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1、 第3章 锻压成型锻压成型 Chapter Chapter 3 3 Forging Forging 锻锻压成形技术是国民经济可持续发展的主体技术之一。据统计，全世界75的钢材需经塑性成形，在汽车生产中，70以上的零部件是利用金属塑性加工而成的。n 何为锻压何为锻压 锻压是利用外力使金属坯料产生塑性变形塑性变形，获得所需尺寸、形状及性能的毛坯或零件的加工方法。 锻造锻造:将坯料加热到高温高温状态后进行加工。 应用于制造承受重载、冲击、交变载荷的重要零件和毛坯，如：机床主轴、齿轮、起重机吊钩等。 冲压冲压:将坯料在常温常温下进行加工。 应用于生产强度、刚度大、结构轻的板壳类零件，如：日用器皿、仪表
2、罩壳及汽车覆盖件等。n 主要方法及其应用领域主要方法及其应用领域n 锻压特点锻压特点 (1) 改善金属组织、提高力学性能 (2) 节约金属材料(3) 较高的生产率(4) 毛坯或零件的精度较高 (5) 不能加工脆性材料(6) 不能获得形状复杂的毛坯或零件n 锻压材料锻压材料 常用锻压材料常用锻压材料: : 低碳钢、铜和铝等塑性材料。不能锻压材料不能锻压材料：铸铁等脆性材料n 本章内容本章内容3.1 金属的塑性变形与锻造性金属的塑性变形与锻造性3.2 自由锻造 3.3 模型锻造3.4 板料冲压3.5 锻压新工艺3.1 金属的塑性变形与锻造性金属的塑性变形与锻造性n 金属的塑性变形金属的塑性变形 “
3、神舟”四号飞船成功返回涡轮喷气发动机 塑性变形是金属压力加工的理论基础 定义：定义：内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后， 金属的变形并不完全消失。 形式形式：晶粒内部的滑移和孪晶； 晶粒间的滑移和转动。“神舟”四号飞船成功返回涡轮喷气发动机塑性变形塑性变形 （滑移）（滑移）“神舟”四号飞船成功返回涡轮喷气发动机塑性变形塑性变形 （孪生）（孪生）1. 加工硬化加工硬化 金属材料经冷塑性变形后，随变形度的增加，晶粒伸长、晶格扭曲以及产生碎晶，使得强度、硬度提高，塑性和韧性下降，这种现象称为加工硬化称为加工硬化。 好处：好处：强化金属方法 坏处：坏处：后续加工工序困难，工件易开裂。怎样消除加工
4、硬化现象怎样消除加工硬化现象？图 工业纯铁冷变形前后的显微组织（100）2. 回复回复 当加热温度 T回=（0.250.3）T熔，可消除晶格扭曲可消除晶格扭曲并降低内应力并降低内应力；但是，冷变形金属的显微组织无明显变化，金属的力学性能没有显著变化（强度、硬度下降很少，塑性提高不多。使加工硬化得到部分消除。使加工硬化得到部分消除。 3. 再结晶再结晶 当加热温度 T再 = 0.4T熔，塑性变形后金属被拉长的晶粒重新形核、结晶变为等轴晶粒，再 结晶后金属的强度、硬度显著下降，塑性和韧性显著提高，消除了全部加工硬化。使加工硬化得到完全消除。使加工硬化得到完全消除。 n 金属的锻造性能金属的锻造性能
5、 金属的可锻性：金属的可锻性：是指金属材料锻压加工成形的难易程度。可锻性的衡量：可锻性的衡量：塑性塑性和变形抗力变形抗力。 塑性好，变形抗力小则可锻性好。可锻性的影响因素：可锻性的影响因素：金属的本质金属的本质（化学成分和金属组织） 工艺条件工艺条件（温度，速度和应力状态）1.1. 金属的本质金属的本质（1 1）化学成分影响）化学成分影响 纯金属可锻性比合金好 钢的含碳量越低，可锻性越好（2 2）金属组织的影响）金属组织的影响组织不同,可锻性有差异,纯金属、固溶体可锻性好；柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀的可锻性好。2. 加工条件加工条件（1）变形温度的影响）变形温度的影响 变形温度低，金属的
6、塑性差，锻压 困难，容易开裂 。 加热温度过高，晶粒急剧长大，塑 性减小，可锻性下降，称“过热过热”。 加热温度接近熔点，晶界氧化甚至 融化，导致金属的塑性变形能力完 全消失，称为“过烧过烧”。图 钢的锻造温度范围 （2） 变形速度变形速度 低速：低速：变形速度变形抗力 塑性 高速：高速：变形速度变形温度变形抗力塑性图 变形速度对金属及合金锻造性的影响 （3） 应力状态 处于三向压应力状态，金属呈现良好的塑性状态 三向受拉金属的塑性最差 不同材料选择不同加工方式：不同材料选择不同加工方式： 塑性好的材料：三向拉应力下变形塑性差的材料：三向压应力下变形图 几种常用锻压方法的应力状态 n 本章内容
