀和尺寸雖然發(fā)生了變化，塑性成形后，坯料的形狀和尺寸雖然發(fā)生了變化，但體積基本不變，與切削加工相比但體積基本不變，與切削加工相比可節(jié)約材料可節(jié)約材料。 除自由鍛造外，其他塑性成形方法都有除自由鍛造外，其他塑性成形方法都有較高的生產(chǎn)較高的生產(chǎn)率率。 由于金屬是在固態(tài)下成形的，所需的變形功較大，由于金屬是在固態(tài)下成形的，所需的變形功較大，因此，塑性成形制件結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，尺寸大小和因此，塑性成形制件結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，尺寸大小和重量也由于受到

4、設(shè)備噸位的限制而較小。重量也由于受到設(shè)備噸位的限制而較小。 1、金屬塑性成形的實(shí)質(zhì)、金屬塑性成形的實(shí)質(zhì) 2、多晶體金屬塑性變形引、多晶體金屬塑性變形引起的組織和性能變化起的組織和性能變化 3、加熱對(duì)冷變形金屬的影、加熱對(duì)冷變形金屬的影響響 4、金屬的熱變形、金屬的熱變形 5、塑性成形基本定律、塑性成形基本定律 6、金屬的鍛造性能、金屬的鍛造性能 a、單晶體塑性變形、單晶體塑性變形 （1）當(dāng)無(wú)外力，晶格正常排列。）當(dāng)無(wú)外力，晶格正常排列。 （2）外力作用使原子離開(kāi)平衡位置，晶格變形，）外力作用使原子離開(kāi)平衡位置，晶格變形，外力消失，變形消失。外力消失，變形消失。 （3）當(dāng)外力足夠大，）當(dāng)外力足夠

5、大，沿晶面移動(dòng)沿晶面移動(dòng)一個(gè)或幾個(gè)原子一個(gè)或幾個(gè)原子距離，剪應(yīng)力消失，恢復(fù)正常。距離，剪應(yīng)力消失，恢復(fù)正常。單晶體滑移示意圖單晶體滑移示意圖滑移滑移 近代物理學(xué)近代物理學(xué)塑性理論塑性理論認(rèn)為，滑移并不是認(rèn)為，滑移并不是沿著整個(gè)滑移面同時(shí)進(jìn)行的，而是借助于沿著整個(gè)滑移面同時(shí)進(jìn)行的，而是借助于位位錯(cuò)錯(cuò)來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)的。來(lái)逐步實(shí)現(xiàn)的。 位錯(cuò)：沿滑移面位錯(cuò)：沿滑移面舊原子對(duì)破壞，新原子舊原子對(duì)破壞，新原子對(duì)形成。對(duì)形成。位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起塑性變形示意圖位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)引起塑性變形示意圖 b、多晶體金屬塑性變形、多晶體金屬塑性變形 晶內(nèi)變形：晶內(nèi)變形：外力作用下，某一晶粒的塑性變形。外力作用下，某一晶粒的塑性變形。 晶間

6、變形：晶間變形：晶粒之間的相互位移或轉(zhuǎn)動(dòng)。晶粒之間的相互位移或轉(zhuǎn)動(dòng)。 在外力作用下，有的晶粒處于利于塑性變形位在外力作用下，有的晶粒處于利于塑性變形位置，則首先塑性變形。有的處于不利于塑性變形的位置，置，則首先塑性變形。有的處于不利于塑性變形的位置，則暫時(shí)不變形。晶粒間會(huì)移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，這種利與不利位置則暫時(shí)不變形。晶粒間會(huì)移動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)，這種利與不利位置在變化，塑性變形不斷進(jìn)行。在變化，塑性變形不斷進(jìn)行。多晶體金屬塑性變形示意圖多晶體金屬塑性變形示意圖2、多晶體金屬塑性變形引起的組織和、多晶體金屬塑性變形引起的組織和性能變化性能變化 a、加工硬化、加工硬化 現(xiàn)象：現(xiàn)象：強(qiáng)度、硬度上升，而塑性、韌性強(qiáng)

7、度、硬度上升，而塑性、韌性下降。下降。 原因：原因：滑移面上的碎晶塊和附近晶格的滑移面上的碎晶塊和附近晶格的強(qiáng)烈扭曲畸變，增大了滑移阻力，使繼續(xù)強(qiáng)烈扭曲畸變，增大了滑移阻力，使繼續(xù)滑移難以進(jìn)行?；齐y以進(jìn)行。 不能熱處理強(qiáng)化的金屬，如純金屬、低不能熱處理強(qiáng)化的金屬，如純金屬、低碳鋼、鎳鉻不銹鋼等，可以用冷軋、冷拔碳鋼、鎳鉻不銹鋼等，可以用冷軋、冷拔、冷擠等工藝來(lái)提高其強(qiáng)度和硬度。、冷擠等工藝來(lái)提高其強(qiáng)度和硬度。金屬在常溫下經(jīng)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化：金屬在常溫下經(jīng)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化： 晶粒沿變形最大的方向伸長(zhǎng)；晶粒沿變形最大的方向伸長(zhǎng)； 晶格與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；晶格

