金属塑性成形工艺

第5章金属材料成形第一节金属液态成型工艺基础第二节金属塑性成形工艺基础第三节金属连接成形工艺基础第二节金属塑性成形工艺板料冲压锻造汽车锻件典型的冲压件塑性成形工艺

金属塑性成形是在外力作用下通过塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的零件或毛坯的加工方法。金属塑性成形可分为：自由锻、模锻、板料冲压、挤压、拉拔、轧制，成形方式如图所示。常用压力加工方法a）自由锻b）模锻c）板料冲压d）挤压e）轧制f）拉拔压力加工与其它成形方法比较具有以下特点：（1）改善金属组织、提高力学性能。金属材料经压力加工后，其组织、性能都得到改善和提高。（2）提高材料的利用率。金属塑性成形主要靠金属在塑性变形时改变形状，使其体积重新分配，而不需要切除金属，因而材料利用率高。（3）具有较高的生产率。塑性成形加工一般是利用压力机和模具进行成形加工的，生产效率高。（4）可获得精度较高的毛坯或零件。压力加工时坯料经过塑性变形获得较高的精度，可实现少或无切削加工。金属的塑性成形基础一、金属塑性变形的基本概念1、材料的塑性越好，变形抗力越小，则材料的塑性成形性越好，越适合压力加工。2、常用材料的伸长率δ和断面收缩率ψ来表示塑性指标。3、金属塑性变形时遵循的基本规律主要有最小阻力定律、加工硬化和体积不变规律等最小阻力定律是指金属在塑性变形过程中，金属各质点将向阻力最小的方向移动。最小阻力定律符合力学的一般原则，是塑性成形加工中最基本的规律之一。加工硬化规律金属在常温下随着变形量的增加，变形抗力增大，塑性和韧性下降的现象称为加工硬化。体积不变规律金属材料在塑性变形时，变形前与变形后的体积保持不变。根据此规律，可以确定毛坯的尺寸和确定变形工序。二、金属塑性变形对组织和性能的影响1.变形程度的影响压力加工时，塑性变形程度的大小常用锻造比Y锻来表示，拔长时的锻造比Y锻=S0/S（S0、S分别表示拔长前后金属坯料的横截面积）；镦粗时的锻造比Y锻=H0/H（H0、H分别表示镦粗前后金属坯料的高度）。锻造比越大，毛坯的变形程度也越大。生产中以铸锭为坯料锻造时，碳素结构钢的锻造比在2~3范围选取，合金结构钢的锻造比在3~4范围选取。以钢材为坯料锻造时，因材料轧制时组织和力学性能已经得到改善，锻造比一般取1.1~1.3即可。2.冷变形与热变形

在再结晶温度（T再＝0.4Tm）以下的塑性变形称为冷变形，因冷变形有加工硬化现象产生，故每次的冷变形程度不宜过大，否则会使金属产生裂纹。冷变形加工的产品具有表面质量好、尺寸精度高、力学性能好等优点。常温下的冷镦、冷挤压、冷拔及冷冲压都属于冷变形加工。

