金屬塑性成形加工

1、1第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 塑性成形又稱壓力加工。它是塑性成形又稱壓力加工。它是利用金屬在外力作利用金屬在外力作用下產(chǎn)生的塑性變形用下產(chǎn)生的塑性變形以獲得具有一定形狀、尺寸和以獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的力學(xué)性能的原材料原材料( (如金屬型材、板材、管材和線材如金屬型材、板材、管材和線材等等) )、毛坯或零件毛坯或零件的生產(chǎn)方法。壓力加工可生產(chǎn)出各種的生產(chǎn)方法。壓力加工可生產(chǎn)出各種不同截面的型材不同截面的型材( (如板材、線材、管材等如板材、線材、管材等) )和各種機(jī)器和各種機(jī)器零件的毛坯或成品零件的毛坯或成品( (如軸、齒輪、汽車大梁、連桿等如軸、齒輪、汽車大梁、連桿等) )。2 用于壓

2、力加工的金屬必須具有良好的塑性。用于壓力加工的金屬必須具有良好的塑性。各種鋼各種鋼材與大多數(shù)有色金屬及其合金材與大多數(shù)有色金屬及其合金都具有一定程度的塑都具有一定程度的塑性可以在不同溫度下進(jìn)行壓力加工。但性可以在不同溫度下進(jìn)行壓力加工。但鑄鐵鑄鐵等脆性等脆性材料，以及形狀復(fù)雜特別是具有形狀復(fù)雜內(nèi)腔的零件材料，以及形狀復(fù)雜特別是具有形狀復(fù)雜內(nèi)腔的零件或毛坯或毛坯(如箱體如箱體)，難以用壓力加工方法制造。，難以用壓力加工方法制造。3塑性成形加工的方法及種類：塑性成形加工的方法及種類：鍛造加工鍛造加工： 自由鍛造和模鍛自由鍛造和模鍛4上砥鐵下砥鐵坯料板料沖壓（又稱薄板沖壓和冷沖壓）板料沖壓（又稱薄板

3、沖壓和冷沖壓）5 軋制軋制是借助于摩擦力和壓力使金屬坯軋制是借助于摩擦力和壓力使金屬坯料通過(guò)兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的軋輥間的空隙料通過(guò)兩個(gè)相對(duì)旋轉(zhuǎn)的軋輥間的空隙而變形的壓力加工方法。而變形的壓力加工方法。擠壓：擠壓：7金屬坯料在擠壓模內(nèi)受壓被擠出?？捉饘倥髁显跀D壓模內(nèi)受壓被擠出模孔而變形的壓力加工方法。而變形的壓力加工方法。擠壓按擠壓按金屬流動(dòng)方向與金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向的不同凸模運(yùn)動(dòng)方向的不同，可分為三種：可分為三種：正擠壓正擠壓：金屬流動(dòng)方：金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，如圖如圖 (a)所示。所示。反擠壓反擠壓：金屬流動(dòng)方：金屬流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反，向與凸模運(yùn)動(dòng)方向

4、相反，如圖如圖 (b)所示。所示。復(fù)合擠壓復(fù)合擠壓：一部分金：一部分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相同，而另一部動(dòng)方向相同，而另一部分金屬的流動(dòng)方向與凸分金屬的流動(dòng)方向與凸模運(yùn)動(dòng)方向相反，如圖模運(yùn)動(dòng)方向相反，如圖 (c)所示。所示。拉拔和冷鐓拉拔和冷鐓8拉拔是利用拉力，將金屬拉拔是利用拉力，將金屬坯料拉過(guò)拉拔模的?？锥髁侠^(guò)拉拔模的?？锥尚蔚膲毫庸し椒?，如成形的壓力加工方法，如圖所示。拉拔一般是在室圖所示。拉拔一般是在室溫下進(jìn)行的，故又稱冷拔。溫下進(jìn)行的，故又稱冷拔。拉拔時(shí)坯料截面減小，長(zhǎng)拉拔時(shí)坯料截面減小，長(zhǎng)度增加。拉拔主要用于生度增加。拉拔主要用于生產(chǎn)各種細(xì)線材、薄

5、壁管和產(chǎn)各種細(xì)線材、薄壁管和特殊幾何形狀截面的型材。特殊幾何形狀截面的型材。91 1）零件大小不受限制；）零件大小不受限制；2 2）生產(chǎn)批量不受限制。）生產(chǎn)批量不受限制。塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn)塑性成形（壓力加工）的特點(diǎn)1 1金屬材料經(jīng)塑性（壓力加工）后，其組織性能得金屬材料經(jīng)塑性（壓力加工）后，其組織性能得到改善和提高。到改善和提高。1 1）壓合鑄造缺陷，使組織致密、均勻；）壓合鑄造缺陷，使組織致密、均勻；2 2）晶粒細(xì)化；（經(jīng)過(guò)再結(jié)晶，可得到等軸細(xì)晶粒）晶粒細(xì)化；（經(jīng)過(guò)再結(jié)晶，可得到等軸細(xì)晶粒）3 3）形成纖維組織，使金屬材料機(jī)械性能出現(xiàn)各向異性。）形成纖維組織，使金屬材料機(jī)械性能出現(xiàn)各