8、與晶粒均發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力； 晶粒間產(chǎn)生碎晶。晶粒間產(chǎn)生碎晶。 b、纖維組織的形成和各向異性、纖維組織的形成和各向異性 在冷塑性變形時(shí)，基體金屬的晶粒形狀和沿晶在冷塑性變形時(shí)，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著界分布的雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀。這種結(jié)構(gòu)叫變形方向被拉長(zhǎng)，呈纖維形狀。這種結(jié)構(gòu)叫纖纖維組織維組織。 具有纖維組織的金屬，具有纖維組織的金屬，各個(gè)方向上的機(jī)械性能各個(gè)方向上的機(jī)械性能不相同不相同。順纖維方向的機(jī)械性能比橫纖維方向。順纖維方向的機(jī)械性能比橫纖維方向的好。金屬的變形程度越大，纖維組織就越明的好。金屬的變形程度越

9、大，纖維組織就越明顯，機(jī)械性能的方向性也就越顯著。顯，機(jī)械性能的方向性也就越顯著。 c、殘余內(nèi)應(yīng)力、殘余內(nèi)應(yīng)力 金屬受外力作用后，殘留且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)金屬受外力作用后，殘留且平衡于金屬內(nèi)部的應(yīng)力。力。 主要是由于金屬內(nèi)部主要是由于金屬內(nèi)部各部分變形不均勻各部分變形不均勻造成的。造成的。 分類分類: 宏觀內(nèi)應(yīng)力宏觀內(nèi)應(yīng)力：金屬各部分變形不均勻：金屬各部分變形不均勻 微觀內(nèi)應(yīng)力微觀內(nèi)應(yīng)力：晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均勻：晶粒之間或晶內(nèi)不同區(qū)域變形不均勻 晶格畸變內(nèi)應(yīng)力晶格畸變內(nèi)應(yīng)力：晶格缺陷：晶格缺陷 冷塑性變形使金屬晶體中晶粒破碎拉長(zhǎng)，晶冷塑性變形使金屬晶體中晶粒破碎拉長(zhǎng)，晶格缺陷大量增加

10、，導(dǎo)致格缺陷大量增加，導(dǎo)致加工硬化加工硬化和產(chǎn)生和產(chǎn)生殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力。冷變形的結(jié)果使金屬的冷變形的結(jié)果使金屬的結(jié)晶組織處于不穩(wěn)定的應(yīng)力結(jié)晶組織處于不穩(wěn)定的應(yīng)力狀態(tài)狀態(tài)。被扭曲的晶格中，處于高位能的金屬原子力。被扭曲的晶格中，處于高位能的金屬原子力圖恢復(fù)到穩(wěn)定平衡的位置上去，因此，將塑性變形圖恢復(fù)到穩(wěn)定平衡的位置上去，因此，將塑性變形后的金屬后的金屬適當(dāng)加熱適當(dāng)加熱，不穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)，不穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，自發(fā)地通過(guò)變，自發(fā)地通過(guò)回復(fù)和再結(jié)晶回復(fù)和再結(jié)晶轉(zhuǎn)變成新的、正常的轉(zhuǎn)變成新的、正常的結(jié)晶組織。結(jié)晶組織。 a、回復(fù)、回復(fù) 將塑性變形后的金屬，在將塑性變形后的金屬，在較低的

11、溫度加熱較低的溫度加熱時(shí)，點(diǎn)缺時(shí)，點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)等作微量的遷移，使空位和間隙原子合并陷、位錯(cuò)等作微量的遷移，使空位和間隙原子合并，位錯(cuò)數(shù)量減少，晶格畸變程度降低，但是，晶粒，位錯(cuò)數(shù)量減少，晶格畸變程度降低，但是，晶粒大小和形態(tài)沒(méi)有明顯的變化。大小和形態(tài)沒(méi)有明顯的變化。 內(nèi)應(yīng)力明顯下降，但力學(xué)性能基本不變內(nèi)應(yīng)力明顯下降，但力學(xué)性能基本不變 純金屬純金屬T回回=（0.25-0.3)T熔熔 工業(yè)應(yīng)用：工業(yè)應(yīng)用：消除內(nèi)應(yīng)力退火，消除內(nèi)應(yīng)力退火，以保留金屬的冷變形以保留金屬的冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象，而降低內(nèi)應(yīng)力、改善理化性能。強(qiáng)化現(xiàn)象，而降低內(nèi)應(yīng)力、改善理化性能。 用用冷拉鋼絲卷成彈簧冷拉鋼絲卷成彈簧，冷卷后進(jìn)行

