塑性成形的特点与基本生产方式

第3章塑性成形概述塑性成形：对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变形状、尺寸及改善性能，以得到工件或毛坯的成形加工方法。

金属塑性成形中作用在金属坯料上的外力主要有两种：冲击力和压力。锤类设备产生冲击力使金属变形，轧机和压力机对金属坯料施加静压力使金属变形。一、塑性成形的特点：1.优点①力学性能高；②材料利用率高；③生产率高；④适用范围广。2.缺点①锻件精度不高，表面质量不好；②劳动条件不好。二、塑性成形的基本生产方式：1.锻造2.板料冲压3.轧制4.拉拔5.挤压三、各种方法的适用场合：锻造：生产各种重要的，承受重载荷的零件毛坯，如：机床主轴、齿轮、炮筒、枪管、起重机吊钩等。冲压：加工板料、垫圈、铆钉、支架、合页等。轧制、拉拔、挤压：板材、管材和线材。1.冷变形强化（加工硬化）：冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的强度、硬度↑，塑性和韧性↓。

利弊：提高强度，但塑性下降，进一步加工造成困难，需中间退火处理。纯金属、A体不锈钢、形变铝合金的强化，用冷轧、冷挤、冷拔或冷冲压加工。常温下塑性变形对低碳钢力学性能的影响

加工硬化锻造比与锻造流线

1.

锻造流线与金属的变形程度密切相关，锻造流线的化学稳定性很高。只有经过锻压才能改变它的方向和形状，用热处理或其他方法不能消除或改变。2.锻造流线在平行流线方向塑性和韧性↑，而在垂直流线方向上塑性和韧性↓。

3.设计制造零件时，应不破坏锻造流线

。

五、金属的的锻造性能能金属的锻造造性能：金属材料料通过塑性性加工获得得优质零件件的难易程度。。塑性变形抗力目标标：：衡量指标：：塑性性好好变形形抗抗力力小小影响响锻锻造造性性能能的的因因素素：：(1)金金属属本本质质(2)变变形形条条件件细晶晶粒粒好好，，粗粗晶晶粒粒差差金属属碳碳化化物物差差内部部组组织织化学学成成分分纯金金属属锻锻造造性性能能好好合金金差差纯金金属属、、固固溶溶体体可可锻锻性性好好1.金属属本本质质的的影影响响碳钢钢，，含含碳碳量量越越少少，，锻锻造造性性能能越越好好硫、、磷磷含含量量越越少少，，可可锻锻性性越越好好2.变形形条条件件的的影影响响（1））变变形形温温度度适当当高高温温利利于于锻锻造造温度度过过高高产产生生在始始锻锻与与终终锻锻温温度度之之间间过烧烧过热热脱碳碳氧化化缺陷陷碳钢钢的的锻锻造造温温度度（2））变变形形速速度度：：双重重影影响响变形形速速度度对对塑塑性性及及变变形形抗抗力力的的影影响响示示意意图图（3））应应力力状状态态：：压应应力力数数目目多多，，塑塑性性好好挤压压时时金金属属应应力力状状态态拉拔拔时时金金属属应应力力状状态态3.1.1锻锻造造一、、自自由由锻锻play利用用冲冲击击力力或或压压力力使使金金属属在在上上下下两两个个砥砥铁铁之之间间产产生生变变形形，，从从而而获获得得所所需需形形状状及及尺尺寸寸的的锻锻件件。。坯料料不不受受模模具具限限制制，，锻锻件件形形状状尺尺寸寸由由锻锻工工技技术术保保证证，，对对锻锻工工技技术术水水平平要要求求水水平平高高；；锻锻件件重重量量小小到到1KG以以下下，，大大到到数数百百吨吨；；用用于于单单件件、、小小批批生生产产；；生生产产大大型型锻锻件件唯唯一一方方法法。。3.1塑性性成成形形方方法法1.