华北理工大学2016年热加工工艺复习重点章节部分-.锻造-2部分部分课件

第二章锻压生产0.概述1锻压生产的实质利用金属材料的塑性，借助于外力的作用，使材料发生塑性变形，从而获得所需的形状和尺寸。2压力加工的分类轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、冲压a.轧制：坯料大多是钢锭，产品则是各种型钢、钢板等。使金属坯料通过一对回转轧辊之间的空隙而受到压延的加工方法。b.挤压：产品主要是有色金属型材及管件。把放在挤压筒内的金属料从模孔内挤出而变形的过程。c.拉拔：（拉丝）拉拔是生产金属丝的唯一方法。可以拉制薄壁管和特殊几何形状的型材。将金属料拉过拉丝模的模孔而变形的加工过程。d.自由锻：将金属坯料放在上下砧子之间受冲击力或压力而变形的加工方法。自由：即金属料受到力的作用可在水平面自由流动。e.模锻：将金属料放在具有一定形状的锻模模膛内，受冲击力或压力而变形的加工方法。f.冲压：使薄板材料在冲模间受到冲压而分离或变形的过程。3压力加工的特点机械性能好；用于载荷大，转速高，受力复杂件。如机床主轴、重要齿轮、炮筒、枪管等。难于生产形状复杂件；设备昂贵，成本高。1.金属的塑性变形1.1变形的基本概念1变形：材料在外力的作用下所引起的尺寸和形状的改变。2变形过程：σ＜σe

弹性变形；

σ＞σs

塑性变形；

σ≥σb

断裂。滑移和孪生三种晶格滑移系第一节金属的锻造性能1.2单晶体的塑性变形：滑移和孪生其中滑移更普遍滑移孪生未变形多晶体塑性变形晶粒内部：滑移晶粒之间：滑动和转动1.3塑性变形对金属性能的影响常温下金属经过塑性变形后，内部组织将发生变化：a.晶粒沿变形最大的方向伸长；b.晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；c.晶粒间产生碎晶。金属组织的改变对金属性能的影响很大。冷变形：金属在再结晶温度以下的变形

变形过程中无再结晶现象，变形后金属具有加工硬化现象。

热变形：金属在再结晶温度以上的变形.

变形后，金属具有再结晶组织，而无加工硬化痕迹。1.3.1冷塑性变形对金属性能的影响1加工硬化：金属材料经冷塑性变形后，强度、硬度增加，塑性、韧性下降的现象。2加工硬化的利弊：优点：强化金属；缺点：塑性下降，下利于进一步发生塑性变形；1.3.2冷塑性变形对金属组织的影响1形成织构2.晶粒碎化3.晶格歪扭；位错密度和点缺陷的密度增加；导致内应力的产生。1.3.3消除加工硬化的方法——加热、再结晶再结晶：以破碎的晶粒碎块为核心结晶，长大成细小的等轴晶，取代扭曲变形的晶粒和纤维组织。

再结晶后的性能:加工硬化消失（HBσb

降低δ提高）残余内应力全部消除

再结晶温度：T再=0.4T熔（K）变形程度；金属纯度；再结晶退火：采用加热的方法使冷塑性变形后的金属再结晶，以提高塑性、消除加工硬化的工艺。大多数锻件锻压加工是在再结晶温度以上进行的,由变形引起的加工硬化现象,会因随后的再结晶过程而消失,所以锻造毛坯可以连续地锻压变形。热加工适用于加工截面比较大、变形量较大、材料在常温下硬度较高的金属制件。热加工后的金属其组织性能发生明显变化。锻造和热挤热轧都属于热变形。1.4金属的热塑性变形（热加工）提高金属的机械性能

只要终锻温度控制好,锻件的晶粒是细小的。再加之锻坯中孔洞的被压合,所以热变形可提高金属材料的力学性能。下图是经过热轧后得到细小再结晶晶粒示意图。

1.4.1热变形加工与冷变形加工的区别冷加工：再结晶温度以下的变形，伴有加工硬化现象；热加工：再结晶温度以上的变形，无加工硬化痕迹。1.4.2根据温度不同，锻造可以分为：热锻：金属再结晶温度以上进行的锻造工艺，冷变形强化和再结晶同时存在，是动态再结晶。冷锻：室温下进行锻造，高的精度和表面质量，提高硬度和强度。温锻：高于室温、低于再结晶温度范围的锻造工艺工件精度和表面质量高，变形抗力小、塑性增加等温锻：锻造温度保持恒定热锻对金属组织和性能的影响1压合材料内部的缺陷，使金属组织致密，力学性能提高；2细化晶粒，提高强度、硬度、塑性和韧性；3.形成纤维组织在锻造时,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；铸锭成形后，内部难免存在不溶于基体的非金属夹杂物，这些夹杂物将随着金属变形沿主要伸长方向被拉长或压扁呈纤维状分布，并且在再结晶过程中不容易消除，形成了热变形中常见的纤维组织。这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性。冷锻：冷模锻、冷挤压、冷镦等塑性加工的统称，是对物料再结晶温度以下的成型加工，是在回复温度以下进行的锻造。生产中习惯把不加热毛坯进行的锻造称为冷锻。

冷锻材料大都是室温下变形抗力较小、塑性较好的铝及部分合金、铜及部分合金、低碳钢、中碳钢、低合金结构钢。冷锻件表面质量好，尺寸精度商，能代替一些切削加工。冷锻能使金属强化，提高零件的强度。冷精锻：是一种（近）净形成形工艺。采用该方法成形的零件强度和精度高，表面质量好。当前国外一台普通轿车采用的冷锻件总量40~45kg，其中齿形类零件总量达10kg以上。冷锻成形的齿轮单件重量可达1kg以上，齿形精度可达7级。