12、一次，冷卷后進(jìn)行一次250300C退火，消除內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)行定型，避免應(yīng)力腐蝕。退火，消除內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)行定型，避免應(yīng)力腐蝕。 b、再結(jié)晶、再結(jié)晶 當(dāng)塑性變形的金屬當(dāng)塑性變形的金屬加熱至較高溫度加熱至較高溫度，原子具有較，原子具有較大擴(kuò)散能力時(shí)，會(huì)在變形最激烈的區(qū)域自發(fā)地形大擴(kuò)散能力時(shí)，會(huì)在變形最激烈的區(qū)域自發(fā)地形成新的細(xì)小等軸晶粒。成新的細(xì)小等軸晶粒。 新晶粒生核和長(zhǎng)大的過(guò)程，但晶格類型不發(fā)生變新晶粒生核和長(zhǎng)大的過(guò)程，但晶格類型不發(fā)生變化，只改變晶粒的外形，故稱為再結(jié)晶?；?，只改變晶粒的外形，故稱為再結(jié)晶。 變形組織、性能完全消失，所以硬度、強(qiáng)度顯著變形組織、性能完全消失，所以硬度、強(qiáng)度顯著下降，塑

13、性、韌性明顯提高，內(nèi)應(yīng)力基本消除，下降，塑性、韌性明顯提高，內(nèi)應(yīng)力基本消除，金屬恢復(fù)到變形前的性能。金屬恢復(fù)到變形前的性能。 純金屬的再結(jié)晶溫度：純金屬的再結(jié)晶溫度：T再再=0.4T熔熔 （100200C） 臨界變形量臨界變形量 工業(yè)應(yīng)用：在冷拉薄鋼板、冷拉鋼絲等過(guò)程中，工業(yè)應(yīng)用：在冷拉薄鋼板、冷拉鋼絲等過(guò)程中，由于冷變形強(qiáng)化，會(huì)使鋼料進(jìn)一步變形發(fā)生困難由于冷變形強(qiáng)化，會(huì)使鋼料進(jìn)一步變形發(fā)生困難，因此要進(jìn)行中間加熱，使金屬發(fā)生再結(jié)晶，以，因此要進(jìn)行中間加熱，使金屬發(fā)生再結(jié)晶，以恢復(fù)鋼料的塑性?；謴?fù)鋼料的塑性。再結(jié)晶退火再結(jié)晶退火 c、晶粒長(zhǎng)大、晶粒長(zhǎng)大 再結(jié)晶后，繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，晶粒還

14、會(huì)再結(jié)晶后，繼續(xù)升溫或延長(zhǎng)保溫時(shí)間，晶粒還會(huì)聚合長(zhǎng)大，稱為二次再結(jié)晶。聚合長(zhǎng)大，稱為二次再結(jié)晶。 a、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶在變形過(guò)程中發(fā)生而不是在變形后發(fā)生的回復(fù)或再結(jié)晶在變形過(guò)程中發(fā)生而不是在變形后發(fā)生的回復(fù)或再結(jié)晶 b、熱塑性加工對(duì)金屬組織和性能的影響、熱塑性加工對(duì)金屬組織和性能的影響氣孔、縮孔、縮松能鍛合，提高致密度。氣孔、縮孔、縮松能鍛合，提高致密度。生成再結(jié)晶組織，細(xì)化晶粒，機(jī)械性能得以提高。生成再結(jié)晶組織，細(xì)化晶粒，機(jī)械性能得以提高。生成纖維組織，使材料有方向性，即生成纖維組織，使材料有方向性，即鍛造流線鍛造流線。原則：（原則：（1 1）分布與零件輪廓一致。（

15、）分布與零件輪廓一致。（2 2）正應(yīng)力方向與）正應(yīng)力方向與纖維組織一致。纖維組織一致。再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形過(guò)程，稱為熱變形再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形過(guò)程，稱為熱變形不同工藝方法對(duì)纖維組織形狀的影響不同工藝方法對(duì)纖維組織形狀的影響 c、鍛造比、鍛造比 鍛造前后金屬坯料的橫截面積比值或長(zhǎng)度比值鍛造前后金屬坯料的橫截面積比值或長(zhǎng)度比值 拔長(zhǎng)鍛造比：拔長(zhǎng)鍛造比：Y拔拔=F0/F F0表示變形前面積；表示變形前面積； F表示變形后面積。表示變形后面積。 鋼錠鋼錠Y=2-3 ；合金鋼；合金鋼Y=3-4 ； 高速鋼高速鋼Y=5-12 鐓粗鍛造比鐓粗鍛造比 鍛造比的大小影響金屬的力學(xué)性能和鍛件質(zhì)量鍛

16、造比的大小影響金屬的力學(xué)性能和鍛件質(zhì)量，增加鍛造比有利于改善金屬的組織與性能，增加鍛造比有利于改善金屬的組織與性能，但鍛造比過(guò)大也無(wú)益。但鍛造比過(guò)大也無(wú)益。 a、體積不變定律、體積不變定律 塑性變形前后的體積相等塑性變形前后的體積相等 b、臨界切應(yīng)力定律、臨界切應(yīng)力定律 滑移系開(kāi)動(dòng)的最小切應(yīng)力，與滑移系開(kāi)動(dòng)的最小切應(yīng)力，與變形溫度和變形速度有關(guān)變形溫度和變形速度有關(guān) c、最小阻力定律、最小阻力定律 沒(méi)有外界約束，金屬每一質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有外界約束，金屬每一質(zhì)點(diǎn)將沿著阻力最小的方向移動(dòng)將沿著阻力最小的方向移動(dòng) d、塑性變形時(shí)伴隨著彈性變、塑性變形時(shí)伴隨著彈性變形的定律形的定律 定義：定義：金屬材料受壓力變

