第3章 金屬塑性成形

1、精品課程立體化教材系列精品課程立體化教材系列 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)賈江鳴 浙江理工大學(xué)工業(yè)工程系手機郵件：制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所教材結(jié)構(gòu)教材結(jié)構(gòu)o第1章 工程材料o第2章 鑄造成形o第3章 金屬塑性成形o第5章 金屬切削基礎(chǔ)o第6章 金屬切削加工o第7章 機械加工工藝設(shè)計o第8章 機械加工工藝控制o第9章 典型零件加工o第10章 機械裝配 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所第第03章章 金屬塑性成形金屬塑性成形o第一節(jié)第一節(jié) 塑性成形工藝基礎(chǔ)塑性成形工藝基礎(chǔ)o第二節(jié)第二節(jié) 鍛壓成形方法鍛壓成形方法

2、o第三節(jié)第三節(jié) 鍛壓成形工藝設(shè)計鍛壓成形工藝設(shè)計o第四節(jié)第四節(jié) 鍛壓件結(jié)構(gòu)工藝性鍛壓件結(jié)構(gòu)工藝性 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所金屬塑性成形金屬塑性成形 塑性成形：塑性成形：指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸及力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方獲得所需形狀、尺寸及力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法。具有較好塑性的材料如鋼和有色金屬及其合金均可法。具有較好塑性的材料如鋼和有色金屬及其合金均可在冷態(tài)或熱態(tài)下進行塑性成形加工。在冷態(tài)或熱態(tài)下進行塑性成形加工。 優(yōu)點：優(yōu)點：1）改善金屬的組織，提高金屬的力學(xué)性能；）改善金屬的

3、組織，提高金屬的力學(xué)性能；2）節(jié)約金屬材料和切削加工工時，提高金屬材料的利）節(jié)約金屬材料和切削加工工時，提高金屬材料的利用率和經(jīng)濟效益；用率和經(jīng)濟效益；3）具有較高的勞動生產(chǎn)率。）具有較高的勞動生產(chǎn)率。4）適應(yīng)性廣。）適應(yīng)性廣。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所塑性成形塑性成形缺點：缺點：1 1）鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，內(nèi)腔復(fù)雜零件難以鍛造；）鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，內(nèi)腔復(fù)雜零件難以鍛造；2 2）鍛造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；）鍛造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；3 3）需重型機器設(shè)備和較復(fù)雜模具，設(shè)備費用與周期長；）需重型機器設(shè)備和較復(fù)雜模具，

4、設(shè)備費用與周期長；4 4）生產(chǎn)現(xiàn)場勞動條件較差生產(chǎn)現(xiàn)場勞動條件較差。 常用塑性成形加工方法有常用塑性成形加工方法有：1 1）自由鍛造）自由鍛造；2 2）模型鍛）模型鍛造造；3 3）擠壓）擠壓；4 4）拉拔）拉拔；5 5）軋鍛）軋鍛；6 6）板料沖壓。）板料沖壓。 塑性成形主要用于塑性成形主要用于主軸、曲軸、連桿、齒輪、葉輪、主軸、曲軸、連桿、齒輪、葉輪、炮筒、槍管、吊鉤、飛機和汽車零件等力學(xué)性能要求高炮筒、槍管、吊鉤、飛機和汽車零件等力學(xué)性能要求高的重要零部件。的重要零部件。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所金屬塑性變形原理金屬塑性變形原理 具有一定塑性的金屬坯料在

5、外力作用下，當內(nèi)應(yīng)力達具有一定塑性的金屬坯料在外力作用下，當內(nèi)應(yīng)力達到一定的條件，就會發(fā)生塑性變形；由于金屬材料都是晶到一定的條件，就會發(fā)生塑性變形；由于金屬材料都是晶體，故要說明塑性變形的實質(zhì)，必須從其晶體結(jié)構(gòu)來說明。體，故要說明塑性變形的實質(zhì)，必須從其晶體結(jié)構(gòu)來說明。1. 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 單晶體的塑性變形有兩種方式：單晶體的塑性變形有兩種方式：滑移變形和雙晶變形滑移變形和雙晶變形。 1）滑移變形）滑移變形：晶體內(nèi)的一部分相對另一部分，沿原子排：晶體內(nèi)的一部分相對另一部分，沿原子排列緊密的晶面作相對滑動。列緊密的晶面作相對滑動。晶體在晶面上的滑移，是通過晶體在晶面上的滑移，

6、是通過位錯的不斷運動來實現(xiàn)的位錯的不斷運動來實現(xiàn)的 。當很多晶面同時滑移積累起當很多晶面同時滑移積累起來就形成滑移帶，形成可見的變形。來就形成滑移帶，形成可見的變形。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所單晶體滑移變形單晶體滑移變形 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形a) 未變形前未變形前 b) 彈性變形彈性變形 c) 彈、塑性變形彈、塑性變形 d) 塑性變形后塑性變形后制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所金屬塑性變形原理金屬塑性變形原理2 2）雙晶）雙晶：亦叫孿晶。晶體在外力作用下，晶體內(nèi)一部分原：亦叫孿晶。晶體在外力作用下，晶體內(nèi)一部分原子晶

7、格相對于另一部分原子晶格發(fā)生轉(zhuǎn)動。子晶格相對于另一部分原子晶格發(fā)生轉(zhuǎn)動。 晶體的雙晶變形晶體的雙晶變形制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所金屬塑性變形原理金屬塑性變形原理2. 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 多晶體是由大量的大小、形狀、晶格排列位向各不相多晶體是由大量的大小、形狀、晶格排列位向各不相同的晶粒所組成，故它的塑性變形很復(fù)雜，可分為同的晶粒所組成，故它的塑性變形很復(fù)雜，可分為晶內(nèi)變晶內(nèi)變形和晶間變形形和晶間變形。晶粒內(nèi)部的塑性變形稱為晶內(nèi)變形；晶粒。晶粒內(nèi)部的塑性變形稱為晶內(nèi)變形；晶粒之間相互移動或轉(zhuǎn)動稱為晶間變形。之間相互移動或轉(zhuǎn)動稱為晶間變形。 多晶體

8、的晶內(nèi)變形方式和單晶體一樣，多晶體的晶內(nèi)變形方式和單晶體一樣，也是滑移和雙也是滑移和雙晶，晶，但各個晶粒所處的塑性變形條件不同，即晶粒內(nèi)晶格但各個晶粒所處的塑性變形條件不同，即晶粒內(nèi)晶格排列的方向性決定了其變形的難易，與外力成排列的方向性決定了其變形的難易，與外力成4545度的滑移度的滑移面最易變形，面最易變形，因為其產(chǎn)生的切應(yīng)力最大。因為其產(chǎn)生的切應(yīng)力最大。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 多晶體塑性變形示意圖多晶體塑性變形示意圖a) 變形前變形前 b) 變形后變形后制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所多