1.4.3形成锻造流线1.【锻造流线】在锻造时,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；铸锭成形后，内部难免存在不溶于基体的非金属夹杂物，这些夹杂物将随着金属变形沿主要伸长方向被拉长或压扁呈纤维状分布，并且在再结晶过程中不容易消除，形成了热变形中常见的纤维组织。这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性。锻造流线使金属性能呈各向异性：平行流线方向的金属强度、塑性和韧性均比垂直于纤维组织方向的性能高。生产中若能利用流线组织纵向强度高的特点,使锻件中的流线组织连续分布并与其受拉方向一致,则会显著提高零件承载能力。2、锻造比是锻造生产中代表金属变形大小的一个参数，一般用锻造过程中的典型工序的变形程度来表示：镦粗锻造比为：拔长锻造比：3.锻造比对金属的组织和性能的影响

一般情况下，增加锻造比，可使金属组织细密化，提高锻件的力学性能。但当锻造比过大，金属组织的紧密程度和晶粒细化程度已到极限，故力学性能不再升高，而增加各向异性。锻造比越大，锻造流线越明显，其力学性能的方向性越明显。

碳素结构钢锭采用不同锻造比进行拔长后的力学性能变化曲线。当锻造比增加时，钢的强度在横向和纵向差别不大，而塑性和韧性纵向明显好于横向。

锻造流线的稳定性很高，而且用热处理不能消除。故在设计和制造易受冲击载荷的零件时，必须考虑锻造流线的方向，使最大正应力与流线方向一致，切应力或冲击应力与流线方向垂直；使锻造流线的分布与零件的外形轮廓相符合，而不被切断。锻造比越大，锻造流线越明显；锻造流线的稳定性越高，不能用热处理的方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变其方向和形状。在设计和制造零件时，应遵循原则：最大正应力与流变方向平行最大切应力与流线方向垂直流线分布与零件轮廓吻合，尽量不被切断图a吊钩采用弯曲工序成形时，就能使流线方向与吊钩受力方向一致,从而可提高吊钩承受拉伸载荷的能力。图b弯曲锻压成形的曲轴中,其纤维组织沿曲轴轮廓分布,曲轴工作时候最大拉应力与纤维组织方向平行，而冲击力与纤维组织方向垂直，这样曲轴不易发生断裂。图c切削成形的曲轴,由于流线不连续,曲轴工作时极易沿轴肩处发生断裂。

金属的锻造性能是材料塑性和变形抗力的综合体现。塑性变形抗力则锻造性能1.5.2锻造性能的影响因素1金属的本质：a化学成份：b金属组织：纯金属的锻造性能好，钢中C合金元素锻造性能纯金属、固溶体锻造性能好，而碳化物的可锻性差；细晶粒的锻造性能好于粗晶粒。1.5金属的锻造性能1.5.1概念

金属的锻造性能是指金属经受锻压时，发生塑性变形得到所需形状的难易程度。2变形条件：a变形温度：b变形速度：c应力状态：温度↑塑性↑变形抗力↓。碳钢的锻造温度范围：T始=AE－200℃，T终=800℃变形速度塑性变形抗力压应力数目增加，塑性增加，但变形抗力增大。变形速度↑→加工硬化↑→变形抗力↑塑性↓变形速度↑→热效应↑→变形抗力↓塑性↑指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。变形速度的影响较复杂：一方面变形速度增大，冷变形强化现象严重，变形抗力增大，锻造性能变坏；

另一方面变形速度很大时产生的热能使金属温度升高，提高塑性，降低变形抗力，锻造性能变好。

不同压力加工方法，金属内部的应力状态是不同的。在金属塑性变形时，压应力数目越多，其塑性变形越好，因为压应力使滑移面紧密结合，防止产生裂纹；拉应力使塑性变形降低，应为它使缺陷扩大，使滑移面分离。但压应力时变形抗力增大，必须综合考虑塑性和变形抗力。

d.坯料的表面质量表面粗糙或有缺陷将产生应力集中，是缺陷扩展或开裂变形温度的影响

在一定的变形温度范围内，随着温度升高，原子动能升高，从而塑性提高，变形抗力减小，有效改善了可锻性。若加热温度过高，晶粒急剧长大，金属力学性能降低,这种现象称为“过热”。若加热温度更高接近熔点，晶界氧化破坏了晶粒间的结合，使金属失去塑性，坯料报废，这一现象称为“过烧”。始锻温度——终锻温度金属锻造加热时允许的最高温度称为始锻温度。不能再锻，否则引起加工硬化甚至开裂，此时停止锻造的温度称终锻温度。对于钢而言,加热还另具意义。当温度升至一定高度时,高硬度低塑性的Fe3C将全部溶入奥氏体中，形成单一固溶体组织，因而大大提高钢的可锻性。

