第十一章 锻 压

第十一章锻压教学要求：了解金属锻压的特点、分类及应用；理解金属塑性变形的基本原理；初步掌握自由锻造、模锻、板料冲压的特点、基本工序及应用；了解其它先进锻压方法的原理特点及其应用。第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题§11.1概述锻压—在外力作用下，使金属材料产生预期的塑性变形，以获得所需形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法锻压方法：锻造板料冲压轧制挤压拉拨在加压设备及工(模)具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法利用冲裁力或静压力，使金属板料在冲模之间受压产生分离或成形而获得所需产品的加工方法利用轧制力(摩擦力)，使金属在回转轧辊的间隙中受压变形而获得所需产品的加工方法利用强大的压力，使金属坯料从挤压模的模孔内挤出并获得所需产品的加工方法使金属坯料从拉模孔拉出，并获得所需产品的加工方法锻压加工的主要特点为：优点：能消除金属内部缺陷，改善金属组织，提高力学性能。具有较高的生产效率。可以节省金属材料和切削加工工时，提高材料利用率济效益。锻压加工的适应性很强。缺点：不能加工脆性材料；难以加工形状特别复杂（特别是内腔）、体积特别大的制品；设备、模具投资费用大。第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题§11.2金属的塑性变形

一、塑性变形的实质金属变形过程：弹性变形塑性变形断裂（一）单晶体的变形机理主要方式为滑移和孪生滑移变形容易进行，是主要的变形方式孪生变形比较困难，是次要的变形方式。（二）多晶体塑性变形由晶内变形和晶间变形所组成晶内变形——晶粒内部的变形利于滑移的先滑移，到晶界为止→晶粒越细，晶界就越多，变形抗力就越大，金属的强度就越高晶间变形——晶粒间的相对位移包括晶粒间的相对滑动和转动二、金属的冷变形强化、回复和再结晶(一)加工硬化金属在冷变形加工时，随着变形量的增加，金属材料的强度、硬度提高，但塑性、韧性下降(二)回复与再结晶

1．回复

加热温度较低→原子只做短距离扩散→晶格扭曲↓→残余应力↓组织性能无变化2．再结晶加热温度↑→金属原子获得更多能量→原子扩散能力↑→以碎晶或杂质为核心，形核→细小、均匀的等轴晶粒→强硬度↓塑韧性↑冷变形—再结晶温度以下进行的塑性变形冷变形不发生再结晶，只有冷变形强化

→金属得到强化，毛坯和零件尺寸精度、表面质量都很好。变形程度不宜过大，以免金属产生破裂。热变形—在再结晶温度以上进行塑性变形热变形时既产生形变强化，又有再结晶，形变强化现象会随时被再结晶消除

→获得的毛坯和零件的力学性能(特别是塑性和冲击韧度)很好。三、热加工流线和锻造比

(一)热加工流线(锻造流线)锻造时，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要伸长方向呈带状分布→金属组织具有一定的方向性，称为锻造流线合理的热加工流线方向的分布是：零件工作时最大正应力与流线方向平行，最大切应力与流线方向垂直热加工流线沿着零件轮廓分布不被切除(二)锻造比锻造比(Y)来表示变形程度。拔长时的锻造比：Y拔=S0／S镦粗时的锻造比：Y镦=H0／H碳素结构钢:Y=2～3合金结构钢:Y=3～4高速钢:Y=5～12不锈钢:Y=4～6四、塑性成形性能（可锻性）衡量因素——塑性指标和变形抗力；

塑性越高，变形抗力越低，可锻性越好。

影响金属塑性成形性能的因素：

内在因素加工条件化学成分金属组织钢：含碳量越大，塑性成形性越差合金元素含量越高，塑性成形性能越差.单相固溶体的塑性成形性优于多相组织，常温下，均匀细晶的塑性成形性优于粗晶组织，钢中存在网状二次渗碳体时塑性成形性下降。变形温度温度越高，塑性指标增加，变形抗力降低，可锻性提高。变形速度一方面，变形速度↑→硬化速度↑→塑性指标↓→变形抗力增大↑→可锻性↓另一方面，变形速度↑→热效应↑→塑性指标↑→变形抗力↓→可锻性↑一般生产条件下采用较小变形速度。应力状态三个方向中的压应力数目越多，塑性越好，变形抗力增大拉应力数目多，则金属的塑性就差，变形抗力降低第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题§11.3锻造工艺过程锻造的工艺过程包括：加热锻造成形冷却检验热处理一、加热(一)锻造温度范围的确定