9、晶體晶粒位向與受力變形關(guān)系示意圖多晶體晶粒位向與受力變形關(guān)系示意圖同時在多晶體的晶界處，由同時在多晶體的晶界處，由于相鄰晶粒間的位向差別，于相鄰晶粒間的位向差別，產(chǎn)生晶格的畸變，并有雜質(zhì)產(chǎn)生晶格的畸變，并有雜質(zhì)的存在，以及晶粒間犬牙交的存在，以及晶粒間犬牙交錯狀態(tài)，對多晶體的變形造錯狀態(tài)，對多晶體的變形造成很大障礙。低溫時，晶界成很大障礙。低溫時，晶界強度高于晶粒內(nèi)部強度，變強度高于晶粒內(nèi)部強度，變形抗力大不易變形；高溫時，形抗力大不易變形；高溫時，晶界強度降低，晶粒易于相晶界強度降低，晶粒易于相互移動。所以多晶體由于存互移動。所以多晶體由于存在在晶界和各晶粒的位向差別，晶界和各晶粒的位向差別

10、，其變形抗力要遠高于同種金其變形抗力要遠高于同種金屬的單晶體。屬的單晶體。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所冷變形強化（加工硬化）冷變形強化（加工硬化）o指金屬在低溫下進行塑性變形時，金屬的強度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象，變形程度越大，冷變形強化現(xiàn)象越嚴重。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所冷變形強化的原因冷變形強化的原因 冷變形強化的原因是冷變形強化的原因是：在塑性變形過程中，在滑移面上：在塑性變形過程中，在滑移面上產(chǎn)生了許多晶格方向混亂的微小碎晶，滑移面附近的晶格也產(chǎn)生了許多晶格方向混亂的微小碎晶，滑移面附近的晶格也產(chǎn)生了畸變，

11、增加了繼續(xù)滑移的阻力，使繼續(xù)變形困難。產(chǎn)生了畸變，增加了繼續(xù)滑移的阻力，使繼續(xù)變形困難。 對某些不能通過熱處理來強化的金屬，可用低溫變形對某些不能通過熱處理來強化的金屬，可用低溫變形來提高金屬強度指標，如用冷軋、冷拔和冷擠來提高低碳來提高金屬強度指標，如用冷軋、冷拔和冷擠來提高低碳鋼、純銅、防銹鋁等所制型材和鍛壓件的強度和硬度。鋼、純銅、防銹鋁等所制型材和鍛壓件的強度和硬度。 但在塑性加工中，冷變形強化使塑性變形困難，故采但在塑性加工中，冷變形強化使塑性變形困難，故采用加熱的方法使金屬再結(jié)晶，而獲得好的塑性。用加熱的方法使金屬再結(jié)晶，而獲得好的塑性。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理

12、工大學(xué)先進制造研究所回復(fù)回復(fù) 指當溫度升高時，金屬原子獲得熱能，使冷變形時處指當溫度升高時，金屬原子獲得熱能，使冷變形時處于高位能的原子回復(fù)到正常排列，消除由于變形而產(chǎn)生的于高位能的原子回復(fù)到正常排列，消除由于變形而產(chǎn)生的晶格扭曲的過程，可使內(nèi)應(yīng)力減少。晶格扭曲的過程，可使內(nèi)應(yīng)力減少。 回復(fù)溫度較低，對于純金屬，可用下式計算：回復(fù)溫度較低，對于純金屬，可用下式計算：熔回TT3 . 02 . 0式中式中 -金屬的絕對回復(fù)溫度；金屬的絕對回復(fù)溫度； -金屬的絕對熔化溫度；金屬的絕對熔化溫度； 回T熔T 回復(fù)作用不改變晶粒的形狀及晶粒變形時所構(gòu)成的方回復(fù)作用不改變晶粒的形狀及晶粒變形時所構(gòu)成的方向性

13、，也不能使晶粒內(nèi)部的破壞現(xiàn)象及晶界間物質(zhì)的破壞向性，也不能使晶粒內(nèi)部的破壞現(xiàn)象及晶界間物質(zhì)的破壞現(xiàn)象得到恢復(fù)，只是逐漸消除晶格的扭曲程度。故回復(fù)作現(xiàn)象得到恢復(fù)，只是逐漸消除晶格的扭曲程度。故回復(fù)作用可以降低內(nèi)應(yīng)力，但力學(xué)性能變化不大，強度稍降低，用可以降低內(nèi)應(yīng)力，但力學(xué)性能變化不大，強度稍降低，塑性稍提高。塑性稍提高。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖a)a)塑性變形后的組織塑性變形后的組織 b）金屬回復(fù)后的組織）金屬回復(fù)后的組織 c）再結(jié)晶組）再結(jié)晶組 再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度，一般純金屬的再再結(jié)晶的最低溫度稱

14、為再結(jié)晶溫度，一般純金屬的再結(jié)晶溫度為：結(jié)晶溫度為： 再結(jié)晶處理再結(jié)晶處理： 利用金屬再結(jié)晶過程消除低溫變形后的冷變利用金屬再結(jié)晶過程消除低溫變形后的冷變形強化，恢復(fù)金屬的良好塑性，以利于后繼的冷變形加工。形強化，恢復(fù)金屬的良好塑性，以利于后繼的冷變形加工。熔再TT4 . 0制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所再結(jié)晶再結(jié)晶 指當溫度升高到一定程度時，金屬原子獲得更高的指當溫度升高到一定程度時，金屬原子獲得更高的熱能，通過金屬原子的擴散，使冷變形強化的結(jié)晶構(gòu)造熱能，通過金屬原子的擴散，使冷變形強化的結(jié)晶構(gòu)造進行改變，成長出許多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替進行改變，成長出

15、許多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原變形晶粒的過程即為再結(jié)晶。原變形晶粒的過程即為再結(jié)晶。 再結(jié)晶過程：再結(jié)晶過程：先在變形金屬中出現(xiàn)再結(jié)晶核心（小先在變形金屬中出現(xiàn)再結(jié)晶核心（小晶塊，或破碎物），結(jié)晶核心周圍的畸變晶格中的原子晶塊，或破碎物），結(jié)晶核心周圍的畸變晶格中的原子向再結(jié)晶核心聚集，從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡，有向再結(jié)晶核心聚集，從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡，有秩序地排列起來，而形成新的具有正常晶格結(jié)構(gòu)的晶粒，秩序地排列起來，而形成新的具有正常晶格結(jié)構(gòu)的晶粒，直至新晶粒完全形成，再結(jié)晶結(jié)束。如果繼續(xù)升溫或保直至新晶粒完全形成，再結(jié)晶結(jié)束。如果繼續(xù)升溫或保溫，再結(jié)晶晶粒還會聚合長大，即二次

