材料成型技术基础2

1、第二篇第二篇 金属压力加工金属压力加工 Mechanical Working 压力加工：锻压、塑性成形压力加工：锻压、塑性成形 The metal is shaped through plastic deformation in solid state by mechanical force p90 主要生产：主要生产： v 型材型材Shape metal such as bar, plate, sheet and section 轧制、拉拔、挤压轧制、拉拔、挤压rolling, extrusion, drawing, pressing v 毛坯、零件毛坯、零件semi-finished me

2、tal or part 锻造、冲压锻造、冲压 forgoing, stamping 第一章金属的塑性变形第一章金属的塑性变形 metal plastic deformation 复习复习 第一节第一节 塑性变形的实质塑性变形的实质 第二节第二节 塑性变形对金属组织和力学性能的影响塑性变形对金属组织和力学性能的影响 1. 塑性变形的实质塑性变形的实质 晶体内部：位错滑移晶体内部：位错滑移dislocation slip栾晶栾晶twin 多晶体：晶粒变形，晶界滑移多晶体：晶粒变形，晶界滑移 宏观：外力，弹性变形，塑性变形宏观：外力，弹性变形，塑性变形 2. 塑性变形对金属组织和力学性能的影响塑性变

3、形对金属组织和力学性能的影响 Structure and Properties of the Deformed Metals 2.1 常温下塑性变形的组织和性能常温下塑性变形的组织和性能 对组织的影响对组织的影响 v晶体缺陷增加、晶格晶体缺陷增加、晶格 畸变能提高畸变能提高 v亚结构细化亚结构细化 v晶粒拉长或破碎晶粒拉长或破碎 变形量很大时，形成变形织构变形量很大时，形成变形织构 纤维组织纤维组织texture structure 对性能的影响对性能的影响 v 产生加工硬化（冷变形强化）产生加工硬化（冷变形强化） work hardening 随着变形程度的提高，金属的强度和硬度提高，随着变

4、形程度的提高，金属的强度和硬度提高， 塑性和韧性下降的现象塑性和韧性下降的现象 原因：位错密度增加，亚结构细化原因：位错密度增加，亚结构细化 v 可能产生各向异性可能产生各向异性 v 产生内应力产生内应力 变形开裂，抗腐蚀性降低变形开裂，抗腐蚀性降低 去应力退火去应力退火 v晶格严重畸变晶格严重畸变 为再结晶提供了驱动力为再结晶提供了驱动力 3. 变形金属在加热时组织和性能的变化变形金属在加热时组织和性能的变化 Structure and Properties of the Deformed Metals after Being Heated 金属经塑性变形金属经塑性变形晶格畸变晶格畸变内能内

5、能 加热加热原子活力原子活力 晶格重构晶格重构内能内能 温度低时，回复温度低时，回复recovery： TR=0.250.3TM 冷变形金属加热时，显微组织变化之前，亚结冷变形金属加热时，显微组织变化之前，亚结 构和性能变化过程构和性能变化过程 v 位错运动重组，构成亚晶界位错运动重组，构成亚晶界 v 力学性能变化不大，内应力力学性能变化不大，内应力 温度升高，再结晶温度升高，再结晶 re-crystallization ：T0=0.4TM 冷变形金属在足够高温度下，通过形核与长大，冷变形金属在足够高温度下，通过形核与长大， 以无畸变新晶粒取代变形晶粒以无畸变新晶粒取代变形晶粒 4. 热加工与

6、冷加工热加工与冷加工 热加工的概念：再结晶温度以上的变形过程热加工的概念：再结晶温度以上的变形过程 动态回复与动态再结晶动态回复与动态再结晶 T T0 Hot Working 热加工的组织与性能热加工的组织与性能p93 v 热加工金属的组织：再结晶组织热加工金属的组织：再结晶组织 v 与铸锭相比：与铸锭相比： 晶粒细化，缺陷压合，致密晶粒细化，缺陷压合，致密 度提高，性能提高度提高，性能提高 v 热加工后性能提高，但纤维组织可能具有热加工后性能提高，但纤维组织可能具有 各向异性各向异性Anisotropy 各向异性各向异性Anisotropy 平行于纤维组织的方向，抗拉强度提高，剪切强平行于纤

7、维组织的方向，抗拉强度提高，剪切强 度很低度很低 垂直于纤维组织的方向，抗拉强度很低，剪切强垂直于纤维组织的方向，抗拉强度很低，剪切强 度高度高 问：为什么重要受力零件都采用热加工制造？设计问：为什么重要受力零件都采用热加工制造？设计 时应该注意什么问题？时应该注意什么问题？ 组织，性能，流线、拉应力、切应力、流线沿轮组织，性能，流线、拉应力、切应力、流线沿轮 廓分布，不断廓分布，不断 p94 第三节第三节 金属的可锻性金属的可锻性 Malleability of the Metal 什么叫可锻性什么叫可锻性malleability？p94 金属经过压力加工时，获得优质制品的难易程度金属经过压