锻造温度范围是指锻件由开始锻造温度(称始锻温度)到停止锻造温度(称终锻温度)的间隔。始锻温度的确定:

在不出现加热缺陷的前提下，尽量提高始锻温度，使金属具有良好可锻性。一般控制在固相线以下150～250℃。(2)终锻温度的确定:

终锻温度过高，停止锻造后金属的晶粒还会继续长大，锻件的力学性能也随之下降；终锻温度过低，金属再结晶进行得不充分，加工硬化现象严重，内应力增大，甚至导致锻件产生裂纹。亚共析钢—A3线以下两相区(A+F)过共析钢—A1线以上50～70℃（以便打碎网状二次渗碳体）

(二)金属在加热时易产生的缺陷1．氧化、脱碳氧化：钢加热到一定温度后，表层的铁和炉气中的氧化性气体发生化学反应，使钢料表层形成氧化皮钢在加热过程中因生成氧化皮而造成的损失，称为烧损脱碳：钢加热到高温时，表层中的碳被炉气中的O2、CO2等氧化或与氢产生化学作用，生成CO或甲烷而被烧掉，使表层碳量降低2．过热、过烧过热—金属加热温度过高，加热时间过长而引起晶粒粗大的现象。消除方法：退火处理、反复锻打来改善晶粒度。过烧—当钢加热到接近熔点温度并停留过长时，炉内氧化性气体将渗入粗大的奥氏体晶界，使晶界氧化或局部熔化过烧的钢无法补救，只有报废。高速钢的正常淬火组织高速钢的过热组织碳化物沿晶界呈网状分布高速钢过烧组织出现呈鱼骨状的莱氏体二、锻造成形根据所用的设备、工模具及成形方式的不同分为自由锻模锻胎模锻三、冷却锻件冷却的方式为：

空冷、炉冷、坑冷。主要根据材料的化学成分、锻件形状特点和截面尺寸等因素确定，锻件的形状越复杂、尺寸越大，冷却速度应越慢。低、中碳钢和低合金结构钢的小型锻件—空冷高碳高合金钢(Crl2等)—炉冷合金钢(40Cr、35SiMn)—坑冷四、检验五、热处理1、结构钢锻件采用退火或正火处理；2、工具钢锻件采用正火加球化退火处理；3、对于不再进行最终热处理的中碳钢或合金结构钢锻件可进行调质处理。第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题§11.4自由锻造自由锻是在自由锻设备上利用简单的通用性工具（如砧子、型砧、胎模等）使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法一、自由锻造的特点及设备特点:(1)改善组织结构，提高力学性能。(2)成本低，经济性合理。(3)工艺灵活，适用性强。(4)锻件尺寸精度低。设备(1)空气锤(2)水压机二、自由锻造的基本工序自由锻造工序分三类辅助工序:压钳口、倒棱、压肩基本工序：镦粗、拔长、冲孔修整工序：校正、平整、滚圆二、自由锻造的基本工序自由锻造工序分三类辅助工序:压钳口、倒棱、压肩基本工序：镦粗、拔长、冲孔修整工序：校正、平整、滚圆镦粗：坯料的高径比小于2.5；主要用于圆盘类工件拨长：坯料长度大于直径或边长；主要用于轴类、杆类锻件冲孔：孔径小于450mm的用实心冲子孔径大于450mm的用空心冲子孔径小于30mm的不冲出二、自由锻造的基本工序自由锻造工序分三类辅助工序:压钳口、倒棱、压肩基本工序：镦粗、拔长、冲孔修整工序：校正、平整、滚圆三、自由锻造工艺规程1．绘制锻件图2．坯料质量和尺寸计算3．确定锻造工序4．选用锻造设备及吨位5．确定锻造温度范围6．填写工艺卡片1．绘制锻件图(1)余量(2)余块(3)锻件公差锻件外部形状用粗实线表示，零件的轮廓形状用双点划线表示，在尺寸线上面标出锻件基本尺寸与公差，零件尺寸加上括号标在尺寸线下面。2．坯料质量和尺寸计算坯料质量和尺寸可按教材所列公式或相关手册中的公式进行计算m坯=m锻+m损=m锻+m烧+m芯+m切3．确定锻造工序盘类锻件轴及杆类锻件可采用镦粗、冲孔、压肩、整修可采用拔长、压肩、整修筒及环类锻件弯曲类锻件可采用镦粗、冲孔、拔长、整修可采用拔长、弯曲`曲拐轴类锻件其他复杂锻件可采用拔长、分段、错移、整修可采用拔长、分段、镦粗、冲孔、整修4．选用锻造设备及吨位选用锻造设备及吨位的依据是锻件的尺寸和质量，同时还要考虑现有的设备条件.中小型锻件所采用的主要是空气锤，空气锤的吨位选择见下表或查锻造手册。锤的吨位/kg150250400560锻件质量/kg61026405．确定锻造温度范围合金种类始锻温度/℃终锻温度/℃碳素钢15，25，301200～1250750～80035，40，45120080060，65，T8,T101100800合金钢合金结构钢1150～1200800～850低合金工具钢1100～1150850高速钢1100～1150900有色金属H68850700硬铝4703806．填写工艺卡片工艺卡片是指导生产和技术检验的重要文件①轴类件自由锻工序锻件名称：齿轮轴坯料质量：2.8kg坯料规格：ф90x59mm锻件材料：40Cr锻造设备：150kg空气锤锻件图：火次温度（℃）操作说明简图11200～800镦粗拔长、打圆压肩拔长、打圆②盘类件自由锻工序锻件名称：双联齿轮坯料质量：2.1kg坯料规格：ф65x83mm锻件材料：45钢锻造设备：150kg空气锤锻件图：火次温度（℃）操作说明简图11200～800镦粗压肩拔长、打圆③环类件自由锻工序四、自由锻造锻件的结构工艺性原则是：除满足使用性能要求外，还要考虑自由锻造的设备、工具及工艺特点，尽量使锻件外形简单，易于锻造端盖避免锥面和斜面避免圆柱面与圆柱面相交避免非规则截面与非规则外形避免肋板和凸台等结构截面有急剧变化或形状复杂的零件，可分段锻造，再用焊接或机械连接，组成整体第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题§11.5模锻一、概述定义：它是将坯料置于锻模模腔内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的成形过程。模型锻造时坯料是整体塑性成形三向受压。(一)模锻的特点与自由锻相比，模锻具有如下优点:①生产效率高②能锻造形状复杂的锻件③模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小④并可使金属流线分布更为合理⑤模锻操作简单，劳动强度低缺点：