1.6塑性成形基本规律

塑性成形规律：就是塑性成形时金属质点流动的规律，即在给定条件下，变形体内将出现什么样的位移速度场和位移场，以确定物体形状、尺寸的变化及应变场。从而为选择变形工步和设计成形模具奠定基础。1.6.1体积不变定律金属塑性变形前后体积不变，实际中略有缩小；可计算各工序尺寸。1.6.2最小阻力定律塑性变形时金属质点首先向阻力最小方向移动。一般金属某质点移动时阻力最小方向是通过该质点向金属变形部分的周边所作的法线方向，§2自由锻一自由锻的实质和分类1实质：在冲击力或压力的作用下，通过上下抵铁等通用工具，使金属发生塑性变形而成型的过程。自由：金属在水平面的各个方向变形不受限制。2分类：手工自由锻：机械自由锻：生产率低，劳动强度大，锤击力小。应用于生产小型锻件。落下部分的重量40～750公斤，只能锻造100公斤以下的小型锻件。落下部分的重量0.5～5吨，可以锻造小于1500公斤的中小件。产生几千吨的压力（最大12000吨），用于大型锻件，可达300吨。空气锤：空气—蒸气锤：锤上自由锻：水压机上锻造：自由锻、模锻、胎模锻2.自由锻设备自由锻锤产生冲击力使金属变形的，生产中使用的自由锻锤是空气锤和蒸汽-空气自由锻锤。自由锻锤的吨位是用落下部分（包括上砧、锤头和工作缸活塞）质量来表示，空气锤的吨位用一般为50～1000公斤。蒸汽-空气自由锻锤的吨位，一般为1～5吨。水压机水压机是以静压力使金属变形的。水压机的吨位用所能产生的最大压力来表示，一般为5～150MN。水压机是以静压力作用在坯料上，工作时震动小，易将锻件锻透，变形速度慢，有利于金属的再结晶，可以提高锻件塑性，工作效率高。但设备庞大，造价高。水压机的规格用其产生的最大压力来表示，一般为5MN～125MN，主要用于大型锻件和高合金钢锻件的锻造,可锻钢锭的质量1t～300t.我国一重自行研发制造的150MN(1.5万吨)全数字操控水压机可锻件质量达600吨。为世界第一。3自由锻的特点和应用：特点：工具简单，费用少；各种重量的锻件都能适应；生产率低，劳动条件差；只能锻形状简单件，精度低加工余量大。应用：单件、小批最经济；大型锻件它是唯一的方法。自由锻工艺规程的制定一自由锻工序1基本工序：改变坯料的形状和尺寸，以达到锻件基本成型的工序。镦粗、拔长、心轴上拔长、冲孔、心轴上扩孔、弯曲、扭转、错移、切断、锻接。2辅助工序：3修整工序：使坯料预先产生局部变形，以方便基本工序的操作。压肩、倒棱、划线、压钳口等。修正锻件的最后尺寸和形状，使之达到图样的要求。如精整表面外形、鼓形滚圆、弯曲矫正等。自由锻的基本工序(1)拔长也称延伸,它是使坯料横断面积减小、长度增加的锻造工序。拔长常用于锻造杆、轴类零件。拔长的方法主要有两种:自由锻的基本工序包括拔长、镦粗、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等平砧拔长最常用上、下Ⅴ型砧拔长为了提高拔长的效率，锻合心部缺陷。芯轴拔长（2）镦粗：使毛坯高度减小,横断面积增大的锻造工序

锻造齿轮坯、圆饼类锻件

镦粗工序可以有效地改善坯料组织，减小力学性能的异向性。镦粗与拔长反复进行,可以改善高合金工具钢中碳化物的形态和分布状态。镦粗主要有以下三种形式:

1)完全镦粗：将坯料竖直放在砧面上,在上砧的锤击下,使坯料产生高度减小,横截面积增大的塑性变形。

2)端部镦粗：将坯料加热后,一端放在漏盘或胎模内,限制这一部分的塑性变形，然后锤击坯料的另一端,使之镦粗成形。3)中间镦粗：用于锻造中间断面大,两端断面小的锻件,例如双面都有凸台的齿轮坯就采用此法锻造。坯料镦粗前,需先将坯料两端拔细,然后使坯料直立在两个漏盘中间进行锤击,使坯料中间部分镦粗。镦粗过程可能产生的缺陷高、径比不当可能产生缺陷操作不当可能产生缺陷H0/d0≦2.5～3坯料端面要平整且垂直于轴线，坯料放置要正，以避免坯料镦歪；坯料的加热温度应均匀，终锻温度不能太低，打击力不能太轻，避免坯料产生不均匀变形或细腰。(3)冲孔在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序。1）双面冲孔法。用冲头在坯料上冲至2/3～3/4深度时,取出冲头,翻转坯料,再用冲头从反面对准位置,冲出孔。2）单面冲孔法。厚度小坯料可采用单面冲孔法。冲孔时,坯料置于垫环上,将一略带锥度的冲头大端对准冲孔位置,用锤击方法打入坯料,直至孔穿透为止。(4)弯曲采用一定模具将坯料弯成所规定的外形的锻造工序。常用的弯曲方法有以下两种:1)锻锤压紧弯曲法坯料的一端被上、下砧压紧,用大锤打击或用吊车拉另一端,使其弯曲成形,如图所示。2）模弯曲法

在垫模中弯曲能得到形状和尺寸较准确的小型锻件。⑸切割将坯料分成几部分或部分地割开,或从坯料的外部割掉一部分,或从内部割出一部分的锻造工序。

⑹错移：将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离，但仍保持轴心平行的的锻造工序(下图),常用于锻造曲轴零件。错移时，先对坯料进局部切割，然后在切口两侧分别施加大小相等、方法相反且垂直于轴线的冲击力或压力，使坯料实现错移。

(7)锻接：坯料在炉内加热至高温后，用锤快击,使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接、咬接等,锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的70%～80%。