8、力加工时，获得优质制品的难易程度 可锻性的内容可锻性的内容 v 金属的塑性金属的塑性 plastic behavior of the metal v 变形抗力变形抗力 the resistance to deformation 影响可锻性的因素影响可锻性的因素Variables influencing malleability 金属的本质、加工条件金属的本质、加工条件 1. 金属本质金属本质 类型类型 Metal types f.c.c b.c.c，铝铜镍铬钼钛，铝铜镍铬钼钛 化学成分化学成分 纯金属纯金属合金合金, 碳钢碳钢合金钢合金钢, 低碳钢低碳钢高碳钢高碳钢 金属的组织金属的组织 v

9、相的组成及分布相的组成及分布 固溶体机械混合物化合物固溶体机械混合物化合物 v 晶粒大小晶粒大小 等轴晶柱状晶；细晶粒粗晶粒等轴晶柱状晶；细晶粒粗晶粒 2. 加工条件加工条件 变形温度变形温度 温度温度 v 塑性塑性 v 变性抗力变性抗力 始锻温度始锻温度 终锻温度终锻温度 碳钢的锻造温度范围碳钢的锻造温度范围 始锻温度始锻温度:低于低于AE线线 200左右左右 终锻温度终锻温度:约约800 750 为什么？为什么？ 温度温度 v 塑性塑性 v 变性抗力变性抗力 温度过高温度过高过热、过烧过热、过烧 （晶界氧化、熔化）（晶界氧化、熔化） 氧化、脱碳严重氧化、脱碳严重 变形速度变形速度 变形速率

10、对塑性和变形抗力变形速率对塑性和变形抗力 的影响的影响 1变形抗力变形抗力 2塑性塑性 为什么？为什么？ v 变形速度变形速度a时时 加工硬化加工硬化 随变形速度随变形速度，变形抗，变形抗 力力，塑性，塑性 v 变形速度变形速度a时时 再结晶再结晶 内摩擦使内摩擦使T ，塑性，塑性， 变形抗力变形抗力 应力状态应力状态 v 用不同锻造方法成型，应力状态不同用不同锻造方法成型，应力状态不同 ， 拉拔拉拔二向压应力，一向拉应力二向压应力，一向拉应力 v 三个方向中，压应力的数目越多，金属的塑性越好三个方向中，压应力的数目越多，金属的塑性越好 v 同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态同号应力

11、状态下引起的变形抗力大于异号应力状态 下的变形抗力下的变形抗力 第二章第二章 锻锻 造造 Forging 第一节第一节 锻造方法锻造方法 Forging Method Metal is shaped between smith anvil or forgoing die by mechanical force (P97) 问：锻造为什么要加热？问：锻造为什么要加热？ 自由锻自由锻 Smith Forging：在砧铁之间成形：在砧铁之间成形 模锻模锻 Die Forging：在模锻设备上用模具成形：在模锻设备上用模具成形 胎膜锻胎膜锻 Swaging：在自由锻设备上用胎膜成形：在自由锻设备上用胎

12、膜成形 1. 自由锻自由锻 Smith Forging 自由锻特点：自由锻特点： v 设备简单设备简单 v 生产率低，锻件精度、光洁度差生产率低，锻件精度、光洁度差 v 通用性强，单件也能生产通用性强，单件也能生产 v 只能锻形状很简单的零件只能锻形状很简单的零件 v 应用范围广：可锻零件重量应用范围广：可锻零件重量1kg300T v 操作技术要求高操作技术要求高 国外工业发达国家，中小型自由锻件在其锻件总国外工业发达国家，中小型自由锻件在其锻件总 产量的为产量的为20-40% 自由锻设备自由锻设备 v 小型锻件小型锻件手工锻造，空气锤手工锻造，空气锤 v 中型锻件中型锻件 （1500kg）蒸

13、汽）蒸汽空气锤空气锤 v 大型锻件大型锻件 （300T）水压机）水压机 自由锻工序自由锻工序 v 基本工序、辅助工序、精整工序基本工序、辅助工序、精整工序 v 基本工序：基本工序： 镦粗镦粗 拔长拔长 冲孔（扩孔）弯曲冲孔（扩孔）弯曲 扭转扭转 错移错移 切割切割 v 辅助工序：压钳口，倒棱，压肩辅助工序：压钳口，倒棱，压肩 锻件分类及基本工序方案锻件分类及基本工序方案 v 盘类锻件的主要工序为镦粗和冲孔盘类锻件的主要工序为镦粗和冲孔 v 轴类零件：拔长、切肩和锻台阶轴类零件：拔长、切肩和锻台阶 v筒类零件：镦粗、冲孔、在心轴上拔长筒类零件：镦粗、冲孔、在心轴上拔长 v 环类零件：镦粗、冲孔、