16、再結(jié)晶。溫，再結(jié)晶晶粒還會聚合長大，即二次再結(jié)晶。 再結(jié)晶使內(nèi)應(yīng)力全部消除，強度降低，塑性增加。再結(jié)晶使內(nèi)應(yīng)力全部消除，強度降低，塑性增加。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所冷變形和熱變形冷變形和熱變形 冷變形：冷變形：指金屬在其再結(jié)晶溫度以下進行塑性變形。如冷指金屬在其再結(jié)晶溫度以下進行塑性變形。如冷沖壓、冷彎、冷擠、冷鐓、冷軋和冷拔，能獲得較高的硬沖壓、冷彎、冷擠、冷鐓、冷軋和冷拔，能獲得較高的硬度及表面質(zhì)量。度及表面質(zhì)量。熱變形：熱變形：指金屬在其再結(jié)晶溫度以上進行塑性變形。如鍛指金屬在其再結(jié)晶溫度以上進行塑性變形。如鍛造、熱擠和軋制等造、熱擠和軋制等，能消除

17、冷變形強化的痕跡，保持較低，能消除冷變形強化的痕跡，保持較低的塑性變形抗力和良好的塑性。的塑性變形抗力和良好的塑性。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所鍛造比和纖維組織鍛造比和纖維組織 在金屬鑄錠中含有的夾雜物多分布在晶界上，在金在金屬鑄錠中含有的夾雜物多分布在晶界上，在金屬塑性變形時，晶粒沿變形方向伸長，塑性夾雜物也隨屬塑性變形時，晶粒沿變形方向伸長，塑性夾雜物也隨著變形一起被拉長，呈帶狀分布；脆性夾雜物被打碎呈著變形一起被拉長，呈帶狀分布；脆性夾雜物被打碎呈碎粒狀或鏈狀分布；通過再結(jié)晶過程，晶粒細化，而夾碎粒狀或鏈狀分布；通過再結(jié)晶過程，晶粒細化，而夾雜物卻依然

18、呈條狀和鏈狀被保留下來，形成鍛造流線。雜物卻依然呈條狀和鏈狀被保留下來，形成鍛造流線。鍛造流線使金屬的鍛造流線使金屬的力學(xué)力學(xué)性能呈現(xiàn)性能呈現(xiàn)各向異各向異性，性，平行于纖維平行于纖維方向塑性和韌性增加，垂直于纖維方向則下降。方向塑性和韌性增加，垂直于纖維方向則下降。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所鍛造比鍛造比 它是鍛造生產(chǎn)中代表金屬變形大小的一個參數(shù)，一它是鍛造生產(chǎn)中代表金屬變形大小的一個參數(shù)，一般用鍛造過程中的典型工序的變形程度來表示：如鐓粗般用鍛造過程中的典型工序的變形程度來表示：如鐓粗工序，鍛造比為：工序，鍛造比為： HHAAy00鐓拔長鍛造比：拔長鍛造比

19、： 00LLAAy拔制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所鍛造比對金屬組織和性能的影響鍛造比對金屬組織和性能的影響 一般情況下，增加鍛造比，可使金屬組織細密化，提一般情況下，增加鍛造比，可使金屬組織細密化，提高鍛件的力學(xué)性能。但當鍛造比過大，金屬組織的緊密程高鍛件的力學(xué)性能。但當鍛造比過大，金屬組織的緊密程度和晶粒細化程度已到極限，故力學(xué)性能不再升高，而增度和晶粒細化程度已到極限，故力學(xué)性能不再升高，而增加各向異性。鍛造比越大，鍛造流線越明顯，其力學(xué)性能加各向異性。鍛造比越大，鍛造流線越明顯，其力學(xué)性能的方向性越明顯。當鍛造比增加時，鋼的強度在橫向和縱的方向性越明顯。當

20、鍛造比增加時，鋼的強度在橫向和縱向差別不大，而塑性和韌性縱向明顯好于橫向。向差別不大，而塑性和韌性縱向明顯好于橫向。 鍛造流線的穩(wěn)定性很高，而且用熱處理不能消除。故鍛造流線的穩(wěn)定性很高，而且用熱處理不能消除。故在設(shè)計和制造易受沖擊載荷的零件時，必須考慮鍛造流線在設(shè)計和制造易受沖擊載荷的零件時，必須考慮鍛造流線的方向，使最大正應(yīng)力與流線方向一致，切應(yīng)力或沖擊應(yīng)的方向，使最大正應(yīng)力與流線方向一致，切應(yīng)力或沖擊應(yīng)力與流線方向垂直；使鍛造流線的分布與零件的外形輪廓力與流線方向垂直；使鍛造流線的分布與零件的外形輪廓相符合，而不被切斷。相符合，而不被切斷。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先

21、進制造研究所鍛造比的應(yīng)用鍛造比的應(yīng)用拖鉤的纖維流線拖鉤的纖維流線a) 棒料經(jīng)切削成形棒料經(jīng)切削成形 b) 扁鋼經(jīng)切削成形扁鋼經(jīng)切削成形c) 棒料鐓粗后切削成形棒料鐓粗后切削成形 d)熱軋成形熱軋成形 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所塑性成形基本規(guī)律塑性成形基本規(guī)律 塑性成形規(guī)律塑性成形規(guī)律：就是塑性成形時金屬質(zhì)點流動的規(guī)律，：就是塑性成形時金屬質(zhì)點流動的規(guī)律，即在給定條件下，變形體內(nèi)將出現(xiàn)什么樣的位移速度場和位即在給定條件下，變形體內(nèi)將出現(xiàn)什么樣的位移速度場和位移場，以確定物體形狀、尺寸的變化及應(yīng)變場。從而為選擇移場，以確定物體形狀、尺寸的變化及應(yīng)變場。從而為選擇

22、變形工步和設(shè)計成形模具奠定基礎(chǔ)。變形工步和設(shè)計成形模具奠定基礎(chǔ)。1. 體積不變定律體積不變定律 金屬塑性變形前后體積不變，實際中略有縮?。豢捎嫿饘偎苄宰冃吻昂篌w積不變，實際中略有縮小；可計算各工序尺寸。算各工序尺寸。2. 最小阻力定律最小阻力定律 塑性變形時金屬質(zhì)點首先向阻力最小方向移動。一般塑性變形時金屬質(zhì)點首先向阻力最小方向移動。一般金屬某質(zhì)點移動時阻力最小方向是通過該質(zhì)點向金屬變形金屬某質(zhì)點移動時阻力最小方向是通過該質(zhì)點向金屬變形部分的周邊所作的法線方向。部分的周邊所作的法線方向。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所金屬材料的塑性加工性能金屬材料的塑性加工性能