17、形的難易程度，金屬材料受壓力變形的難易程度，工藝性能。工藝性能。 常用常用塑性塑性和和變形抗力變形抗力來(lái)衡量。塑性好，變來(lái)衡量。塑性好，變形抗力小，鍛造性能好，利于加工成形。形抗力小，鍛造性能好，利于加工成形。塑性塑性是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形是指金屬材料在外力作用下產(chǎn)生永久變形，而不破壞其完整性的能力。，而不破壞其完整性的能力。變形抗力變形抗力是指金屬對(duì)變形的抵抗力。是指金屬對(duì)變形的抵抗力。 金屬的可鍛性取決于金屬的可鍛性取決于材料的性質(zhì)材料的性質(zhì)(內(nèi)因內(nèi)因)和和加加工條件工條件(外因外因)?；瘜W(xué)成分的影響化學(xué)成分的影響 純金屬的可鍛性比合金的可鍛性好。純金屬的可鍛性比合金的可鍛性

18、好。 鋼中合金元素含量越多，合金成分越復(fù)雜，其塑性越鋼中合金元素含量越多，合金成分越復(fù)雜，其塑性越差，變形抗力越大。差，變形抗力越大。 例如例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的下降的。金屬組織的影響金屬組織的影響 純金屬及固溶體純金屬及固溶體(如奧氏體如奧氏體)的可鍛性好。而碳化物的可鍛性好。而碳化物(如如滲碳體滲碳體)的可鍛性差。的可鍛性差。 鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結(jié)構(gòu)不如晶粒細(xì)小而又均勻的鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒結(jié)構(gòu)不如晶粒細(xì)小而又均勻的組織的可鍛性好。組織的可鍛性好。 在一定的變形溫度范圍內(nèi)，隨著溫度升高，原子動(dòng)能升在一定的變形溫度范圍

19、內(nèi)，隨著溫度升高，原子動(dòng)能升高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。高，從而塑性提高，變形抗力減小，有效改善了可鍛性。 若加熱溫度過(guò)高，晶粒急劇長(zhǎng)大，金屬力學(xué)性能降低，若加熱溫度過(guò)高，晶粒急劇長(zhǎng)大，金屬力學(xué)性能降低，這種現(xiàn)象稱為這種現(xiàn)象稱為“過(guò)熱過(guò)熱”。若加熱溫度更高接近熔點(diǎn)，晶界氧。若加熱溫度更高接近熔點(diǎn)，晶界氧化破壞了晶粒間的結(jié)合，使金屬失去塑性，坯料報(bào)廢，這一化破壞了晶粒間的結(jié)合，使金屬失去塑性，坯料報(bào)廢，這一現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為“過(guò)燒過(guò)燒”。 金屬鍛造加熱時(shí)允許的最高溫度稱為金屬鍛造加熱時(shí)允許的最高溫度稱為始鍛溫度始鍛溫度。 不能再鍛，否則引起加工硬化甚至開(kāi)裂，此時(shí)停止鍛造不能再

20、鍛，否則引起加工硬化甚至開(kāi)裂，此時(shí)停止鍛造的溫度稱的溫度稱終鍛溫度終鍛溫度。變形溫度的影響變形溫度的影響變形速度的影響變形速度的影響 一方面由于變形速度的增大，一方面由于變形速度的增大，回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)克服加工硬回復(fù)和再結(jié)晶不能及時(shí)克服加工硬化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增大，可鍛性變壞。變形抗力增大，可鍛性變壞。 另一方面，金屬在變形過(guò)程中，另一方面，金屬在變形過(guò)程中，消耗于塑性變形的能量有一部分轉(zhuǎn)消耗于塑性變形的能量有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使金屬溫度升高化為熱能，使金屬溫度升高(稱為熱稱為熱效應(yīng)現(xiàn)象效應(yīng)現(xiàn)象)。變形速度越大，熱效應(yīng)。變形速度越大，熱效應(yīng)

21、現(xiàn)象越明顯，使金屬的塑性提高、現(xiàn)象越明顯，使金屬的塑性提高、變形抗力下降變形抗力下降(圖中圖中a點(diǎn)以后點(diǎn)以后)，可鍛，可鍛性變好。性變好。應(yīng)力狀態(tài)的影響應(yīng)力狀態(tài)的影響 擠壓時(shí)為三向受壓狀態(tài)。擠壓時(shí)為三向受壓狀態(tài)。 拉拔時(shí)為兩向受壓一向受拉的拉拔時(shí)為兩向受壓一向受拉的狀態(tài)。狀態(tài)。 壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈好，變形抗力增大；拉應(yīng)力的愈好，變形抗力增大；拉應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。數(shù)量愈多，則其塑性愈差。 1、自由鍛造、自由鍛造 2、模鍛、模鍛 定義：定義：是利用沖擊力或壓力，使金屬坯料在上下砥鐵之間是利用沖擊力或壓力，使金屬坯料在上下砥鐵之間變形，在垂直壓力方向自

