第九章成形工艺锻压

第11章压力加工概述：一、压力加工的概念压力加工是金属坯料在外力的作用下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。二、压力加工的特点和应用范围

（1）力学性能高：既可以改变材料的形状和尺寸，又能改变材料的组织和性能。可以压合铸造组织的内部缺陷，使成分均匀，夹杂物均布，形成纤维组织，细化晶粒。所以，锻压件的机械性能好。近年来，采用形变热处理的方法(将压力加工与热处理工艺相结合)，可同时获得形变强化和相变强化，进—步提高零件的强韧性。（2）节省金属：由于提高了金属的力学性能，在同样受力和工作条件下，可以缩小零件的截面尺寸。（3）生产率高：多数压力加工方法，特别是轧制、挤压、拉拔等，金属连续变形，且变形速度很高，故生产率高。压力加工与铸造相比，成本较高，成形较困难，由于是在固态下成形，无法获得截面形状(特别是内脏)复杂的产品。§11-1压力加工理论基础§11-1-1金属的纤维组织及锻造比锻造比：通常用拔长时的变形程度来衡量。纤维组织：热加工使得材料内部的各种可变形的夹杂物沿塑性变形方向拉长所形成的流线组织。纤维组织的明显程度与锻造比有关。热加工时应力求使流线合理分布：最大正应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓分布而不被切断。滚压成型后螺纹内部的纤维分布吊钩中的纤维组织§11-1-2金属的锻造性能1、金属的锻造性（可锻性）是衡量材料在利用锻造成型时的难易程度的工艺性能。它是由材料的塑性和变形抗力两个因素决定。塑性好，变形抗力小的材料，锻造性能就好。反之依然。2、影响金属锻造性的因素1）金属的本质a.

化学成分低碳钢、低合金钢及铝合金锻造性好，高合金钢的锻造性差，铸铁不能锻造。b.

组织结构：具有细小的晶粒、单相组织、面心立方结构的合金具有好的锻造性。

2）变形条件a.

变形温度:锻造时，必须合理地控制锻造温度范围，即始锻温度与终锻温度之间的温度间隔，始锻温度是指金属开始锻造时的温度，—般为锻造时所允许的最高加热温度，终锻温度是指金属停止锻造时的温度。在锻造过程中随着温度的降低，工件材料的变形能力下降，变形抗力增大，下降至终锻温度时，必须停止锻造。重新加热，以保证材料具有足够的塑性和防止锻裂。

