工程材料與熱加工技術第10章.ppt

1、第10章 鍛 壓,10.1 鍛壓概述 10.2 自由鍛造 10.3 模型鍛造 10.4 板料沖壓 知識窗鍛壓新技術簡介 自測習題,10.1 鍛 壓 概 述,鍛壓具有以下特點： (1) 能夠改善金屬的內部組織，提高金屬的力學能。通過鍛造可以壓合氣孔、縮孔等缺陷，細化晶粒，使金屬組織致密，提高力學性能。 (2) 可以節(jié)約金屬材料和機械加工工時，提高材料的利用率。除自由鍛以外，大多數(shù)鍛壓毛坯和零件形狀相近似，隨著鍛壓設備及工藝的不斷改進，鍛壓件的尺寸精度和表面粗糙度越來越高，加工量越來越少。 (3) 成本較高。,10.1.1 金屬塑性變形與再結晶,1金屬的塑性變形 1) 塑性變形的實質 金屬在外力作

2、用下將產(chǎn)生變形，其變形過程包括彈性變形和塑性變形兩個階段。彈性變形在外力去除后能夠恢復原狀，不能用于成型加工；只有永久性的塑性變形，才能用于成型加工。 實驗證明，晶體只有受到切應力時才會產(chǎn)生塑性變形。單晶體的變形方式主要有滑移和孿晶兩種。單晶體的滑移是由于切應力引起晶體內部位錯運動實現(xiàn)的，如圖10-1所示。,圖10-1 滑移時刃型位錯的運動示意圖,多晶體是由許多微小的單個晶粒雜亂組合而成的，其塑性變形過程可以看成是許多單個晶粒塑性變形的總和；另外，多晶體塑性變形還存在著晶粒與晶粒之間的滑移和轉動，即晶間變形，如圖10-2所示。每個晶粒內部存在很多滑移面，因此整塊金屬的變形量可以比較大。金屬的晶

3、粒越細，其強度越高，而且塑性、韌性也越好。一般在生產(chǎn)中都盡量獲得細晶組織，以達到強化金屬的目的。,圖10-2 多晶體塑性變形示意圖,2) 冷變形強化 隨著金屬冷變形程度的增加，金屬材料的強度和硬度都有所提高，但塑性有所下降，這種現(xiàn)象稱為冷變形強化。變形后，金屬的晶格畸變嚴重，變形金屬的晶粒被壓扁或拉長，甚至形成纖維組織，如圖10-3所示。此時，金屬的位錯密度提高，變形阻力加大。低碳鋼塑性變形時力學性能的變化規(guī)律如圖10-4所示，即隨著變形程度的增加，強度、硬度的隨著升高，塑性、韌性則明顯下降。,圖10-3 冷軋前后多晶體晶粒形狀的變化,圖10-4 低碳鋼的冷變形強化,2回復與再結晶 對冷變形強

4、化組織進行加熱，變形金屬將相繼發(fā)生回復、再結晶和晶粒長大三個階段的變化，如圖10-5所示。,圖10-5 變形金屬加熱時組織與性能變化示意圖,(1) 回復。將冷變形后的金屬加熱到較低溫度，點缺陷顯著減少，晶格畸變減輕，晶內殘余應力大大減少，這個過程稱為回復。但由于回復過程中，位錯密度未顯著下降，加工硬化并未消除。冷拔彈簧鋼絲繞制彈簧后常進行定形處理(250300低溫退火)，其實質就是利用回復保持冷拔鋼絲的高強度，消除冷卷彈簧時產(chǎn)生的內應力。 (2) 再結晶。當加熱溫度較高時，塑性變形后的顯微組織發(fā)生了顯著的變化，破碎的、被拉長了的晶粒重新生核，變?yōu)榧毿　⒕鶆虻牡容S晶粒，消除了全部冷變形強化的現(xiàn)象

5、，這個過程稱為再結晶。,再結晶是在一定的溫度范圍內進行的，開始產(chǎn)生再結晶現(xiàn)象的最低溫度稱為再結晶溫度(T再)。實驗證明，各種純金屬的再結晶溫度大致為：T再0.4T熔 K，這里用熱力學溫度計算。合金中的雜質元素及合金元素會使再結晶溫度顯著提高。 在常溫下經(jīng)過塑性變形的金屬，加熱到再結晶溫度以上，使其發(fā)生再結晶的處理稱為再結晶退火。實際再結晶退火溫度通常比T再高100200。再結晶退火可以消除金屬材料的冷變形強化，提高其塑性，便于其繼續(xù)鍛壓加工。如冷軋、冷拉、冷沖壓過程中，需在各工序中穿插再結晶退火。,(3) 晶粒長大。已形成纖維組織的金屬，通過再結晶一般都能得到均勻細小的等軸晶粒。但是如果加熱溫