14、在心轴上扩孔环类零件：镦粗、冲孔、在心轴上扩孔 v 曲轴类零件：拔长、错移、锻台阶、扭转曲轴类零件：拔长、错移、锻台阶、扭转 弯曲类零件：拔长、弯曲弯曲类零件：拔长、弯曲 2. 模模 锻锻 Die Forging 定义：定义：P98 与自由锻的特点正好相反与自由锻的特点正好相反 v 精度高精度高 v 生产率高（可达几十倍）生产率高（可达几十倍） v 可锻重量可锻重量0.5150kg的工件的工件 v 只适合大量生产只适合大量生产 锻造设备锻造设备 v 锤上模锻锤上模锻 Drop Forging：蒸汽：蒸汽空气模锻锤空气模锻锤 v 曲柄压力机上模锻曲柄压力机上模锻 v 摩擦压力机上模锻摩擦压力机上

15、模锻 v 胎模锻：用自由锻锤胎模锻：用自由锻锤 2.1. 锤上模锻锤上模锻 Drop Forging 蒸汽蒸汽空气模锻锤空气模锻锤 1、踏板、踏板 2、机架、机架 3、砧座、砧座 4、操纵杆、操纵杆 与自由锻设备原理相同，运动与自由锻设备原理相同，运动 副间隙小，动作精度高副间隙小，动作精度高 模锻锤的吨位：落下部分的质模锻锤的吨位：落下部分的质 量，包括锤头、连杆、活塞量，包括锤头、连杆、活塞 吨位：吨位：116T 锻件重量锻件重量150kg以下以下 模锻最重要的工装：锻模模锻最重要的工装：锻模 锻锻 模模 模模 膛膛 分分 类类 锻模模膛根据功用可分为模锻模膛和制坯模膛锻模模膛根据功用可分

16、为模锻模膛和制坯模膛 模锻模膛包括终锻模膛、预锻模膛模锻模膛包括终锻模膛、预锻模膛 常用制坯模膛有拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、常用制坯模膛有拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛、 切断模膛切断模膛 模锻模膛：金属在其中发生整体变形模锻模膛：金属在其中发生整体变形 v 终锻模膛：锻件最终成形终锻模膛：锻件最终成形 形状与锻件相同形状与锻件相同 尺寸放大，钢尺寸放大，钢1.5% 结构：四周设飞边槽结构：四周设飞边槽 冲孔连皮冲孔连皮 模锻不能直接冲出通孔，上下模之间形成冲孔连皮，模锻不能直接冲出通孔，上下模之间形成冲孔连皮， 去掉飞边和冲孔连皮，得到具有通孔的模锻件去掉飞边和冲孔连皮，得到具有通孔的模锻

17、件 1-锻锤锻锤 2-上模上模 3-飞边槽飞边槽 4-下模下模 5-模垫模垫 6,7,10-楔铁楔铁 8-分模面分模面 9-模膛模膛 锻模结构与模锻件锻模结构与模锻件 模锻件模锻件 用来容纳多余的金属用来容纳多余的金属 阻挡金属外流，强迫金属充模阻挡金属外流，强迫金属充模 缓冲作用缓冲作用 飞边槽的作用飞边槽的作用 预锻模膛与制坯模预锻模膛与制坯模膛膛 为了使金属更容易充满终锻模膛，减少其磨损，为了使金属更容易充满终锻模膛，减少其磨损， 提高模具寿命，有时设预锻模膛提高模具寿命，有时设预锻模膛 v 预锻模膛使坯料变形到接近于锻件的形状、尺寸预锻模膛使坯料变形到接近于锻件的形状、尺寸 圆角斜度较

18、大，没有飞边槽圆角斜度较大，没有飞边槽 对于形状复杂的模锻件，使坯料形状基本接近锻对于形状复杂的模锻件，使坯料形状基本接近锻 件，必须在制坯模膛制坯件，必须在制坯模膛制坯 制坯模膛制坯模膛 v 拔长模膛：某部截面拔长模膛：某部截面，长度，长度 v 滚压模膛：某部截面滚压模膛：某部截面，另一部分，另一部分 v 弯曲模膛：弯曲杆类零件弯曲模膛：弯曲杆类零件 v 切断模膛：切断金属切断模膛：切断金属 拔长模膛和滚压模膛拔长模膛和滚压模膛 滚压模膛滚压模膛 拔长模膛拔长模膛 一般布置在模具的边上，一般布置在模具的边上， 用来减小坯料某部分的截用来减小坯料某部分的截 面积，增加该部分的长度面积，增加该部