确定锻造温度范用的理论依据主要是合金状态图。常见加热缺缺陷有：氧氧化、脱碳碳、过热、过烧和开裂。过热:由于加热温温度过高或或高温下保保温时间过过长而引起起晶粒粗大大的现象。。可通过正火细化晶粒，，恢复锻造造性能。过烧：加热温度过过高接近金金属熔点时时，晶界出出现氧化或或熔化的现现象。加热热缺陷无可可挽回。b.变变形速度:变形速度：：指单位时时间内材料料的变形程程度。变形速度与与锻造性能能的关系如如图。C.应力状状态：变形形方法不同同，在金属属中产生的的应力状态态也不同，，即使同一一种变形方方式，金属属内内部不不同位置的的应力状态态也可能不不同。金属在挤压压时三向受受压(图11~4(a))，，，表现出出较高的塑塑性和较大大的变形抗抗力；拉拔拔时两向受受压、一向向受拉(图图ll—4(b)),表现出出较低的塑塑性和较小小的变形抗抗力；平砧砧墩粗时(图11~4(c)）），坯料内内部处于三三向压应力力状态，但但侧表面层层在水平方方向却处于于拉应力状状态，因而而在工件侧侧表面容易易产生垂直直方向的裂裂纹。三向受压时时金属的塑塑性最好，，出现拉应应力则使塑塑性降低。。因为压应应力阻碍了了微裂纹的的产生和发发展，而金金属处于拉拉应力状态态时，内部部缺陷处会会产生应力力集小，使使缺陷易于于扩展和导导致金属的的破坏。因因此，选择择变形方法法时，对于于塑性好的的金属，变变形时出现现拉应力是是有利的，，可减少变变形时的能能量消耗。。而对于塑塑性差的金金属材料，，应避免在在拉应力状状态下变形形，尽量采采用三向压压应力下变变形。在金属变形形过程中遵遵循体积不不变和最小小阻力定律律（金属变变形时首先先向阻力最最小的方向向流动）。。§11-1-3金金属属的变形形规律1、体积积不变定定律金属坯料料变形后后的体积积等于变变形前的的体积。。2、最小小阻力定定律金属变形形时首先先向阻力力最小的的方向流流动。一、概述述1、自由由锻的概概念将加热后后的坯料料放在铁铁砧上，，在压力力或冲击击力的作作用下使使其自由由变形获获得锻件件的方法法。2、自由由锻的分分类手工自由由锻和机机器自由由锻。3、自由由锻的特特点坯料的变变形不受受模具限限制，设设备和工工具的通通用性大大，锻件件的重量量不受限限制，是是生产大型型锻件的的唯一方方法。但是，，生产率率低，锻锻件精度度低，加加工余量量大，只只适合于于单件小小批量生生产形状状简单件件。§11-2常常用锻造造方法§11-2-1自自由锻锻造二、自由由锻设备备1、空气气锤利用电机机作动力力，结构构小，打打击速度度快，锤锤击能量量小，只只适合于于100Kg以以下小件的锻造。。2、蒸汽汽-空气气锤以6~9个个大气气压的的蒸汽汽或压压缩空空气为为动力力。适适合于于中型或较大大锻件件的锻锻造。。3、水水压机机利用水水泵产产生的的高压压水作作动力力。具具有行行程大大，变变形速速度慢慢，工工件变变形均均匀等等优点点，并并且产产生的的是静静压力力，可可制成成大吨吨位的的设备备，适适合于于锻造造大型锻件。。缺点是是结构构大，，供水水与操操作系系统复复杂。。