6、向異性。2 2節(jié)約材料節(jié)約材料1 1）力學(xué)性能高，承載能力提高；）力學(xué)性能高，承載能力提高；2 2）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比），）減少零件制造中的金屬消耗（與切削加工相比），可以做到可以做到少切削或無(wú)切削少切削或無(wú)切削。3 3生產(chǎn)率高生產(chǎn)率高4 4適用范圍廣適用范圍廣第二節(jié)第二節(jié) 金屬塑性成形工藝基礎(chǔ)金屬塑性成形工藝基礎(chǔ) 10各種壓力加工方法，都是通過(guò)對(duì)金屬材料施加外力，使各種壓力加工方法，都是通過(guò)對(duì)金屬材料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單晶體的塑性變形形式主要之產(chǎn)生塑性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)的。單晶體的塑性變形形式主要有滑移和孿生兩種。有滑移和孿生兩種。一、金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)一、金

7、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1 1）滑移：）滑移：晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。但實(shí)際金屬的滑移是靠位錯(cuò)的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。112 2）孿生：）孿生：晶體的一部分相對(duì)一部分沿一定的晶面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。2. 2. 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形晶內(nèi)變形晶間變形滑移孿生滑動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)：晶粒內(nèi)部發(fā)生滑移和孿生；同時(shí)晶粒之間發(fā)生滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)。二、塑性變形后金屬的組織和性能金屬塑性變形時(shí)，在改變其形狀和尺寸的同金屬塑性變形時(shí)，在改變其形狀和尺寸的同時(shí)，時(shí)，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)以及各種性能均發(fā)生變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)以及各種性能均發(fā)生變化。塑性變形時(shí)的溫度不同，

8、金屬變形后的化。塑性變形時(shí)的溫度不同，金屬變形后的組織和性能也有所不同組織和性能也有所不同。因此，金屬的塑性。因此，金屬的塑性變形分為變形分為冷變形冷變形和和熱變形熱變形兩種。兩種。冷變形是指冷變形是指金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形金屬在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的塑性變形；熱熱變形是指金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形是指金屬在再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行的塑性變形變形。12131. 1.冷變形后金屬的組織和性能冷變形后金屬的組織和性能 1 1）組織變化的特征：）組織變化的特征：晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)；晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)；晶格與晶粒均發(fā)生畸變；晶格與晶粒均發(fā)生畸變；晶粒間產(chǎn)生碎晶。晶粒間產(chǎn)生碎晶。2

9、2）性能變化的特征：）性能變化的特征：加工硬化加工硬化：隨著變形程度的增加，其隨著變形程度的增加，其強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和韌性不強(qiáng)度和硬度不斷提高，塑性和韌性不斷下降。斷下降。 單晶體發(fā)生晶內(nèi)滑單晶體發(fā)生晶內(nèi)滑移，使晶格扭曲，內(nèi)應(yīng)移，使晶格扭曲，內(nèi)應(yīng)力增大，即滑移阻力增力增大，即滑移阻力增大；大； 晶粒間有碎晶使晶粒間有碎晶使品粒滑動(dòng)阻力增大結(jié)品?；瑒?dòng)阻力增大結(jié)果使得進(jìn)一步變形困難果使得進(jìn)一步變形困難，原因原因 加工硬化在工業(yè)生產(chǎn)中很有實(shí)用意義。某些不能通過(guò)熱加工硬化在工業(yè)生產(chǎn)中很有實(shí)用意義。某些不能通過(guò)熱處理方法來(lái)強(qiáng)化的金屬材料如低碳鋼、純銅、防銹鋁、鎳處理方法來(lái)強(qiáng)化的金屬材料如低碳鋼、

10、純銅、防銹鋁、鎳鉻不銹鋼等，可以通過(guò)冷軋、冷拔、冷擠壓等工藝，使其產(chǎn)鉻不銹鋼等，可以通過(guò)冷軋、冷拔、冷擠壓等工藝，使其產(chǎn)生加工硬化以此來(lái)提高其強(qiáng)度和硬度或提高其特殊性能。生加工硬化以此來(lái)提高其強(qiáng)度和硬度或提高其特殊性能。加工硬化可用于金屬?gòu)?qiáng)化，但對(duì)壓力加工不利，使金屬變形加工硬化可用于金屬?gòu)?qiáng)化，但對(duì)壓力加工不利，使金屬變形抗力增加繼續(xù)變形困難?？沽υ黾永^續(xù)變形困難。3 3） 回復(fù)處理與再結(jié)晶退火回復(fù)處理與再結(jié)晶退火14T T回回 = = （0.250.30.250.3）T T熔熔T T再再 = = （0.350.40.350.4）T T熔熔 根據(jù)需要對(duì)冷變形金屬進(jìn)行回復(fù)處理根據(jù)需要對(duì)冷變形金屬

11、進(jìn)行回復(fù)處理與再結(jié)晶退火，前者使冷變形金屬保持力與再結(jié)晶退火，前者使冷變形金屬保持力學(xué)性能學(xué)性能( (如硬度、強(qiáng)度、塑性等如硬度、強(qiáng)度、塑性等) )基本不變，基本不變，部分地消除殘余應(yīng)力；后者使冷變形金屬部分地消除殘余應(yīng)力；后者使冷變形金屬的強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性和韌性顯著的強(qiáng)度、硬度顯著下降，塑性和韌性顯著提高，內(nèi)應(yīng)力和加工硬化完全消除，金屬提高，內(nèi)應(yīng)力和加工硬化完全消除，金屬又恢復(fù)到冷變形之前的狀態(tài)，再次獲得良又恢復(fù)到冷變形之前的狀態(tài)，再次獲得良好塑性。好塑性。 加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。加工硬化的消除方法主