模锻设备吨位限制，锻件质量一般在150kg以下。设备投资较大，模具费用高，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。应用：适合于小型锻件的大批、大量生产。模锻已广泛应用于飞机、机车、汽车、拖拉机、军工、轴承等制造业中。最常见的零件是齿轮、轴、连杆、杠杆、手柄等150kg以下的零件。冷成形工艺（冷镦、冷锻）主要生产一些小型制品或零件，如螺钉、钉子、铆钉、螺栓等(二)常用模锻方法锤上模锻压力机上模锻胎模锻1．锤上模锻在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻—应用最广锤上模锻可进行镦粗、拔长、滚挤、弯曲、成形、预锻和终锻等各变形工步的操作锤上模锻使用的设备主要是蒸汽－空气模锻锤锻模结构：上模、下模模膛种类：单模膛多模膛由拨长、滚压、弯曲、预锻、终锻模膛等组成2．压力机上模锻

（1）磨擦压力机锻:锻造带头杆类小锻件：铆钉、螺钉（2）曲柄压力机模锻：大批生产（3）平锻机模：大批生产带头的杆类、有孔件、难锻件如：汽车半轴、倒车齿轮概念：在自由锻造设备上使用不固定在设备上的各种模具称为胎模的单膛模具，将已加热的坯料用自由锻方法预锻成接近锻件形状，然后用胎模终锻成形的锻造方法。3．胎模锻胎模种类：扣模、套筒模（开式套筒模、闭式套筒模）、合模。1）扣模：

用于锻造非回转体锻件，具有敞开的模膛。锻造时工件一般不翻转，不产生毛边，可用于制坯也可成形。2）套筒模：

套筒模主要用于回转体锻件如齿轮、法兰等，3）合模：

用来锻造形状复杂的锻件，如连杆、叉架，锻造过程中多余金属流入飞边槽形成飞边。4）摔模：

用来锻造回转体轴类胎膜锻用模具优点：①与自由锻相比，胎模锻具有锻件品质较好（表面光洁、尺寸较精确、流线分布合理）、生产率高和节约金属等优点。②与模锻相比，胎模锻具有操作比较灵活、胎模模具简单、容易制造加工、成本低、生产准备周期短等优点。缺点：①胎模锻件比模锻件表面品质较差；②精度较低、所留的机加工余量大；③操作者劳动强度大、胎模寿命较低。