自自由由锻锻使使用用的的设设备备锻锤锤：：空空气气锤锤、、蒸蒸汽汽-空空气气锤锤，，利利用用冲冲击击力力。。压力力机机：：水水压压机机，，利利用用压压力力来来锻锻打打工工件件。。2.自自由由锻锻工工序序基本本工工序序：：镦粗粗、拔长长、冲冲孔孔、、弯曲曲、扭扭曲曲、、错错移移等等辅助助工工序序：：切切肩肩、、压压钳钳口口等等精整整工工序序：：去去氧氧化化皮皮、、整整形形等等3.自自由由锻锻的特特点点及及应应用用工艺艺灵灵活活，，工工具具简简单单工艺艺范范围围大大生产产率率低低、、劳劳动动强强度度大大、、对对工工人人技技术术要要求求高高锻件件精精度度低低、、锻锻件件形形状状简简单单二、、模模锻锻在冲冲击击力力或或压压力力作作用用下下，，金金属属坯坯料料在在锻锻模模模模膛膛内内变变形形从从而而获获得得锻锻件件的的工工艺艺方方法法。。二、、模模锻锻play（一一））.特特点点与自自由由锻锻相相比比，，模模锻锻具具有有如如下下优优点点：：①操操作作技技术术要要求求不不高高，，但但生生产产效效率率高高；；②锻锻件件尺尺寸寸和和形形状状精精确确，，加加工工余余量量小小；；③能能锻锻造造形形状状较较为为复复杂杂的的锻锻件件，，一一般般外外形形不不必必简简化化；；④成本高高，大批批量生产产。按使用的的设备不不同，模模锻可分分为锤上上模锻、、胎膜锻锻和压力力机上模模锻等。。（二）.锤上模模锻（1）锤锤上模锻锻设备：：锤上模模锻所用用设备有有蒸汽—空空气锤、高速锤锤等。（2）锻锻模结构构：锤上上模锻所所用的锻锻模都由由上模和和下模组组成。如如图所示示。（2）锻锻模结构构1-锤头头2-上上模3-飞飞边槽4-下模5-模垫6、7、、10-紧固楔楔铁8-分模面面9-模膛（3）模模膛分类类模膛模锻模膛制坯模膛拔长模膛终锻模膛预锻模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛终锻模膛膛预锻模膛膛预锻模膛膛与终锻锻模膛区区别是：：前者的的圆角和和斜度较较大，没没有飞边边槽，精精度低拔长模膛膛作用：减减少坯料料某部分分的横截截面积，，增加长长度。滚压模膛膛作用：减减少坯料料某部分分的横截截面积，，增加另另一部分分横截面面积。弯曲模膛膛作用：用用于使坯坯料弯曲曲。切断模模膛作用：：靠上上、下下模的的角部部组成成一对对刀口口切断断金属属。（三））、胎胎模锻锻在自由由锻设设备上上使用用简单单锻模模（胎胎模））来生生产模模锻件件。模膛不不是固固定在在锻锤锤上，，设备备简单单，适适于中中小厂厂。1、与与自由由锻相相比，，胎膜膜锻件件有如如下特特点：：①操作作简便便，生生产率率高；；②锻件件形状状准确确，尺尺寸精精度较较高，，因而而，锻锻件敷敷料少少，机机械加加工余余量少少；③锻件件内部部组织织致密密，纤纤维分分布更更符合合性能能要求求。（三））、胎胎模锻锻2、与与模锻锻相比比，胎胎膜模模锻又又有如如下特特点：：①胎膜膜模锻锻不需需采用用昂贵贵设备备，且且扩大大了自自由锻锻设备备的生生产范范围；；②胎膜膜锻可可以局局部成成形，，故可可用较较小设设备锻锻制较较大的的模锻锻件；；③胎膜膜锻锻锻模结结构简简单，，容易易制造造，成成本低低。但胎膜膜锻件件的尺尺寸精精度不不如模模锻件件高，，生产产率较较低，，模具具寿命命短，，胎膜膜锻适适合于于中小小批量量的锻锻件生生产中中。3.胎模锻锻的种种类（1）扣模模：来来生产产长杆杆，非非回转转体锻锻件。。（2）套筒模：：锻模模为圆圆筒形形，生生产齿齿轮、、法兰兰、盘盘等。。