热变形是在再结晶温度以上的塑性变形，热变形时加工硬化与再结晶过程同时存在，而加工硬化又几乎同时被再结晶消除。热变形可使金属保持较低的变形抗力和良好的塑性，可以用较小的力和能量产生较大的塑性变形而不会产生裂纹，同时还可获得具有较高力学性能的再结晶组织。但是，热变形是在高温下进行的，金属在加热过程中表面易产生氧化皮，精度和表面质量较低。自由锻、热模锻、热轧、热挤压等工艺都属于热变形加工。常用塑性加工方法一、自由锻自由锻是利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。自由锻分为手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低。机器锻造是自由锻的主要方法。优点：使用的工具简单；操作灵活；通过局部成形组合出所需锻件的形状、尺寸缺点：锻件的精度低，生产率低，工人技术水平要求高，劳动强度大应用：单件、小批、形状简单的锻件，大型、重型锻件，尤其是特大型锻件1、、自自由由锻锻设设备备2、、自自由由锻锻工工序序自由由锻锻工工序序可可分分为为基基本本工工序序、、辅辅助助工工序序和和修修整整工工序序三三大大类类。。一））基基本本工工序序基本工序序包括镦镦粗、拔拔长、弯弯曲、冲冲孔、切切割、扭扭转和错错移等。。实际生生产中最最常用的的是镦粗粗、拔长长和冲孔孔三个工工序。１．镦粗粗沿工件轴轴向进行行锻打，，使其长长度减小小，横截截面积增增大的操操作过程程。常用用来锻造造齿轮坯坯、凸缘缘、圆盘盘等零件件，也可可用来作作为锻造造环、套套筒等空空心锻件件冲孔前前的预备备工序。。镦粗时，，坯料不不能过长长，高度度与直径径之比应应小于2.5，，以免镦镦弯，或或出现细细腰、夹夹层等现现象。坯坯料镦粗粗的部位位必须均均匀加热热，以防防止出现现变形不不均匀。。２．拔长长拔长是沿沿垂直于于工件的的轴向进进行锻打打，以使使其截面面积减小小而长度度增加的的操作过过程，常常用于锻锻造轴类类和杆类类等零件件。拔长时工工件要放放平，锻锻打要准准，力的的方向要要垂直，，并且拔拔长过程程中要不不断翻转转和送进进工件。。３．冲孔孔利用冲头头在工件件上冲出出通孔或或盲孔的的操作过过程。常常用于锻锻造齿轮轮、套筒筒和圆环环等空心心锻件，，对于直直径小于于25mm的孔孔一般不不锻出，，而是采采用钻削削的方法法进行加加工。较薄的坯坯料通常常采用单单面冲孔孔；厚厚度较大大的锻件件，一般般采用双双面冲孔孔法冲孔工艺艺a）薄坯料料冲孔b）厚坯料料冲孔1－冲头2－坯料－－垫垫环（二）辅辅助工序序为使基本本工序操操作方便便而进行行的预变变形工序序称为辅辅助工序序，例如如，为方方便挟持持工件而而进行的的压钳口口、局部部拔长时时先进行行的切肩肩等工序序都属于于辅助工工序。（三）修修整工序序用以减少少锻件表表面缺陷陷而进行行的工序序，如校校正、滚滚圆、平平整等。。修整工工序的变变形量一一般很小小，而且且为了不不影响锻锻件的内内部质量量，一般般多在终终锻温度度或接近近终锻温温度下进进行。典型锻件件图锻件余量量及敷料料1—敷料料2——锻件余余量二、模锻锻使金属坯坯料在模模膛内受受压产生生塑性变变形，获获得所需需形状、、尺寸以以及内部部质量锻锻件的加加工方法法称为模模锻。由由于模膛膛对金属属坯料流流动的限限制，锻锻造终了了时可获获得与模模膛形状状相符的的模锻件件。备料热处理检查表面喷丸校正切除飞边预锻终锻制坯加热模锻具有有如下优优点：(1)生生产效效率较高高。模锻锻时，金金属的变变形在模模膛内进进行，故故能较快快获得所所需形状状。(2)能能锻造造形状复复杂的锻锻件，并并可使金金属流线线分布更更为合理理，从而而进一步步提高零零件的使使用寿命命。(3)模模锻件件的尺寸寸较精确确，表面面质量较较好，加加工余量量较小。。(4)模模锻件件减少切切削加工工工作量量。在批批量足够够的条件件下，能能降低零零件成本本。(5)模模锻操操作简单单，劳动动强度低低。但模锻生生产受模模锻设备备吨位限限制，模模锻件的的质量一一般在150kg以下下。模锻锻设备投投资较大大，模具具费用较较昂贵，，工艺灵灵活性较较差，生生产准备备周期较较长。因因此，模模锻适合合于小型型锻件的的大批大大量生产产，不适适合单件件小批量量生产以以及中、、大型锻锻件的生生产。模锻按所所使用的的设备不不同，分分为锤上模锻锻、压力力机上模模锻、胎胎模锻等。（一）锤锤上模锻锻的工艺艺特点锤上模锻锻是将上上模固定定在锤头头上，下下模紧固固在模垫垫上，通通过随锤锤头作上上下往复复运动的的上模，，对置于于下模中中的金属属坯料施施以直接接锻击，，来获取取锻件的的锻造方方法。锤上模锻锻的工艺艺特点是是：（1）金金属在模模膛中是是在一定定速度下下，经过过多次连连续锤击击而逐步步成形的的。（2）锤锤头的行行程、打打击速度度均可调调节，能能实现轻轻重缓急急不同的的打击，，因而可可进行制制坯工作作。（3）由由于惯性性作用，，金属在在上模模模膛中具具有更好好的充填填效果。。