6、度過高或加熱時間過長，則晶粒會明顯長大，成為粗晶粒組織，會使金屬的可鍛性變差。,3冷加工與熱加工 從金屬學的觀點劃分，冷、熱加工的界限是再結晶溫度。金屬材料在其再結晶溫度以上的塑性變形稱為熱加工；在其再結晶溫度以下的塑性變形稱為冷加工。顯然，冷加工與熱加工并不是以具體的加工溫度的高低來區(qū)分的。例如，鎢的最低再結晶溫度約為1200，所以，鎢即使在稍低于1200高溫下的塑性變形仍屬于冷加工；而錫的最低再結晶溫度約為-71，所以錫即使在室溫下塑性變形卻仍屬于熱加工。在冷加工過程中，冷變形強化會使金屬的可鍛性變差。在熱加工過程中，由于同時進行著再結晶軟化過程，因而可鍛性較好，能夠使金屬順利地進行大量的

7、塑性變形，從而實現(xiàn)各種成型加工。,10.1.2 鍛壓主要的生產(chǎn)方式 鍛壓有以下幾種生產(chǎn)方式： (1) 擠壓。坯料在三向不均勻應力作用下從模具的模孔擠出，使之橫截面積減小，長度增加，成為所需制品的加工方法稱為擠壓(見圖10-6(a)。 (2) 拉拔。坯料在牽引力作用下通過?？桌觯怪畽M截面積減小，長度增加的加工方法稱為拉拔(見圖10-6(b)。,(3) 軋制。材料在旋轉軋輥的壓力作用下產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，獲得要求的截面形狀并改變其性能的加工方法稱為軋制(見圖10-6(c)。 (4) 自由鍛。只用簡單的通用性工具或在鍛造設備的上下砧鐵之間直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀的鍛件的加工方法稱為自由鍛

8、(見圖10-6(d)。 (5) 模鍛。在模鍛設備上利用鍛模使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛(見圖10-6(e)。 (6) 沖壓。使板料經(jīng)分離或成型工序而得到制件的工藝稱為沖壓(見圖10-6(f)。,圖10-6 鍛壓基本生產(chǎn)方式示意圖 (a) 擠壓；(b) 拉拔；(c) 軋制；(d) 自由鍛；(e) 模鍛；(f) 沖壓,10.1.3 金屬的可鍛性與鍛造比 1金屬的可鍛性 金屬的可鍛性是衡量材料在經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質鍛件難易程度的一種工藝性能。金屬的可鍛性好，表明該金屬容易進行鍛壓加工變形；可鍛性差，表明該金屬不宜選用鍛壓加工方法變形。金屬的可鍛性常用塑性和變形抗力來綜合衡量。塑性越大，變

9、形抗力越小，則可鍛性越好；反之，可鍛性越差。,金屬的塑性用伸長率、斷面收縮率來表示。凡是、值越大或在同一條件下鐓粗時變形程度越大(不產(chǎn)生裂紋)的金屬，其塑性也越大。變形抗力是指塑性變形時金屬反作用于工具上的力。變形抗力越小，則變形消耗的能量也就越少。塑性和變形抗力是兩個不同的獨立概念。比如奧氏體不銹鋼在冷態(tài)下塑性雖然很好，但變形抗力卻很大。影響金屬的可鍛性的因素有金屬的本質和變形條件。,1) 金屬的本質 一般來說，不同成分的金屬可鍛性也不同。純鐵的可鍛性比碳鋼的好，低碳鋼的可鍛性又比高碳鋼的好。當鋼中含有較多的碳化物形成元素Cr、Mo、W、V時，可鍛性顯著下降。 金屬內部的組織結構不同，其可鍛