12、要有回復(fù)和再結(jié)晶。態(tài)的傾向。加工硬化的消除方法主要有回復(fù)和再結(jié)晶。部分原子回復(fù)到正常排列位置、減輕了晶格部分原子回復(fù)到正常排列位置、減輕了晶格扭曲，消除了部分加工硬化。即強(qiáng)度、碩度扭曲，消除了部分加工硬化。即強(qiáng)度、碩度略有下降，塑性、韌性略有提高略有下降，塑性、韌性略有提高塑性變形后金屬被拉長(zhǎng)了的晶粒重新生核、結(jié)品，變?yōu)榈容S品粒，這一過(guò)程塑性變形后金屬被拉長(zhǎng)了的晶粒重新生核、結(jié)品，變?yōu)榈容S品粒，這一過(guò)程稱為再結(jié)品。即溫度再增加金屬原子獲得更多能量，則以碎晶和雜質(zhì)為結(jié)稱為再結(jié)品。即溫度再增加金屬原子獲得更多能量，則以碎晶和雜質(zhì)為結(jié)鼎核重新結(jié)品成新的晶粒，從而完全消除加工硬化。鼎核重新結(jié)品成新的晶

13、粒，從而完全消除加工硬化。2. 2.熱變形后金屬的組織和性能熱變形后金屬的組織和性能 151 1）不產(chǎn)生加工硬化）不產(chǎn)生加工硬化2 2）具有再結(jié)晶組織。使組織得到改善，提高了力學(xué)性能）具有再結(jié)晶組織。使組織得到改善，提高了力學(xué)性能 細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒； 壓合了鑄造缺陷；壓合了鑄造缺陷；3 3）形成纖維組織）形成纖維組織 組織致密。組織致密。纖維組織的穩(wěn)定性很高，纖維組織的穩(wěn)定性很高，靠通常的熱處理無(wú)法消除?？客ǔ５臒崽幚頍o(wú)法消除。只有經(jīng)過(guò)鍛壓使金屬變形，只有經(jīng)過(guò)鍛壓使金屬變形，才能變其方向和形狀。因才能變其方向和形狀。因此，在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，此，在設(shè)計(jì)和制造零件時(shí)，為使零件具有良好的力學(xué)為使零

14、件具有良好的力學(xué)性能，應(yīng)根據(jù)零件的工作性能，應(yīng)根據(jù)零件的工作條件，正確控制金屬的變條件，正確控制金屬的變形流動(dòng)和流線在鍛件中的形流動(dòng)和流線在鍛件中的分布。分布。 鋼錠是壓力加工中的原始毛坯，鋼錠是壓力加工中的原始毛坯，其內(nèi)部存在著不溶于基體金屬的非金其內(nèi)部存在著不溶于基體金屬的非金屬夾雜物。這些夾雜物在熱變形中，屬夾雜物。這些夾雜物在熱變形中，將隨金屬品粒的變形方向被拉長(zhǎng)或壓將隨金屬品粒的變形方向被拉長(zhǎng)或壓扁呈纖維狀。當(dāng)金屬再結(jié)晶時(shí)被扁呈纖維狀。當(dāng)金屬再結(jié)晶時(shí)被壓碎的晶?；謴?fù)為等軸細(xì)晶粒而纖壓碎的晶粒恢復(fù)為等軸細(xì)晶粒而纖維狀?yuàn)A雜物無(wú)再結(jié)晶能力仍然沿被維狀?yuàn)A雜物無(wú)再結(jié)晶能力仍然沿被拉長(zhǎng)方向保留下

15、來(lái)，形成纖維組織。拉長(zhǎng)方向保留下來(lái)，形成纖維組織。16（1 1）在）在平行平行于纖維組織的方向上：于纖維組織的方向上：材料的塑性、韌性提材料的塑性、韌性提高，抗拉強(qiáng)度增加。高，抗拉強(qiáng)度增加。（2 2）在垂直于纖維組織的方向上：材料的）在垂直于纖維組織的方向上：材料的塑性、韌性下塑性、韌性下降，抗剪能力提高。降，抗剪能力提高。纖維組織具有各向異性的特點(diǎn)：纖維組織具有各向異性的特點(diǎn)：為了充分利用纖維組為了充分利用纖維組織的性能設(shè)計(jì)制造織的性能設(shè)計(jì)制造零件應(yīng)盡量使零件受零件應(yīng)盡量使零件受最大拉應(yīng)力方向與纖最大拉應(yīng)力方向與纖維方向一致受最大維方向一致受最大剪切應(yīng)力方向與纖維剪切應(yīng)力方向與纖維方向垂直，

16、并使纖維方向垂直，并使纖維方向與零件的輪廓相方向與零件的輪廓相符合而不被切斷。符合而不被切斷。17三、金屬的塑性成形性能三、金屬的塑性成形性能是金屬材料在壓力加工時(shí)成形的難易程度。是金屬材料在壓力加工時(shí)成形的難易程度。1 . 1 . 衡量指標(biāo)衡量指標(biāo)1 1）塑性：）塑性：2 2）變形抗力：）變形抗力：材料的材料的塑性越好塑性越好，其塑性成形性能越好。，其塑性成形性能越好。材料的材料的變形抗力越小變形抗力越小，其塑性成形性能越其塑性成形性能越好好。2 . 2 . 影響因素影響因素1 1）金屬的化學(xué)成分及組織）金屬的化學(xué)成分及組織化學(xué)成分：化學(xué)成分： 含碳量低，則塑性較好，塑性成形性能就好，含碳量