基本工工序有有镦粗、拔长、冲孔孔、弯曲、切割割等。。三、自自由锻锻的基基本工工序1、绘绘制锻锻件图图（在在零件件图基基础上上考虑虑加工余量、、锻件公差、、余块）其中余块是是指为了简简化锻件形形状、便于于锻造而增增加的一部部分金属。。2、选择自由由锻工序依据据是锻件的形形状、尺寸、、技术要求和和生产数量。。3、计算坯料料质量和尺寸寸4、选择锻造造设备根据坯坯料的种类、、质量以及锻锻造基本工序序、设备的锻锻造能力并结结合实际来确确定5、确定锻造造温度范围四、自由锻工工艺规程的制制订名词解释:flange(法兰)Aprotrudingrim,edge,rib,orcollar,asonawheelorapipeshaft,usedtostrengthenanobject,holditinplace,orattachittoanotherobject.凸缘车轮或管管道上突出的的边、缘、肋肋条或环圈，，用来增加物物体强度、固固定物体或使使某一物体附附着在另一物物体上.法兰阀Towerflangeflange.Flange一、概述1、模锻的概概念将加热后的坯坯料放在锻模模模膛内受压压变形获得锻锻件的方法。。2、模锻的分分类锤上模锻和其其它设备上模模锻（曲柄压压力机、平锻锻机、摩擦压压力机等）3、模锻的特特点生产率高，锻锻件形状可以以较复杂，锻锻件尺寸精确确，加工余量量小，机械性性能好。但是是，锻模受较较大的冲击力力和热疲劳应应力，需要专专用模具钢，，模具成本高高，只适合于于大批量生产产中小件。§11-2-2模型型锻造1、模锻设备备蒸汽-空气锤锤（与自由锻锻的蒸汽-空空气锤结构工工作原理基本本相同）与其其它模锻设备备相比，模锻锻锤的打击速速度快（6~8m/s)行程不固定定，可在一副副锻模的不同同模膛完成多多种工序。缺点：震动大大，无顶出装装置，只适合合于高度较小小的锻件及精度要要求不高的锻锻件的锻造。。2、锻模结构构由带燕尾上模和下模组成。锻模模膛可分为：制坯模膛和模锻模膛二、锤上模模锻1）绘制锻件件图（选择分分模面、加工工余量和模锻锻公差、连皮、模模锻斜度和圆圆角半径）2）计算坯料料质量和尺寸寸3）选择模锻锻工序4）选择锻造造设备5）确定锻造造温度范围3、模锻工艺艺规程的制订订选择分模面确定加工余量量、公差、余余块和连皮。。连皮是指模模锻时不能直直接锻出通孔孔，在该部位位留有一层较较薄的金属。。确定模锻斜度度和圆角半径径（便于取出出锻件）。选择模锻工序序变形工序的确确定—根据锻锻件图复杂程程度确定，之之后设计模膛膛。与锤上模锻相相比其特点：：1）滑块行程固定定，机身结构构刚性大，导导轨的导向精精度高。2））设有有上上下下顶顶出出装装置置，，可可自自动动脱脱模模，，故故锻锻件件的的模模锻锻斜斜度度小小。。3））变形形是是在在滑滑块块的的一一次次行行程程中中完完成成，，变变形形比比较较均均匀匀，，力力学学性性能能均均匀匀一一致致，，生生产产率率高高4））对坯坯料料产产生生的的是是静静压压力力，，这这对对变变形形速速度度敏敏感感的的低低塑塑性性材材料料的的成成型型更更有有利利。。5））生产产率率高高，，无无冲冲击击和和震震动动，，故故劳劳动动条条件件好好。。但但设设备备复复杂杂，，造造价价高高，，需需要要其其它它辅辅助助设设备备。。因因此此主主要要用用于于具具有有现现代代化化辅辅助助设设备备的的大大厂厂模模锻锻件件的的大大批批量量生生产产。。三、、曲曲柄柄压压力力机机上上模模锻锻1））摩摩擦擦压压力力机机的的工工作作原原理理五、、摩摩擦擦压压力力机机上上模模锻锻2））摩摩擦擦压压力力机机锻锻造造的的特特点点及及应应用用范范围围：：摩擦擦压压力力机机(图图11~l8)是是靠靠飞飞轮轮旋旋转转所所积积蓄蓄的的能能量量转转化化为为金金属属的的变变形形能能而而进进行行锻锻造造的的。。电动动机机经经带带轮轮、、摩摩擦擦盘盘、、飞飞轮轮和和螺螺杆杆带带动动滑滑块块作作上上、、下下往往复复运运动动，，操操纵纵机机构构控控制制左左、、右右摩摩擦擦盘盘分分别别与与飞飞轮轮接接触触，，利利用用摩摩擦擦力力改改变变飞飞轮轮转转向向。。摩擦压力机机的行程速速度介于模模锻锤和曲曲柄压力机机之间，滑滑块行程和和打击能量量均可自由由调节，坯坯料在一个个模膛内内可以多次次锤击，能能够完成镦镦粗、成形形、弯曲、、预锻等成成形工序和和校正、精精整等后续续工序。