7、本章内容3.1 金属的塑性变形与锻造性3.2 自由锻造自由锻造 3.3 模型锻造3.4 板料冲压3.5 锻压新工艺3.2 自由锻自由锻 n 概念：概念：只用简单的通用性工具，在锻造设备的上下帖间对 坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需锻件的方法。n 特点：特点： 1) 金属坯料可朝各个方向自由流动，不受限制； 2) 所用工具简单，设备和工具通用性强，成本低； 3) 锻件精度较低，生产率低； 4) 其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。是锻制大型锻件的唯一方法。是锻制大型锻件的唯一方法。n 自由锻造设备自由锻造设备空气锤空气锤适用于小型锻件适用于小型锻件蒸汽锤蒸汽锤适用于中、小型锻件适用于中、
8、小型锻件主要有空气锤、蒸汽锤、水压机、液压机等。主要有空气锤、蒸汽锤、水压机、液压机等。水压机水压机适用于大型锻件适用于大型锻件大型液压机大型液压机n 自由锻造基本工序自由锻造基本工序 主要有主要有镦粗、拔长、冲孔、镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转和错位等弯曲、切割、扭转和错位等 镦粗镦粗使坯料整体或一部分高度减小、横截面面积增大的工序。应用领域：应用领域：适饼块类，盘套类。镦粗的种类：镦粗的种类：有完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等。 拔长拔长使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。应用领域应用领域：轴杆类锻件成形。拔长的种类：拔长的种类：平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。 冲孔冲孔采用冲子将坯
9、料冲出透孔或不透孔的锻造工序。应用领域应用领域：制造空心工件，如齿轮坯、圆环和套筒。拔长的种类：拔长的种类：实心、空心冲子冲孔和漏盘冲孔等。 弯曲弯曲 切割切割 锻件类别常见锻件图 例锻造工序盘类零件 齿轮、凸轮等 镦粗、冲孔轴杆类零件 传动轴、连杆等 镦粗、拔长、切肩、拔长筒类零件 筒体等 拔长、镦粗、冲孔、在心轴上拔长环类零件 圆环、法兰、齿圈等 镦粗、冲孔、扩孔曲轴类零件 曲轴、偏心轴等 拔长、错移、拔长、扭转弯曲类零件 吊钩、轴瓦等 拔长、弯曲n 常见自由锻工件工序常见自由锻工件工序 n 本章内容本章内容3.1 金属的塑性变形与锻造性3.2 自由锻造 3.3 模型锻造模型锻造3.4 板
10、料冲压3.5 锻压新工艺3.3 模锻模锻 n 概念：概念：将金属坯料放在锻模模膛内，在锻压冲击力或压力 下变形而获得锻件的方法。 n 特点：特点： (1) 生产效率较高 (2) 能锻造形状复杂的锻件 (3) 模锻件的尺寸较精确 (4) 节省金属材料 (5) 模锻操作简单，劳动强度低n 分类：分类：锤上模锻、胎膜锻、压力机上模锻锤上模锻、胎膜锻、压力机上模锻等。等。1. 锤上模锻锤上模锻在专用的模锻空气锤或模锻蒸汽锤的锻锤和模垫上分别固定上下模，上下模经锤击合拢，而获得锻件的方法。 锤上模锻缺点：锤上模锻缺点： 冲击大、震动大、噪声大、冲击大、震动大、噪声大、效率低。效率低。 一般仅用于中小吨位
11、的锻锤一般仅用于中小吨位的锻锤。模模 座座模模 垫垫下锻模下锻模 上锻模上锻模 锤头锤头锤上模锻示意图：锤上模锻示意图：锻模由上、下模组成。上模和下模分别安装在锤头下端和模座上的燕尾槽内，用楔铁紧固。上下模合在一起，其中部形成完整的模膛。图 盘类锻件的模锻过程 图 带飞边的模锻件 锤上模锻分类：锤上模锻分类：根据模膛功用不同，可分为模锻模膛模锻模膛和 制坯模膛制坯模膛两大类。 （1）制坯模膛）制坯模膛 使坯料基本接近模锻件的形状，以便模锻时金属能合理分布，并很好地充满模膛，必须预先在制坯模膛内制坯。 制坯模膛分为：制坯模膛分为：拔长模膛拔长模膛、滚压模膛滚压模膛、弯曲模膛弯曲模膛、切断切断模膛