17、低，則塑性較好，塑性成形性能就好，一般純金屬的塑性成形性能好于合金；特別是含有形成強(qiáng)碳一般純金屬的塑性成形性能好于合金；特別是含有形成強(qiáng)碳化物形成元素化物形成元素( (如如WW、CrCr、MnMn、V V、TiTi等等) )，則塑性成形性能，則塑性成形性能就差。就差。組織狀態(tài)：純金屬、單相固溶體具有良好的塑性成形性能。組織狀態(tài)：純金屬、單相固溶體具有良好的塑性成形性能。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可鍛性好.182 2）變形條件）變形條件變形溫度：變形溫度：應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)：變形速度：變形速度：v塑性、變形抗力塑

18、性變形抗力cvT T溫溫越高，材料的可鍛性越好。越高，材料的可鍛性越好。V V變變?cè)叫。牧系目慑懶栽胶?。越小，材料的可鍛性越好。三向壓?yīng)力三向壓應(yīng)力塑性最好、變形抗塑性最好、變形抗力最大。力最大。三向拉應(yīng)力三向拉應(yīng)力塑性最差、變形抗塑性最差、變形抗力最大。力最大。壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑壓應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈好，變形抗力增大；拉性愈好，變形抗力增大；拉應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性應(yīng)力的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。拉應(yīng)力促使晶間變形，愈差。拉應(yīng)力促使晶間變形，加速晶界破壞，裂紋擴(kuò)展。加速晶界破壞，裂紋擴(kuò)展。19四、塑性成形的基本規(guī)律四、塑性成形的基本規(guī)律1. 1. 體積不變定律體積不變定律2.

19、2. 最小阻力定律最小阻力定律鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍始鍛溫度：始鍛溫度：終鍛溫度：終鍛溫度：過(guò)熱、過(guò)燒過(guò)熱、過(guò)燒 缺陷缺陷加工硬化加工硬化45: 1200 800指金屬在塑性變形過(guò)程中，其體積保持不變。變形過(guò)程中，金屬各質(zhì)點(diǎn)將沿著阻力最小的方向流動(dòng)。變形過(guò)程中，金屬各質(zhì)點(diǎn)將沿著阻力最小的方向流動(dòng)。第三節(jié) 鍛壓成形（鍛造）加工一、鍛造加工的特點(diǎn)一、鍛造加工的特點(diǎn)20具有較好的力學(xué)性能。具有較好的力學(xué)性能。節(jié)約材料。鍛造毛坯是通過(guò)體積的再分配節(jié)約材料。鍛造毛坯是通過(guò)體積的再分配(非切削加工非切削加工)獲得的，且力學(xué)性能又得以提高，故可減少切削廢料和零獲得的，且力學(xué)性能又得以提高，故可減少切削廢料

20、和零件的用料。件的用料。生產(chǎn)率高。與切削加工相比，生產(chǎn)率高，成本低，適用生產(chǎn)率高。與切削加工相比，生產(chǎn)率高，成本低，適用于大批量生產(chǎn)。于大批量生產(chǎn)。適應(yīng)范圍廣。鍛造的零件或毛坯的重量、體積范圍大。適應(yīng)范圍廣。鍛造的零件或毛坯的重量、體積范圍大。鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求高，難以鍛造復(fù)雜的毛坯和零件。鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求高，難以鍛造復(fù)雜的毛坯和零件。鍛件的尺寸精度低，對(duì)于高精度要求的零件，還需經(jīng)過(guò)鍛件的尺寸精度低，對(duì)于高精度要求的零件，還需經(jīng)過(guò)切削加工來(lái)滿足要求。切削加工來(lái)滿足要求。鍛造加工概述鍛造加工概述二、鍛造加工方法二、鍛造加工方法、自由鍛造、自由鍛造 自由鍛是利用沖擊力或自由鍛是利用沖擊力或壓

21、力使在上、下面砧鐵之壓力使在上、下面砧鐵之間的金屬材料產(chǎn)生塑性變間的金屬材料產(chǎn)生塑性變形得到所需鍛件的一種鍛形得到所需鍛件的一種鍛造加工方法。自由鍛造造加工方法。自由鍛造時(shí)，金屬變形的特點(diǎn)是：時(shí)，金屬變形的特點(diǎn)是：金屬沿上、下砧塊表面流金屬沿上、下砧塊表面流動(dòng)不受其他限制，雖然動(dòng)不受其他限制，雖然有時(shí)采用鍛造工具控制局有時(shí)采用鍛造工具控制局部金屬的流動(dòng)，但其他部部金屬的流動(dòng)，但其他部分仍是自由流動(dòng)。分仍是自由流動(dòng)。2122自由鍛造的特點(diǎn)是：自由鍛造的特點(diǎn)是：a.工具簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，對(duì)設(shè)備精度要求低，生產(chǎn)工具簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，對(duì)設(shè)備精度要求低，生產(chǎn)周期短；但生產(chǎn)率低，周期短；但生產(chǎn)率低，b.尺寸精