摩擦压力机机构造简单单，投资费费用少，工工艺适应性性广，但传传动效率低低，广泛用用于中批量量生产的小小型模锻件件，以及某某些低塑性性合金锻件件。是介于自由由锻与锤上上模锻之间间的一种锻锻造方法，，兼有两者者的特点，，一般先用用自由锻方方法使坯料料预成形，，然后放在在胎模中终终锻成型。。胎模的结构构形式很多多，常用胎胎模结构如如图11-20所示示。扣模主要用于非非回转体锻锻件的局部部或整体成成形；筒模主要用于锻锻造法兰盘盘、齿轮坯坯等回转体体盘类零件件；合模由上、下模模两部分组组成，主要要用于锻造造形状较复复杂的非回回转体锻件件。胎模锻造的的特点介于于自由锻与与锤上模锻锻之间，比比自由锻生生产率高，，锻件质量量较好，锻锻模简单，，生产准备备周期短，，广泛用于于中、小批批量的小型型锻件的生生产。五、胎模模锻板料冲压是利利用冲模在压压力机上对板板料施加压力力使其变形或或分离，从而而获得一定形形状、尺寸的的零件的加工工方法。板料料冲压通常在在常温下进行行，又称冷冲冲压，只有当当板厚大于8~10mm时才采用用热冲压。冲压加工的应应用范围广泛泛，既适用于于金属材料，，也适用于非非金属材料；；既可加工仪仪表上的小型型制件，也可可加工汽车覆覆盖件等大型型制件。在汽汽车、拖拉机机、电器、航航空、仪表及及日常生活用用品等制造行行业中，均占占有重要地位位。板料冲压具有有下列特点：（1）生产率率高，操作简简便，便于实实现机械化和和自动化；（2）产品质质量好：尺寸寸精度和表面面质量较高。。互换性好，，一般不须进进一步加工。。（3）板料利利用率高：可可冲制复杂的的零件，废料料少。§11-3板板料冲压压板料冲压的基基本工序可分分为：分离工序和成形（变形））工序两大类。1、分离工序序利用冲模使冲压件与板料分离的工工序。包括剪切、冲孔、落料等。剪切：使板料沿不不封闭的轮廓廓分离。冲孔、落料（冲裁）：使板料沿封封闭的轮廓分分离。如果落落下去的是零零件，周边是是废料为落料，反之为冲孔。§11-3-1板料冲冲压的基本工工序分离变形过程程及影响分离离质量的因素素分离变形过程程包括弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。断口区域包括括：塌角、光亮带、断裂带和毛刺等4部分。。间隙：过大或过小小都将使上上下裂纹不不重合，毛毛刺增大。。刃口尺寸：：设计落料模模时，应先按落料料件确定凹凹模刃口尺寸，取取凹模作设设计基准件件，然后根根据间隙确定凸凸模尺寸，，即用缩小小凸模刃口口尺寸来保证间间隙值；设计冲孔模模时，应先按冲孔件确定凸模模刃口尺寸，取凸凸模作设计计基准件，，然后根据据间隙确定凹模尺尺寸，即用用扩大凹模模刃口尺寸寸来保证间隙值。。使板料的一一部分相对对于另一部部分产生位位移的工序序，即板料料只产生塑塑性变形而而不破裂。。如弯曲、拉深深、翻边、、旋压、成成形等工序。2、成形工工序2.弯曲弯曲是将板板料、型材材或管材弯弯成一定角角度或弧度度的工序。。板料弯曲时时，内侧金金属受切向向压应力，，产生压缩缩变形；外外层金属受受切向拉应应力，产生生伸长变形形，表现为为图11~29所示示的板料上上矩形网格格发生变化化。当拉应应力超过材材料的抗拉拉强度时，，即会造成成金属破裂裂。坯料厚厚度t越越大,弯曲半径r越小，，材料所受受的内应力力就越大，，越容易弯弯裂。因此，必必须控制最最小弯曲半半径，通常常取＞(0.25~1)t。。材料塑性性好时取下下限。弯曲时还应应尽可能使使弯曲线与与坯料纤维维方向垂直直(图11~20)，亦即使使材料所受受的拉应力力与纤维方方向一致，，否则容易易产生破裂裂。3.拉深深拉深是将板板料变形为为中空形状状零件的工工序，可以以生产筒形形、锥形、、球形、方方盒形以及及其他非规规则形状的的中空零件件(图11~32)。拉深过程为为，在凸模模作用下，，板料被拉拉入凸模和和凹模的间间隙中，形形成中空零零件。其凸凸缘和凸模模圆角部位位变形最大大。凸缘部部分在圆周周切线方向向受压应力力，压应力力过大时，，会发生折折皱(图ll—34)，坯料料厚度愈小小，拉探深深度H愈大大，愈容易易产生折皱皱。为防止止折皱，可可采用有