（4））合模模：由由上模模和下下模组组成。。精密模模锻play锻压生生产线线play塑性成成形作作业一一1.自由由锻和和模锻锻的特特点和和应用用范围围有什什么不不同？？2.预锻锻模膛膛和终终锻模模膛的的作用用是什什么？？二者者在结结构构上有有何区区别？？板料冲冲压是是利用用装在在冲床床上的的设备备（冲冲模））使板板料产产生分离或变形的一种种塑性性成形形方法法。它它主要要用于于加工工板料料（10mm以以下，，包括括金属属及非非金属属板料料）类类零件件,故故称为为板料料冲压压。3.1.2板板料冲冲压1、概概念概述2.设备play冲压常常用的的设备备有剪床和冲床等。剪床冲床冲压设设备3.板板料冲冲压的的特点点①生生产率率高（（靠模模具设设备成成形，，操作作简便便，易易实现现“两两化””）②可可成形形复杂杂形状状的制制件,而而且废废料少少，材材料利利用率率高③制制件尺尺寸精精度高高、表表面质质量好好、互互换性性好,不需需机加加工④制制件强强度高高、刚刚性好好、重重量轻轻⑤加加工成成本低低⑥冲冲模制制造复复杂，，成本本高将冲压压件与与板料料按要要求的的轮廓廓线分分离的的工序序，如如剪切切、落落料、、冲孔孔。落落料和和冲孔孔总称称为冲裁。1、分分离工工序分离工序：落料、冲孔、切断、切口变形工序：弯曲、拉深、翻边、成形一.板板料冲冲压的的基本本工序序冲裁变变形过过程演演示①弹弹性变变形阶阶段②塑塑性变变形阶阶段③断断裂阶阶段（1））冲裁裁变形形的特特点及及应力力分析析（2））冲裁裁件断断裂面面①蹋蹋角带带②光光亮带带：表表面光光滑,断面面质量量最好好。③剪剪裂带带：表表面粗粗糙,略带带斜度度。④毛毛刺：：微裂裂纹出出现时时产生生,冲冲头继继续下下行时时被拉拉长。。(3)整修外缘修修整内孔修修整切断用剪刃刃或冲冲模将将板料料沿不不封闭闭轮廓廓进行行分离离的工工序。。切口材料沿沿不封封闭曲曲线部部分地地分离离开，，其中中分离离部分分的材材料弯弯曲的的工序序。1）.变变形特特点及及应力力分析析①靠靠近曲曲率中中心一一侧（（内层层）：：切切向受受压应应力，，产生生压缩缩变形形；②远远离曲曲率中中心一一侧（（外层层）：：切向向受拉拉应力力，产产生伸伸长变变形。。③中中性层层不变变（切切向应应力为为0））。2.弯曲利用弯弯曲模模使工工件轴轴线弯弯成一一定角角度和和曲率率的工工序。。①回回弹弹（弹弹复））当外力力去除除后,毛毛坯的的塑性性变形形保留留下来来,而而弹弹性变变形完完全消消失,使使其形形状和和尺寸寸都发发生与与加载载时变变形方方向相相反的的变化化。这这种现现象称称为回回弹。措施：：加强肋肋，增增加刚刚度；；根据回回弹角角，设设计弯弯曲模模。2）.弯弯曲时时容易易出现现的问问题②裂纹纹板料越越厚，，内弯弯曲半半径越越小，，拉应应力越越大，，越容容易弯弯裂。。故变变形程程度不不能过过大，，rmin=(0.25～～1)t。。弯曲线线与材材料的的纤维维线垂垂直时时,允允许的的rmin较小；；若弯弯曲线线与纤纤维线线平行行（重重合））时,则则易易开裂裂。2）.弯弯曲时时容易易出现现的问问题平板材材料通通过塑塑性变变形而而制成成的中中空筒筒形零零件的的工序序。3.拉深深拉深毛坯凸凸缘部部分材材料逐逐渐转转移到到筒壁壁部分分的过过程。。1）.拉深变变形过过程及及应力力分析析（1））拉拉深工工艺特特点：：凸模与与凹模模和冲冲裁时时不同同,转转角角处为为圆角角，且且Z≥≥t(料厚厚)。。一般般Z=(1.1～1.2)t。