23、金屬的塑性加工性能金屬的塑性加工性能是用來衡量金屬材料利用鍛壓是用來衡量金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度，是金屬的工藝性能指標之一。加工方法成形的難易程度，是金屬的工藝性能指標之一。常用金屬的塑性和變形抗力兩個因素來綜合衡量。塑性常用金屬的塑性和變形抗力兩個因素來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則鍛造性能越好。影響金屬鍛造越好，變形抗力越小，則鍛造性能越好。影響金屬鍛造性能的因素有：金屬的本質(zhì)和金屬的變形條件。性能的因素有：金屬的本質(zhì)和金屬的變形條件。 1.1.金屬本質(zhì)金屬本質(zhì)的影響的影響1 1）金屬的化學(xué)成分：）金屬的化學(xué)成分：化學(xué)成分不同，塑性不同，鍛造化學(xué)成分不同，塑性不同，鍛造

24、性能不同。性能不同。2 2）金屬的組織狀態(tài)：）金屬的組織狀態(tài)：組織結(jié)構(gòu)不同，鍛造性能不同；組織結(jié)構(gòu)不同，鍛造性能不同；單一固溶體組成的合金，塑性好，鍛造性能好；單一固溶體組成的合金，塑性好，鍛造性能好；鑄態(tài)柱鑄態(tài)柱狀組織和粗晶結(jié)構(gòu)不如細小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)；狀組織和粗晶結(jié)構(gòu)不如細小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)；金屬內(nèi)部金屬內(nèi)部有缺陷也不一樣。有缺陷也不一樣。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所加工條件加工條件-變形溫度變形溫度1 1）變形溫度）變形溫度：溫度升高，塑性上升，降低變形抗力，易于：溫度升高，塑性上升，降低變形抗力，易于鍛造；但溫度過高也會產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷，如氧化，脫碳、鍛造

25、；但溫度過高也會產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷，如氧化，脫碳、過熱和過燒等。故要嚴格控制鍛造溫度范圍。過熱和過燒等。故要嚴格控制鍛造溫度范圍。 鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍指始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍，指始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍，以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。對始鍛溫度，原則是在不出現(xiàn)過熱對始鍛溫度，原則是在不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下，盡量提高始鍛溫度。碳鋼的始鍛溫度為和過燒的前提下，盡量提高始鍛溫度。碳鋼的始鍛溫度為AEAE線下線下2002000 0C C。終鍛溫度即停止鍛造的溫度，對于鍛件質(zhì)量。終鍛溫度即停止鍛造的溫度，對于鍛件質(zhì)量有很大影響，終鍛溫度太高，停鍛后晶粒會重新長大，降有很大影響

26、，終鍛溫度太高，停鍛后晶粒會重新長大，降低鍛件力學(xué)性能；太低，再結(jié)晶困難，冷變形強化現(xiàn)象嚴低鍛件力學(xué)性能；太低，再結(jié)晶困難，冷變形強化現(xiàn)象嚴重，變形抗力太大，甚至產(chǎn)生鍛造裂紋，也易損壞設(shè)備和重，變形抗力太大，甚至產(chǎn)生鍛造裂紋，也易損壞設(shè)備和工具。工具。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所加工條件加工條件-變形速度和應(yīng)力狀態(tài)變形速度和應(yīng)力狀態(tài)2 2）變形速度：）變形速度：指金屬在鍛壓加工過程中單位時間內(nèi)的相指金屬在鍛壓加工過程中單位時間內(nèi)的相對變形量。變形速度的影響較復(fù)雜：一方面變形速度增對變形量。變形速度的影響較復(fù)雜：一方面變形速度增大，冷變形強化現(xiàn)象嚴重，變形抗力增

27、大，鍛造性能變大，冷變形強化現(xiàn)象嚴重，變形抗力增大，鍛造性能變壞；另一方面變形速度很大時產(chǎn)生的熱能使金屬溫度升壞；另一方面變形速度很大時產(chǎn)生的熱能使金屬溫度升高，提高塑性，降低變形抗力，鍛造性能變好。高，提高塑性，降低變形抗力，鍛造性能變好。 如圖如圖3-18所示。所示。3 3）變形時的應(yīng)力狀態(tài)：）變形時的應(yīng)力狀態(tài)：不同壓力加工方法，金屬內(nèi)部不同壓力加工方法，金屬內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)是不同的。在金屬塑性變形時，壓應(yīng)力數(shù)目的應(yīng)力狀態(tài)是不同的。在金屬塑性變形時，壓應(yīng)力數(shù)目越多，其塑性變形越好，因為壓應(yīng)力使滑移面緊密結(jié)合，越多，其塑性變形越好，因為壓應(yīng)力使滑移面緊密結(jié)合，防止產(chǎn)生裂紋；拉應(yīng)力則使塑性變形降

28、低，應(yīng)為它使缺防止產(chǎn)生裂紋；拉應(yīng)力則使塑性變形降低，應(yīng)為它使缺陷擴大，使滑移面分離。但壓應(yīng)力時變形抗力增大。故陷擴大，使滑移面分離。但壓應(yīng)力時變形抗力增大。故必須綜合考慮塑性和變形抗力。必須綜合考慮塑性和變形抗力。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所加工條件加工條件變形速度對塑性及變形變形速度對塑性及變形抗力的影響抗力的影響 1變形抗力曲線變形抗力曲線 2塑性變化曲線塑性變化曲線不同變形方式的應(yīng)力狀態(tài)不同變形方式的應(yīng)力狀態(tài)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所3.2 鍛壓成形方法鍛壓成形方法-自由鍛自由鍛 自由鍛指將金屬坯料放在鍛造設(shè)備的上下

29、抵鐵之間，自由鍛指將金屬坯料放在鍛造設(shè)備的上下抵鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生自由變形而獲得所需形狀的施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生自由變形而獲得所需形狀的成形方法。坯料在鍛造過程中，除與上下抵鐵或其它輔助成形方法。坯料在鍛造過程中，除與上下抵鐵或其它輔助工具接觸的部分表面外，都是自由表面，變形不受限制，工具接觸的部分表面外，都是自由表面，變形不受限制，鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的技術(shù)來保證，所用設(shè)備與工具鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的技術(shù)來保證，所用設(shè)備與工具通用性強。通用性強。 自由鍛主要用于自由鍛主要用于單件、小批生產(chǎn)，也是生產(chǎn)大型鍛件單件、小批生產(chǎn)，也是生產(chǎn)大型鍛件的唯一方法。的唯一方法。制造工