12、模膛、镦粗台及压扁面等。制坯模镗制坯模镗 （2）模锻模膛）模锻模膛模锻模膛分为预锻模膛预锻模膛和终锻模膛终锻模膛两种。 目的是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，以便在终锻成形时金属充型更加容易，同时减少终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。 预锻模镗预锻模镗 预锻模镗预锻模镗可使坯料变形到热锻件所要求的形状和尺寸。待冷却收缩后即达到冷锻件的形状和尺寸。弯曲连杆的锻模及成形过程示意图弯曲连杆的锻模及成形过程示意图 n 本章内容本章内容3.1 金属的塑性变形与锻造性3.2 自由锻造 3.3 模型锻造3.4 板料冲压板料冲压3.5 锻压新工艺n 概念：概念：用冲模使薄板料分离或变形的加工方法。板料冲
13、压 一般在冷态下进行，称冷冲压。当板厚度超过810 mm时， 可采用热冲压。n 特点：特点： （1）操作简单，便于机械化和自动化生产，生产率高；（2）废料少，利用率高；（3）可直接获得强度高、刚度好、质量轻的零件；（4）冲压尺寸精度高，表面光洁，无须再加工,可压出形状复杂的零件；（5）缺点是冲模成本高；3.4 板料冲压板料冲压 通常用于金属制品的大批量生产。通常用于金属制品的大批量生产。n 冲压设备冲压设备 剪床剪床 将板料剪成适当的条料，供冲压之用。将板料剪成适当的条料，供冲压之用。冲床冲床（又称曲柄压力机）将条料冲压成型。（又称曲柄压力机）将条料冲压成型。冲模冲模 用于冲压的模具。用于冲压
14、的模具。剪剪 床床冲冲 床床n 板料冲压基本工序板料冲压基本工序 1. 分离工序分离工序 落料和冲孔落料和冲孔（冲裁）（冲裁） 2. 成形工序成形工序 弯曲，拉深，缩口，胀形，翻边。弯曲，拉深，缩口，胀形，翻边。 1. 分离工序：落料及冲孔（统称冲裁）分离工序：落料及冲孔（统称冲裁） 落料落料落下部分为成品。 冲孔冲孔落下部分为废品。2. 变形工序：拉深变形工序：拉深 使平板坯料变形成开口空心零件的工序 。拉拉 深深凹凹 模模坯坯 料料压压 板板冲冲 头头原始直径为 D的板料，经拉深后变成内径为 d的杯形零件。凸模压入过程中，拉深件的底部一般不变形，厚度基本不变。其余环形部分坯料经变形成为空心
15、件的侧壁，厚度有所减小。侧壁与底之间的过渡圆角部位被拉薄最严重。 拉深工艺示意图拉深工艺示意图 起皱起皱：是拉深时板料失稳造成的； 拉裂：拉裂：当拉应力超过材料的抗拉强度造成。 常见拉深缺陷：常见拉深缺陷： 如何防止拉深缺陷：如何防止拉深缺陷： 多次拉深，增大拉伸系数多次拉深，增大拉伸系数 加大弯曲处圆角直径； 加大模具间隙； 使用润滑剂。图 多次拉深时筒形件直径的变化2. 变形工序：弯曲变形工序：弯曲 弯曲时利用模具或其他工具将坯料一部分相对于另一部分弯曲成一定的角度和圆弧的变形工序。 弯曲过程中，板料的内侧 受压，外侧受拉，最大拉 应力超过抗拉强度时，就 会造成弯裂。 内弯半径r越小越易弯
16、裂。 图 板料弯曲过程 弯曲时注意的问题：弯曲时注意的问题： 弯曲后要回弹回弹，一般回弹角为 0-10，事先要注意。 弯曲时尽量使弯曲线与坯料纤维方向垂直曲线与坯料纤维方向垂直，以免弯裂。图 弯曲时的回弹 图 弯曲时的纤维方向 日常生活用品，如 铝铝锅锅、饭饭盒盒、脸脸盆盆等等 就是采用冷冲压的加工方法制成。 例如，制造饭盒，首先需要切出长方形并带有 4个圆角的坯料（称为 “落 料 ”），然后用凸模将这块坯料压入凹模而成形垂直弯曲，4个拐角的材料产生堆聚并可看到皱褶。 采用冷冲压加工的汽车零件有：发动机油底壳，制动器底板，汽车车架以及大多数车身零件。这些零件一般都经过落料、冲孔、拉深、弯曲、翻边、修整等工序而成形。 板料冲压常识：板料冲压常识：n 冲模工具冲模工具 冲压模具是冲压生产中必不可少的工艺装备，按冲压工序的组合程度不同可分为简单模简单模、连续模连续模和复合模复合模三种。1.简单模：简单模：2. 压力机在一次行程中完成一道工序的冲模。2. 连续模连续模 连续模（又称级进模、跳步模）是指压力机在一次行程中，依次在几个不同的位置上同时完成多道工序的冲模。图 用导正销定距的冲孔落料连