（4）锤锤上模锻锻的适应应性广，，可生产产多种类类型的锻锻件，可可以单膛膛模锻，，也可以以多膛模模锻。终锻预锻模二）锤上上模锻工工艺规程程的制定定锤上模锻锻工艺规规程的制制定主要要包括绘绘制模锻锻件图、、计算坯坯料尺寸寸、确定定模锻工工步、选选择锻造造设备、、确定锻锻造温度度范围等等。1.绘绘制模锻锻件图模锻件图图是设计计和制造造锻模、、计算坯坯料以及及检验模模锻件的的依据。。根据零零件图绘绘制模锻锻件图时时，应考考虑以下下几个问问题。（1）恰恰当的分分模面、、预留加加工余量量和锻件件公差。模锻时时金属坯坯料是在在模锻模模膛中成成形的，，因此模模锻件尺尺寸较为为精确，，其公差差和余量量比自由由锻件小小的多。。（2）模模锻斜度度。为便于从从模膛中中取出锻锻件，模模锻件上上平行于于锤击方方向的表表面必须须具有斜斜度，称称为模锻锻斜度。。对于锤锤上模锻锻，模锻锻斜度一一般为5°～15°之之间。模模锻斜度度还分为为外壁斜斜度α与与内壁斜斜度β，，如图所所示。内内壁斜度度值一般般比外壁壁斜度大大2°～～5°。。生产中中常用金金属材料料的模锻锻斜度范范围见表表。锻件材料外壁斜度内壁斜度铝、镁合金钢、钛、耐热合金3°～5°5°～7°5°～7°7°、10°、12°（3）模模锻圆角角半径。。模锻件上上所有两两平面转转接处均均需圆弧弧过渡，，此过渡渡处称为为锻件的的圆角，，如图所所示。圆圆弧过渡渡有利于于金属的的变形流流动，锻锻造时使使金属易易于充满满模膛，，提高锻锻件质量量，并且且可以避避免在锻锻模上的的内角处处产生裂裂纹，减减缓锻模模外角处处的磨损损，提高高锻模使使用寿命命。模锻圆角半径径圆角的大小小，用圆角半半径表示，它它受到许多因因素的影响，，如肋高、锻锻造方法、锻锻件材料以及及操作条件等等。钢的模锻锻件外圆角半半径(ｒ)一一般取1.5mm～12mm，内圆圆角半径(R)比外圆角角半径大2～～3倍。模膛膛深度越深，，圆角半径值值越大。为了了便于制模和和锻件检测，，圆角半径尺尺寸已经形成成系列，其标标准是1、1.5、2、、2.5、3、4、5、、6、8、10、12、、15、20、25和30等，单位位为mm。（4）冲孔连连皮。对于具有通孔孔的锻件，由由于锤上模锻锻时不能靠上上、下模的突突起部分把金金属完全排挤挤掉，因此不不能锻出通孔孔，终锻后，，孔内留有金金属薄层，称称为冲孔连皮皮，锻后利用用压力机上的的切边模将其其去除。冲孔孔连皮可起到到减轻锻模刚刚性接触的缓缓冲作用，避避免锻模的损损坏，并使金金属易于充型型，减小打击击力，因此冲冲孔连皮不能能太薄。常用用的连皮形式式是平底连皮皮，如图所示示，连皮的厚厚度s通常在在4～8mm范围内。各参数确定后后，便可绘制制锻件图。图图所示为齿轮轮坯模锻件图图。图中双点点划线为零件件轮廓外形，，分模面选在在锻件高度方方向的中部。。由于零件轮轮辐部分不加加工，故无加加工余量。图图中内孔中部部的两条直线线为冲孔连皮皮切掉后的痕痕迹。2.计算坯坯料质量与尺尺寸模锻件坯料质质量与尺寸的的计算步骤与与自由锻件相相类似。坯料料质量包括锻锻件、飞边、、连皮、钳口口料头以及氧氧化皮等的质质量。通常，，氧化皮约占占锻件和飞边边总和质量分分数的2.5%～4%。。3.确定模模锻工序模锻工序主要要根据锻件的的形状与尺寸寸来确定。根根据已确定的的工序即可设设计出制坯模模膛、预锻模模膛及终锻模模膛。锻造的后期为为修整工序：：包括切边与与冲孔；校正正；热处理；；清理；精压压。4.选择锻锻造设备锤上模锻所用用的设备有蒸蒸汽-空气锤锤、无砧座锤锤、高速锤等等。一般工厂厂中主要使用用蒸汽-空气气锤。模锻生生产中所用的的蒸汽-空气气锤与自由锻锻锤基本相同同。模锻设备的选选择应结合模模锻件的大小小、质量、形形状复杂程度度及所选择的的基本工序等等因素确定，，并充分考虑虑到工厂的实实际情况。5.确定锻锻造温度范围围模锻件的生产产在一定温度度范围内进行行，碳钢上限限为液相线以以下200℃℃、下限为800℃左右右。图2-11锻锻件余量及及敷料1—敷料2—锻件余量量锤锻模结构设设计连杆锤用锻模图板料冲压1、板料冲压压：利用冲模在压压力机上使板板料分离或变变形，从而获获得冲压件的的加工方法称称为板料冲压压。2、板料冲压压的特点：（1）冲压生生产操作简单单，生产率高高，易实现机机械化和自动动化。（2）冲压件件尺寸精确，，表面光洁，，质量稳定，，互换性好，，可作为零件件使用。（3）冲压塑塑性变形产生生冷变形强化化，使冲压件件具有质量轻轻、强度高和和刚性好的优优点。（4）冲模结结构复杂，精精度要求高，，制造费用相相对较高，故故冲压适合在在大批量生产产条件下采用用。3、冲压基本本工序：分离工序：落落料、冲孔、、切断等变形工序：拉拉深、弯曲、、翻边和胀型型等冲孔落料弯曲拉深翻边胀形冲压工艺分离工序变形工序切断冲压使金属板料在模具具内受力成形。冲压工艺4、冲压设备备：图4-17开式冲床工作原理、传动示意图及开式冲床实例1—脚踏板2—工作台3—滑块4—连杆5—偏心套6—制动器7—偏心轴

