成形-第3章金属的塑性成形

1、 定义定义 利用利用外力外力使金属产生使金属产生塑性变形塑性变形，使其改变，使其改变形状形状尺寸尺寸和和改善性能改善性能，获得型材或锻压件的加工方法，获得型材或锻压件的加工方法两个条件：两个条件：外力、塑性外力、塑性，缺一不可，缺一不可 基本特点：基本特点：金属组织致密、晶粒细小、力学性能金属组织致密、晶粒细小、力学性能 提高；属于少、无切削加工，材料利提高；属于少、无切削加工，材料利 用率高，生产效率高用率高，生产效率高 应用：应用：金属材料生产金属材料生产 承受较大负荷或复杂载荷的机械零件承受较大负荷或复杂载荷的机械零件缺点：缺点：制件形状比铸件简单，生产条件较差制件形状比铸件简单，生产条

2、件较差 第第3章章 金属的塑性成形金属的塑性成形3.1.1 金属塑性变形的机理金属塑性变形的机理1单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 以理想单晶体为例（无缺陷、晶格规则）以理想单晶体为例（无缺陷、晶格规则） 滑移：金属原子沿某些特定面移动滑移：金属原子沿某些特定面移动 ( (即金属原子在外力的作用下产生了一定的位移）即金属原子在外力的作用下产生了一定的位移）3.1 金属塑性成形基础金属塑性成形基础Label1滑移通常是通过位错的移动来实现的。滑移通常是通过位错的移动来实现的。 v结论：结论：切应力引起塑性变形，正应力引起弹性变切应力引起塑性变形，正应力引起弹性变形形 金属塑性变形的实质是原子的移

3、动金属塑性变形的实质是原子的移动 塑性变形前后晶格类型保持不变塑性变形前后晶格类型保持不变 Label12多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 q 多晶体的塑性变形（晶内变形多晶体的塑性变形（晶内变形+ +晶间变形晶间变形) ) 晶内变形：晶内变形：主要以滑移方式进行主要以滑移方式进行 晶间变形：晶间变形：晶粒间的相对滑动和转动晶粒间的相对滑动和转动 各晶粒的变形是分批、逐步进行的各晶粒的变形是分批、逐步进行的 （低温时多为晶内变形，变形量较小）（低温时多为晶内变形，变形量较小） 3.1.2 金属的加工硬化、回复和再结晶金属的加工硬化、回复和再结晶1金属的加工硬化金属的加工硬化 组织变化：组织变化

4、：晶粒沿变形方向被拉长；滑移面附近晶粒沿变形方向被拉长；滑移面附近 晶格产生畸变；出现许多微小碎晶晶格产生畸变；出现许多微小碎晶性能变化：性能变化：强度和硬度增加；塑性、韧性下降强度和硬度增加；塑性、韧性下降优点：优点：强化金属，发挥金属材料性能潜力，尤其适合于强化金属，发挥金属材料性能潜力，尤其适合于 不能用热处理强化的合金不能用热处理强化的合金 缺点：缺点：继续塑性成形或切削加工难度加大，增大内应力继续塑性成形或切削加工难度加大，增大内应力 2回复和再结晶回复和再结晶 (1) 回复：回复：回复使晶格畸变减轻或消除，使制件保回复使晶格畸变减轻或消除，使制件保 持较高的强度且降低脆性持较高的强

5、度且降低脆性 回复温度约为（回复温度约为（0.250.250.300.30）T T熔熔K (2) 再结晶：再结晶：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新 生核、结晶，变为等轴细晶生核、结晶，变为等轴细晶 完全消除加工硬化现象完全消除加工硬化现象 再结晶温度一般为再结晶温度一般为0.4T熔熔K以上以上 ( (再结晶只是原子重新排列的过程）再结晶只是原子重新排列的过程）Label1 3.1.3 金属的冷成形、热成形及温成形金属的冷成形、热成形及温成形 冷成形冷成形: : 在回复温度以下进行的塑性成形，变形过程中会在回复温度以下进行的塑性成形，变形过程中会 出现加工硬化。出

6、现加工硬化。 有利于提高金属的强度和表面质量有利于提高金属的强度和表面质量, ,用于制造半成用于制造半成 品或成品。品或成品。(变形材料应有较好的塑性且变形量不宜变形材料应有较好的塑性且变形量不宜 过大）过大） 热成形热成形: : 在再结晶温度以上进行的塑性成形，变形过程中在再结晶温度以上进行的塑性成形，变形过程中 既有加工硬化又有再结晶，且硬化被再结晶完全消除既有加工硬化又有再结晶，且硬化被再结晶完全消除 综合力学性能好综合力学性能好, ,变形力小，变形程度大变形力小，变形程度大, ,用于毛坯用于毛坯 或半成品或半成品的制造。的制造。 为使再结晶迅速、彻底，实用热成形温度远高于再为使再结晶迅