30、程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所自由鍛設(shè)備自由鍛設(shè)備自由鍛設(shè)備常用的有自由鍛設(shè)備常用的有鍛錘和壓力機。鍛錘和壓力機。1）空氣錘空氣錘：它由電動機直接驅(qū)動，打擊速度快，錘擊能：它由電動機直接驅(qū)動，打擊速度快，錘擊能量小，適用于小型鍛件。量小，適用于小型鍛件。2 2）蒸汽蒸汽空氣錘空氣錘：利用蒸汽或壓縮空氣作為動力，適用利用蒸汽或壓縮空氣作為動力，適用于中小型鍛件于中小型鍛件。3 3）水壓機水壓機：以壓力代替錘鍛時的沖擊力，適用于鍛造大以壓力代替錘鍛時的沖擊力，適用于鍛造大型鍛件；其工作過程包括空程、工作行程、回程、懸型鍛件；其工作過程包括空程、工作行程、回程、懸空空。制造

31、工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所空氣錘空氣錘 空氣錘空氣錘制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所空氣自由鍛空氣自由鍛雙柱拱式蒸汽雙柱拱式蒸汽空氣自由鍛錘空氣自由鍛錘制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所水壓機水壓機1工作缸工作缸 2工作柱塞工作柱塞3上橫梁上橫梁 4活動橫梁活動橫梁5立柱立柱 6下橫梁下橫梁7回程缸回程缸 8回程柱塞回程柱塞9回程橫梁回程橫梁 10拉桿拉桿11上砧上砧 12下砧下砧制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所自由鍛工序自由鍛工序1 1）基本工序基本工序：改變坯料的形狀和尺

32、寸以達到鍛件基本成形：改變坯料的形狀和尺寸以達到鍛件基本成形的工序的工序，包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)、錯包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)、錯移等。最常用的是鐓粗、拔長、沖孔。移等。最常用的是鐓粗、拔長、沖孔。2 2）輔助工序輔助工序：為了方便基本工序的操作，而使坯料預(yù)先產(chǎn)：為了方便基本工序的操作，而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某些局部變形的工序。如生某些局部變形的工序。如壓鉗口、壓鉗口、倒棱倒棱和切和切肩。肩。3 3）精整工序精整工序：修整鍛件的最后尺寸和形狀，消除表面的不：修整鍛件的最后尺寸和形狀，消除表面的不平和歪扭，使鍛件達到圖紙要求的工序。如修整鼓形平和歪扭，使鍛件達到圖紙要求的工

33、序。如修整鼓形、平平整端面、校直彎曲。整端面、校直彎曲。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所自由鍛的特點自由鍛的特點優(yōu)點：優(yōu)點：1 1）自由鍛使用工具簡單，不需要造價昂貴的模具；）自由鍛使用工具簡單，不需要造價昂貴的模具；2 2）可鍛造各種重量的鍛件，對大型鍛件，它是唯一方法）可鍛造各種重量的鍛件，對大型鍛件，它是唯一方法3 3）由于自由鍛的每次鍛擊坯料只產(chǎn)生局部變形，變形金屬的流）由于自由鍛的每次鍛擊坯料只產(chǎn)生局部變形，變形金屬的流動阻力也小，故同重量的鍛件，自由鍛比模鍛所需的設(shè)備噸位小。動阻力也小，故同重量的鍛件，自由鍛比模鍛所需的設(shè)備噸位小。缺點：缺點：1 1

34、）鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的操作技術(shù)來保證，故尺寸精度低，）鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的操作技術(shù)來保證，故尺寸精度低，加工余量大，金屬材料消耗多；加工余量大，金屬材料消耗多；2 2）鍛件形狀比較簡單，生產(chǎn)率低，勞動強度大。故自由鍛只適）鍛件形狀比較簡單，生產(chǎn)率低，勞動強度大。故自由鍛只適用于單件或小批量生產(chǎn)。用于單件或小批量生產(chǎn)。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所模鍛模鍛 模鍛是將加熱好的坯料放在鍛模模膛內(nèi)，在鍛壓力模鍛是將加熱好的坯料放在鍛模模膛內(nèi)，在鍛壓力的作用下迫使坯料變形而獲得鍛件的一種加工方法。坯的作用下迫使坯料變形而獲得鍛件的一種加工方法。坯料變形時，金屬的流

35、動受到模膛的限制和引導(dǎo)，從而獲料變形時，金屬的流動受到模膛的限制和引導(dǎo)，從而獲得與模膛形狀一致的鍛件。得與模膛形狀一致的鍛件。 與自由鍛相比，模鍛的優(yōu)點是：與自由鍛相比，模鍛的優(yōu)點是：1 1）由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜；）由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜；2 2）鍛件內(nèi)部的鍛造流線比較完整，從而提高了零件的力學(xué)性）鍛件內(nèi)部的鍛造流線比較完整，從而提高了零件的力學(xué)性能和使用壽命。能和使用壽命。3 3）鍛件表面光潔，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工工時；）鍛件表面光潔，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工工時；制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研

36、究所模鍛模鍛4 4）生產(chǎn)率較高；）生產(chǎn)率較高；5 5）操作簡單，易于實現(xiàn)機械化；）操作簡單，易于實現(xiàn)機械化；6 6）生產(chǎn)批量越大成本越低。）生產(chǎn)批量越大成本越低。 模鍛的缺點：模鍛的缺點：1 1）模鍛是整體成形，摩擦阻力大，故模鍛所需設(shè)備噸位大，）模鍛是整體成形，摩擦阻力大，故模鍛所需設(shè)備噸位大，設(shè)備費用高；設(shè)備費用高；2 2）鍛模加工工藝復(fù)雜，制造周期長，費用高。故只適用于）鍛模加工工藝復(fù)雜，制造周期長，費用高。故只適用于中小型鍛件的成批或大批生產(chǎn)。中小型鍛件的成批或大批生產(chǎn)。如圖如圖3-233-23所示為典型模鍛所示為典型模鍛件。件。 模鍛廣泛應(yīng)用于模鍛廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)和機械制造業(yè)，按質(zhì)

37、量計算國防工業(yè)和機械制造業(yè)，按質(zhì)量計算模鍛件在飛機上占模鍛件在飛機上占85%，坦克占，坦克占70%，汽車占，汽車占80%，機，機車占車占60%。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所模鍛模鍛 按使用設(shè)備不同，模鍛可分為：錘上模鍛、胎模鍛、曲按使用設(shè)備不同，模鍛可分為：錘上模鍛、胎模鍛、曲柄壓力機上模鍛、摩擦壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛等。柄壓力機上模鍛、摩擦壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛等。1 1、錘上模鍛、錘上模鍛即在模鍛錘上的模鍛即在模鍛錘上的模鍛。 模膛根據(jù)其功能不同可分為模膛根據(jù)其功能不同可分為制坯模膛制坯模膛和和模鍛模膛模鍛模膛兩大類：兩大類：（1 1）制坯模膛）制