22、由流動(dòng)。變形，在垂直壓力方向自由流動(dòng)。 分類：分類：手工自由鍛、機(jī)械自由鍛。手工自由鍛、機(jī)械自由鍛。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）設(shè)備通用性強(qiáng)，簡(jiǎn)單；）設(shè)備通用性強(qiáng)，簡(jiǎn)單； 2）生產(chǎn)率低；）生產(chǎn)率低；3）鍛件）鍛件精度差，消耗金屬多。精度差，消耗金屬多。 自由鍛設(shè)備：自由鍛設(shè)備： 鍛錘：空氣錘鍛錘：空氣錘（65750Kg）、蒸汽、蒸汽空氣錘空氣錘（630Kg5T）； 壓力機(jī)：利用壓力來(lái)鍛打工件。壓力機(jī)：利用壓力來(lái)鍛打工件。 自由鍛工序：自由鍛工序： 基本工序：使金屬產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸過(guò)程。（基本工序：使金屬產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸過(guò)程。（ 墩粗、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)、切割墩粗

23、、拔長(zhǎng)、沖孔、彎曲、錯(cuò)移、扭轉(zhuǎn)、切割等。）等。） 輔助工序和精整工序、切肩、壓鉗口、去氧化皮、整形等。輔助工序和精整工序、切肩、壓鉗口、去氧化皮、整形等。 基本工序：基本工序： 鐓粗：適于餅塊類，盤套類鐓粗：適于餅塊類，盤套類 拔長(zhǎng)：適于軸類、桿類拔長(zhǎng)：適于軸類、桿類 拔長(zhǎng)、鐓粗經(jīng)常交替反復(fù)使用；有時(shí)一頭鐓粗，另一頭拔長(zhǎng)。拔長(zhǎng)、鐓粗經(jīng)常交替反復(fù)使用；有時(shí)一頭鐓粗，另一頭拔長(zhǎng)。 （通孔、盲孔）沖孔，常用方法：鐓粗（通孔、盲孔）沖孔，常用方法：鐓粗沖孔沖孔 鐓粗鐓粗沖孔沖孔擴(kuò)孔擴(kuò)孔 彎曲：工件軸線產(chǎn)生一定曲率。彎曲：工件軸線產(chǎn)生一定曲率。 扭轉(zhuǎn)：某一部分相對(duì)于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。扭轉(zhuǎn)：某一部分相對(duì)

24、于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。 錯(cuò)移：坯料的一部分相對(duì)于另一部分平移錯(cuò)開(kāi)的工序，例如曲錯(cuò)移：坯料的一部分相對(duì)于另一部分平移錯(cuò)開(kāi)的工序，例如曲軸。軸。 切割：分割坯料，或去除鍛件余量的工序。切割：分割坯料，或去除鍛件余量的工序。 輔助工序輔助工序： 在基本工序之前的預(yù)變形工序如壓肩、壓鉗口等。在基本工序之前的預(yù)變形工序如壓肩、壓鉗口等。 精整工序精整工序： 完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。 沖孔沖孔: : 采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序。采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序。 方法方法: : 實(shí)心沖子沖孔實(shí)心沖子沖孔

25、; ; 空心沖子沖孔；空心沖子沖孔； 在墊環(huán)在墊環(huán)上沖孔。上沖孔。自由鍛鍛件分類及鍛造工序自由鍛鍛件分類及鍛造工序 定義：定義：在外力作用下，使坯料在在外力作用下，使坯料在模型內(nèi)模型內(nèi)成型，從而成型，從而獲得與模膛形狀一致的鍛件。獲得與模膛形狀一致的鍛件。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：1）生產(chǎn)率高；）生產(chǎn)率高；2）鍛件尺寸精確，余量少，）鍛件尺寸精確，余量少，光潔度高；光潔度高；3）形狀復(fù)雜，敷料少，成本低；）形狀復(fù)雜，敷料少，成本低；4）鍛）鍛模設(shè)備貴。模設(shè)備貴。 由于受模鍛設(shè)備噸位的限制，模鍛件質(zhì)量不能太大由于受模鍛設(shè)備噸位的限制，模鍛件質(zhì)量不能太大，一般在，一般在150Kg以下。以下。 應(yīng)用：應(yīng)用：適于