7、速、彻底，实用热成形温度远高于再 结晶温度结晶温度 温成形温成形: : 在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的在高于回复温度和低于再结晶温度范围内进行的 塑性成形塑性成形, ,有加工硬化及回复现象，但无再结晶有加工硬化及回复现象，但无再结晶 用于强度较高、塑性较差的金属用于强度较高、塑性较差的金属 用于尺寸较大、材料强度较高的零件或半成品制造。用于尺寸较大、材料强度较高的零件或半成品制造。 3.1.4 锻造比与锻造流线锻造比与锻造流线 1锻造比：锻造比： 锻造时变形程度的一种表示方法锻造时变形程度的一种表示方法 拔长时：拔长时： 镦粗时：镦粗时：00L/L/AAyHHAAy/00 随着锻造

8、比的随着锻造比的增加，金属的力学增加，金属的力学性能显著变化性能显著变化 结构钢钢锭的结构钢钢锭的锻造比一般为锻造比一般为24，各类钢坯和轧材的各类钢坯和轧材的锻造比一般为锻造比一般为1.11.3 2锻造流线锻造流线 金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向金属的脆性杂质被打碎，顺着金属主要伸长方向 呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主 要伸长方向呈带状分布（冷变形时拉长的晶粒）要伸长方向呈带状分布（冷变形时拉长的晶粒） 造成力学性能的方向性造成力学性能的方向性 v 锻造流线影响的消锻造流线影响的消除：除： 工作时的最大正应工作时的最大正应

9、力方向与流线方向一致，力方向与流线方向一致，切应力方向与流线方向切应力方向与流线方向垂直；垂直； 锻造流线沿零件轮锻造流线沿零件轮廓分布而不被切断廓分布而不被切断 q 3.1.5 材料的塑性成形性材料的塑性成形性 常用塑性和变形抗力综合衡量常用塑性和变形抗力综合衡量 1材料本质的影响材料本质的影响 化学成分；化学成分； 越纯越好越纯越好 金属组织；金属组织； 均匀、细晶最好均匀、细晶最好 2变形条件的影响变形条件的影响 变形温度：变形温度：原子热运动能力原子热运动能力 应变速率：应变速率：变形分布、热变形分布、热 效应、变形惯性效应、变形惯性 应力状态：应力状态：压应力的影响压应力的影响 La

10、bel13.1.6 金属塑性成形的基本规律金属塑性成形的基本规律 1、体积不变条件体积不变条件：由于塑性变形时金属密度的变化很由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为变形前后的体积相等，此假设称为体积不小，可认为变形前后的体积相等，此假设称为体积不变条件。即变条件。即x +y +z = 0 或或 x = （y +z ）2、最小阻力定律：最小阻力定律：物体变形过程中某质点有向各种物体变形过程中某质点有向各种方向移动的可能性时，则其将向着阻力最小的方向方向移动的可能性时，则其将向着阻力最小的方向移动。移动。 宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大 根据体积不变条件

11、和最小阻力定理可以分析塑根据体积不变条件和最小阻力定理可以分析塑性成形过程中金属坯料的变形趋势，可能出现的现性成形过程中金属坯料的变形趋势，可能出现的现象，产生缺陷的原因并采取相应的工艺措施，以保象，产生缺陷的原因并采取相应的工艺措施，以保证生产过程和产品质量的控制。证生产过程和产品质量的控制。 1自由锻自由锻 定义：定义：只用简单的通用性工具使坯料变形而获得只用简单的通用性工具使坯料变形而获得 所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法所需的几何形状及内部质量锻件的加工方法 自由锻时，金属只有部分表面受到工具自由锻时，金属只有部分表面受到工具 限制，其余则为自由表面限制，其余则为自由表面设备：设

12、备：空气锤、蒸气空气锤、蒸气空气自由锻锤、液压机等空气自由锻锤、液压机等 基本工序：基本工序：镦粗、拔长、冲孔等镦粗、拔长、冲孔等 3.2 金属塑性成形方法金属塑性成形方法 3.2.1 锻造锻造 锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得具有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法有一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法 。自由锻基本工序自由锻基本工序 镦粗镦粗 使坯料高度减小横截面积增大的锻造工序使坯料高度减小横截面积增大的锻造工序 用于锻造齿轮坯、用于锻造齿轮坯、饼

13、块类、法兰类锻件；饼块类、法兰类锻件；在锻造空心锻件时，在锻造空心锻件时，作为冲孔前的辅助工作为冲孔前的辅助工序序 镦粗坯料的原镦粗坯料的原始高度始高度H0与直径与直径D0的比值应小于的比值应小于2.53 ，大于，大于0.5 拔长拔长 使坯料横截面积减小而长度增加的工序使坯料横截面积减小而长度增加的工序 主要用于轴、杆类主要用于轴、杆类及长筒类锻件的成及长筒类锻件的成形，也可用于和镦形，也可用于和镦粗工序一起增大变粗工序一起增大变形量形量 被拔长部分被拔长部分L=(0.30.7)B, B为抵铁宽度为抵铁宽度 ；边拔长，边翻转边拔长，边翻转 冲孔冲孔 用冲子在坯料上锻出通孔或不通孔的工序用冲子在