10、性有很大差別。固溶體(如奧氏體)的可鍛性好；粗大或網(wǎng)狀分布的碳化物(如滲碳體)會使鋼的可鍛性變差；晶粒細小而又均勻的組織可鍛性好。當鑄造組織中存在柱狀晶粒、枝晶偏析以及其他缺陷時，可鍛性較差。,2) 變形條件 一般說來，隨著變形溫度的升高，會有效改善金屬的可鍛性，但是當溫度過高時，金屬會產(chǎn)生過熱、過燒等缺陷。 變形速度即單位時間內的變形程度。它對金屬塑性及變形抗力的影響是矛盾的。一方面由于變形速度的增大，回復和再結晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)象，使金屬表現(xiàn)出塑性下降，變形抗力增加，可鍛性變壞；另一方面，金屬在變形過程中，消耗于塑性變形的能量一部分轉化為熱能，使金屬的溫度升高，產(chǎn)生所謂的熱效應現(xiàn)象。

11、變形速度越大，熱效應現(xiàn)象越明顯，可鍛性變好。但除高速錘鍛外，在一般鍛壓加工中變形速度并不很快，因而熱效應現(xiàn)象對可鍛性的影響并不明顯。,不同的壓力加工方法在材料內部所產(chǎn)生的應力大小和性質(拉或壓)是不同的，因而表現(xiàn)出不同的可鍛性。例如，金屬在擠壓時呈三向壓應力狀態(tài)，表現(xiàn)出較高的塑性和較大的變形抗力；而金屬在拉拔時呈兩向壓應力和一向拉應力狀態(tài)，表現(xiàn)出較低的塑性和較小的變形抗力。 總之，金屬的可鍛性既取決于金屬的本質，又取決于變形條件，在鍛壓生產(chǎn)中應力求創(chuàng)造有利的變形條件，充分發(fā)揮金屬的塑性，降低變形抗力，使功耗最少，變形量最大，用最經(jīng)濟的方法達到加工的目的。,2鍛造流線與鍛造比 熱變形使鑄錠中的夾

12、雜物和碳化物粉碎，并沿著金屬塑性變形方向形成流線組織，稱為鍛造流線。鍛造流線使金屬的性能呈各向異性，因此，在設計和制造零件時，應使零件在工作中產(chǎn)生的最大正應力與纖維方向重合，最大切應力方向與纖維方向垂直。并使纖維分布與零件的輪廓相符合，盡量使纖維組織不被切斷。螺釘頭和曲軸中鍛造流線合理的分布狀態(tài)如圖10-7所示。,圖10-7 鍛造流線的合理分布,拔長時的鍛造比為,鐓粗時的鍛造比為,式中H0、L0、S0分別為坯料變形前的高度、長度和橫截面積；H、L、S分別為坯料變形后的高度、長度和橫截面積。,在一般情況下，增加鍛造比，對改善金屬的組織和性能是有利的。但是鍛造比太大卻是無益的。因此，選擇合適的鍛造

13、比是十分重要的。通常，對于非合金結構鋼，可以取Y34；對于高速鋼，取Y512；對于不銹鋼，取Y46；對于軋制過的鋼材鍛造鍛件，一般取Y1.11.3。,10.2 自 由 鍛 造,自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上下兩個砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。由于坯料在砧鐵之間受力變形時，沿變形方向可以自由流動，不受限制，故而得名，也稱自由鍛。 由于自由鍛所用的工具簡單，并具有較大的通用性，因而應用較為廣泛。生產(chǎn)的鍛件質量可以從不到1 kg的小件到200300 t的大件。對于特大型鍛件如水輪機主軸、多拐曲軸、大型連桿等，自由鍛是惟一可行的加工方法，所以，自由鍛在重型機械制造中具有特別重要

14、的地位。,圖10-8 水壓機,1自由鍛基本工序 自由鍛的工序可分為基本工序、輔助工序和修整工序三大類。 (1) 基本工序：是使金屬材料產(chǎn)生一定程度的塑性變形，以達到所需形狀和所需尺寸的工藝過程，如鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲和扭轉等，如表10-1所示。,表10-1 自由鍛工序簡圖, 鐓粗：使坯料高度減小、橫截面積增大的工序。它是自由鍛生產(chǎn)中最常用的工序，適用于餅塊、盤套類鍛件的生產(chǎn)，如齒輪坯、圓盤、凸緣等。 拔長：使坯料橫截面積減少、長度增大的工序。多用來制造具有長軸線的鍛件，如階梯軸、曲軸、拉桿和連桿等。為達到規(guī)定的鍛造比和改變金屬內部組織結構，鍛制以鋼錠為坯料的鍛件時，拔長經(jīng)常和鐓粗交替反