26、汽車、飛機(jī)、拖拉機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具等。適于汽車、飛機(jī)、拖拉機(jī)、風(fēng)動(dòng)工具等。 分類（分類（按所使用設(shè)備的不同按所使用設(shè)備的不同）：錘上模鍛、胎模鍛：錘上模鍛、胎模鍛和各種壓力機(jī)上模鍛等。和各種壓力機(jī)上模鍛等。 所用設(shè)備為所用設(shè)備為模鍛錘模鍛錘。通常為蒸汽。通常為蒸汽- -空氣錘?？諝忮N。 對(duì)形狀復(fù)雜鍛件，先在對(duì)形狀復(fù)雜鍛件，先在制坯模膛制坯模膛內(nèi)初步成形，然后在內(nèi)初步成形，然后在模鍛模模鍛模膛膛內(nèi)鍛造。內(nèi)鍛造。 模鍛模膛模鍛模膛 i)i)終鍛模膛終鍛模膛 作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸。作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸。 尺寸比鍛件尺寸放大一個(gè)收縮量，鋼件約為尺寸比鍛件尺寸放

27、大一個(gè)收縮量，鋼件約為1.5%1.5%。 四周有飛邊槽，用以增加金屬?gòu)哪Ｌ胖辛鞒鲎枇?，促使四周有飛邊槽，用以增加金屬?gòu)哪Ｌ胖辛鞒鲎枇?，促使金屬充滿模膛，容納多余的金屬。金屬充滿模膛，容納多余的金屬。 沖孔連皮：無(wú)法加工通孔而留下的一薄層金屬。沖孔連皮：無(wú)法加工通孔而留下的一薄層金屬。 ii) ii) 預(yù)鍛模膛預(yù)鍛模膛 作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀尺寸，使終鍛時(shí)作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀尺寸，使終鍛時(shí)，金屬容易充滿終鍛模膛。延長(zhǎng)終鍛模膛的使用壽命。，金屬容易充滿終鍛模膛。延長(zhǎng)終鍛模膛的使用壽命。 批量不大，形狀簡(jiǎn)單時(shí)可不設(shè)預(yù)鍛模膛。批量不大，形狀簡(jiǎn)單時(shí)可不設(shè)預(yù)鍛模膛。 區(qū)別：預(yù)鍛模

28、膛的圓角、斜度較大，沒(méi)有飛邊槽。區(qū)別：預(yù)鍛模膛的圓角、斜度較大，沒(méi)有飛邊槽。 終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。 制坯模膛制坯模膛 對(duì)形狀復(fù)雜的模鍛件對(duì)形狀復(fù)雜的模鍛件, ,為使坯料形為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀狀基本接近模鍛件形狀, ,使金屬能合使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛，就必理分布和很好地充滿模鍛模膛，就必須預(yù)先在制坯模鏜內(nèi)制坯，因而設(shè)制須預(yù)先在制坯模鏜內(nèi)制坯，因而設(shè)制坯模膛。坯模膛。 i) i) 拔長(zhǎng)模膛：增加某一部分長(zhǎng)度。拔長(zhǎng)模膛：增加某一部分長(zhǎng)度。 ii)ii)滾壓模膛：減小某部分橫截面積滾壓模膛：減小某部分橫截面積, ,以增大另一部

29、分橫截面積，坯料長(zhǎng)度以增大另一部分橫截面積，坯料長(zhǎng)度基本不變?；静蛔?。 iii)iii)彎曲模膛：彎曲工件。彎曲模膛：彎曲工件。 iv)iv)切斷模膛：切斷金屬。切斷模膛：切斷金屬。 此外還有成型模鏜，鐓粗臺(tái)，擊扁此外還有成型模鏜，鐓粗臺(tái)，擊扁面等制坯模鏜。面等制坯模鏜。彎曲連桿鍛造過(guò)程彎曲連桿鍛造過(guò)程 在自由鍛設(shè)備上使用簡(jiǎn)單鍛模來(lái)生產(chǎn)模鍛件。在自由鍛設(shè)備上使用簡(jiǎn)單鍛模來(lái)生產(chǎn)模鍛件。 模膛不是固定在鍛錘上，設(shè)備簡(jiǎn)單，適于中小模膛不是固定在鍛錘上，設(shè)備簡(jiǎn)單，適于中小廠。廠。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： （1）與自由鍛比：鍛件質(zhì)量好，節(jié)省金屬，生產(chǎn)率高）與自由鍛比：鍛件質(zhì)量好，節(jié)省金屬，生產(chǎn)率高，成本低。，成

30、本低。（2）與模鍛比：不要昂貴設(shè)備，鍛模簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度）與模鍛比：不要昂貴設(shè)備，鍛模簡(jiǎn)單，勞動(dòng)強(qiáng)度大。大。 種類：種類： （1）扣模：對(duì)坯料進(jìn)行全面或局部扣形，生產(chǎn)）扣模：對(duì)坯料進(jìn)行全面或局部扣形，生產(chǎn)桿狀非桿狀非回轉(zhuǎn)體鍛件回轉(zhuǎn)體鍛件。 （2）套筒模：鍛模為圓筒形，）套筒模：鍛模為圓筒形，生產(chǎn)齒輪、法蘭盤等回生產(chǎn)齒輪、法蘭盤等回轉(zhuǎn)體類鍛件轉(zhuǎn)體類鍛件。 （3）合模：由上模和下模組成，）合模：由上模和下模組成，生產(chǎn)形狀較為復(fù)雜的生產(chǎn)形狀較為復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體鍛件，如連桿、撥叉等非回轉(zhuǎn)體鍛件，如連桿、撥叉等?？勰？勰Ｍ材Ｍ材：夏：夏?1、自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝、自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2