22、度不高，表面粗糙尺寸精度不高，表面粗糙度差，加工余量大。對(duì)工人的操作水平要求高，自度差，加工余量大。對(duì)工人的操作水平要求高，自動(dòng)化程度低。動(dòng)化程度低。由于自由鍛造具有上述特點(diǎn)，故只適用于形狀簡(jiǎn)單由于自由鍛造具有上述特點(diǎn)，故只適用于形狀簡(jiǎn)單的單件、小批量生產(chǎn)，但大型鍛件仍采用自由鍛造。的單件、小批量生產(chǎn)，但大型鍛件仍采用自由鍛造。自由鍛造分手工鍛造和機(jī)器鍛造兩種，前者用于生自由鍛造分手工鍛造和機(jī)器鍛造兩種，前者用于生產(chǎn)率低的小型鍛件生產(chǎn)，后者生產(chǎn)率高，為自由鍛產(chǎn)率低的小型鍛件生產(chǎn)，后者生產(chǎn)率高，為自由鍛造的主要生產(chǎn)方法。造的主要生產(chǎn)方法。自由鍛造的主要設(shè)備有鍛錘和液壓機(jī)自由鍛造的主要設(shè)備有鍛錘和

23、液壓機(jī)(如水壓機(jī)如水壓機(jī))兩兩大類。其中，鍛錘有空氣錘和蒸汽大類。其中，鍛錘有空氣錘和蒸汽空氣錘兩種，空氣錘兩種，鍛錘的噸位用落下部分的質(zhì)量來(lái)表示，一般在鍛錘的噸位用落下部分的質(zhì)量來(lái)表示，一般在5t以以下，可鍛造下，可鍛造1500kg以下鍛件；液壓機(jī)以水壓機(jī)為以下鍛件；液壓機(jī)以水壓機(jī)為主，噸位以最大實(shí)際壓力來(lái)表示，為主，噸位以最大實(shí)際壓力來(lái)表示，為500一一12000t，可鍛造可鍛造1一一300t鍛件。鍛件。空氣錘空氣錘空氣錘空氣錘液壓機(jī)液壓機(jī)應(yīng)用應(yīng)用 ： 單件、小批量生產(chǎn)單件、小批量生產(chǎn), 大型鍛件的唯一鍛造方法；大型鍛件的唯一鍛造方法；23壓機(jī)拔長(zhǎng)24改變坯料的改變坯料的形狀和尺寸形狀和尺

24、寸以達(dá)到鍛件以達(dá)到鍛件基本成形的基本成形的工序，稱為工序，稱為基本工序?；竟ば?。25基本工序基本工序根據(jù)作用與變形要求不同：根據(jù)作用與變形要求不同：自由鍛工序一般分為：自由鍛工序一般分為：基本工序、輔助工序和精整工序基本工序、輔助工序和精整工序三類。三類。 鐓粗鐓粗 使坯料整體或一部分高度減小、截面積增大的工序稱為鐓粗使坯料整體或一部分高度減小、截面積增大的工序稱為鐓粗。鐓粗有完全鐓粗、局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗等。鐓粗有完全鐓粗、局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗等。27沖孔沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔采用沖子將坯料沖出透孔或不透孔的鍛造工序叫沖孔。拔長(zhǎng)拔長(zhǎng)使坯料橫截面減小而長(zhǎng)度增加的鍛造工

25、序稱為拔長(zhǎng)使坯料橫截面減小而長(zhǎng)度增加的鍛造工序稱為拔長(zhǎng)拔長(zhǎng)主要用于軸桿類鍛件成形，其作用是改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。拔長(zhǎng)主要用于軸桿類鍛件成形，其作用是改善鍛件內(nèi)部質(zhì)量。拔長(zhǎng)的種類。有平砥鐵拔長(zhǎng)、芯軸拔長(zhǎng)、芯軸擴(kuò)孔等。拔長(zhǎng)的種類。有平砥鐵拔長(zhǎng)、芯軸拔長(zhǎng)、芯軸擴(kuò)孔等。彎曲彎曲 是將毛坯彎成所需形狀的工序是將毛坯彎成所需形狀的工序在進(jìn)行彎曲變?cè)谶M(jìn)行彎曲變形前，先要將形前，先要將毛坯鍛成所需毛坯鍛成所需形狀，使體積形狀，使體積合理分配，便合理分配，便于獲得合格產(chǎn)于獲得合格產(chǎn)品。品。扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)將毛坯一部分相對(duì)于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的工序?qū)⒚饕徊糠窒鄬?duì)于另一部分繞其軸線旋轉(zhuǎn)一定角度的工序。切割切割將毛坯

26、一部分或幾部分切掉以獲得所需形狀的鍛件的工序?qū)⒚饕徊糠只驇撞糠智械粢垣@得所需形狀的鍛件的工序。（2 2）輔助工序）輔助工序是為了方便基本工是為了方便基本工序的操作，而使坯序的操作，而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某些局料預(yù)先產(chǎn)生某些局部變形的工序。如部變形的工序。如倒棱、壓肩等工步。倒棱、壓肩等工步。修整鍛件的最后尺寸和形狀，提高鍛件表面質(zhì)修整鍛件的最后尺寸和形狀，提高鍛件表面質(zhì)量，使鍛件達(dá)到圖紙要求的工序叫修整工序。量，使鍛件達(dá)到圖紙要求的工序叫修整工序。如修整鼓形、平整端面、校直彎曲等工步。如修整鼓形、平整端面、校直彎曲等工步。（3）修整工序）修整工序鍛件分類及基本工序方案鍛件分類及基本工序方案33例題

27、：如圖所示的整體活塞采用自由鍛制坯。試在右側(cè)雙例題：如圖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：坯料直徑（現(xiàn)有圓鋼直徑有：120、110、100、90、80、70），并說(shuō)明理由，擬定鍛造基本工序，畫出工），并說(shuō)明理由，擬定鍛造基本工序，畫出工序簡(jiǎn)圖。序簡(jiǎn)圖。R2H / R2H=1708160 180/110 218/100 268/90=2.98 坯料直徑：坯料直徑： 100 選擇原因：局部鐓粗時(shí)保證高徑比選擇原因：局部鐓粗時(shí)保證高徑比 2.5下料局部鐓粗拔長(zhǎng)、切料頭例