15、復使用。, 沖孔：用沖頭在坯料上沖出通孔或盲孔的工序。主要用于鍛造空心鍛件，如齒輪、圓環(huán)、套筒等。 切割：將坯料分割開的工序。切割的工具叫剁刀。切割常用于下料和切除鍛件的余料。 彎曲：使用一定的工具將坯料彎成一定角度和形狀的工序。彎曲工藝常用來生產(chǎn)吊鉤、彎板、鏈環(huán)等。 扭轉：使坯料的一部分相對于另一部分繞起軸線旋轉一定角度的工序。扭轉工序可用來制造多拐曲軸和連桿等。, 沖孔：用沖頭在坯料上沖出通孔或盲孔的工序。主要用于鍛造空心鍛件，如齒輪、圓環(huán)、套筒等。 切割：將坯料分割開的工序。切割的工具叫剁刀。切割常用于下料和切除鍛件的余料。 彎曲：使用一定的工具將坯料彎成一定角度和形狀的工序。彎曲工藝常

16、用來生產(chǎn)吊鉤、彎板、鏈環(huán)等。 扭轉：使坯料的一部分相對于另一部分繞起軸線旋轉一定角度的工序。扭轉工序可用來制造多拐曲軸和連桿等。,表10-2 自由鍛鍛件分類,表10-2 自由鍛鍛件分類,2工藝規(guī)程的制定 (1) 繪制鍛件圖。鍛件圖是工藝規(guī)程中的核心內容，它是以零件圖為基礎并結合自由鍛工藝特點繪制而成的。繪制鍛件圖要考慮以下幾個因素： 余塊。零件上的某些小孔、臺階和凹檔等難以用自由鍛鍛出，為了簡化鍛件形狀，便于鍛造，而暫時增加的那一部分金屬稱為余塊，如圖10-9所示。余塊一般應根據(jù)經(jīng)驗來確定。,圖10-9 典型鍛件圖, 鍛件加工余量及鍛件公差。由于自由鍛鍛件的尺寸精度低，表面質量較差，需經(jīng)切削加

17、工制成零件，因此應在零件的加工表面上增加供切削加工用的金屬，該金屬層稱為鍛件加工余量，如圖10-9所示。鍛件公差是指實際尺寸與基本尺寸之間允許的一定限度的偏差。鍛件的鍛件加工余量及其公差可根據(jù)有關標準并結合生產(chǎn)的具體情況確定。 典型鍛件如圖10-9所示。為了使操作者了解零件的形狀和尺寸，在鍛件圖上用雙點劃線畫出零件主要輪廓形狀，并在鍛件尺寸下面用括弧注上零件的尺寸。,(2) 計算坯料質量。坯料質量可按下式計算：,m坯=m鍛+m燒+m芯+m切,式中，m坯為坯料的質量；m鍛為鍛件的質量；m燒為加熱時坯料表面氧化而燒損的質量(第一次加熱取被加熱金屬重量的2%3%，以后各次加熱的燒損量取1.5%2.0

18、%)；m芯為沖孔時芯料的質量；m切為在鍛造過程中修切端部產(chǎn)生的料頭金屬的質量(當鍛造大型鍛件采用鋼錠作坯料時，m切還要考慮切掉的鋼錠頭部和尾部的質量)。,(3) 坯料尺寸的確定。 3 鍛造以鐓粗工序為主的鍛件。為了避免縱向彎曲，坯料的高度H不應超過坯料直徑的2.5倍；為了方便下料，坯料高度不應小于直徑的1.5倍，即1.5DH2.5D。由此得圓坯料直徑的計算公式為,式中，V坯為坯料體積(用坯料的質量計算)。根據(jù)D和V坯就可計算出坯料的高度。, 鍛造以拔長工序為主的鍛件。坯料的橫截面積應滿足鍛造比的要求。坯料的橫截面積可按下式計算：,A坯料YA鍛件,式中，Y為鍛造比；A鍛件為鍛件最大橫截面積。 鍛