⑻扭转坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时,可用锤击方法,如图所示。一锻造准备坯料准备：小型锻件—型材；大型锻件—钢锭；二自由锻工艺规程的制定（一）绘制锻件图1确定余块（敷料）：为简化锻件形状而增加的金属。2确定加工余量和公差：锻件图的绘制方法：锻件的形状用粗实线表示，零件的形状用双点划线表示；（二）计算坯料1确定料的形式：大型锻件（2吨以上）选用钢锭，中小型锻件则选用型材。2算料方法：a先算坯料的体积V和重量G：V坯=V锻+V烧+V料G坯=G锻+G烧+G料b确定坯料的尺寸（即坯料的直径和长度）：根据锻造比选取坯料的直径d，根据体积和重量选长度。（三）确定变形工序（四）选定设备拔长：锻造比Y变形前后面积之比；钢材、钢坯：Y=1.1~1.3（五）坯料的加热规范和锻造温度范围1加热温度的确定：不能过高，否则过烧，晶界氧化，可锻性下降；不能很高，否则过热，晶粒粗大，机械性能下降。适宜的加热温度：T加热=T熔点-200℃2加热速度：钢材可快速加热，而钢锭和合金钢则采用缓慢加热。3锻造温度范围：T始锻～T终锻T始锻=T加热T终锻不能太高（晶粒继续长大），太低（可锻性下降）。（六）填写工艺卡坯料加热目的：提高塑性，降低变形抗力，好的锻造组织；加热方法：火焰加热、电加热三自由锻零件结构工艺性1尽量避免锥面和斜面以及不规则曲面；2两部分连接处不用弧面（采用截柱体）；2锻件的组成几何体交接处不应有空间曲线（尽量避免圆柱面和圆柱面相交）原因：圆柱体与圆柱体交接处的锻造很困难。应改成平面与圆柱体交接或平面与平面交接。3锻件上不得有加强筋和小凸台；4形状复杂件可分几个部分锻出。第三节模锻模锻是把热态金属坯料放在具有一定形状和尺寸的高强度金属锻模模膛内承受冲击力或静压力产生变形而获得锻件的加工方法。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因此锻造终了时能得到和模膛形状相符的零件。锤上模锻其工作原理与自由锻相似，区别在于上模是固定在锻锤上的。3.1模锻与自由锻锻件精度高，尺寸精确，加工余量小。流线组织合理，力学性能高生产效率高，模锻生产率是自由段几倍甚至几十倍。自由锻时，金属变形在上下两个抵铁之间进行，而模锻时金属的变形是在模膛内进行，故能较快获得所需形状。模锻生产可比自由锻生产节省金属材料，减少切削加工工作量，降低零件成本。可以锻出形状比较复杂的锻件。每种模锻只能加工一种锻件，适合于小型锻件的大批量生产。由于制造锻模成本很高，所以不适合小批和单件生产。模锻时工件是整体变形，受模锻设备吨位的限制，零件件质量不能太大，一般在150公斤以下。3.2.1模锻按模具类型分类开式模锻：（飞边模锻）两模具间隙的方向与模具运动方向垂直，在锻造过程中间隙不断减小。图2-18闭式模锻：（无飞边模锻）两模具间隙的方向与模具运动方向平行，在锻造过程中间隙大小没有变化。图2-19多向模锻：在多个方向同时进行加载的锻造，在具有多个分模面的闭式模膛内进行。3.2.1模锻按模具类型分类开式模锻（有飞边模锻）：

两模间间隙的方向与模具运动的方向相垂直，在模锻过程中间隙不断减小的模锻方式。开式模锻过程中飞边桥口部分的阻力是逐渐增大的，这种阻力是保证金属充满模膛所必需的。3.2模锻分类闭式模锻（无飞边模锻）：

两模间间隙的方向与模具运动的方向相平行，在模锻过程中间隙大小不变的模锻方式。不设置飞边槽。多向模锻：

在多个方向同时进行加载的锻造方法。多向模锻是在具有多个分模面的闭式模膛内进行的。用这种方法模锻阀体等锻件，机械加工量少，流线分布好。多向模锻是近年来发展起来的新工艺。3.2.2模锻根据使用设备的不同分为：锤上模锻、胎模锻、压力机上模锻等。锻造范围：可锻最大锻件的质量取决于模锻锤的吨位。一般为1～16吨，可用于模锻质量为0.5～150公斤的锻件。锤上模锻：蒸汽—空气模锻锤.图2-203.3锻模和模膛1锻模：耐高温、高强度、韧性、硬度、耐磨性、导热性能好、抗疲劳性能好、回火稳定性和抗氧化性能好等。采用高强度金属制成，如5CrNiMo等模具钢。组成：上模和下模。分类：单模膛锻模、多模膛锻模。2模膛：上下模接触时接触面上所形成空腔。模膛分类：制坯模膛和模锻模膛。根据模锻件的复杂程度不同，所需变形的模膛数量不等，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛一个模膛。如齿轮坯模锻件就可将截下的圆柱形坯料，直接放人单膛锻模中一次终锻成形。多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模。模膛为了使终锻时锤击力比较集中，锻件受力均匀及防止偏心、错移等缺陷，终锻模膛一般设置在锻模的居中位置。终锻成形后的锻件，周围存在较薄的飞边，可在压力机上用切边模切除。3.4模锻的组成模膛分类