19、分的长度 拔长操作时，坯料送进加拔长操作时，坯料送进加 翻转翻转 坯料长度不变，改变不坯料长度不变，改变不 同部位截面积变同部位截面积变 滚压操作时，坯料只翻滚压操作时，坯料只翻 转，不送进转，不送进 锻件截面相差较大时，锻件截面相差较大时， 用闭式结构用闭式结构 弯曲和切断模弯曲和切断模膛膛 弯曲和切断弯曲和切断模膛模膛 弯曲模膛：用于弯曲的杆类模锻件，弯曲坯料弯曲模膛：用于弯曲的杆类模锻件，弯曲坯料 切断模膛：用于坯料上切下锻件，锻件上切下钳切断模膛：用于坯料上切下锻件，锻件上切下钳 口，或者多件锻造时分离锻件口，或者多件锻造时分离锻件 还有镦粗、成形和压扁模膛还有镦粗、成形和压扁模膛 弯

20、曲连杆锻造过程弯曲连杆锻造过程 锻模可以只有锻模可以只有 一个模膛，称为一个模膛，称为 单膛锻模单膛锻模 多膛锻模在一多膛锻模在一 副锻模上有副锻模上有2个以个以 上模膛上模膛 弯曲连杆的锻弯曲连杆的锻 模为多膛锻模模为多膛锻模 2.2 曲柄压力机上模锻曲柄压力机上模锻 200t12000t 造价高，适合中小件的造价高，适合中小件的 大批量生产大批量生产 工作条件好工作条件好 生产效率高生产效率高 锻件精度高锻件精度高 模具结构：镶块式模具结构：镶块式 (p102, fig 3-20) 坯料表面氧化皮不易清除坯料表面氧化皮不易清除 不适合拔长和滚压工步不适合拔长和滚压工步 1 电动机电动机 2

21、 3 皮带轮皮带轮 4 传动轴传动轴 5 6 齿轮齿轮 7 离合器离合器 15 制动器制动器 8 9 10 曲柄曲柄 连杆滑块连杆滑块 11 楔形工作台楔形工作台 13楔铁楔铁 12 下顶杆下顶杆 16 凸轮凸轮 14 顶料连杆顶料连杆 2.3. 摩擦压力机上模锻摩擦压力机上模锻 吨位：吨位：350t1000t 造价低，用途广泛造价低，用途广泛 特点：特点： 滑块行程不固定：有滑块行程不固定：有 一定冲击一定冲击 螺杆螺母传动：滑块螺杆螺母传动：滑块 速度低速度低 模具结构：灵活多样模具结构：灵活多样 承受偏心载荷能力差，承受偏心载荷能力差， 只适合单膛模锻只适合单膛模锻 适合中小锻件的小中批

22、适合中小锻件的小中批 量生产量生产 5 电动机电动机 6 皮带皮带 3 飞轮飞轮 4 摩擦盘摩擦盘 1螺杆螺杆 2 螺母螺母 7 滑块滑块 8,9 导轨导轨 10 机座机座 2.4. 胎膜锻胎膜锻 Swaging 在自由锻设备上用可移动的简单模具生产模锻件在自由锻设备上用可移动的简单模具生产模锻件 与自由锻比：生产率高，加工余量小，精度高与自由锻比：生产率高，加工余量小，精度高 与模锻相比：设备简单，模具成本低，与模锻相比：设备简单，模具成本低， 生产率低，生产率低， 精度低，劳动条件差精度低，劳动条件差 胎模：制造成本低，不用固定，易损坏胎模：制造成本低，不用固定，易损坏 只适合没有模锻设备

23、的工厂，中小批量生产只适合没有模锻设备的工厂，中小批量生产 胎膜结构胎膜结构 扣模扣模 筒模筒模 合模合模 next 合合模模 合模由上下模组成，有导柱和合模由上下模组成，有导柱和 导锁定位，适合与锻造形状复导锁定位，适合与锻造形状复 杂的、精度要求较高的非回转杂的、精度要求较高的非回转 体锻件体锻件 扣模主要用于扣模主要用于 对坯料进行局对坯料进行局 部或全部变形部或全部变形 筒模筒模 筒模主要锻造盘类锻筒模主要锻造盘类锻 件：齿轮、法兰盘等件：齿轮、法兰盘等 设计为组合结构，用设计为组合结构，用 于较为复杂的胎膜锻件于较为复杂的胎膜锻件 组合筒模常见结构组合筒模常见结构 镶块筒模镶块筒模