19、造比的確定與坯料種類和鍛造工序有關，對于以鋼錠作為坯料并采用拔長方法鍛制的鍛件，鍛造比一般不小于2.53。對于性能要求高的鍛件，鍛造比還可以大些。如果采用軋材作坯料，則鍛造比可取1.31.5。,(4) 選擇鍛造工序。自由鍛造工序的選擇是根據(jù)鍛造工序的特點及鍛件形狀來確定的。一般鍛件所采用的工序可參閱表10-2選定。 此外，工藝規(guī)程的內容還包括確定所用工夾具、加熱設備、加熱規(guī)范、加熱火次、鍛造設備和鍛后熱處理規(guī)范等。,3鍛件結構工藝性 設計自由鍛件結構和形狀時，除滿足使用性能要求外，還必須考慮自由鍛設備、工具和工藝特點，使零件具有良好的結構工藝性，以便達到結構合理、鍛造方便、減少材料與工時的目的

20、。因此，鍛件的結構設計應遵循以下一些原則： (1) 應盡可能使鍛件的形狀簡單、對稱、平直，最好由平面和圓柱面組成。一些難以鍛出的形狀，如軸類鍛件上的凹槽，則可用添加余塊的辦法簡化鍛件形狀，使鍛造方便，如圖10-10(a)所示。,(2) 鍛件上應避免帶楔形、曲線形、錐形的表面，如圖10-10(b)所示。 (3) 應避免小凸臺。為便于切削加工和裝配而設計的小凸臺可用沉頭孔替代，如圖10-10(c)所示。 (4) 鍛件上不允許有加強肋。為了增加強度，可采用加厚壁厚的方法，如圖10-10(d)所示。 (5) 不允許采用圓柱體與圓柱體相貫的鍛件結構。如圖10-10(e)所示，這種復雜的相貫線是無法鍛出的

21、，改為圓柱體端面與截主體的平面相交，便于鍛出。或者設計成幾個簡單件構成的組合體，每個簡單件鍛制成型后，再用焊接或機械連接方式構成整體件。,圖10-10 自由鍛鍛件結構工藝性舉例,圖10-10 自由鍛鍛件結構工藝性舉例,10.3 模 型 鍛 造,10.3.1 錘上模鍛 1鍛模結構 模鍛工作示意圖如圖10-11所示。鍛模由上、下模組成。上模和下模分別安裝在錘頭下端和模座上的燕尾槽內，用楔鐵緊固。上、下模合在一起，其中間形成完整的模膛。根據(jù)模膛功用不同，可分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類。,圖10-11 錘上模鍛,1) 模鍛模膛 模鍛模膛分為終鍛模膛和預鍛模膛兩種。 (1) 終鍛模膛。終鍛模膛的作用是使

22、坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸，因此它的形狀應和鍛件的形狀相同。但因鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛的尺寸應比鍛件尺寸放大一個收縮量。鋼件的收縮量取1.5%。沿模膛四周有飛邊槽。鍛造時部分金屬先壓入飛邊槽內形成毛邊，毛邊很薄，最先冷卻，可以阻礙金屬從模膛內流出，以促使金屬充滿模膛，同時容納多余的金屬。對于具有通孔的鍛件，由于不可能靠上、下模的凸起部分把金屬完全擠壓掉，故終鍛后在孔內留下一薄層金屬，稱為沖孔連皮。把沖孔連皮和飛邊沖掉后，才能得到有通孔的模鍛件。,(2) 預鍛模膛。預鍛模膛的作用是使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，這樣再進行終鍛時金屬容易充滿終鍛模膛，同時減少了終鍛模膛的磨損，延

23、長了鍛模的使用壽命。預鍛模膛的形狀和尺寸與終鍛模膛相近似，只是模鍛斜度和圓角半徑稍大，沒有飛邊槽。對于形狀簡單或批量不大的模鍛件可不設置飛邊槽。,2) 制坯模膛 對于形狀復雜的模鍛件，原始坯料進入模鍛模膛前，先放在制坯模膛制坯，按鍛件最終形狀作初步變形，使金屬能合理分布和很好地充滿模膛。制坯模膛有拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛、切斷模膛幾種，如圖10-12所示。 (1) 拔長模膛。其作用是減少坯料某部分的橫截面積，增加該部分的長度。當模鍛件沿軸向各橫截面積相差較大時，采用拔長模膛。,(2) 滾壓模膛。其作用是減小坯料某部分橫截面積，增大另一部分的橫截面積。當模鍛件沿軸線的各橫截面面積相差不是很大