锻模:模锻时使坯料成形而获得模锻件工具。由于锻件从坯料到成形须经多次变形，才能得到符合要求的形状和尺寸，所以锻模有多个模膛。3.4.1制坯模膛：

对于形状复杂的锻件，为了使毛坯具有与锻件相适应截面变化且形状基本符合锻件形状，以利于使金属能均匀变形、合理分布和很好地充满模膛，从而获得准确形状的模锻件就必须预先在制坯模膛内制坯。1.制坯模膛分类：

拔长模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛（1）拔长模膛—用来减小坯料某部分的横截面积,以增加该部分长度。拔长模膛分为开式和闭式两种。连杆锻件拔长模膛当模锻件沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。滚压模膛——用来减小坯料某部分的横截面积,以增大另一部分的横截面积，从而使金属按模锻件形状来分布。当模锻件沿轴线的横截面积相差不很大或对拔长后的毛坯作修整时，采用开式滚压模膛。当模锻件的截面相差较大时，则应采用闭式滚压模膛。只翻转，不送进。弯曲模膛——对于弯曲的杆类模锻件,需用弯曲模膛来弯曲坯料。切断模膛——上模与下模的角部组成的一对刀口,用来切断金属。单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多件锻造时，用它来分离成单个锻件。弯曲连杆的模锻过程3.4.2模锻模膛预锻模膛：复杂锻件制坯以后预锻变形用的模膛；使毛坯形状和尺寸更接近锻件，在终锻时更容易充填终锻模膛；改善坯料锻造时的流动条件和提高终锻模膛使用寿命。对于形状简单的锻件或批量不大时可不设预锻模膛。终锻模膛：使坯料最后成形得到与锻件图一致的锻件的模膛。形状应和锻件的形状相同；锻件冷却时要收缩，终锻模膛尺寸应比锻件尺寸放大收缩量。沿模膛四周有飞边槽,桥部起阻力圈作用，用以增加金属从模膛中流出的阻力,促使金属充满模膛；仓部用以容纳多余金属。流入飞边槽的金属在上下模打靠前还能起一定的缓冲作用。预锻模膛和终锻模膛的区别：前者的圆角和斜度较大,没有飞边槽。飞边槽增加金属流出模膛的阻力，迫使金属充满模膛；容纳多余金属；锻造时飞边起缓冲作用，减弱上下模的打击，防止模具的压塌和开裂。连皮锻件上直径小于25mm的孔一般不锻出或只压出球形凹穴，大于25mm的通孔不可能靠上、下模模膛的突起部分将冲孔处的金属全部挤掉，而必须在孔内保留一层连皮（下图），称冲孔连皮。飞边和冲孔连皮冲掉后，才能得到有通孔的模锻件。冲孔连皮的厚度S与孔径d有关。

带有冲孔连皮及飞边的模锻件连皮平底连皮斜底连皮带仓连皮锤上模锻优点：锤上模锻虽具有设备投资较少;锻件质量较好;适应性强;可以实现多种变形工步;锻制不同形状的锻件.锤上模锻缺点：锤上模锻震动大、噪声大;完成一个变形工步往往需要经过多次锤击;难以实现机械化和自动化;生产率在模锻中相对较低。3.5锻造工艺规程的制订制订工艺规程、编写工艺卡片是进行锻造生产必不可少的技术准备工作，是组织生产过程、规定操作规范、控制和检查产品质量的依据。下料加热模锻前需将坯料在加热炉中加热到规定的始锻温度，而且要均匀热透。模锻坯料从开始变形到最后成形，一般都是在锻模的相应模膛里经过几个模锻工步完成的。切边和冲孔从终锻工步得到的锻件一般都带有飞边和冲孔连皮，须在切边压力机上将它们切除。校正热处理调整硬度，消除内应力，细化晶粒和为最终热处理作好组织准备。模锻件常用的热处理有退火、正火和调质等。表面清理表面清理的方法有滚筒清理、喷丸清理、酸洗和砂轮打磨等。精压尺寸精度和表面质量要求高的模锻件，应在精压机上进行精压。检验模锻件质量检验是保证质量的必要措施。锻造工艺规程主要内容:绘制锻件图坯料重量和尺寸的确定锻造工序(工步)的确定一、绘制锻件图锻件图根据零件图绘制，在零件图的基础上考虑了机械加工余量、分模面、锻造公差、余块等之后绘制的图形。1.余块、机械加工余量和锻造公差余块：为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属。如消除零件上的键槽增加的金属。（余块又叫敷料）机械加工余量：为了保证机械加工最终获得所需的尺寸而允许保留的多余金属。1~4mm锻件公差：是锻件名义尺寸的允许变动量。2.分模面----是指上下锻模在模锻件上的分界面。它在锻件上的位置是否合适，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率及锻模加工等一系列问题。要保证模锻件能从模膛中取出上下两模沿分模面的模膛轮廓一致分模面能使模膛深度最浅分模面应使零件上所加的敷料最少x√xx分模面为平面，使上下锻模的模膛深度一致对于有金属流线方向要求的锻件，应考虑到锻件在工作中受力的情况头部尺寸较大的长轴类锻件，为了保证整个锻件全部充满成形，应以折线式分模，从而使上下模膛深度大致相等。3.模锻斜度--