8—离合器9—皮带轮10—电动机11—床身12—操作机构13—垫板5、冲压模具具图4-31简单冲模1—固定卸料板2—导料板3—挡料销4—凸模5—凹模6—模柄

7—上模座8—凸模固定板9—凹模固定板10—导套11—导柱12—下模座6、冲压产品品7、冲压工序序1）、冲裁利用模具使板料沿着一定的封闭轮廓产生分离的一种冲压工序。

冲裁模冲裁模包括落料模和冲孔模分类普通冲裁精密冲裁基本工序：落料和冲孔冲裁件排样设设计—材料的的经济利用冲裁件在板料料上的布置称称为排样。排排样合理，材材料的利用率率高。材料利用率：：η=A0/A×100％式中：A0—零件实际面积积；A—消耗板料面积积。冲裁件的排样样方法有三类类：有搭边排样少搭边排样无搭边排样少、无搭边排排样，材料的的利用率高；；有搭边排样，，冲裁件尺寸寸精度高。搭边数值与材材料硬度、板板料厚度、零零件形状等因因素有关。2）弯曲：板料、型材等等按要求弯成成一定的角度度或曲率，形形成所需弯曲曲零件的冲压工序。。典型弯曲零件件（Ⅰ）典型弯曲零件件（Ⅱ）典型弯曲零件件（Ⅲ）弯曲件的弯曲曲方法模压拉弯滚压折弯3）、拉深工工序拉深是使平面板料料成形为中空空形状零件的的冲压工序。。拉深变形过程程及拉深件如如图4-22所示，原始始直径为D的的板料，经过过凸模压入到到凹模孔口中中，拉深后变变成内径为d、高度为h的筒形零件。。图4-22拉深变形过程及拉深件1—凸模2—毛坯3—凹模4—工件圆筒形件拉深件类型1）规则拉深深件a）轴对称旋旋转体b)盒形件件c)不对称称拉深件不规则拉深件件—汽车覆盖件拉深系数：拉深系数是衡衡量拉深变形形程度大小的的主要工艺参参数，它用拉拉深件直径d与毛坯直径径D的比值m表示，即m=d/D。拉深系数越越小，表明变变形程度越大大，拉深应力力越大，容易易产生拉裂废废品。能保证证拉深正常进进行的最小拉拉深系数，称称为极限拉深深系数。图4-23拉深件废品a）起皱b）拉裂a)b)拉深件的有关尺寸要要求如图所示示，设计时主要考考虑以下几个个方面：（1）拉深件件的形状应力力求简单、对对称。拉深件的形状状以回转体形形，尤其是直直径不变的杯杯形件最易拉拉深，模具制制造也方便。。（2）尽量避避免直径小而而深度过大的的拉深件，否否则不仅需要要多副模具进进行多次拉深深，而且容易易出现废品。。3）拉深件的的底部与侧壁壁，凸缘与侧侧壁应有足够够的圆角，一般应满足R＞rd，rd≥2t，R≥（2~4））t，方形件r≥≥3t。拉深件底部部或凸缘上的的孔边到側壁壁的距离，应应满足B≥rd+0.5t或B≥R+0.5t（t为板厚）。（4）不要对对拉深件提出出过高的精度度或表面质量量要求。拉深件直径方方向的经济精精度一般为IT9~IT10，经整整形后精度可可达到IT6~IT7。。拉深件的表表面质量一般般不超过原材材料的表面质质量。4）、翻边这是将平板坯坯料的预制孔孔边缘或外边边缘冲制成竖竖立直边的成成形方法。内孔翻边拉深件翻边圆筒扩高翻边内外双向翻边外缘内翻边双向凸缘翻边冲压模设计成形模拉深模弯曲模冲裁模承担分离工序包括冲孔、落料