14、坯料上锻出通孔或不通孔的工序 用于各类带孔锻用于各类带孔锻件件 拍平端面；拍平端面；较薄的坯料通常采较薄的坯料通常采用单面冲孔；用单面冲孔；厚度较大的锻件，厚度较大的锻件，一般采用双面冲孔一般采用双面冲孔法法 芯轴拔长和芯棒扩孔芯轴拔长和芯棒扩孔 减小空心坯料的壁厚而减小空心坯料的壁厚而增加其长度，适用于锻增加其长度，适用于锻造长筒形锻件造长筒形锻件 使坯料的壁厚减薄，内、使坯料的壁厚减薄，内、外径同时增大的工序，适外径同时增大的工序，适用于锻造圆环类锻件用于锻造圆环类锻件 变形特点：变形特点：局部成形、效果叠加局部成形、效果叠加生产特点：生产特点：设备通用性好、工具简单；设备通用性好、工具简

15、单； 锻件组织细密、力学性能好；锻件组织细密、力学性能好； 操作技术要求高，生产效率低；操作技术要求高，生产效率低； 锻件形状较简单、加工余量大、精度低。锻件形状较简单、加工余量大、精度低。 应用应用: : 小型锻件以成形为主；小型锻件以成形为主； 大型锻件（尤其是重要件）和特殊钢则以大型锻件（尤其是重要件）和特殊钢则以 改善内部质量为主。改善内部质量为主。 主要用于单件、小批生产，且是特大型锻主要用于单件、小批生产，且是特大型锻 件唯一的生产方法。件唯一的生产方法。 z 画法画法: : 锻件轮廓用锻件轮廓用粗实线粗实线绘出；绘出； 零件基本形状用零件基本形状用双双点划线点划线表示；表示； 锻

16、件尺寸和公差标锻件尺寸和公差标注于尺寸线上方；注于尺寸线上方； 零件公称尺寸零件公称尺寸标注标注在相应锻件尺寸下方在相应锻件尺寸下方( (或后方或后方) )的括弧内的括弧内 3.3.1 自由锻工艺设计自由锻工艺设计 (P122) 1绘制锻件图绘制锻件图 余块余块: 简化锻件形状简化锻件形状,便于锻造便于锻造 余量余量: 所有面都应添加加工余量所有面都应添加加工余量 公差公差: 数值较大数值较大 Label1 2确定变形工序确定变形工序盘块类盘块类轴杆类轴杆类圆筒类圆筒类圆环类圆环类弯曲类弯曲类依据锻件的结构形状进行确定依据锻件的结构形状进行确定4计算毛坯尺寸计算毛坯尺寸 首道工序为镦粗时：首道

17、工序为镦粗时： D00.8 首道工序为拔长时：首道工序为拔长时： D0 30VmaxDy3计算毛坯质量计算毛坯质量 mo= (md+mc+mq) (1+) v 将上述内容，按变形顺序，以简图形式绘于将上述内容，按变形顺序，以简图形式绘于 一张表格上，就是锻造工艺卡，用以指导自一张表格上，就是锻造工艺卡，用以指导自 由锻生产过程的进行和自由锻件的检验由锻生产过程的进行和自由锻件的检验锻锻 件件 名名 称称工工 艺艺 类类 别别 锻锻 造造 温温 度度 范范 围围设设 备备材材 料料 加加 热热 火火 次次齿齿 轮轮 坯坯自自 由由 锻锻120080065 Kg Kg空气锤空气锤45钢钢1 锻锻

18、件件 图图 坯坯 料料 图图 序序号号 工序名称工序名称工序简图工序简图使用工具使用工具操作要点操作要点1局部镦粗局部镦粗 火钳火钳 镦粗漏盘镦粗漏盘 控制镦粗后的高度为控制镦粗后的高度为45mm 典型锻件的自由锻工艺示例典型锻件的自由锻工艺示例Label1序序号号 工序名称工序名称工序简图工序简图使用工具使用工具操作要点操作要点2冲孔冲孔 火钳火钳 镦粗漏盘镦粗漏盘 冲子冲子 冲孔漏盘冲孔漏盘 （1）注意冲子对中）注意冲子对中（2）采用双面冲孔）采用双面冲孔 3修整外圆修整外圆 火钳火钳 冲子冲子边轻打边修整，消除边轻打边修整，消除外圆鼓形，外圆鼓形， 并达到并达到921 mm LabelL

19、abel1Label1序序号号 工序名称工序名称工序简图工序简图使用工具使用工具操作要点操作要点4修整平面修整平面火钳火钳 镦粗漏盘镦粗漏盘 轻打使锻件厚度达到轻打使锻件厚度达到 451mm Label15零件结构的自由锻工艺性零件结构的自由锻工艺性 自由锻件的设计应尽可能简单、平直、对称自由锻件的设计应尽可能简单、平直、对称Label1 6自由锻工艺设计示例自由锻工艺设计示例 零件结构分析零件结构分析 绘制锻件图绘制锻件图 确定变形工序确定变形工序 拔长拔长切肩切肩锻台阶锻台阶 计算坯料质量和尺寸计算坯料质量和尺寸 2模锻模锻 定义定义: 利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。利用模具使毛坯变形