（2））应应力及及变形形分析析：①直直壁部部分（（高度度为ＨＨ）：：变形形区；；②②底底部（（直径径为ｄｄ）：：不变变形区区。③③直直壁壁部分分应力力状态态：切切向受受压,径径向向受拉拉。1）.拉深变变形过过程及及应力力分析析筒壁与与筒底底之间间的过过渡圆圆角处处壁厚厚减薄薄的最最严重重，是是拉深深件中中最薄薄弱的的部位位。1）.拉深变变形过过程及及应力力分析析①起起皱皱、失失稳防止：：加压压边圈圈（控控制变变形程程度））。②拉拉穿穿合理的的凸凹凹模圆圆角；；合理的的凸凹凹模间间隙；；合理的的拉深深系数数；润滑。。2）.拉拉深深缺陷陷及废废品拉深压压边拉深系系数拉深系系数：：拉深变变形后后制件件的直直径与与其毛毛坯直直径之之比称称为拉拉深系系数，，用m表示示。保保证危危险断断面不不被拉拉裂的的拉深深系数数的最最小值值又称称为极极限拉拉深系系数，，一般般极限限拉深深系数数取0.5-0.8。坯坯料塑塑性差差选上上限值值，塑塑性好好可选选下限限值。。翻边是是将零零件的的孔边边缘或或外边边缘在在模具具作用用下，，翻成成竖立立边缘缘的一一种冲冲压工工艺方方法。。翻边翻边胀形零零件胀形是是利用用压力力将直直径较较小的的筒形形零件件或锥锥形零零件由由内向向外膨膨胀成成为直直径较较大的的凸出出曲面面零件件，或或者在在板材材上形形成刚刚性的的筋条条的一一种塑塑性成成形工工艺方方法。。胀形3.1.4其它塑塑性成成形方方法挤压成成形轧制成成形拉拔成成形3.2塑性成成形工工艺设设计3.2.1自自由锻锻工艺艺规程程的制制订3.2.2模模锻工工艺规规程制制订（一））根根据零零件图图绘制制锻件件图（1））机械械加工工余量量（2））锻造造公差差（3））敷料料（余余块））3.2.1自自由锻锻工艺艺规程程的制制订锻件图图中：：锻件外外形———粗粗实线线描绘绘零件主主要形形状———双双点划划线描描绘（二））坯坯料重重量和和尺寸寸的计计算G坯=（（1+k））G锻G坯=G锻+G切+G芯料+G烧K——消消耗系系数（1））坯料料质量量（2））坯料料尺寸寸计算出出坯料料的体体积，，然后后根据据基本本工序序的类类型和和锻造造比计计算坯坯料的的横截截面积积，最最后再再确定定坯料料的长长度尺尺寸。。（三））确确定变变形工工序（1））盘类类件:镦粗粗（拔拔长、、镦粗粗）、、冲孔孔（2））轴类类件:拔长长（镦镦粗、、拔长长）、、切肩肩、锻锻台阶阶（3）筒类类件:镦粗粗（拔长、、镦粗）、、冲孔、心心轴上拔长长（4）环类类件:镦粗粗（拔长、、镦粗）、、冲孔、心心轴上扩孔孔（5）弯曲曲件:拔长长（镦粗、、拔长）、、弯曲（6）曲轴轴类件:拔拔长（镦粗粗、拔长））、错移、、锻台阶、、扭转（四）选选择锻造设设备（五）确确定锻造温温度范围和和加热火次次（六）热热处理及锻锻件后续热热处理（七）编编写工艺卡卡片（八）估估算锻件价价格及成本本（一）根根据零件图图绘制锻件件图（1）确定定分模面(分型面)分模面：上上下锻模在在模锻件上上的分界面面。①分模面应选在锻件的最大截面处；②分模面的选择应使模膛浅而对称；③分模面的选择应使锻件上所加敷料最少；④分模面应最好是平直面。