模锻件上平行于锤击方向(垂直于分模面)的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。

模锻斜度与模膛深度和宽度有关，模锻斜度一般为

5°～15°。(标准度数3°，5°，7°，10°，12°)通常外壁斜度取5°，7°；内壁斜度比外壁大2°～5°具体数值查表确定！4.模锻圆角半径模锻圆角：指模锻件中断面形状和平面形状变化部位棱角的圆角和拐角处的圆角。作用：圆角结构可使金属易于充满模膛，避免锻模的尖角处产生裂纹，减缓锻件外尖角处的磨损，从而提高锻模的使用寿命。同时可增大锻件的强度。大小：模锻件外圆角半径(r)取1.5～12mm，内圆角半径(R)比外圆角半径大2～3倍。模膛越深圆角半径的取值就越大。齿轮坯的模锻锻件图分模面选在锻件高度方向的中部。零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量。图中内孔中部的两条水平直线为冲孔连皮切除后的痕迹线。确定模锻工步

长轴类

饼块类三坯料计算

与自由锻相同四选择模锻设备查手册五后续工序

精整工序二、模锻件结构工艺性2.配合面加工，其它面不加工1.合理分模面、斜度、圆角半径，容易取出锻件3.外形简单、平直对称，截面不应过大、避免高筋、薄壁、深凹等4.避免深孔，小孔、多孔结构，避免窄沟、深槽结构；5.应用锻---焊组合，简化模锻工艺。原则3.6胎膜锻定义：在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的一种锻造方法。胎模锻介于自由锻与模锻之间，汲取了两种锻造方法的优点。锻造时胎模置于自由锻设备的下砧上，用工具夹持住进行锻打。

特点：胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成形。形状简单的锻件也可直接在胎模中成形。种类：主要有扣模、筒模及合模三种常用的胎模有摔膜、扣模、垫模、套模、合模、弯曲模、跳模等1.摔模:

根据用途有多种摔模，如用压痕称为卡摔；用于制坯称为型摔；用于整径称为光摔；用于校正整形称为校正摔等，如图所示。摔模均用于回转体锻件。2.扣模

扣模由上扣和下扣组成，主要用来对毛坯进行局部或全部扣形。锻造时，毛坯不转动。

用于制造长杆等非回转体锻件，也可以为合模锻造进行制坯。3.套模（筒模）

套模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。闭式筒模多用于回转体锻件的锻造。如两端面带凸台的齿轮等，有时也用于非回转体锻件的锻造。闭式筒模锻造属于无飞边锻造。对于形状复杂的胎模锻件，则需在筒模内再加两个半模（即增加一个分模面）称组合筒模，毛坯在由两个半模组成的模膛内成形，可锻出形状更复杂的胎模锻件，扩大了胎模锻的应用范围。4.合模

合模由上模和下模组成，适合终锻成形。为了使上下模吻合及不使锻件产生错移，经常用导柱和导销定位。合模可锻造形状复杂、精度较高的非回转体锻件，如连杆、叉形锻件等。

胎模锻特点及适用范围优点：与自由锻相比，生产效率高，形状准确，加工余量小，尺寸精度高。锻件在胎模中成形，锻件内部组织细密，力学性能好。与锤上模锻相比，不需要昂贵的设备，扩大了自由锻生产的范围。胎模不仅制作简单、成本低，而且使用方便，能局部成形，可以用小胎模制造出较大的锻件。缺点：但胎模易损坏，较其它模锻方法生产的锻件精度低，劳动强度大。适用企业：胎模锻只适用于没有模锻设备的中小型工厂中生产中小批量锻件。吨位：2000-120000kN(种类、吨位规格很多)曲柄压力机传动简图3.7.1曲柄压力机上模锻原理：当离合器7在结合状态时，电动机1的转动通过带轮2、3、传动轴4和齿轮5、6传给曲柄8，再经曲柄连杆机构使滑块10做上下往复直线运动。离合器处在脱开状态时，带轮3(飞轮)空转，制动器15使滑块停在确定的位置上。锻模分别安装在滑块10和工作台11上。顶杆12用来从模膛中推出锻件，实现自动取件。3.7其他设备上的模锻特点：(1)曲柄压力机作用于金属上的变形力是静压力，且变形抗力由机架本身承受，不传给地基。因此曲柄压力机工作时无震动，噪声小。(2)滑块行程固定，每个变形工步在滑块的一次行程中即可完成。(3)曲柄压力机具有良好的导向装置和自动顶件机构，因此锻件的余量、公差和模锻斜度都比锤上模锻的小。(4)曲柄压力机上模锻所用锻模都设计成镶块式模具。(5)坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影响锻件质量。曲柄压力机上也不宜进行拔长和滚压工步。如果是横截面变化较大的长轴类锻件，可采用周期轧制坯料或用辊锻机制坯来代替这两个工步。

适用范围：大批量生产中锻制中小型锻件。优点：锻件精度高、生产率高、劳动条件好、节省金属等。缺点：曲柄压力机造价高，应用受到限制，我国仅有大型工厂使用3.7.2摩擦压力机上模锻（螺旋压力机）

原理：锻模分别安装在滑块7和机座10上。滑块与螺杆1相连，沿导轨9上下滑动。螺杆穿过固定在机架上的螺母2，其上端装有飞轮3。两个摩擦盘4同装在一根轴上，由电动机5经皮带6使摩擦盘轴旋转。吨位：机械：8万KN常用1万KN以下液压：12万KN（国内）3.7.3摩擦螺旋压力机上模锻特点：

(1)摩擦压力机的滑块行程不固定，并具有一定的冲击作用，因而可实现轻打、重打，可在一个模膛内对金属进行多次锻击。这不仅能满足实现各种主要成形工序的要求，还可以进行弯曲、压印、热压、精压、切飞边、冲连皮及校正等工序。