20、获得锻件的方法。 设备设备: 蒸汽蒸汽空气模锻锤、锻造压力机、螺旋空气模锻锤、锻造压力机、螺旋 压力机和平锻机等压力机和平锻机等变形特点：变形特点：整体成形、逐步逼近整体成形、逐步逼近生产特点生产特点: 产品形状复杂、锻造流线分布合产品形状复杂、锻造流线分布合 理、加工余量小；表面质量较好；理、加工余量小；表面质量较好； 生产率高生产率高 应用应用: 主要用于中、小型件的成批、大量生产主要用于中、小型件的成批、大量生产(1) 锤上模锻锤上模锻 1）锤模锻锤模锻 在锻锤上进行的模锻在锻锤上进行的模锻 Label1q 锤模锻时，金属的变形是在模具的各个模膛中依次锤模锻时，金属的变形是在模具的各个模

21、膛中依次完成的，在每个模膛中的锻打变形称为一个工步。完成的，在每个模膛中的锻打变形称为一个工步。 锻锻 模模 模模 膛膛制坯模膛制坯模膛模锻模膛模锻模膛使坯料金属按模锻件的形状合理使坯料金属按模锻件的形状合理分布，以利于随后在模锻模膛中分布，以利于随后在模锻模膛中成形成形预锻模膛预锻模膛终锻模膛终锻模膛使坯料接近锻件形状使坯料接近锻件形状和尺寸，以使金属易和尺寸，以使金属易于充满终锻模膛于充满终锻模膛最终获得锻件的形状最终获得锻件的形状和尺寸和尺寸和锻件相比，多了冲和锻件相比，多了冲孔连皮和飞边槽孔连皮和飞边槽特点：特点：锤模锻是我国应用最多的一种模锻方法锤模锻是我国应用最多的一种模锻方法工作

22、时振动和噪音大，生产效率较低工作时振动和噪音大，生产效率较低锤击力及行程可变动，可锻造多种类型锤击力及行程可变动，可锻造多种类型的锻件，设备费用较低的锻件，设备费用较低工艺适应性强，可用于多种变形工步工艺适应性强，可用于多种变形工步 3.3.2 锤模锻工艺设计锤模锻工艺设计 (P125) 1锻件图绘制锻件图绘制 (1) 确定分模面确定分模面 保证取出保证取出利于发现错移利于发现错移利于金属充填利于金属充填尽量减少余块尽量减少余块 尽量采用平面尽量采用平面 Label1(2) 确定余块确定余块 窄槽、小孔和妨碍锻件取出的横向孔窄槽、小孔和妨碍锻件取出的横向孔 需要锻出的孔内须留冲孔连皮需要锻出的

23、孔内须留冲孔连皮 (3) 确定机械加工余量和锻件公差确定机械加工余量和锻件公差 凡需切削加工的表面均应凡需切削加工的表面均应有有 机械加工余量机械加工余量 ，所有配合所有配合 尺寸均应给出锻造公差尺寸均应给出锻造公差 。(4) 确定模锻斜度确定模锻斜度 锻件上垂直于分模面的表锻件上垂直于分模面的表 面需带一定斜度面需带一定斜度 外壁斜度通常为外壁斜度通常为57， 内壁斜度通常为内壁斜度通常为710。 (5) (5) 确定圆角半径：确定圆角半径： 锻件上的转角处须采用圆角锻件上的转角处须采用圆角， 凸圆角半径凸圆角半径为为r ，凹圆角半径为凹圆角半径为R =(2=(23)3)r 齿轮锻件图齿轮锻

24、件图 未注公差：未注公差： 水平水平 +1.75 -1.75 高度高度 +1.5 -0.75未注圆角：未注圆角：R2.52模锻工步选择模锻工步选择 主要根据模锻方法和主要根据模锻方法和 模锻件的结构形状确定模锻件的结构形状确定 盘类：盘类： 镦粗、（预锻）、镦粗、（预锻）、 终锻终锻直轴类：直轴类：拔长、滚压、拔长、滚压、 （预锻）、终锻（预锻）、终锻 弯轴类：弯轴类：拔长、滚压、拔长、滚压、 弯曲、（预锻）、弯曲、（预锻）、 终锻终锻3修整工序修整工序 切边切边：通常用热切边通常用热切边 (2) 冲连皮：冲连皮：一般和切边同时进行一般和切边同时进行 (3) 校正：校正： 提高锻件形状精度提高

25、锻件形状精度 (4) 热处理和清理：热处理和清理： 正火或退火正火或退火 清除锻件表面清除锻件表面 缺陷或氧化皮缺陷或氧化皮 4零件结构的模锻工艺性零件结构的模锻工艺性 应有合理的分模面应有合理的分模面 (2)(2)应有合适的结构斜度应有合适的结构斜度 和圆角和圆角(3)(3)避免高肋、薄壁、细避免高肋、薄壁、细 深孔及多孔结构深孔及多孔结构(4)(4)采用锻采用锻- -焊、锻焊、锻- -螺纹连螺纹连接等组合结构接等组合结构 5模锻工艺设计示例模锻工艺设计示例 未注公差：未注公差：水平水平 +2.5 -1.5 高度高度 +2.0 -1.75未注圆角：未注圆角： R2.5原零件图改后零件图锻件图