3.2.2模锻工工艺规程制制订x√xx分模面的选选择比较（2）确定定加工余量量、公差、、余块、冲冲孔连皮余量：1~4mm公差：±(0.3~3)mm冲孔连皮：：模锻件孔孔径d>25mm，，通常取连皮厚度4~8mm（3）设计计模锻斜度度外壁斜度：：5～70内壁斜度：：7～120（4）设计计模锻圆角角外圆角：r=1.5～12mm内圆角：R=（2～～3）r例：绘制齿齿轮坯模锻锻件图零件图确定分模面面确定加工余余量设计模锻斜斜度设计模锻圆圆角锻件图中：：锻件外形———粗实线线描绘零件主要形形状——双双点划线描描绘（二）确确定模锻工工步（1）圆盘类零件：镦粗预锻终锻（2）长杆类零件：制坯预锻终锻（三）坯坯料计算方法同自由由锻（四）选选择模锻设设备由吨位选择择模锻锤（五）安安排修整工工序（1）切边边和冲孔（（2））校正（（3））热处理（3）清理理（（5）精压3.3冲压工艺设设计3.3.1冲裁工艺艺设计3.3.2弯曲工艺艺设计3.3.3拉深工艺艺设计3.3.4冲压模具具设计简介介3.3.1冲裁工艺艺设计主要内容：：冲裁件结结构工艺性性分析；凸凸凹模间隙隙确定；凸凸凹模具设设计；冲裁裁力计算；；排样设计计等。1.凸凹模间隙隙模具间隙大大小直接影影响冲裁件件的质量、、冲裁力大大小和模具具寿命间隙合适：：上下裂纹自自然汇合，，冲裁件断断口表面平平整、毛刺刺小，且冲冲裁力小。。间隙过大：：上下裂纹不不重合，致致使断口光亮带变窄窄，圆角和剪剪裂带斜度度增大，毛毛刺大而厚厚，很难去去除；间隙过小：：上下裂纹也也不重合，，因产生二次剪切而而形成两个个光亮带，断口较光光洁，但端端面出现挤挤长的薄毛毛刺，而且且模具刃口口极易磨损损钝化，降降低模具寿寿命。间隙对裂纹纹重合的影影响1.凸凹模间隙隙模具间隙大大小的确定：表表3.8；或公式式：z=mt2.凸凹模刃口口尺寸的确确定由冲裁过程程可知，落落料件的尺尺寸是由凹凹模刃口尺尺寸决定的的，冲孔件件的尺寸则则是由冲孔孔凸模尺寸寸决定的。。①落料模凹模刃口尺尺寸=落料料件尺寸凸模刃口尺尺寸=凹模模刃口尺寸寸-凸凹模模间隙②冲孔模凸模刃口尺尺寸=冲孔孔件尺寸凹模刃口尺尺寸=凸模模刃口尺寸寸+凸凹模模间隙4.冲裁件的排排样3.冲裁力力的计算F=KLtΓ3.3.3拉深工艺艺设计1.毛坯尺尺寸计算面积不变原原则计算2.拉深系系数的选择择拉深系数：：拉深变形后后制件的直直径与其毛毛坯直径之之比称为拉拉深系数，，用m表示示。保证危危险断面不不被拉裂的的拉深系数数的最小值值又称为极极限拉深系系数，一般般极限拉深深系数取0.5-0.8。坯坯料塑性差差选上限值值，塑性好好可选下限限值。表3.123.拉深次次数的确定定拉深次数：：受极限拉深深系数的限限制，所需需要的拉深深不能一次次完成而需需要分几次次逐步成形形，这次数数就称为拉拉深次数。。（1）冲模模的结构组组成和作用用一副完整的的冲模应由由工作零件件、定位零零件、卸料料零件、导导向零件、、基础零件件及紧固零零件六大部部分组成。。（2）冲模模的种类按照冲模完完成的工序序性质可分分为冲孔模模、落料模模、弯曲模模、拉深模模等，按其其工序的组组合程度又又可分为简简单模、连连续模和复复合模三大大类。3.3.4冲模的分类类与构造play简单模演示连续模.swf演示复合模演示3.4塑性成形加加工件的结构工艺艺性自由锻件的的结构工艺艺性模锻件的结结构工艺性性板料冲压件件的结构工工艺性一、自由锻锻件的结构构工艺性1.避免免斜面和锥锥度轴类自由锻锻锻件结构构2.避免免曲面相交交杆类自由锻锻锻件结构构3.避免免加强筋和和凸台盘类自由锻锻锻件结构构4.采用用组合工艺艺a)工艺性性差的结构构b)工艺性性好的结构构复杂自由锻锻锻件结构构二、模锻件件的结构工工艺性1.确确定合理理的分模面面；2.模模锻斜度度、模锻圆圆角设计3.零零件外形力力求简单、、平直和对对称4.