28、題例題2 2：為修復(fù)一臺(tái)大型設(shè)備，需制造一個(gè)圓錐齒輪，如為修復(fù)一臺(tái)大型設(shè)備，需制造一個(gè)圓錐齒輪，如圖圖7-47-4所示。試選擇鍛造方法，定性繪出鍛件圖，并制定所示。試選擇鍛造方法，定性繪出鍛件圖，并制定鍛造基本工序，畫出工序簡(jiǎn)圖。鍛造基本工序，畫出工序簡(jiǎn)圖。 自由鍛1下料2鐓粗3沖孔、模鍛、模鍛 金屬熱坯在鍛模模膛內(nèi)三向壓應(yīng)力金屬熱坯在鍛模模膛內(nèi)三向壓應(yīng)力狀態(tài)下的塑性變形狀態(tài)下的塑性變形。36特點(diǎn)特點(diǎn)： 鍛件精度高，鍛造曲線合理，力學(xué)性能鍛件精度高，鍛造曲線合理，力學(xué)性能 好；生產(chǎn)效率高；金屬消耗少。好；生產(chǎn)效率高；金屬消耗少。鍛模鍛模 模鍛工作示意圖如圖模鍛工作示意圖如圖所示。鍛模由上、下所

29、示。鍛模由上、下模組成。上模和下模模組成。上模和下模分別安裝在錘頭下端分別安裝在錘頭下端和模座上的燕尾槽內(nèi)，和模座上的燕尾槽內(nèi)，用楔鐵緊固。上、下用楔鐵緊固。上、下模合在一起，其中部模合在一起，其中部形成完整的模膛。根形成完整的模膛。根據(jù)模膛功用不同，可據(jù)模膛功用不同，可分為模鍛模膛和制坯分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。模膛兩大類。 應(yīng)用應(yīng)用 ： 能鍛制難以形成的復(fù)雜鍛件，如能鍛制難以形成的復(fù)雜鍛件，如汽車連汽車連 桿、前梁、曲軸等。桿、前梁、曲軸等。3839404142434445 和降低制造成本。和降低制造成本。第四節(jié)、板料沖壓第四節(jié)、板料沖壓 板料沖壓是借助于常規(guī)或板料沖壓是借助于常規(guī)或?qū)?/p>

30、用設(shè)備，對(duì)坯料施加外專用設(shè)備，對(duì)坯料施加外力，并使其在模具內(nèi)力，并使其在模具內(nèi)分離分離或變形或變形，從而獲得一定形，從而獲得一定形狀、尺寸的零件或毛坯的狀、尺寸的零件或毛坯的加工方法。沖壓一般在冷加工方法。沖壓一般在冷態(tài)下進(jìn)行，故又稱冷沖壓。態(tài)下進(jìn)行，故又稱冷沖壓。 46板料沖壓加工概述板料沖壓加工概述沖壓生產(chǎn)中常用的板料有沖壓生產(chǎn)中常用的板料有各種牌號(hào)的鋼板與有色金各種牌號(hào)的鋼板與有色金屬屬(銅、鋁及其合金銅、鋁及其合金)板料。板料。這里的板料泛指板、帶、這里的板料泛指板、帶、條和箔材。條和箔材。設(shè)備設(shè)備： 剪板機(jī)（剪成剪板機(jī)（剪成 條料）、沖床、液壓機(jī)等。條料）、沖床、液壓機(jī)等。47沖壓基

31、本工序沖壓基本工序48金屬板料的分離過(guò)程：金屬板料的分離過(guò)程：彈性變形階段、塑性變形階彈性變形階段、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。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)加壓，已形成的上下微裂紋逐漸擴(kuò)大并向凸模再繼續(xù)加壓，已形成的上下微裂紋逐漸擴(kuò)大并向內(nèi)延伸。如凸凹模間隙合適，上下裂紋就能相迎重合，內(nèi)延伸。如凸凹模間隙合適，上下裂紋就能相迎重合，實(shí)現(xiàn)分離。實(shí)現(xiàn)分離。、分離工序：使板料的一部分與另一部分相、分離工序：使板料的一部分與另一部分相互分離的加工工序。包括（互分離的加工工序。包括（1）剪切：）剪切：使板料沿使板料沿不封閉的輪廓線分離的工序稱為

32、剪切。它屬于備料工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，將板料剪成條序，其任務(wù)是：根據(jù)沖壓工藝的要求，將板料剪成條料。料。 （2）落料和沖孔落料和沖孔（沖裁）（沖裁） ：使板料沿封閉的使板料沿封閉的輪廓線分離的工序，輪廓線分離的工序，分別在落料和沖孔模中進(jìn)行。分別在落料和沖孔模中進(jìn)行。、變形工序：、變形工序： 使坯料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生使坯料的一部分相對(duì)于另一部分產(chǎn)生位移而不破裂的工序。位移而不破裂的工序。 包括彎曲、拉深、翻邊和局部成形、包括彎曲、拉深、翻邊和局部成形、旋壓等。旋壓等。49）彎曲）彎曲 ：它是通過(guò)彎曲模將板料、型材或管材彎成一定