26、 2）胎模锻：）胎模锻： 在自由锻设备上使用可移动模具生产在自由锻设备上使用可移动模具生产 模锻件的锻造方法。模锻件的锻造方法。 模具简单，工艺灵活；可锻出各类锻件且可进行无模具简单，工艺灵活；可锻出各类锻件且可进行无飞边模锻；可锻出有侧向凹档或无模锻斜度的锻件。飞边模锻；可锻出有侧向凹档或无模锻斜度的锻件。 劳动强度大，模具寿命低、生产效率低，常需多次劳动强度大，模具寿命低、生产效率低，常需多次加热且锻件表面质量较差。加热且锻件表面质量较差。 多在无模锻设备时采用，用于锻件的中、小批量生产多在无模锻设备时采用，用于锻件的中、小批量生产 1 1）轴套胎模锻）轴套胎模锻v 胎模锻工艺示例：胎模锻

27、工艺示例：Label12）双联齿轮胎模锻）双联齿轮胎模锻Label1 3）阀体胎模锻工艺方案阀体胎模锻工艺方案工艺简图工艺简图1 工艺简图工艺简图2(2) 锻造压力机模锻锻造压力机模锻 1）液压机模锻：）液压机模锻： 模锻液压机是用模锻液压机是用 高压液体（通常高压液体（通常 为水或油）来驱为水或油）来驱 动安装在活动横动安装在活动横 梁上的锻模进行梁上的锻模进行 模锻的模锻的 变形速率低，变变形速率低，变形深、透，利于锻形深、透，利于锻造塑性差的金属；噪音低，可模锻形状较复杂的大型造塑性差的金属；噪音低，可模锻形状较复杂的大型锻件；适用于航空工业中铝、镁合金模锻件的生产。锻件；适用于航空工业

28、中铝、镁合金模锻件的生产。 2）锻压机）锻压机模锻：模锻： 锻压机即热锻压机即热模锻机械压力模锻机械压力机，是通过曲机，是通过曲柄连杆机构使柄连杆机构使滑块往复运动滑块往复运动进行模锻的进行模锻的 锻件精度高；锻件精度高；变形较均匀且变形较均匀且生产效率高；锻件的模锻斜度小；利于提高金属塑性；生产效率高；锻件的模锻斜度小；利于提高金属塑性；可采用组合式模；锻模成本较低且易于修复；需另行可采用组合式模；锻模成本较低且易于修复；需另行制坯制坯 3）平锻机模锻：）平锻机模锻： 平锻机是具平锻机是具有镦锻有镦锻滑块和滑块和夹紧滑块的卧夹紧滑块的卧式机械压力机式机械压力机 锻件质量好、锻件质量好、生产效

29、率高、生产效率高、振动和噪音小振动和噪音小 有两个分模面，有两个分模面，可锻出在可锻出在两个方向上均有凹坑或凹档的锻件。用于带头杆件和空两个方向上均有凹坑或凹档的锻件。用于带头杆件和空心件的大批、大量生产，如汽车半轴、齿轮等心件的大批、大量生产，如汽车半轴、齿轮等 (3) 螺旋压力机螺旋压力机模锻：模锻：螺旋压力机是螺旋压力机是靠主螺杆的旋靠主螺杆的旋转带动滑块上、转带动滑块上、下运动，向上下运动，向上实现回程，向实现回程，向下进行锻打的下进行锻打的压力机压力机 有锻锤和压力有锻锤和压力机的双重特性，机的双重特性，工艺适应性强；工艺适应性强；可采用可采用组合式模组合式模 , ,锻件的精度高；但

30、需在其它设备上制坯锻件的精度高；但需在其它设备上制坯 3.2.2 冲压冲压 使板料在模具（冲模）内经分离或成形而得到使板料在模具（冲模）内经分离或成形而得到 制件的工艺统称。制件的工艺统称。 通常在冷态下进行，称冷冲压。通常在冷态下进行，称冷冲压。 冲压件轻、薄、刚度好，形状可较复杂；冲压件轻、薄、刚度好，形状可较复杂；质量稳定，表面光洁；质量稳定，表面光洁；操作简便，生产率和材料利用率高；操作简便，生产率和材料利用率高；需专用设备和模具，生产批量小时不够经济。需专用设备和模具，生产批量小时不够经济。制造各种尺寸和精度的制件。制造各种尺寸和精度的制件。v 大部分板材、管材及型材需通过冲大部分板

31、材、管材及型材需通过冲压加工压加工 1冲裁冲裁 利用冲模使板料沿封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离利用冲模使板料沿封闭或不封闭的轮廓线与坯料分离 (1) 冲裁变形过程：冲裁变形过程： 弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 剪裂分离剪裂分离 冲裁可直接生产具有一定平面形状的零件或为冲裁可直接生产具有一定平面形状的零件或为其它冲压工序准备毛坯其它冲压工序准备毛坯小间隙小间隙 中等间隙中等间隙 大间隙大间隙 (2) 冲裁间隙：冲裁间隙： 凹模与凸模工作部分水平投影尺寸之差，用符凹模与凸模工作部分水平投影尺寸之差，用符 号号Z表示表示小间隙小间隙 中等间隙中等间隙 大间隙大间隙 Label1Label1La