24、带垫块的筒模带垫块的筒模 双半模筒模双半模筒模 第二节第二节 锻造工艺规程的制定锻造工艺规程的制定 锻件生产过程：锻件生产过程： 零件图零件图锻件图锻件图锻造方法锻造方法锻造工艺锻造工艺 1. 绘制锻件图绘制锻件图 锻件图：以零件为基础，结合锻造工艺特点绘制锻件图：以零件为基础，结合锻造工艺特点绘制 绘制锻件图应该考虑的内容包括：绘制锻件图应该考虑的内容包括： 敷料、余量及公差敷料、余量及公差 分分 模模 面面 模锻斜度模锻斜度 锻模圆角半径锻模圆角半径 冲孔连皮等冲孔连皮等 1.1 敷料、余量及公差敷料、余量及公差 敷料敷料为简化锻件形状和结构增加的一部分金属为简化锻件形状和结构增加的一部分

25、金属 例如一些沟槽、相差不大的台阶等例如一些沟槽、相差不大的台阶等 余量余量为切削加工，在加工面上增加的尺寸为切削加工，在加工面上增加的尺寸 0.45mm，与锻件尺寸、加工精度有关，与锻件尺寸、加工精度有关 公差公差锻件尺寸允许的变动量，锻件尺寸允许的变动量， 0.33mm 与锻件大小，模具精度，设备状态有关与锻件大小，模具精度，设备状态有关 对于自由锻件，确定敷料、余量及公差后，就对于自由锻件，确定敷料、余量及公差后，就 可以绘制锻件图可以绘制锻件图 对于模锻件，还需要考虑分对于模锻件，还需要考虑分 模模 面、模锻斜度、面、模锻斜度、 圆角半径、冲孔连皮等圆角半径、冲孔连皮等 自自 由由 锻

26、锻 造造 锻锻 件件 图图 1.2 分分 模模 面面 分分 模模 面面上下锻模在锻件上的分界面上下锻模在锻件上的分界面 （1）出模：应保证模锻件能从模膛中取出）出模：应保证模锻件能从模膛中取出 （2）模具安装：上下模膛外形一致）模具安装：上下模膛外形一致 （3）金属充模：模膛具有最浅深度）金属充模：模膛具有最浅深度 （4）敷料（余块）最少）敷料（余块）最少 （5）模具加工和使用：分模面尽可能为平面）模具加工和使用：分模面尽可能为平面 分形面的选择示例分形面的选择示例 1. a-a 2. c-c 3. b-b 4. b-b 1.3 模锻斜度模锻斜度 模锻件在锤击方向必须有斜度模锻件在锤击方向必须

27、有斜度 模锻斜度比铸件大，锤上锻模一般取模锻斜度比铸件大，锤上锻模一般取515 模锻斜度与模膛宽度和深度有关模锻斜度与模膛宽度和深度有关 h/b越大，越大，越大越大 内 内 外 外 2 5 1.4 模锻圆角半径和冲孔连皮模锻圆角半径和冲孔连皮 模锻圆角半径模锻圆角半径 v 有利于充型，减小应力集中，提高模具寿命有利于充型，减小应力集中，提高模具寿命 v 外圆角半径外圆角半径 1.52mm，内圆角半径，内圆角半径 23mm 冲孔连皮冲孔连皮 v模锻无法直接锻出通孔，冲孔连皮模锻无法直接锻出通孔，冲孔连皮 v冲孔连皮的厚度由锻件孔径决定冲孔连皮的厚度由锻件孔径决定 2080mm的孔，冲孔连皮厚的孔

28、，冲孔连皮厚48mm 齿轮坯模锻件图齿轮坯模锻件图 1 分模面分模面 2 加工余量、公差、敷料加工余量、公差、敷料 3 模锻斜度模锻斜度 5 冲孔连皮冲孔连皮 4 圆角半径（没有注明圆角半径都取圆角半径（没有注明圆角半径都取R=2.5mm） 2. 坯料重量和尺寸的计算坯料重量和尺寸的计算 坯料重量坯料重量 G坯料 坯料=G锻件锻件+G烧损烧损+G料头料头 G锻件 锻件由锻件体积算出 由锻件体积算出 G烧损 烧损与加热次数有关 与加热次数有关 坯料的尺寸根据坯料重量和几何尺寸确定坯料的尺寸根据坯料重量和几何尺寸确定 与选用的锻造工序有关、考虑锻造比与选用的锻造工序有关、考虑锻造比setting