38、坯模膛。用于將形狀復(fù)雜的模鍛件初步鍛成近似鍛。用于將形狀復(fù)雜的模鍛件初步鍛成近似鍛件的模膛。又可分為：件的模膛。又可分為：1 1）拔長模膛）拔長模膛。減少坯料某部分橫截面積，增加該部分長度。減少坯料某部分橫截面積，增加該部分長度。2 2）滾壓模膛）滾壓模膛。翻轉(zhuǎn)操作使零件成形的模膛。翻轉(zhuǎn)操作使零件成形的模膛。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所錘上模鍛錘上模鍛3）彎曲模膛）彎曲模膛。使坯料彎曲的模膛。使坯料彎曲的模膛。4）切斷模膛）切斷模膛。（2）模鍛模膛）模鍛模膛1）預(yù)鍛模膛）預(yù)鍛模膛。為改善金屬流動條件，使鍛件最終成形前。為改善金屬流動條件，使鍛件最終成形前獲得接

39、近終鍛形狀的模膛。獲得接近終鍛形狀的模膛。2）終鍛模膛）終鍛模膛。模鍛時最后成形用模膛，需有飛邊槽。帶。模鍛時最后成形用模膛，需有飛邊槽。帶沖孔連皮和飛邊的鍛件。沖孔連皮和飛邊的鍛件。 根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度，可將鍛模設(shè)計為單膛鍛模和根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度，可將鍛模設(shè)計為單膛鍛模和多膛鍛模，簡單鍛件如齒輪坯可僅設(shè)計為單膛鍛模；對彎多膛鍛模，簡單鍛件如齒輪坯可僅設(shè)計為單膛鍛模；對彎曲連桿可設(shè)計為多膛鍛模。曲連桿可設(shè)計為多膛鍛模。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所典型模鍛件典型模鍛件典型模鍛件典型模鍛件制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所模鍛錘模鍛

40、錘1錘頭錘頭 2上模上模 3飛邊槽飛邊槽4下模下模 5模墊模墊 6、7、10楔鐵楔鐵8分模面分模面 9模膛模膛制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所拔長、滾壓拔長、滾壓滾壓模膛滾壓模膛拔長模膛拔長模膛a）開式）開式 b）閉式）閉式 a）開式）開式 b）閉式）閉式 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所彎曲、切斷彎曲、切斷切斷模膛切斷模膛 彎曲模膛彎曲模膛制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所帶沖孔連皮和飛邊的模鍛齒輪坯帶沖孔連皮和飛邊的模鍛齒輪坯1飛邊飛邊 2分模面分模面 3沖孔連皮沖孔連皮 4鍛件鍛件 制造工程基礎(chǔ)制造工

41、程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所彎曲連桿的模鍛過程彎曲連桿的模鍛過程制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所壓力機上模鍛壓力機上模鍛 曲柄壓力機噸位一般為曲柄壓力機噸位一般為2001200kN；與錘上模鍛比，；與錘上模鍛比，具有下述特點：具有下述特點：優(yōu)點：優(yōu)點：1 1）鍛造力是壓力，坯料的變形速度較低，可鍛造較低塑）鍛造力是壓力，坯料的變形速度較低，可鍛造較低塑性合金；性合金；2 2）鍛造時滑塊的行程不變，每個變形工步在一次行程中）鍛造時滑塊的行程不變，每個變形工步在一次行程中即可完成，便于實現(xiàn)機械化和自動化，具有很高生產(chǎn)率；即可完成，便于實現(xiàn)機械化和自動化

42、，具有很高生產(chǎn)率；3 3）滑塊運動精度高，并有鍛件頂出裝置，使模鍛斜度、）滑塊運動精度高，并有鍛件頂出裝置，使模鍛斜度、加工余量、鍛造公差減小，鍛件精度比錘上模鍛高。加工余量、鍛造公差減小，鍛件精度比錘上模鍛高。4 4）振動和噪聲較小，勞動條件改善。）振動和噪聲較小，勞動條件改善。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所曲柄壓力機曲柄壓力機制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所摩擦壓力機上模鍛摩擦壓力機上模鍛 摩擦壓力機是將飛輪旋轉(zhuǎn)所積蓄的能量轉(zhuǎn)化成金屬的摩擦壓力機是將飛輪旋轉(zhuǎn)所積蓄的能量轉(zhuǎn)化成金屬的變形能進行鍛造的，屬鍛錘類鍛壓設(shè)備。變形能進行鍛

43、造的，屬鍛錘類鍛壓設(shè)備。摩擦壓力機上模鍛的特點如下：摩擦壓力機上模鍛的特點如下：1）滑塊運動速度低，可鍛造低塑性合金鋼和有色金屬；）滑塊運動速度低，可鍛造低塑性合金鋼和有色金屬；2）承受偏心載荷能力差，僅適合單膛模鍛；）承受偏心載荷能力差，僅適合單膛模鍛；3）打擊速度低，可采用組合模具，降低生產(chǎn)成本，縮短生）打擊速度低，可采用組合模具，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期；產(chǎn)周期；4）滑塊行程不固定，故工藝性廣泛。）滑塊行程不固定，故工藝性廣泛。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所摩擦壓力機摩擦壓力機制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所平鍛機上模鍛平

44、鍛機上模鍛 平鍛機相當于臥式的曲柄壓力機，它沿水平方向?qū)ε髌藉憴C相當于臥式的曲柄壓力機，它沿水平方向?qū)ε髁鲜┘渝懺靿毫?。其料施加鍛造壓力。其特點是特點是：1 1）坯料都是棒料或管材，并且只進行局部（一端）加熱和）坯料都是棒料或管材，并且只進行局部（一端）加熱和局部變形加工，因此可鍛造立式鍛壓設(shè)備上不能鍛造的某局部變形加工，因此可鍛造立式鍛壓設(shè)備上不能鍛造的某些長桿類鍛件。些長桿類鍛件。2 2）鍛模有兩個分模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其它設(shè)）鍛模有兩個分模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其它設(shè)備上難以完成的在不同方向上有凸臺或凹槽的鍛件。備上難以完成的在不同方向上有凸臺或凹槽的鍛件。3 3）需配備

45、對棒料局部加熱的專用加熱爐。）需配備對棒料局部加熱的專用加熱爐。4 4）是高效率、高質(zhì)量、容易實現(xiàn)機械化的鍛造方法，但設(shè)）是高效率、高質(zhì)量、容易實現(xiàn)機械化的鍛造方法，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴，適用于大批量生產(chǎn)。備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格貴，適用于大批量生產(chǎn)。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所平鍛機的工作情況和傳動系統(tǒng)平鍛機的工作情況和傳動系統(tǒng)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所胎模鍛胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用簡單的非固定模具胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用簡單的非固定模具（胎模）生產(chǎn)模鍛件的一種工藝方法。其特點是，與自（胎模）生產(chǎn)模鍛件的一種工藝方