33、：它是通過(guò)彎曲模將板料、型材或管材彎成一定的曲率或角度和形狀的變形工序。常用的壓彎設(shè)備有各的曲率或角度和形狀的變形工序。常用的壓彎設(shè)備有各類機(jī)械壓力機(jī)、液壓壓力機(jī)、專用折彎?rùn)C(jī)等。類機(jī)械壓力機(jī)、液壓壓力機(jī)、專用折彎?rùn)C(jī)等。 以彎曲角以彎曲角 和彎曲半徑和彎曲半徑 r 表示彎曲變形量的大小。表示彎曲變形量的大小。 坯料外層為拉伸變形，內(nèi)層為壓縮變形，中部為中性層，坯料外層為拉伸變形，內(nèi)層為壓縮變形，中部為中性層，應(yīng)力、應(yīng)變?yōu)榱?。?yīng)力、應(yīng)變?yōu)榱恪?0六米大型數(shù)控折彎?rùn)C(jī)六米大型數(shù)控折彎?rùn)C(jī)板料的厚度板料的厚度s越厚、彎曲半徑越厚、彎曲半徑r越小，表明彎曲越小，表明彎曲變形程度越大，當(dāng)板料的外側(cè)拉應(yīng)力超過(guò)坯

34、料變形程度越大，當(dāng)板料的外側(cè)拉應(yīng)力超過(guò)坯料的抗拉強(qiáng)度時(shí)，即會(huì)造成彎裂。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應(yīng)控制最小彎曲半徑為rmin(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板料彎曲時(shí)應(yīng)盡可能使彎曲線與板料纖維方向垂直。垂直?；貜棳F(xiàn)象。一般板料的回彈角為回彈現(xiàn)象。一般板料的回彈角為010。因。因此在設(shè)計(jì)彎曲模時(shí)必須使模具的角度比工件角此在設(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。度小一個(gè)回彈角。 ，即，即 ： 式中：式中： 工件彎曲角；工件彎曲角； 模具角；模具角； 51卷彎成形彎卷成形是用金屬板材在卷板機(jī)上彎卷成形是用

35、金屬板材在卷板機(jī)上彎卷而成筒形、彎卷而成筒形、弧形或其它形狀工件。根據(jù)弧形或其它形狀工件。根據(jù)3點(diǎn)成圓的原理，利用點(diǎn)成圓的原理，利用工件相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑工件相對(duì)位置變化和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使板材產(chǎn)生連續(xù)的塑性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。性變形，以獲得預(yù)定形狀的工件。根據(jù)鋼板的材質(zhì)、厚度、彎曲半徑、卷板機(jī)的形式根據(jù)鋼板的材質(zhì)、厚度、彎曲半徑、卷板機(jī)的形式和卷板能力，實(shí)際生產(chǎn)中筒節(jié)的彎卷基本上可分為和卷板能力，實(shí)際生產(chǎn)中筒節(jié)的彎卷基本上可分為冷卷和熱卷。冷卷和熱卷。目前，板料的卷彎成形主要是采用輥式卷板機(jī)目前，板料的卷彎成形主要是采用輥式卷板機(jī)(輥輥床床)卷制。卷板機(jī)多用三輥形式，也

36、有采用四輥卷卷制。卷板機(jī)多用三輥形式，也有采用四輥卷板機(jī)?，F(xiàn)代的卷板機(jī)可卷制鋼板最大厚度達(dá)板機(jī)?，F(xiàn)代的卷板機(jī)可卷制鋼板最大厚度達(dá)250mm，熱卷板厚度可達(dá)，熱卷板厚度可達(dá)380mm。52 圖圖a)所示為對(duì)稱式三輥卷板機(jī)斷面圖。上輥軸所示為對(duì)稱式三輥卷板機(jī)斷面圖。上輥軸1能在垂直方能在垂直方向上、下調(diào)節(jié)，使通過(guò)上、下兩輥軸之間的板料向上、下調(diào)節(jié)，使通過(guò)上、下兩輥軸之間的板料4得到不同的得到不同的彎曲半徑。電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪減速器帶動(dòng)下輥軸彎曲半徑。電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪減速器帶動(dòng)下輥軸2旋轉(zhuǎn)，上輥軸旋轉(zhuǎn)，上輥軸則為從動(dòng)軸。工作時(shí)，板料置于上、下輥軸間，壓下上輥軸，則為從動(dòng)軸。工作時(shí)，板料置于上、下輥軸間，壓

37、下上輥軸，使板料在支承點(diǎn)間發(fā)生彎曲。兩個(gè)下輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用它們與使板料在支承點(diǎn)間發(fā)生彎曲。兩個(gè)下輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用它們與板面的靜摩擦力作用，驅(qū)動(dòng)板料自動(dòng)進(jìn)給，產(chǎn)生均勻的彎曲。板面的靜摩擦力作用，驅(qū)動(dòng)板料自動(dòng)進(jìn)給，產(chǎn)生均勻的彎曲。根據(jù)以上分析可知，板料的進(jìn)入邊和脫離邊都有一部分不能同根據(jù)以上分析可知，板料的進(jìn)入邊和脫離邊都有一部分不能同時(shí)進(jìn)入三輥之間。就是說(shuō)，這部分材料是不會(huì)彎曲的，稱為剩時(shí)進(jìn)入三輥之間。就是說(shuō)，這部分材料是不會(huì)彎曲的，稱為剩余直邊。剩余直邊的長(zhǎng)度約為兩個(gè)下輥軸距離的余直邊。剩余直邊的長(zhǎng)度約為兩個(gè)下輥軸距離的12。 圖圖 (b)所示為不對(duì)稱式三輥卷板機(jī)斷面圖。上輥軸所示為不對(duì)稱式三