31、、模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì)、模鍛件結(jié)構(gòu)工藝性與工藝設(shè)計(jì) a、鍛件工藝分析、鍛件工藝分析 應(yīng)避免斜面和圓錐面。應(yīng)避免斜面和圓錐面。軸類自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)軸類自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)不能圓弧連接。不能圓弧連接。a)工藝性差的結(jié)構(gòu)b)工藝性好的結(jié)構(gòu)桿類自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)桿類自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)不能有凸不能有凸臺(tái)、加強(qiáng)筋。臺(tái)、加強(qiáng)筋。盤類自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)盤類自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件可以由組合件完成。復(fù)雜零件可以由組合件完成。a)工藝性差的結(jié)構(gòu) b)工藝性好的結(jié)構(gòu)復(fù)雜自由鍛鍛件結(jié)構(gòu)復(fù)雜自由鍛鍛件結(jié)構(gòu) b、繪制鍛件圖、繪制鍛件圖 簡(jiǎn)化鍛件形狀。為了簡(jiǎn)化鍛件形狀，不易鍛出部位加敷簡(jiǎn)化鍛件形狀。為了簡(jiǎn)化鍛件形狀，不易鍛出部位加敷料。料

32、。 確定鍛件公差。確定鍛件公差。 確定加工余量。確定加工余量。 c、確定坯料質(zhì)量和尺寸、確定坯料質(zhì)量和尺寸M坯坯=M件件+M沖孔沖孔+M切切+M燒燒 d、確定鍛造設(shè)備、確定鍛造設(shè)備: 依據(jù)鍛件質(zhì)量和尺寸來(lái)選設(shè)備依據(jù)鍛件質(zhì)量和尺寸來(lái)選設(shè)備 e、確定鍛造工序和鍛造溫度、確定鍛造工序和鍛造溫度 f、編制鍛造工藝卡、編制鍛造工藝卡 g、估算鍛件價(jià)格及成本、估算鍛件價(jià)格及成本 a、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性分析、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 （1）模鍛件必須有合理的分模面。）模鍛件必須有合理的分模面。 （2）外形簡(jiǎn)單、平直、對(duì)稱，避免薄壁、高筋。）外形簡(jiǎn)單、平直、對(duì)稱，避免薄壁、高筋。 （3）深小孔不易鍛出。）深小孔

33、不易鍛出。 （4）復(fù)雜鍛件采用鍛焊結(jié)合。）復(fù)雜鍛件采用鍛焊結(jié)合。 b、繪制模鍛圖、繪制模鍛圖 1）確定分模面）確定分模面 選最大截面保證取出；上下模膛一致，便于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤選最大截面保證取出；上下模膛一致，便于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤；模膛淺而寬；減少敷料；分模面為平面；上模；模膛淺而寬；減少敷料；分模面為平面；上模金屬易于充滿模膛。金屬易于充滿模膛。 2）確定敷料、加工余量和鍛造公差）確定敷料、加工余量和鍛造公差（加工余量：14mm；公差：0.33mm） 3）確定模鍛斜度）確定模鍛斜度（外壁斜度：57 0；內(nèi)壁斜度：712 0） 4）確定圓角半徑）確定圓角半徑（外圓角：r = 1.512mm；內(nèi)圓角：R=（23

34、）r） 5）確定沖孔連皮）確定沖孔連皮 6）確定毛邊槽）確定毛邊槽 7）模鍛圖的技術(shù)條件）模鍛圖的技術(shù)條件 8）繪制模鍛圖）繪制模鍛圖 c、確定坯料質(zhì)量、尺寸、確定坯料質(zhì)量、尺寸 d、確定模鍛工步、確定模鍛工步 e、修整工步、修整工步 : 1）切邊、沖孔）切邊、沖孔; 2）校正）校正; 3)熱處熱處理理; 4）表面清理表面清理 ; 5）精壓）精壓 f、確定模鍛設(shè)備、確定模鍛設(shè)備 長(zhǎng)軸類鍛件長(zhǎng)軸類鍛件短軸類鍛件短軸類鍛件 1.纖維組織是怎樣形成的纖維組織是怎樣形成的?它對(duì)金屬的力學(xué)性能有何它對(duì)金屬的力學(xué)性能有何影響影響? 2.試分析用棒料切削加工試分析用棒料切削加工成形和用棒料冷鐓成形制成形和用

35、棒料冷鐓成形制造六角螺栓的力學(xué)性能有造六角螺栓的力學(xué)性能有何不同何不同? 定義定義：利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形，獲得零：利用沖模使板料產(chǎn)生分離或變形，獲得零件或毛坯的壓力加工方法，又稱件或毛坯的壓力加工方法，又稱冷沖壓冷沖壓。 特點(diǎn)特點(diǎn)：1 1）形狀復(fù)雜，廢料少；）形狀復(fù)雜，廢料少；2 2）精度、光度高）精度、光度高，互換性好；，互換性好；3 3）重量輕，強(qiáng)度剛度好；）重量輕，強(qiáng)度剛度好；4 4）操作）操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率高。簡(jiǎn)便，生產(chǎn)率高。 常用的材料常用的材料 ：低碳鋼、銅合金、鋁合金低碳鋼、銅合金、鋁合金等塑性好等塑性好的材料。的材料。 常用設(shè)備常用設(shè)備 ： 剪床和沖床。剪床和沖床。 基本