32、bel1Label1(3) 排样：冲裁件在板料或带料上的布置方法。排样：冲裁件在板料或带料上的布置方法。 合理的排样有利于简化模具结构、提高材料利合理的排样有利于简化模具结构、提高材料利用率和冲裁件质量，且操作方便、生产率高用率和冲裁件质量，且操作方便、生产率高 (4) 提高冲裁质量的冲压工艺：提高冲裁质量的冲压工艺： 当冲裁件剪断面用作工作表面或配合表面时，常当冲裁件剪断面用作工作表面或配合表面时，常采用整修、挤光、精密冲裁等工艺以提高冲裁件质量采用整修、挤光、精密冲裁等工艺以提高冲裁件质量 2弯曲弯曲 (1) 弯曲变形过程：变形区外侧受拉，内侧受压，弯曲变形过程：变形区外侧受拉，内侧受压，

33、 越接近表面，应力越大。当应力达到屈服强度时，越接近表面，应力越大。当应力达到屈服强度时，出现塑性变形，并由内、外两侧向中心扩展，最终出现塑性变形，并由内、外两侧向中心扩展，最终达到塑性弯曲达到塑性弯曲 (2) 最小弯曲半径：最小弯曲半径： 坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的坯料弯曲时最外层纤维濒于拉裂时内表面的 弯曲半径弯曲半径 生产中常用其相对值（生产中常用其相对值（rmin/ ）表示弯曲时的）表示弯曲时的成形极限。其相对值越小，板料允许的弯曲程度越成形极限。其相对值越小，板料允许的弯曲程度越大。大。 材料的塑性越好，材料的塑性越好，rmin/ 值越小；弯曲线与材值越小；弯曲线与材料纤

34、维方向垂直时的料纤维方向垂直时的rmin/ 值较平行时的值较平行时的rmin/ 值值小。低碳钢板的小。低碳钢板的rmin值一般为值一般为（0.21.2） ，碳含量，碳含量较低或弯曲线与流纹方向垂直时取较小值。较低或弯曲线与流纹方向垂直时取较小值。 (3) 回弹：回弹： 外载荷去除后，形状和尺寸发生与加载时变形方外载荷去除后，形状和尺寸发生与加载时变形方向相反的变化，从而消去一部分弯曲变形效果的现向相反的变化，从而消去一部分弯曲变形效果的现象称为回弹。象称为回弹。卸载后的回弹卸载后的回弹-回弹造成的形状、尺寸变化是弯曲的主要缺陷。回弹造成的形状、尺寸变化是弯曲的主要缺陷。 (4) (4) 弯曲的

35、分类和应用弯曲的分类和应用 1）压弯：压弯：回弹量较大，工艺适应性强回弹量较大，工艺适应性强 2 2）拉弯：拉弯：回弹量较小，常用于弯曲半径较大的制件回弹量较小，常用于弯曲半径较大的制件 3 3）辊弯：辊弯：工艺较简便，通过仿形或自控，可卷制任工艺较简便，通过仿形或自控，可卷制任 意柱面意柱面 3拉深拉深 使板料（或浅的空心坯）使板料（或浅的空心坯）成形为空心件（或深的空心成形为空心件（或深的空心件）而厚度基本不变的加工件）而厚度基本不变的加工方法。方法。 (1) 拉深变形过程：拉深变形过程： 将直径将直径D D0 0的平板坯料的平板坯料拉深成高度拉深成高度h h、直径、直径d d的制的制件时

36、，坯料凸缘部分的扇件时，坯料凸缘部分的扇形单元经形单元经切向压缩切向压缩和和径向径向拉长拉长而逐渐变形为筒壁上而逐渐变形为筒壁上的长方形单元。的长方形单元。 (2) (2) 拉深系数：拉深系数：拉深变形后制件直径与其毛坯直径之比拉深变形后制件直径与其毛坯直径之比 m = =d d/ /D D0 0。(mn=dn/ /dn-1 ) m值越小，板料的变形程度就越大，越易拉裂。值越小，板料的变形程度就越大，越易拉裂。 保证不拉裂的拉深系数最小值称为极限拉深系数保证不拉裂的拉深系数最小值称为极限拉深系数 无凸缘筒形件拉深时的极限拉深系数一般为无凸缘筒形件拉深时的极限拉深系数一般为0.50.50.80.

37、8 坯料相对厚度坯料相对厚度h h/ /D D0 0较大时取较小值较大时取较小值 多次拉深时，后续各次拉深的极限拉深系数应取较大值。多次拉深时，后续各次拉深的极限拉深系数应取较大值。 Label1(3) 拉深缺陷拉深缺陷 1）拉裂：拉裂：拉深时拉深时, ,筒壁与底部筒壁与底部 的转角处破裂的现象的转角处破裂的现象 防裂措施：防裂措施：控制拉深系数（多次拉控制拉深系数（多次拉) ) 加大凸、凹模圆角，加大凸、凹模圆角， 加大拉深间隙加大拉深间隙 加强润滑加强润滑 2）起皱：起皱：相对厚度较小时，毛相对厚度较小时，毛 坯失稳形成折皱的现象坯失稳形成折皱的现象防皱措施：防皱措施：采用压边装置采用压边