承担变形工序属于单工序模冲压模一、冲模结构构1、冲压模的分类类根据工序组合合程度分类：：单工序模、复合模、级进进模等。1—固定卸料板2—导料板3—挡料销4—凸模5—凹模6—模柄7—上模座8—凸模固定板板9—凹模固定板板10—导套11—导柱12—下模座2、冲压模模结构1）工艺结结构部分工艺结构部分2）辅助结结构部分辅助结构部分3、冲压模模典型结构构图例分析析敞开式落料料模（单工序模）侧壁冲孔模模（单工序模）说明：单工序模是是指在压机机一次行程程中只完成成一道工序序的模具。。V形弯曲模模（单工序模）带压边圈的的拉深模（单工序模）电机定子落落料冲孔复复合模说明：复合模是利用压机一一次行程在模具具同一位置完成成两道以上工序序的模具。图4-33复合冲模1—凸凹模2—拉深凸模3—压板（卸料器）4—落料凹模

5—顶件板6—条料7—档料销8—坯料9—拉深件10—零件11—切余材料落料拉深复复合模侧刃定距的的落料冲孔级进模模（又称连续模模）说明：级进模是在压机一次次行程中，，于模具不不同位置同同时完成两两道以上工工序的模具。。图4-32连续冲模1—落料凸模2—定位销3—落料凹模4—冲孔凸模

5—冲孔凹模6—卸料板7—坯料8—成品9—废料谢谢谢9、静夜四无邻邻，荒居旧业业贫。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。21:56:3321:56:3321:5612/28/20229:56:33PM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2221:56:3321:56Dec-2228-Dec-2212、故人江江海别，，几度隔隔山川。。。21:56:3321:56:3321:56Wednesday,December28,202213、乍见翻疑梦梦，相悲各问问年。。12月-2212月-2221:56:3321:56:33December28,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。28十十二二月月20229:56:33下下午午21:56:3312月月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月229:56下下午午12月月-2221:56December28,202216、行动出成成果，工作作出财富。。。2022/12/2821:56:3321:56:3328December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。9:56:33下午9:56下下午21:56:3312月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。21:56:3321:56:3321:5612/28/20229:56:33PM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2221:56:3321:56Dec-2228-Dec-2212、世间间成事事，不不求其其绝对对圆满满，留留一份份不足足，可可得无无限完完美。。。21:56:3321:56:3321:56Wednesday,December28,202213、不知香积寺寺，数里入云云峰。。12月-2212月-2221:56:3321:56:33December28,202214、意志坚强强的人能把把世界放在在手中像泥泥块一样任任意揉捏。。28十二二月20229:56:33下下午21:56:3312月-2215、楚塞三湘湘接，荆门门九派通。。。。十二月229:56下下午12月-2221:56December28,2022