46、法。其特點是，與自由鍛相比，生產(chǎn)率和鍛件精度較高，粗糙度低，節(jié)約金由鍛相比，生產(chǎn)率和鍛件精度較高，粗糙度低，節(jié)約金屬材料。與模鍛相比，節(jié)約了設(shè)備投資，簡化了模具制屬材料。與模鍛相比，節(jié)約了設(shè)備投資，簡化了模具制造。但生產(chǎn)率和鍛件質(zhì)量比模鍛低，勞動強度大，安全造。但生產(chǎn)率和鍛件質(zhì)量比模鍛低，勞動強度大，安全性差，模具壽命低。性差，模具壽命低。胎模鍛適用于胎模鍛適用于小型鍛件的中小批量小型鍛件的中小批量生產(chǎn)。生產(chǎn)。1）摔模，用于鍛造回轉(zhuǎn)體鍛件；）摔模，用于鍛造回轉(zhuǎn)體鍛件；2）扣模，用于平整側(cè)面；）扣模，用于平整側(cè)面；3）套筒模，用于鐓粗鍛件；）套筒模，用于鐓粗鍛件；4）合模，用于鍛造比較復(fù)雜的鍛件

47、。）合模，用于鍛造比較復(fù)雜的鍛件。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所胎模種類胎模種類a）摔模）摔模 b）扣模）扣模 c）開式套筒模）開式套筒模 d）閉式套筒模）閉式套筒模 e）合模）合模 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所3.2.3 板料沖壓板料沖壓 板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對金屬板料加壓，板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對金屬板料加壓，使之產(chǎn)生變形或分離，從而獲得零件或毛坯的加工方法。使之產(chǎn)生變形或分離，從而獲得零件或毛坯的加工方法。板料沖壓又稱薄板沖壓或冷沖壓。板料沖壓又稱薄板沖壓或冷沖壓。1）在常溫下加工，金屬板料必須具有足夠的

48、塑性和較低在常溫下加工，金屬板料必須具有足夠的塑性和較低的變形抗力。的變形抗力。 2）金屬板料經(jīng)冷變形強化，獲得一定的幾何形狀后，結(jié)金屬板料經(jīng)冷變形強化，獲得一定的幾何形狀后，結(jié)構(gòu)輕巧，強度和剛度較高。構(gòu)輕巧，強度和剛度較高。 3）沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不需沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不需機械加工即可作零件使用。機械加工即可作零件使用。 4）沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，便于實現(xiàn)機械化和自動化。動化。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所板料沖壓板料沖壓5）可以沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料少。）

49、可以沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料少。6）沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費用高，只適沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費用高，只適用于大批量生產(chǎn)。用于大批量生產(chǎn)。 沖壓工藝廣泛應(yīng)用于沖壓工藝廣泛應(yīng)用于汽車、飛機、農(nóng)業(yè)機械、儀表電汽車、飛機、農(nóng)業(yè)機械、儀表電器、輕工和日用品等工業(yè)部門。器、輕工和日用品等工業(yè)部門。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所板料沖壓的基本工序板料沖壓的基本工序 板料沖壓的基本工序按變形性質(zhì)可分為分離工序和變板料沖壓的基本工序按變形性質(zhì)可分為分離工序和變形工序兩大類。形工序兩大類。1. 分離工序分離工序 使坯料的一部分與另一部分分離的工序。主要有：使

50、坯料的一部分與另一部分分離的工序。主要有：（1 1）沖孔和落料（）沖孔和落料（沖裁沖裁 ） 兩個工序的變形過程和模具兩個工序的變形過程和模具結(jié)構(gòu)是一樣的，沖孔是在板料上沖出孔洞，而落料是得到結(jié)構(gòu)是一樣的，沖孔是在板料上沖出孔洞，而落料是得到與孔洞同樣形狀的板料。與孔洞同樣形狀的板料。1 1）沖裁過程分析）沖裁過程分析。板料沖裁時有變形和分離兩個過程；當板料沖裁時有變形和分離兩個過程；當凸模凸模向向下運動壓住板料時下運動壓住板料時，板料受到擠壓，產(chǎn)生板料受到擠壓，產(chǎn)生彈性變形彈性變形并進而產(chǎn)生并進而產(chǎn)生塑性變形塑性變形。當上下刃口附近材料內(nèi)的應(yīng)力超過當上下刃口附近材料內(nèi)的應(yīng)力超過一定限度后，即開

51、始出現(xiàn)一定限度后，即開始出現(xiàn)裂紋裂紋，裂紋擴展，板料切離。，裂紋擴展，板料切離。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所落料與沖孔示意圖落料與沖孔示意圖a) 落料落料 b) 沖孔沖孔制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所沖裁過程沖裁過程a) 變形三階段變形三階段 b) 沖裁力的變化沖裁力的變化 c) 沖裁零件斷面沖裁零件斷面制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所板料沖壓板料沖壓3 3）凹凸模刃口尺寸的確定）凹凸模刃口尺寸的確定。沖裁后，沖下件的尺寸和余沖裁后，沖下件的尺寸和余料的相應(yīng)尺寸是不同的，二者相差數(shù)值為模具間隙的兩倍

52、。料的相應(yīng)尺寸是不同的，二者相差數(shù)值為模具間隙的兩倍。故在設(shè)計沖孔模具時，應(yīng)使凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，故在設(shè)計沖孔模具時，應(yīng)使凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，凹模刃口尺寸為孔的尺寸加兩倍間隙值；落料模具時，凹凹模刃口尺寸為孔的尺寸加兩倍間隙值；落料模具時，凹模刃口尺寸為成品尺寸，凸模刃口尺寸為成品尺寸減去相模刃口尺寸為成品尺寸，凸模刃口尺寸為成品尺寸減去相應(yīng)間隙值。模具間隙一般為板料厚度的應(yīng)間隙值。模具間隙一般為板料厚度的5%5%10%10%。 2 2）凸凹模間隙）凸凹模間隙。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力大小和模具。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力大小和模具壽命影響很大。壽命影響很大。間隙合適間隙合適，上下裂