38、装置 拉深间隙不应过大拉深间隙不应过大 拉深系数不应过小拉深系数不应过小4其它冲压成形工艺其它冲压成形工艺 缩口：缩口：将管件或空心制件的将管件或空心制件的 端部径向尺寸缩小端部径向尺寸缩小起伏：起伏：在产品表面上获得各在产品表面上获得各 种形状的凸起与凹陷种形状的凸起与凹陷翻边：翻边：在板料上冲制出竖直在板料上冲制出竖直 边缘的成形方法边缘的成形方法 胀形：胀形：使板料或空心坯料局使板料或空心坯料局 部尺寸增大部尺寸增大 实用冲压件随形状的不同，往实用冲压件随形状的不同，往往需多种工艺方法配合使用。往需多种工艺方法配合使用。q 3.3.3 冲压工艺设计冲压工艺设计 (p131)1冲裁工艺设计

39、冲裁工艺设计 冲裁模刃口尺寸冲裁模刃口尺寸冲孔冲孔 d d凸凸Dmax 落料落料 D凹凹dmin 间隙间隙 Z ZZ Zmin 2弯曲工艺设计弯曲工艺设计 (1)(1)凸模圆角半径取等于或略小凸模圆角半径取等于或略小于工件内侧圆角半径于工件内侧圆角半径 r (2) (2)回弹角回弹角 模具上预补偿模具上预补偿(3)(3)弯曲件毛坯长度计算弯曲件毛坯长度计算 L L0 0 = = l0 0 + + l1 1 + + l2 2 )(1801800 xrl 3拉深工艺设计拉深工艺设计 （1）毛坯直径计算：毛坯直径计算： 依据：依据：拉深件与毛坯拉深件与毛坯 表面积相等表面积相等 (2) 拉深次数确定

40、：拉深次数确定： m m总总= m1m2mn 且且m1 m1, m2m2 当其乘积等于或略小于当其乘积等于或略小于m m总总 时即可知拉深次数，时即可知拉深次数， 同时，还可计算出各次拉深的半成品尺寸同时，还可计算出各次拉深的半成品尺寸 d d1 1 m1D0 d d2 2 m2d1 m1m2D0 (3) 拉深间隙拉深间隙 Z： 拉深模具中凸凹模之间的单边径向间隙拉深模具中凸凹模之间的单边径向间隙 Z值一般取值一般取( (1.11.2) (4) 凸、凹模直径：按尺寸标注情况选取基准模凸、凹模直径：按尺寸标注情况选取基准模 4 4冲压工序选择冲压工序选择 (1) (1) 工序类型：工序类型：根据

41、冲压件的形状、尺寸等确定根据冲压件的形状、尺寸等确定 （冲孔）、落料、（冲孔）、落料、（切口）、（起伏）（切口）、（起伏） 落料、弯曲、（冲孔）落料、弯曲、（冲孔）落料、拉深、（冲孔）落料、拉深、（冲孔） 落料、拉深、胀形落料、拉深、胀形 落料、冲孔、翻孔落料、冲孔、翻孔 落料、拉深、冲底孔、翻边落料、拉深、冲底孔、翻边 (2) 工序顺序：工序顺序： 根据零件的结构形状和模具类型确定根据零件的结构形状和模具类型确定1）带孔平板件）带孔平板件： 用单工序模时先落料后冲孔，用单工序模时先落料后冲孔， 用连续模时则须先冲孔后落料用连续模时则须先冲孔后落料 2）带孔的弯曲件或拉深件：）带孔的弯曲件或拉

42、深件： 孔位于或接近于变形区，应孔位于或接近于变形区，应 先弯曲或拉深后再冲孔先弯曲或拉深后再冲孔 3）形状复杂的弯曲件：）形状复杂的弯曲件： 先两端，后中间先两端，后中间5模具选择模具选择(1) 模具类型的选择：模具类型的选择： 1）单工序模：）单工序模：结构简单，易于制造和维修，适用面广，生产率低结构简单，易于制造和维修，适用面广，生产率低 2）连续模：）连续模： 压力机的一次行程中，在模具的不同位置上同时完成数压力机的一次行程中，在模具的不同位置上同时完成数道冲压工序的模具道冲压工序的模具 生产率高，易于机械化、自动化生产率高，易于机械化、自动化 ，但制件精度较低但制件精度较低 3）复合

43、模：）复合模： 压力机的一次行程压力机的一次行程中，在模具的同一位置完成两中，在模具的同一位置完成两道或两道以上工序的模具道或两道以上工序的模具 结构紧凑，结构紧凑，加工精度高，加工精度高，制造复杂，制造复杂，成本高成本高 (2) 模具结构的选择：模具结构的选择： 镶块式模镶块式模 柔性模柔性模 低熔点合金模低熔点合金模 高精度冲模高精度冲模 硬质合金冲模硬质合金冲模 6零件结构的冲压工艺性零件结构的冲压工艺性 合理选材：合理选材：选用价格较低的材料；利用边脚余料；选选用价格较低的材料；利用边脚余料；选 用塑性成形性好的材料；薄板代替厚板用塑性成形性好的材料；薄板代替厚板 (2) 合适的精度合