29、ratio v碳钢，拔长锻造比碳钢，拔长锻造比3，镦粗锻造比，镦粗锻造比 2.5 v合金钢为合金钢为34，对轧材取，对轧材取1.31.5 v应用镦粗工序：应用镦粗工序：H/D2.5 ,太大易弯太大易弯 3. 制定锻造工序（工步）制定锻造工序（工步） 怎么锻（锻造工序）主要看零件是什么样的怎么锻（锻造工序）主要看零件是什么样的 对于自由锻件，对于自由锻件，P98, table 3-1 对于长轴类模锻件对于长轴类模锻件 如台阶轴、曲轴、连杆弯曲摇臂等如台阶轴、曲轴、连杆弯曲摇臂等 锻件的长度远大于宽度锻件的长度远大于宽度 主要锻造工步包括拔长、滚压、预锻和终锻主要锻造工步包括拔长、滚压、预锻和终锻

30、 v 对于截面变化不大的模锻件，不用滚压对于截面变化不大的模锻件，不用滚压 v 用其他方法制坯，只需预锻和终锻用其他方法制坯，只需预锻和终锻 v 对于小锻件，一模锻几件，要有切断工序对于小锻件，一模锻几件，要有切断工序 长长 轴轴 类类 模模 锻锻 件件 盘类锻件：例如齿轮、法兰盘盘类锻件：例如齿轮、法兰盘等等 对于盘类锻件（短轴类模锻件）对于盘类锻件（短轴类模锻件） 主要工步为镦粗、预锻和终锻主要工步为镦粗、预锻和终锻 形状简单的锻件，只需镦粗和终锻形状简单的锻件，只需镦粗和终锻 4. 锻造工艺规程中的其它内容锻造工艺规程中的其它内容 （1）根据合金确定始锻及终锻温度）根据合金确定始锻及终锻

31、温度 （2）确定加热规范（加热温度、保温时间）确定加热规范（加热温度、保温时间） （3）选择锻造设备）选择锻造设备 （4）辅助工序（校正，切飞边、冲孔连皮）辅助工序（校正，切飞边、冲孔连皮） 第三节第三节 锻件结构的工艺性锻件结构的工艺性 1. 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性 避免具有锥体或斜面的结构避免具有锥体或斜面的结构 避免形成空间曲线避免形成空间曲线 不应有加强筋、凸台工字型或空间曲面形表面不应有加强筋、凸台工字型或空间曲面形表面 复杂零件采用组合法复杂零件采用组合法 2. 模锻件的结构工艺性模锻件的结构工艺性 避免具有锥体或斜面的结构避免具有锥体或斜面的结构 锻件有数个几何

32、体构成时，避免形成空间曲线，锻件有数个几何体构成时，避免形成空间曲线， 改成平面与圆柱体、平面与平面相接改成平面与圆柱体、平面与平面相接 自由锻件上不应有加强筋、凸台、工字型或空间自由锻件上不应有加强筋、凸台、工字型或空间 曲面形表面曲面形表面 截面急剧变化或形状复杂的零件，应设计成几个截面急剧变化或形状复杂的零件，应设计成几个 简单模锻件的组合体简单模锻件的组合体 自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性小结小结 应具有合理的分模面，保证锻件取出。敷料最少，应具有合理的分模面，保证锻件取出。敷料最少， 锻模易制造锻模易制造 与分模面垂直的非加工面上要有模锻斜度，非加与分模面垂直的非加工面上要

33、有模锻斜度，非加 工面必须用圆角过渡工面必须用圆角过渡 模锻件结构应力求简单、平直和对称，保证金属模锻件结构应力求简单、平直和对称，保证金属 充模，减少锻造工序充模，减少锻造工序 为保证充模为保证充模 v模锻件截面积不要急剧变化模锻件截面积不要急剧变化 v避免扁而薄的结构避免扁而薄的结构 v避免高而薄凸缘避免高而薄凸缘 避免深孔（避免深孔（h/2d）或多孔结构）或多孔结构 锻件形状复杂时锻件形状复杂时 用组合工艺用组合工艺 避免深孔（避免深孔（h/2d）或多孔结构）或多孔结构 当锻件形状复杂时要考虑组合工艺当锻件形状复杂时要考虑组合工艺 模锻件的结构工艺性小结模锻件的结构工艺性小结 应具有合理