(2)由于滑块运动速度低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行。因而特别适合于锻造低塑性合金钢和非铁金属(如铜合金)等。但也因此其生产率较低。(3)由于滑块打击速度不高，设备本身具有顶料装置，故可以采用整体式锻模，也可以采用特殊结构的组合式模具，使模具设计和制造简化、节约材料、降低成本。同时，可以锻制出形状更为复杂、敷料和模锻斜度都较小的锻件。此外，还可将轴类锻件直立起来进行局部镦粗。(4)摩擦压力机承受偏心载荷的能力差，通常只适用于单膛锻模进行模锻。对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。3.7.4平锻机上模锻平锻机上模锻的特点：1．平锻机上模锻时，可锻出带实心或空心头部的长杆类锻件和带头部的长管类锻件，也可用长棒料逐件连续模锻带通孔或不通孔的锻件。2．平锻机的锻模是由三部分组成的，具有两个互相垂直的分模面，因而可锻出在两个方向上带有凹挡或内孔的锻件。3．平锻机上模锻的锻件敷料少、模锻斜度小（因有两个分模面，有利于锻件出模）、飞边也小，而且经常是没有飞边。平锻机上模锻的典型工艺过程平锻机的锻模是由三部分组成的，具有两个互相垂直的分模面，因而可锻出在两个方向上带有凹挡或内孔的锻件，如汽车倒车齿轮锻件平锻工步。

第四节冲压冲压：利用模具使板料产生分离或成形的加工方法。冷冲压：一般板料厚度<4mm,不需加热，热冲压：8～10mm以上时，需加热冲压设备：（1）剪床：下料用设备，将板料剪成一定宽度的条料，

以供冲压之用。（2）冲床：实现冲压工序，制成所需形状和尺寸的产

品的设备，最大吨位可达40000kN。冲压工序：分离工序和成形工序两大类冲压工序成形工序分离工序切断修整冲裁拉深胀形弯曲翻边板料冲压成形使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的冲压工序板料冲压成形分离工序切断板料冲压成形分离工序冲裁冲裁：冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分类的冲压方法1.冲裁变形过程1.冲裁：使坯料沿封闭轮廓分离的工序（1）冲裁变形过程：①弹性变形阶段②塑性变形阶段③断裂分离阶段冲裁变形过程2.冲裁间隙（1）对冲裁件质量的影响间隙过大：断面质量差，光亮带小一些，

剪裂带和毛刺均较大间隙过小：断面质量好，光亮带增大，但毛刺也增大，模具磨损严重，

影响寿命。合理选择模具间隙，主要考虑冲裁件

断面质量和模具寿命这两个主要的因素。3.冲裁模刃口尺寸计算冲孔件：尺寸取决于凸模刃口尺寸。

取凸模作设计基准件，然后根据凸凹模间隙Z值确定凹模尺寸（即用扩大凹模刃口尺寸来保证间隙值）。落料件：尺寸取决于凹模刃口的尺寸。

取凹模作设计基准件，然后根据凸凹模间隙Z值确定凸模尺寸（即用缩小凸模刃口尺寸来保证间隙值）。4.冲裁力计算平刃冲裁：或式中P—冲裁力，N；L—冲裁周边长度，mm；S—坯料厚度，mmτ—材料抗剪强度，MPa；k—系数，一般可取k=1.3σb－材料强度τ＝0.8σb5.冲裁后的修整利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，切掉冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺，提高精度。（1）外缘修整：

修整冲裁件外形（2）内孔修整：

修整冲裁件内孔精密冲裁

利用压边圈使板料冲裁区处于静液压作用下，抑制减裂纹的发生，实现塑性变形分离。切口：将材料沿不封闭的曲线部分分离开，其分离部分的材料发生弯曲。1、落料时冲出：用于局部成形深度较浅的场合。2、拉深过程中切出：充分利用材料的塑性，即在拉深开始阶段利用材料的径向延伸，然后切出工艺切口。利用材料的切向延伸，这样可以获得更大的成形深度。在拉深过程中切出工艺孔时，往往采用的是撕口的工艺方法，并没有使材料完全分离，切口的废料可在以后的修边工序中一并切除。否则，将产生从冲模中清除废料的困难。拉深:利用模具使平板坯料变成开口空心零件的成形工序。一、拉深变形过程在凸模作用下，板料产生塑性变形，被拉入凸模和凹模的间隙中，形成空心零件。二、拉深的质量分析Ⅰ破裂：多发生在直壁与底部的过渡圆角处。Ⅱ起皱：多发生在拉深件的法兰部分，凹模入口区板料冲压成形成形工序拉伸板料冲压成形成形工序拉伸三、拉深系数与拉深次数1拉深系数：m=d/D

其中：d—拉深件直径（中性层）

D—拉深前毛坯直径

m意义：衡量变形程度的指标。确定拉深成形成功与否的判据一般：m取值0.5~0.8（极限拉深系数）

思考“m~变形程度”关系三、拉深系数与拉深次数当实际拉深系数m<[m]（极限拉深系数）常采用多次拉深工艺，多次拉深过程中加工硬化现象严重。为保证坯料具有足够的塑性，生产中坯料经过一两次拉

深后，应安排工序间的退火处理。其次，在多次拉深中，拉深系数应一次比一次略大

些，确保拉深件质量，使生产顺利进行。总拉深系数等于每次拉深系数的乘积。四、拉深件的结构工艺性1.形状：简单、对称、规则2.圆角半径：r凸≥2tr凹≥(2-4)t3.各部分尺寸比例:合理，凸缘的宽度应尽量窄而一致，