采采用锻-焊焊组合工艺艺模锻件焊合件三、板料冲冲压件的结结构工艺性性1.对各各类冲压件件的共同要要求（1）尽量量采用普通通材料，尽尽可能采用用较薄的板板材；（2）尽量量采用简单单而对称的的外形；（3）对冲冲压件精度度要求不宜宜过高；（4）改进进结构，简简化工艺，，节省材料料。采用冲-焊焊结构采用冲口工工艺2.对冲裁件的的要求（1）冲裁裁件形状应应力求简单单、对称，，有利于材材料的合理理利用；（2）采用用合理的排排样，提高高材料的利利用率（3）应避避免细长槽槽和细长臂臂结构；（4）冲裁件的内内外转角处处，应尽量量避免尖角角。（5）冲裁裁件孔的尺尺寸3.对拉深件的的要求（1）外形力求简简单，对称；（2）尽量量避免深度度过大；（3）拉深深件的圆角角半径要合合适。rdδ、R2δ4.对弯曲件的的要求（1）弯曲曲件的形状状应力求简简单、对称称；（2）弯曲曲半径不能能小于材料料允许的最最小弯曲半半径；（3）弯曲曲高度H>2t；（4）带孔孔件的弯曲曲，孔的位位置要满足足：L>(1.5～～2)δ。塑性成形作作业21.板料料冲压的的基本工工序有哪哪些？2.按工序的的组合程程度不同同冲模可可分哪几类？各各有何特特点？9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶树树，灯下白头头人。。12:13:4912:13:4912:1312/29/202212:13:49PM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2212:13:4912:13Dec-2229-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。12:13:4912:13:4912:13Thursday,December29,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2212:13:4912:13:49December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月202212:13:49下下午午12:13:4912月月-2215、比不了了得就不不比，得得不到的的就不要要。。。十二月2212:13下下午12月-2212:13December29,202216、行动出成果果，工作出财财富。。2022/12/2912:13:5012:13:5029December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。12:13:50下下午午12:13下下午12:13:5012月月-229、没有失失败，只只有暂时时停止成成功！。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、很多多事情情努力力了未未必有有结果果，但但是不不努力力却什什么改改变也也没有有。。。12:13:5012:13:5012:1312/29/202212:13:50PM11、成功功就是是日复复一日日那一一点点点小小小努力力的积积累。。。12月月-2212:13:5012:13Dec-2229-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆满满，留一一份不足足，可得得无限完完美。。。12:13:5012:13:5012:13