34、的分模面，保证锻件取出。敷料最少，应具有合理的分模面，保证锻件取出。敷料最少， 锻模易制造锻模易制造 与分模面垂直的非加工面上要有模锻斜度，非加与分模面垂直的非加工面上要有模锻斜度，非加 工面必须用圆角过渡工面必须用圆角过渡 模锻件结构应力求简单、平直和对称，保证金属模锻件结构应力求简单、平直和对称，保证金属 充模，减少锻造工序充模，减少锻造工序 避免深孔（避免深孔（h/2d）或多孔结构）或多孔结构 当锻件形状复杂时要考虑组合工艺当锻件形状复杂时要考虑组合工艺 第三章第三章 板料冲压板料冲压 Sheet Stamping 广泛应用于汽车、拖拉机、飞机、导弹、广泛应用于汽车、拖拉机、飞机、导弹、

35、 兵器、仪器仪表、家电和日用品的兵器、仪器仪表、家电和日用品的 生产特点生产特点 薄壁复杂零件薄壁复杂零件 零件精度高，粗糙度低，质量稳定，互换性好零件精度高，粗糙度低，质量稳定，互换性好 具有形变强化作用，零件强度、刚度好具有形变强化作用，零件强度、刚度好 设备自动化程度高，操作简单，生产率高，零设备自动化程度高，操作简单，生产率高，零 件成本低件成本低 冲压模具结构复杂，制造成本高，只适合大批冲压模具结构复杂，制造成本高，只适合大批 量生产量生产 什么叫冲压？什么叫冲压？ Stamping Parting or shaping the sheet metal by mechanical f

36、orce with tools 利用模具加压，使板料分离或变形的加工方法利用模具加压，使板料分离或变形的加工方法 常用金属板料常用金属板料 低碳钢，不锈钢，高塑性合金钢，铜铝镁合金等低碳钢，不锈钢，高塑性合金钢，铜铝镁合金等 8mm或材料塑性差或材料塑性差, 热冲压热冲压 冲压生产基本工序：分离，变形冲压生产基本工序：分离，变形 第一节第一节 分离工序分离工序parting 定义定义(p114) The process splitting one part from the other part of sheet metal 工序工序 v 冲裁冲裁piercing使板料按封闭轮廓分离的工序使板

37、料按封闭轮廓分离的工序 v 剪断剪断shearing使板料按不封闭轮廓分离的工序使板料按不封闭轮廓分离的工序 一般使用剪床一般使用剪床 v 修整：用修整模刃口的刮削作用，切掉冲裁件上修整：用修整模刃口的刮削作用，切掉冲裁件上 的剪裂带和毛刺，提高冲裁件的精度，降低粗糙度的剪裂带和毛刺，提高冲裁件的精度，降低粗糙度 单边修整量为板料厚度的单边修整量为板料厚度的10%(大间隙落料大间隙落料)或或 8%(小间隙落料小间隙落料) 修整量过大或板厚超过修整量过大或板厚超过3mm ，可分多次修整，可分多次修整 修整模的间隙（单边）修整模的间隙（单边）0.0010.01或负值或负值 落料及冲孔（又落料及冲孔

38、（又称冲裁）称冲裁） 落料落料被分离部分是成品，周边是废料被分离部分是成品，周边是废料blanking 冲孔冲孔被冲落部分是废料，周边是成品被冲落部分是废料，周边是成品punching 1. 冲裁变形过程冲裁变形过程 弹性变形阶段弹性变形阶段 塑性变形阶段塑性变形阶段 断裂分离阶段断裂分离阶段 2. 凹凸模间隙凹凸模间隙 凹凸模间隙影响冲裁件断口质量、冲裁件尺寸精凹凸模间隙影响冲裁件断口质量、冲裁件尺寸精 度、模具寿命和卸料力、推件力、冲裁力度、模具寿命和卸料力、推件力、冲裁力 间隙合理，凹凸模刃口冲裁产生的裂纹重合间隙合理，凹凸模刃口冲裁产生的裂纹重合 工件断面光洁，毛刺少工件断面光洁，毛刺

39、少 间隙大间隙大 v 工件被拉断，边缘粗糙工件被拉断，边缘粗糙 v 冲裁件尺寸精度较低冲裁件尺寸精度较低 间隙小间隙小 v上下裂纹向外错开，形成毛刺和迭层上下裂纹向外错开，形成毛刺和迭层 v 模具与板料的摩擦严重，模具寿命下降模具与板料的摩擦严重，模具寿命下降 v 卸料力、推件力、冲裁力大卸料力、推件力、冲裁力大 3. 凹凸模刃口尺寸的确定凹凸模刃口尺寸的确定 冲孔模 冲孔模 v凸模作设计基准，然后根据间隙确定凹模尺寸 凸模作设计基准，然后根据间隙确定凹模尺寸 v考虑磨损，凸模尺寸靠近孔公差范围内的最大 考虑磨损，凸模尺寸靠近孔公差范围内的最大 尺寸尺寸 落料模落料模 v 保证凹模的尺寸，根据