38、輥卷板機(jī)斷面圖。上輥軸1位于下位于下輥軸輥軸2的正上方，導(dǎo)向輥的正上方，導(dǎo)向輥3則在側(cè)面位置。上、下兩輥軸由電動(dòng)則在側(cè)面位置。上、下兩輥軸由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)反方向旋轉(zhuǎn)，依靠輥軸與板料的靜摩擦力，驅(qū)動(dòng)板料自機(jī)驅(qū)動(dòng)反方向旋轉(zhuǎn)，依靠輥軸與板料的靜摩擦力，驅(qū)動(dòng)板料自行進(jìn)給。依靠導(dǎo)向輥的上、下調(diào)節(jié)，使板料彎成不同曲率的筒行進(jìn)給。依靠導(dǎo)向輥的上、下調(diào)節(jié)，使板料彎成不同曲率的筒形柱面。這種三輥卷板機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：能使板料兩端通過(guò)調(diào)頭進(jìn)形柱面。這種三輥卷板機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：能使板料兩端通過(guò)調(diào)頭進(jìn)行卷壓，可以減小直邊現(xiàn)象。行卷壓，可以減小直邊現(xiàn)象。 圖圖 (c)所示為四輥卷板機(jī)。四輥卷板機(jī)是在不對(duì)稱式三輥卷所示為四輥卷板機(jī)。四

39、輥卷板機(jī)是在不對(duì)稱式三輥卷板機(jī)的基礎(chǔ)上增加了另一側(cè)輥，從而有效地避免產(chǎn)生剩余直邊板機(jī)的基礎(chǔ)上增加了另一側(cè)輥，從而有效地避免產(chǎn)生剩余直邊現(xiàn)象?，F(xiàn)象。全自動(dòng)數(shù)控卷板機(jī)全自動(dòng)數(shù)控卷板機(jī)）拉深拉深 意義：在拉深模中使平板件受力成形為意義：在拉深模中使平板件受力成形為空心立體件?？招牧Ⅲw件。53拉深廢品及缺陷拉深廢品及缺陷54起皺拉裂 m ： 拉深變形后的制件直徑拉深變形后的制件直徑 d件件 與坯與坯料直料直徑徑 D坯坯 之比。之比。即：即： md件件D坯坯55變形量控制變形量控制拉深系數(shù)拉深系數(shù) m一般極限拉深系數(shù)?。阂话銟O限拉深系數(shù)取： m min0.50.8（低碳鋼板）（低碳鋼板） m越小，一次拉

40、深變形量大。越小，一次拉深變形量大。 m越大（越大（1），）， 則拉深變形則拉深變形量量小。小。56 如果總的拉深系數(shù)小于極限拉深系數(shù)，如果總的拉深系數(shù)小于極限拉深系數(shù)，則需多次拉深才能最終成形。則需多次拉深才能最終成形。 m總總m1.m2.m3且拉深系數(shù)應(yīng)一次比一次略且拉深系數(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)塑大，還應(yīng)進(jìn)行中間再結(jié)晶退火，以恢復(fù)塑性。性。57壓邊壓邊板料越薄，拉深系數(shù)越小，則越板料越薄，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(guò)壓是在拉深模上設(shè)置壓邊圈，通過(guò)壓邊圈的作用，使板料不易起皺，而邊圈的作

41、用，使板料不易起皺，而達(dá)到防皺的目的。達(dá)到防皺的目的。 變形量變形量用翻邊系數(shù)用翻邊系數(shù) K 控制，即控制，即 K0d0/D式中式中 d0預(yù)制孔徑預(yù)制孔徑 （先沖孔得到）（先沖孔得到） / mm； D翻邊后孔徑翻邊后孔徑 / mm。58）翻邊）翻邊 使帶有預(yù)制孔的坯料沿孔口周圍翻起使帶有預(yù)制孔的坯料沿孔口周圍翻起而獲得而獲得 凸緣的工序。凸緣的工序。）局部變形）局部變形包括脹形、旋壓、包括脹形、旋壓、壓肋、壓花（字）等。壓肋、壓花（字）等。5960單點(diǎn)漸進(jìn)成形單點(diǎn)漸進(jìn)成形單點(diǎn)漸進(jìn)成形單點(diǎn)漸進(jìn)成形是在數(shù)控機(jī)床上通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制形狀簡(jiǎn)是在數(shù)控機(jī)床上通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制形狀簡(jiǎn)單的成形工具，利用其沿著垂直方向的進(jìn)給以及水平方向單的成形工具，利用其沿著垂直方向的進(jìn)給以及水平方向的運(yùn)動(dòng)軌跡逐層形成板類件的三維包絡(luò)面，從而實(shí)現(xiàn)金屬的運(yùn)動(dòng)軌跡逐層形成板類件的三維包絡(luò)面，從而實(shí)現(xiàn)金屬板料連續(xù)局部塑性成形的加工方法，在板類件成形領(lǐng)域有板料連續(xù)局部塑性成形的加工方法，在板類件成形領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。其起源可追溯到傳統(tǒng)的旋壓成形，而著廣泛的應(yīng)用前景。其起源可追溯到傳統(tǒng)的旋壓成形，而旋壓成形是通過(guò)形狀簡(jiǎn)單的工具成形三維曲面的技術(shù)，由旋壓成形是通過(guò)形狀簡(jiǎn)單的工具成形三維曲面的技術(shù)，由于旋壓成形