24、或修整拔長后的毛坯時，采用滾壓模膛。 (3) 彎曲模膛。其作用是彎曲桿類模鍛件的坯料。 (4) 切斷模膛。其作用是切斷金屬。進行單件鍛造時，用它從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口；進行多件鍛造時，用它來分離成單個件。,圖10-12 制坯模膛 (a) 拔長模膛；(b) 滾壓模膛；(c) 彎曲模膛；(d) 切斷模膛,為操作方便起見，這些模膛一般都布置在終端模膛的兩側。 生產(chǎn)中，根據(jù)鍛件復雜程度的不同，鍛?？煞譃閱翁佩懩：投嗵佩懩煞N。單膛鍛模是在一副鍛模上只具有終鍛模膛一個模膛；多膛模鍛是在一副鍛模上具有兩個以上的模膛。例如，彎曲連桿模鍛件的鍛模為多膛鍛模，如圖10-13所示。坯料經(jīng)過拔長、滾壓、

25、彎曲等三個工步，形狀接近于鍛件，然后經(jīng)過預鍛和終鍛兩個模膛制成帶有毛邊的鍛件。,圖10-13 彎曲連桿鍛模與模鍛工序圖,2模鍛件的設計要求 模鍛件是在模膛內成型的，模鍛件的形狀應使鍛件能容易地充滿模膛和從模膛中順利地取出。為此在設計結構時，應考慮到分模面、模鍛斜度及圓角等問題。分模面應使膜膛深度最淺，橫截面尺寸最大，余塊最少。分模面的選擇比較如圖10-14所示。,圖10-14 分模面的選擇比較,模鍛件結構設計應盡量避免薄壁、高的凸起和深的凹陷結構。圖10-15(a)所示的鍛件有一高而薄的凸緣不易成型；圖10-15(b)所示的鍛件扁而薄，鍛造時薄部分的金屬容易冷卻，不易充滿模膛。,圖10-15

26、模鍛件的結構工藝性,10.3.2 胎模鍛造 胎模鍛造是在自由鍛設備上使用可移動模具生產(chǎn)模鍛件的一種鍛造方法。所用模具稱為胎模，它結構簡單，形式多種多樣，但不固定在上、下砧塊上。一般選用自由鍛方法制坯，然后在胎模中終鍛成型，它是介于自由鍛和模鍛之間的一種工藝。 胎模種類較多，主要有扣模、套筒模和合模三種。 (1) 扣模：用來對坯料進行全部或局部扣形，主要生產(chǎn)桿狀非回轉體鍛件，如圖10-16(a)所示。,(2) 套筒模：鍛模呈套筒形，主要用于鍛造齒輪、法蘭盤等回轉體類鍛件，如圖10-16(b)、(c)所示。 (3) 合模：通常由上模和下模兩部分組成，如圖10-16(d)所示。為了使上下模吻合及不使

27、鍛件產(chǎn)生錯移，經(jīng)常用導柱等定位。合模多用于生產(chǎn)形狀較復雜的非回轉體鍛件，如連桿、叉形件等鍛件。,圖10-16 胎模種類,10.4 板 料 沖 壓,板料沖壓工藝在工業(yè)生產(chǎn)中有著十分廣泛的應用，特別是在汽車、拖拉機、航空、電器、儀表等工業(yè)中占有極其重要的地位。板料沖壓具有下列特點： (1) 可沖壓出形狀復雜的零件，廢料較少，材料利用率高。 (2) 沖壓件尺寸精度高，表面粗糙度低，互換性能好。 (3) 可獲得強度高、剛性好、質量輕的沖壓件。 (4) 沖壓操作簡單，工藝過程便于實現(xiàn)機械化、自動化，生產(chǎn)率高，故零件的成本低。,(5) 沖模制造復雜，成本高，因此，這種工藝方法只有在大批量生產(chǎn)時其優(yōu)越性才顯