36、工序基本工序 ：1 1、分離工序、分離工序 2 2、變形工序、變形工序1、分離工序、分離工序 定義：定義：使板料的一部分與另一部分沿著一使板料的一部分與另一部分沿著一定輪廓線互相分離。定輪廓線互相分離。 分類：分類：沖裁（落料和沖孔）、切口、切邊沖裁（落料和沖孔）、切口、切邊和剪切等。和剪切等。 沖裁（落料和沖孔）：沿著封閉輪廓線分沖裁（落料和沖孔）：沿著封閉輪廓線分離的工序離的工序 （1）沖裁變形）沖裁變形 彈性變形塑性變形斷裂分離彈性變形塑性變形斷裂分離板料沖裁變形與分離過(guò)程板料沖裁變形與分離過(guò)程塑性變形階段塑性變形階段彈性變形階段彈性變形階段斷裂分離階段斷裂分離階段1 12 23 34

37、41 1塌角區(qū)塌角區(qū)2 2光亮帶區(qū)光亮帶區(qū)3 3剪裂帶區(qū)剪裂帶區(qū)4 4毛刺毛刺沖裁斷面的特征沖裁斷面的特征 （2）沖裁間隙）沖裁間隙間隙影響：斷面質(zhì)量，模具壽命，卸料力，推間隙影響：斷面質(zhì)量，模具壽命，卸料力，推件力，沖裁力，工件尺寸精度件力，沖裁力，工件尺寸精度間隙過(guò)大：裂縫錯(cuò)開(kāi)，邊緣粗糙。卸料力，推間隙過(guò)大：裂縫錯(cuò)開(kāi)，邊緣粗糙。卸料力，推件力小。件力小。間隙過(guò)?。荷舷铝芽p錯(cuò)開(kāi)，邊緣粗糙。磨損嚴(yán)間隙過(guò)?。荷舷铝芽p錯(cuò)開(kāi)，邊緣粗糙。磨損嚴(yán)重。重。間隙可按下式計(jì)算間隙可按下式計(jì)算: : c= m -板料厚度；板料厚度；m-m-系數(shù)系數(shù)（3 3）凹凸模刃口尺寸的確定）凹凸模刃口尺寸的確定落料落料以以

38、凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn)凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn)，根據(jù)間隙的大小確定凸，根據(jù)間隙的大小確定凸模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）沖孔沖孔以以凸模為基準(zhǔn)凸模為基準(zhǔn)，由間隙確定凹模的尺寸，即凸模尺，由間隙確定凹模的尺寸，即凸模尺寸同零件尺寸。寸同零件尺寸?？紤]磨損：考慮磨損： 落料凹模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最小尺寸落料凹模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最小尺寸 沖孔凸模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最大尺寸沖孔凸模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最大尺寸（4 4）沖裁力的計(jì)算）沖裁力的計(jì)算kLtF k 安全系數(shù)（=1.3） L 沖裁件周邊長(zhǎng)度（mm）t 坯料厚度（mm） 坯料的抗剪強(qiáng)度（N/

39、mm2） 定義：定義：使坯料一部分相當(dāng)另一部分發(fā)生變形而不斷使坯料一部分相當(dāng)另一部分發(fā)生變形而不斷裂。包括拉深、彎曲、翻邊、成型等。裂。包括拉深、彎曲、翻邊、成型等。 a、拉深、拉深：利用拉深模把板材加工成開(kāi)口空心的工：利用拉深模把板材加工成開(kāi)口空心的工件。常見(jiàn)圓筒形、盒形、球面形、錐形、特殊形。件。常見(jiàn)圓筒形、盒形、球面形、錐形、特殊形。 （1）拉深過(guò)程）拉深過(guò)程d dh h2dDh（2）拉深過(guò)程中的廢品與防止：拉穿和起皺）拉深過(guò)程中的廢品與防止：拉穿和起皺拉深系數(shù)：拉深系數(shù)： m = d/D0凹凸模的圓角半徑凹凸模的圓角半徑: 凹模凹模Rd = (520)t；凸模；凸模Rp Rd凸凹模間隙：凸凹模間隙： C = (1.11.5)t要壓緊和潤(rùn)滑：壓邊圈有效防止起皺要壓緊和潤(rùn)滑：壓邊圈有效防止起皺拉穿拉穿 起皺起皺多次拉深時(shí)圓筒直徑的變化多次拉深時(shí)圓筒直徑的變化 b、彎曲、彎曲：利用彎曲模把坯料彎曲成一定角：利用彎曲模把坯料彎曲成一定角度，一定斷面形狀的工件。度，