以便简化工艺4.表面质量及公差等级：尺寸公差：IT9-10，高度尺寸公差等级IT8-10，整形IT6-7产生破裂原因凸凹模圆角半径设计不合理；Rd=(6~15)S，Rp=(0.6~1)Rd凸凹模间隙不合理；Z=(1.1~1.2)S拉深系数过小；m=d/D0.5~0.8模具表面精度和润滑条件差板料冲压成形成形工序拉伸产生起皱原因压边力过小，相对厚度S/D，拉深系数m过小。板料冲压成形成形工序弯曲弯曲时的纤维方向坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的变形工序坯料纤维方向：与弯曲线垂直一、分类：V形弯曲、U形弯曲二、弯裂及最小弯曲半径：rmin=（0.25~1）S三、回弹：回弹角0°～10°四、弯曲件的结构工艺性1.弯曲半径：rmin≥[rmin]2.弯曲件的直边高度：H≥2t3.弯曲件孔边距：t＜2mmL≥t;

t≥2mmL≥2t4.弯曲的形状:对称5.尺寸公差:IT13以下;角度公差＞15,平板坯料胀形板料冲压成形成形工序胀形管坯胀形板料冲压成形成形工序胀形球体胀形板料冲压成形成形工序胀形拉形板料冲压成形成形工序胀形板料冲压成形成形工序翻边一、单工序模（简单模）板料冲压成形冲模二、复合模板料冲压成形冲模三、连续模板料冲压成形冲模三、冲压件结构工艺性１．冲裁件的结构工艺性（普通冲裁）①冲裁件的形状

冲裁件的形状应尽量简单，对称，尽可能采用圆形、矩形等规则。排样时将废料降低至最小。2.应该避免冲裁件上的过长的悬臂与狭槽，而且它们的宽度要大于料厚的2倍，即b>2t；a>2t;R>0.25t.②园角半径

冲裁件的外形及内孔转角应设计园角过度,一般R>0.5t；

园角半径过小,模具制造困难且降低模具寿命。③冲孔孔径

冲孔尺寸不能过小,孔与孔的间距或孔与零件边缘之间

的距离a，不能过小。一般ａ≥２ｔ，但ａ>3～4mm。④冲裁件的精度及表面质量

冲裁件的精度一般在IT10～IT13级；断面质量较粗

糙,一般为Ra12.5μm,若要求较高,应采用精冲工艺。２．弯曲件的结构工艺性①弯曲半径

不宜过大或过小,R≥Rmin；但R(0.25~1t)也不易过大。②弯曲件的形状与尺寸弯曲件的形状及尺寸应尽可能对称,左右弯曲半径应一致。

应该使R1=R2

，

r1=r2。③弯曲件直边高度不能过短,弯曲边尽量对称,应使弯曲边高度

H>2t。④弯曲件上的孔弯曲带孔的工件时,孔位应在弯曲半径以外,以免孔在弯曲时变形。应使b≥(1～1.5)t(料厚)。⑤弯曲精度弯曲件的弯曲精度一般应在IT12以下,其角度公差应大于15＇。3．拉深件的结构工艺性①拉深件形状形状尽量简单,在使用条件允许的情况下,拉深件应尽量采用轴对称回转体零件。对于非轴对称件，应尽量避免轮廓急剧变化。②拉深件的圆角半径一般说来,拉深件的圆角半径越大越好,以免应力集中,降低模具寿命。底部与直壁间内圆半径应满足R凸≥t,凸缘与壁间内圆角半径应满足R凹≥2t；否则应增设整形工序,最好取R凸≥(3～5)t,R凹≥(4～8)t。矩形件,则各部分的圆角半径应是:r1≈(3～5)t,r2≈(5～10)t,r3≥H。③拉深件的尺寸及精度带凸缘圆筒形拉深件的凸缘直径D0应满足下式:D0>d+12t**拉深件的尺寸只能标注在外形或内形,不能内外形同时标注。拉深件的精度:一般圆形件可达IT8～IT10级,异形拉深件一般低1～2级。四、冲压工艺的发展趋势①深入研究冲压变形的基本规律、各种冲压工艺的变形理论、

失稳理论与极限变形程度等；应用有限元、边界元等技术，对冲压过程进行数字模拟分析，以预测某一工艺过程中坏料对冲压的适应性及可能出现的质量问题，从而优化冲压方案，使塑性变形理论逐步起到对生产过程的直接指导作用。②制造冲压件用的传统金属材料，正逐步被高强钢板、涂敷镀层钢板、塑料夹层钢板和其他复合材料或高分子材料替代。随着材料科学的发展，加强研究各种新材料的冲压成形性能，不断发展和改善冲压成形技术。③在模具设计与制造中，开发并应用计算机辅助设计的制造系统(CAD/CAM)，发展高精度、高寿命模具和简易模具(软模、低熔点合金模具等)制造技术以及通用组合模具、成组模具、快速换模装置等，以适应冲压产品的更新换代和各种生产批量的要求。④推广应用数控冲压设备、冲压柔性加工系统(FMS)、多工位高速自动冲压机以及智能机器人送料取件，进行机械化与

自动化的流水线冲压生产。⑤精冲与半精冲、液压成形、旋压成形、爆炸成形、电水成

形、电磁成形、超塑成形等技术得到不断发展和应用，某

些传统的冲压加工方法将被它们所取代，产品的冲压趋于

更合理、更经济。一、判断题：以下各题如认为正确，请在题尾括号内打“√”，如认为错误，则打“×”。（）1、利用板料冲压，可以制得重量轻、刚度大并具有较高强度的零件。（