28、得突出。 板料沖壓所用的原材料通常是塑性較好的低碳鋼、塑性好的合金鋼、銅合金、鋁合金等的薄板料、條帶料。 板料沖壓所用設備主要是剪床和沖床。剪床用來把板料剪切成需要寬度的條料，以供沖壓工序使用。沖床用來實現(xiàn)沖壓加工，以制成所需形狀和尺寸的成品零件。,簡單沖模是在沖床的一次行程中只完成一道工序的模具。圖10-17所示為落料用的簡單沖模。凹模2用壓板7固定在下模板4上，下模板用螺栓固定在沖床的工作臺上。凸模1用壓板6固定在上模板3上，上模板則通過模柄5與沖床的滑塊連接，凸?？呻S滑塊作上下運動。為了使凸模向下運動時能對準凹?？祝⒃诎寄？字g保持均勻間隙，通常用導柱12和套筒11來保證。條料在凹模上

29、沿兩個導板9之間送進，碰到定位銷10為止。凸模向下沖壓時，沖下部分進入凹?？祝鴹l料則夾住凸模一起回程向上運動。條料碰到卸料板8時被推下，這樣，條料繼續(xù)在導板間送進。重復上述動作，即可連續(xù)沖壓。,圖10-17 簡單沖模,1板料沖壓基本工序 板料沖壓的基本工序可分為分離工序和成型工序兩大類。 (1) 分離工序。分離工序是將坯料的一部分和另一部分分開的工序，如落料、沖孔、剪切和修整等。 落料和沖孔(統(tǒng)稱沖裁)。落料和沖孔都是將板料按封閉輪廓分離的工序。這兩個工序的模具結構與坯料變形過程都是一樣的，只是用途不同。落料時，沖落部分為成品或坯料，而余料為廢料；沖孔則是被沖下的部分為廢料，而周邊是帶孔的成

30、品。,圖10-18所示為沖裁時金屬變形情況示意圖。凸模和凹模都具有鋒利的刃口，二者之間有一定的間隙Z。當凸模壓下時，板料將經(jīng)彈性變形、塑性變形和分離三個階段的變化。當凸模(沖頭)接觸料向下運動時，首先使板料產(chǎn)生彈性變形；當板料內的拉應力值達到屈服點時，產(chǎn)生塑性變形；變形達到一定程度時，位于凸凹模刃口處的板料由于應力集中使拉應力超過板料的抗拉強度，從而產(chǎn)生微裂紋；上下裂紋匯合時，板料即被沖斷。,圖10-18 沖裁時金屬變形情況示意圖, 剪切。剪切是用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行分離的工序。剪切通常都是在剪板機上進行的。,(2) 成型工序。成型工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生塑性變形而不

31、破裂的工序，如彎曲、拉深、翻邊、成型等。 彎曲。使坯料的一部分相對于另一部分彎曲成一定角度的工序叫彎曲，圖10-19所示為彎曲件示意圖。彎曲時材料內側受壓縮，而外側受拉伸，圖10-20所示為彎曲變形過程簡圖。當外側拉應力超過坯料的抗拉強度時，即會造成金屬破裂。坯料越厚，內彎曲半徑r越小，則拉應力越大，越易彎裂。為防止彎裂，通常彎曲最小半徑應為rmin=(0.251) (為板厚)。材料塑性好，則彎曲半徑可小些。彎曲還應盡可能使彎曲線與坯料纖維方向垂直。在設計彎曲模時，必須使模具的角度比成品件略小，因為坯料彎曲后有彈性變形現(xiàn)象，外力去除后，坯料將有一定角度的回彈。,圖10-19 彎曲件示意圖,圖1

32、0-20 彎曲變形過程簡圖, 拉深。使坯料變形成開口空心零件的工序叫拉深。圖10-21所示為拉深件示意圖。圖10-22所示為拉深過程示意圖。為減少坯料斷裂，拉深模的凸模和凹模邊緣都不能是鋒利的刃口，而應做成圓角，其中凸模(沖頭)的圓角半徑r凸要小些，即r凸(510)，為坯料厚度。拉深模的凸凹模間隙要比沖裁模的大，一般為(1.11.2)。為避免拉穿，拉深件直徑d與坯料直徑D成正比，即m=d/D(m叫拉深系數(shù))應在一定范圍之內，一般m不小于0.50.8。m越小，表明拉深件直徑越小，變形程度越大，越容易出現(xiàn)拉穿現(xiàn)象。如果拉深系數(shù)過小，應分幾次進行拉深，逐漸增加工件的深度，即所謂多次拉深。,圖10-2