40、间隙确定凸模尺寸保证凹模的尺寸，根据间隙确定凸模尺寸 v考虑磨损，取最小极限尺寸考虑磨损，取最小极限尺寸 间隙选取原则间隙选取原则 v 当冲裁件断面质量要求较高时，选取较小间隙；当冲裁件断面质量要求较高时，选取较小间隙； 反之取较大间隙反之取较大间隙 v 间隙大小与板料厚度有关间隙大小与板料厚度有关 c=mt 4. 冲裁件的冲裁件的排样排样blank layout 落料件在板料上布置方法落料件在板料上布置方法 合理排样可以提高材料的利用率合理排样可以提高材料的利用率 有有2种排样类型种排样类型 无搭边排样无搭边排样 用一个落料件的边做用一个落料件的边做 另一个落料件的边缘另一个落料件的边缘 v

41、材料利用率高材料利用率高 v毛刺不在同一平面毛刺不在同一平面 v 尺寸不容易准确尺寸不容易准确 有搭边排样有搭边排样 v尺寸准确尺寸准确 v毛刺在同一平面毛刺在同一平面 v 材料消耗多材料消耗多 第二节第二节 变形工序变形工序 1. 拉深拉深 Drawing (or) Cupping 变形工序变形工序 板料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂板料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂 拉深拉深 Drawing (or) Cupping 弯曲弯曲bending 翻翻 边边flanging 成形成形forming 板料形成开口空心零件的工序板料形成开口空心零件的工序 拉深过程拉深过程 v 底面不

42、变形，只传递拉力底面不变形，只传递拉力 v 筒壁受拉应力，厚度减小筒壁受拉应力，厚度减小 v 两者过渡部分，拉薄得最严重两者过渡部分，拉薄得最严重 影响拉深质量的因素影响拉深质量的因素 v 凹凸模的圆角半径凹凸模的圆角半径 r凹 凹=10； ； r凸 凸= (0.61) r凹；凹； 太小，易拉穿 太小，易拉穿 v 凹凸模的间隙凹凸模的间隙C=(1.11.2) 过小过小, 摩擦大摩擦大 易擦伤工件表面易擦伤工件表面, 降低模具寿命降低模具寿命 过大，拉深件起皱过大，拉深件起皱 v 拉深系数：拉深件直径与坯料直径的比值拉深系数：拉深件直径与坯料直径的比值 m=d/D ； m 0.50.8 过小，易

43、拉穿，起皱；过小，易拉穿，起皱； 过大，变形强化效果差，不经济过大，变形强化效果差，不经济 v 润滑条件润滑条件 拉深缺陷拉深缺陷 v 拉断拉断 材料塑性材料塑性 模具结构模具结构 拉深工艺拉深工艺 v 起皱起皱 毛坯相对厚度毛坯相对厚度 模具模具 拉深系数拉深系数 用压边圈解决用压边圈解决 旋压旋压 压边圈压边圈 v 对于小批量的空心回转体对于小批量的空心回转体 零件、厚板件和大型容器的零件、厚板件和大型容器的 封头，常采用旋压成型封头，常采用旋压成型 v 不需要复杂的冲模，变形不需要复杂的冲模，变形 力较小，但生产率低力较小，但生产率低 2. 弯曲弯曲 bending 在板料被弯曲一定角度

44、或曲率半径过程中在板料被弯曲一定角度或曲率半径过程中 内侧受压，外侧受拉内侧受压，外侧受拉 板料越厚，曲率半径越小，越容易弯裂板料越厚，曲率半径越小，越容易弯裂 弯曲注意事项弯曲注意事项 注意补偿板料回弹注意补偿板料回弹 弯曲后弹性变形恢复，回弹角弯曲后弹性变形恢复，回弹角 010 为了防止弯裂为了防止弯裂 v 最小弯曲半径最小弯曲半径 rmin=（0.251） v 弯曲时，弯取线垂直于板料的纤维方向弯曲时，弯取线垂直于板料的纤维方向 3. 翻翻 边边flanging 翻边是在带孔的平坯料上用翻边是在带孔的平坯料上用 扩孔的方法获得凸缘的工序扩孔的方法获得凸缘的工序 翻边孔的直径超过允许值，翻边孔的直径超过允许值， 孔的边缘会破裂孔的边缘会破裂 允许值用翻边系数衡量允许值用翻边系数衡量 K0=d0/d d0： ：翻边前的内孔尺寸 翻边前的内孔尺寸 d：翻边后的孔径尺寸：翻边后的孔径尺寸 翻遍模凸模圆角半径为板厚的翻遍模凸模圆角半径为板