44、适的精度 精度要求不超过精度要求不超过IT8IT10； 和表面质量：和表面质量： 表面质量要求不超过原材料的质量表面质量要求不超过原材料的质量 (3) 冲压件的形状和尺寸：冲压件的形状和尺寸： 1 1）形状尽可能简单、对称）形状尽可能简单、对称 2 2）圆弧过渡、避免锐角）圆弧过渡、避免锐角 3 3）注意孔形、孔径、孔位）注意孔形、孔径、孔位(4) 采用组合工艺或切口工艺：采用组合工艺或切口工艺：形状复杂件和大件可采用冲形状复杂件和大件可采用冲-焊、冲焊、冲-铆、冲铆、冲-螺纹连接等组合工艺螺纹连接等组合工艺 7冲压工艺设计示例冲压工艺设计示例 零件结构分析：零件结构分析： 孔边距偏小孔边距偏

45、小, ,宜加大宜加大 (2) 冲裁间隙：冲裁间隙： 取大间隙取大间隙 Z/2=(10%Z/2=(10%12.5%)12.5%)， 故故 Z=0.30Z=0.300.38mm0.38mm。 (3) 模具刃口尺寸：模具刃口尺寸： 落料模落料模 ：D凹凹（Dmin）=33.2 D凸凸（D凹凹-Zmin）=32.9 冲孔模冲孔模： d凸凸（dmax）=26.7 d凹凹（d凸凸+Zmin）=27 凹00凸0凸凹0(4) 冲压工序选择冲压工序选择 工序类型：冲孔和落料工序工序类型：冲孔和落料工序 工序顺序：先冲孔后落料工序顺序：先冲孔后落料 (5) 模具类型：模具类型：精度要求不高且为大批量生产，采用连续

46、模精度要求不高且为大批量生产，采用连续模 q 3.2.3 轧制轧制 材料在旋转轧辊的作用下，产生连材料在旋转轧辊的作用下，产生连 续塑性变形获得产品续塑性变形获得产品 1纵轧纵轧 2斜轧斜轧 3横轧横轧 楔横轧楔横轧 齿轮轧制齿轮轧制 辗环辗环 特点：轧制时坯料连续产生局部变形，所需设备吨位特点：轧制时坯料连续产生局部变形，所需设备吨位 小，环境噪声小，生产效率高；材料消耗少，小，环境噪声小，生产效率高；材料消耗少， 制件纤维连续分布，力学性能好。制件纤维连续分布，力学性能好。 q 3.2.4 挤压挤压 坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用，坯料在封闭模腔内受三向不均匀压应力作用，从模具的孔

47、口或缝隙挤出成为所需制品的加工方法从模具的孔口或缝隙挤出成为所需制品的加工方法 正挤压正挤压 反挤压反挤压 复合挤压复合挤压 径向挤压径向挤压 特点：生产率高，材料消耗少，制件形状复杂、精特点：生产率高，材料消耗少，制件形状复杂、精 度高力学性能好；金属处于三向压应力状态，度高力学性能好；金属处于三向压应力状态， 利于提高塑性，但变形力较大，模具寿命低。利于提高塑性，但变形力较大，模具寿命低。 3.2.5 其它塑性成形方法其它塑性成形方法 1柔性模成形柔性模成形 橡皮成形橡皮成形 液压成形液压成形 液压橡皮囊成形液压橡皮囊成形 特点：适应性强，模具简单、通用；坯料定位准确，特点：适应性强，模具

48、简单、通用；坯料定位准确， 拉深系数可较小；制件壁厚均匀、不易起皱，拉深系数可较小；制件壁厚均匀、不易起皱， 精度较高，表面不易擦伤。多数软模成形方法精度较高，表面不易擦伤。多数软模成形方法 适用于冲压生产中成形形状复杂件和深筒件适用于冲压生产中成形形状复杂件和深筒件 2摆动辗压摆动辗压 上模的轴线与被辗压工件（放在下模）的轴线倾斜一个角度，上模的轴线与被辗压工件（放在下模）的轴线倾斜一个角度， 模具一面绕轴心旋转，一面对坯料进行压缩（每一瞬时仅压模具一面绕轴心旋转，一面对坯料进行压缩（每一瞬时仅压 缩坯料横截面的一部分）的加工方法缩坯料横截面的一部分）的加工方法 特点：特点：变形力小，所需设

49、备吨位小；制品精度高、表面光洁，变形力小，所需设备吨位小；制品精度高、表面光洁， 易于成形薄盘形件；易于实现机械化，无冲击、低噪易于成形薄盘形件；易于实现机械化，无冲击、低噪 声，劳动条件好。但设备复杂且结构刚度要求高声，劳动条件好。但设备复杂且结构刚度要求高 3径向锻造径向锻造 对轴向旋转送进的棒料或管料施加径向脉冲打对轴向旋转送进的棒料或管料施加径向脉冲打 击力，锻成沿轴向具有不同横截面制件击力，锻成沿轴向具有不同横截面制件特点：金属处于三向压应力下的高速多向局部成形，特点：金属处于三向压应力下的高速多向局部成形， 可锻造低塑性的材料；工具简单、成本低，可可锻造低塑性的材料；工具简单、成本低，可 用于各种批量生产；可锻多种截面形状，制件用于各种批量生产；可锻多种截面形状，