33、1 拉深件示意圖,圖10-22 拉深過程示意圖, 翻邊。使帶孔坯料上孔口周圍獲得凸緣的工序稱為翻邊，如圖10-23所示。圖中d0為坯料上孔的直徑，為坯料厚度，d為凸緣平均直徑，h為凸緣的高度。 成型。成型是利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的工序，如圖10-24所示，主要用于制造剛性的筋條或增大半成品的部分內徑。圖10-24(a)是用橡皮壓筋，圖10-24(b)是用橡皮芯子來增大半成品的中間部分，在凸模軸向壓力作用下，對半成品壁產(chǎn)生均勻的側壓力而成型。凹模是可以分開的。,圖10-23 翻邊簡圖,圖10-24 成型工序簡圖,2沖壓件的結構工藝性 沖壓件的設計不僅應保證它具有良好的使用性能，而且也

34、應具有良好的工藝性能，以減少材料的消耗，延長模具壽命，提高生產(chǎn)率，降低成本，保證沖壓件質量。沖壓件的設計應滿足下列要求： (1) 落料件的外形和沖孔件的孔形應力求簡單、對稱，盡量采用圓形、矩形等規(guī)則形狀，并應使排樣時的廢料降低到最低限度。圖10-25(b)較圖10-25(a)設計更合理，材料利用率可達79%。,圖10-25 零件形狀與節(jié)約材料的關系,(2) 孔及其尺寸應滿足圖10-26的要求，工件的孔和孔距不能太小，工件周邊上的凸出和凹進不能太窄太深，所有的直線與直線、曲線與直線的連接均應為圓弧連接，以避免因應力集中而被沖模分裂，其最小圓角半徑R0.5。,圖10-26 沖孔件尺寸與厚度的關系,

35、(3) 彎曲件形狀應盡量對稱，彎曲半徑R不得小于材料允許的最小彎曲半徑。彎曲帶孔件時，為避免孔的變形，孔的位置應在圓角的圓弧之外，如圖10-27所示，且應先彎曲后沖孔。 (4) 拉深件外形應力求簡單對稱，且不宜太高，以便使拉伸次數(shù)最少，容易成型。對形狀復雜件可采用沖壓-焊接復合結構(如圖10-28所示)。,圖10-27 帶孔的彎曲件,圖10-28 沖壓-焊接結構零件,知識窗鍛壓新技術簡介,1精密模鍛 精密模鍛是在普通的模鍛設備上鍛制形狀復雜的高精度鍛件的一種模鍛工藝，如錐齒輪、汽輪葉片、航空零件、電器零件等。鍛件公差可在0.02 mm以下。精密模鍛具有如下工藝特點： (1) 精確計算原始坯料的

36、尺寸，否則會增大鍛件尺寸公差，降低精度。 (2) 需要仔細清理坯料表面，除凈坯料表面的氧化皮、脫碳層及其他缺陷等。 (3) 采用無氧化加熱方法，盡量減少坯料表面形成氧化皮。,(4) 精密模鍛的鍛件精度必須比鍛件高兩級。精鍛模一定要有導柱、套筒結構以保證合模準確。為排除模膛中的氣體，減小金屬流動阻力，使金屬更好地充滿模膛，模膛內應開有排氣小孔。 (5) 嚴格控制模具溫度、鍛造溫度、潤滑條件及操作方法。 (6) 精密模鍛宜在剛度大、精度高的模鍛設備上進行，如摩擦壓力機或高速錘等。,2液態(tài)成型 液態(tài)模鍛是一種介于壓力鑄造和模鍛之間的加工方法。它是將定量的金屬直接澆入金屬模內，然后在一定時間內以一定壓力作用于液態(tài)或半液態(tài)金屬上使之成型的一種方法。由于結晶過程是在壓力下進行的，因而改變了常態(tài)下結晶的宏觀及微觀組織，使柱狀晶變?yōu)榧毿〉牡容S晶。用于液態(tài)模鍛的金屬可以是各種類型的合金，如鋁合金、銅合金、灰鑄鐵、碳鋼、不銹鋼等。液態(tài)模鍛與一般模鍛、鑄造相比，具有以下優(yōu)良的特性：,(1) 鍛件的強度指標可以接近或達到模鍛件的水平，組織致密均勻，性能優(yōu)良。 (2) 鍛件外形準確，表面粗糙度低，有時可不用進行機械加工。 (3) 液態(tài)模鍛可以一次成型，不像一般模鍛要多個模膛，而且液態(tài)金屬充滿模