53、紋重合，斷口表面平整，上下裂紋重合，斷口表面平整，毛刺小，沖裁力小。毛刺小，沖裁力小。間隙太小間隙太小，上下裂紋不重合，斷口中，上下裂紋不重合，斷口中部出現(xiàn)撕裂，毛刺也會增大，還會加速模具模損，沖裁質(zhì)部出現(xiàn)撕裂，毛刺也會增大，還會加速模具模損，沖裁質(zhì)量很快惡化；量很快惡化；間隙太大間隙太大，材料的拉伸變形增大，塌角、毛，材料的拉伸變形增大，塌角、毛刺、剪裂帶均增大，沖裁質(zhì)量惡化。刺、剪裂帶均增大，沖裁質(zhì)量惡化。制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所沖裁力計算沖裁力計算4 4）沖裁力計算沖裁力計算。沖裁力是選用沖床噸位和檢驗?zāi)＞邚姸?。沖裁力是選用沖床噸位和檢驗?zāi)＞邚姸鹊闹?/p>

54、要依據(jù)，平刃沖模的沖裁力可用下式計算：的主要依據(jù)，平刃沖模的沖裁力可用下式計算： kLtP 沖裁力，單位為沖裁力，單位為N；沖裁件周邊長度，單位為沖裁件周邊長度，單位為mm；板料剪切強度，單位為板料剪切強度，單位為MPa；板料厚度，單位為板料厚度，單位為mm；系數(shù)，與模具間隙、刃口、材料力學(xué)性能、系數(shù)，與模具間隙、刃口、材料力學(xué)性能、厚度等有關(guān)，常取厚度等有關(guān)，常取1.3。PLtk式中式中制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所沖裁件修整、切斷沖裁件修整、切斷5 5）沖裁件的排樣）沖裁件的排樣。排樣指落料件在條料、帶料或板料上。排樣指落料件在條料、帶料或板料上進行合理布置

55、的方法。進行合理布置的方法。（2 2）修整）修整。利用修整模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔，切去一利用修整模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔，切去一薄層金屬，以除去塌角、剪裂帶和毛刺，提高尺寸精度薄層金屬，以除去塌角、剪裂帶和毛刺，提高尺寸精度和降低表面粗糙度。和降低表面粗糙度。修整沖裁件的外形為外緣修整，修修整沖裁件的外形為外緣修整，修整內(nèi)孔為內(nèi)緣修整。整內(nèi)孔為內(nèi)緣修整。 （3）切斷）切斷。指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行。指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行分離的工序。剪刃安裝在剪床上，把大板料剪成條料或分離的工序。剪刃安裝在剪床上，把大板料剪成條料或平板零件。平板零件。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基

56、礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所不同排樣方式材料消耗對比不同排樣方式材料消耗對比制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所修正工序簡圖修正工序簡圖1-凸模凸模 2-凹模凹模 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所變形工序變形工序 變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生相變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生相對位移而不破裂的工序。對位移而不破裂的工序。（1）拉深。）拉深。是使平面板料變?yōu)殚_口的中空形狀零件的沖是使平面板料變?yōu)殚_口的中空形狀零件的沖壓工序，又稱拉延。拉深件種類很多，大體可分為旋轉(zhuǎn)壓工序，又稱拉延。拉深件種類很多，大體可分為旋轉(zhuǎn)件、矩

57、形件和復(fù)雜件。對較深零件還可采用多次拉深法。件、矩形件和復(fù)雜件。對較深零件還可采用多次拉深法。1 1）拉深變形過程。）拉深變形過程。 板料在拉深過程中的變形過程和應(yīng)板料在拉深過程中的變形過程和應(yīng)力分布如圖力分布如圖所所示，在凸模壓力作用下，處于凸模底部示，在凸模壓力作用下，處于凸模底部的的板料被壓入凹模，形成筒底，在拉深過程中基本不變形，板料被壓入凹模，形成筒底，在拉深過程中基本不變形，受徑向和切向拉應(yīng)力；拉深零件的側(cè)壁由底部以外的環(huán)受徑向和切向拉應(yīng)力；拉深零件的側(cè)壁由底部以外的環(huán)形部分變形后形成，受軸向拉應(yīng)力；尚未進入凹模的環(huán)形部分變形后形成，受軸向拉應(yīng)力；尚未進入凹模的環(huán)形區(qū)存在徑向拉應(yīng)力

58、和切向壓應(yīng)力。形區(qū)存在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所各種拉深件各種拉深件制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所拉深工序圖拉深工序圖1坯料坯料 2第一次拉深的產(chǎn)品第一次拉深的產(chǎn)品（第二次拉深的坯料第二次拉深的坯料）3凸模凸模 4凹模凹模 5成品成品 制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所拉深過程及變形和應(yīng)力拉深過程及變形和應(yīng)力1凸模凸模 2壓邊圈壓邊圈3板料板料 4凹模凹模a）變形過程）變形過程 b）應(yīng)力分布）應(yīng)力分布 2 2）拉深板料的計算）拉深板料的計算?？梢愿怕缘匕凑绽钋昂蠊ぜ娣e。

59、可以概略地按照拉深前后工件面積相等的原則計算，對圓筒狀零件根據(jù)面積相等有：相等的原則計算，對圓筒狀零件根據(jù)面積相等有：RhhdRRdRRdD482222203）拉深系數(shù)與拉深次數(shù)）拉深系數(shù)與拉深次數(shù)。拉深系數(shù)，板料拉深時的變形拉深系數(shù)，板料拉深時的變形程度，程度， ，即拉深后的工件直徑與板料直徑或半成品，即拉深后的工件直徑與板料直徑或半成品直徑之比。拉深系數(shù)越小，生產(chǎn)率越高，拉深應(yīng)力越大。直徑之比。拉深系數(shù)越小，生產(chǎn)率越高，拉深應(yīng)力越大。能保證拉深過程正常進行的最小拉深系數(shù)，稱為極限拉深能保證拉深過程正常進行的最小拉深系數(shù)，稱為極限拉深系數(shù)。它與材料的內(nèi)部組織、力學(xué)性能、板料相對厚度、系數(shù)。它

60、與材料的內(nèi)部組織、力學(xué)性能、板料相對厚度、沖模的圓角半徑、間隙值及潤滑條件有關(guān)。對不能一次拉沖模的圓角半徑、間隙值及潤滑條件有關(guān)。對不能一次拉制成形的可多次拉深，拉深系數(shù)可取大些。制成形的可多次拉深，拉深系數(shù)可取大些。 Ddm/srR零件高度；零件高度；切邊余量。切邊余量。hh式中式中制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)制造工程基礎(chǔ)浙江理工大學(xué)先進制造研究所拉深缺陷拉深缺陷4 4）拉深廢品及缺陷）拉深廢品及缺陷。拉深過程中，。拉深過程中，環(huán)狀變形區(qū)的切向壓環(huán)狀變形區(qū)的切向壓力很大，力很大，當毛坯中多余三角形不能順利變厚及沿高度方向當毛坯中多余三角形不能順利變厚及沿高度方向伸長時，伸長時，易使板料出現(xiàn)皺折易