胎模锻适用于中、小批量生产小型多品种的锻件。加工方法适用范围生产率锻件精度模具寿命模具特点劳动条件机械化与自动化单件生产成本批量生产成本自由锻小、中、大型锻件，单件小批量生产。低低－－差难低高胎模锻小、中型锻件，中小批量生产。较高中较低模具简单，不固定在设备上，取换方便差较难中较低锤上模锻中、小型锻件，大批生产，适合锻造各类型模锻件高中中锻模固定在锤头和砧座上，模膛复杂，造价高差较易高低二、模锻工艺规程（一）绘制模锻件图—考虑分模面、加工余量、锻件公差和敷料、模锻斜度、模锻件圆角半径①分模面

要保证模锻件易于从模膛中取出，故通常分模面选择在模锻件最大截面上所选定的分模面应能使模膛的深度最浅，这样有利于金属充满模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。选定的分模面应能使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。d）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度尽可能一致，便于锻模制造。②加工余量、锻件公差

模锻件的加工余量和公差比自由锻件的小得多。小型模锻件的加工余量一般在2～4mm，锻件公差一般为±0.5～±1mm。③模锻斜度目的是便于从模膛中取出锻件。常用模锻斜度系列为：3°\5°\7°\10°\12°\15°模锻斜度与模膛深度有关，当模膛深度与宽度的比值（h/b)越大时，取较大的斜度值。内壁斜度应比外壁斜度大2°～5°④模锻件圆角半径

模锻件上凡是面与面相交处均应做成圆角。目的:增大锻件强度，利于锻造时金属充满模膛，避免锻模上的内尖角处产生裂纹，减缓锻模外尖角处的磨损，提高锻模的使用寿命。要求:钢质模锻件外圆角半径取1.5～12mm，内圆角半径比外圆角大2～3倍；模膛深度越深，圆角半径取值越大。⑤冲孔连皮对于孔径d﹥30mm的模锻件，孔应锻出，但须留冲孔连皮；冲孔连皮厚度与孔径有关，当孔径为Ø30～80mm时，连皮厚度为4～8mm。例一齿轮，材料为45钢，产量为3000件/月，选用模锻加工

该件直径25的孔不锻出（因放在机加工余量后孔径<25），外径的加工余量放4mm（半径上放2mm），高度上加工余量放2.5mm。分模面如图所示，凡垂直分模面的立壁均放模锻斜度5°。（齿轮坯的胎膜锻造.avi）三、模锻件的结构工艺性(1)应具备一个合理的分模面，以便易于从锻模中取出锻件。(2)在锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设模锻斜度。(3)应尽量使锻件外形简单、平直、对称，避免薄壁、高肋等结构。(4)应避免窄槽、深槽、多孔、深孔等结构。(5)应采用锻接组合工艺来减少余块，以简化模锻工艺第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题§11.6板料冲压板料冲压是利用装在压力机上的模具对金属板料加压，使其产生分离或变形，从而获得毛坯或零件的一种加工方法。又称薄板冲压或冷冲压，简称冷冲或冲压。冲床结构.avi

板料冲压的特点：1)能压制其它加工工艺难以加工或不能加工的形状复杂的零件。2)冲压件的尺寸精度高，表面粗糙度较小，互换性强，可直接装配使用。3)冲压件的强度高，刚度好，重量轻，材料的利用率高。4)板料冲压操作简便，易于实现机械化、自动化，生产效率高。

板料冲压适用于大批量生产。一、板料冲压的基本工序按板料的变形方式，可将冲压基本工序分为分离和变形两大类。1．冲裁使坯料沿着封闭的轮廓线产生分离的工序，称为冲裁。包括冲孔、落料金属板料冲裁成形过程弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段。影响冲裁件质量的主要因素是冲裁间隙对于落料件，应仔细考虑排样方法2．弯曲

弯曲是将板料、型材或管材在弯矩作用下，弯成具有一定的曲率和角度零件的成形方法中性层—变形区厚度方向，切向伸长与压缩变形区间，有一层金属不变形。称为中性层。用于计算展开长度。生产上规定出最小弯曲半径3．拉深拉深：是将平板料放在凹模上，冲头把材料拉入凹模而形成空心形状工件的过程。a)c)b)拉深主要缺陷：拉裂和起皱4．翻边在带孔的坯料上通过凸模获得竖立的凸缘的过程5.成形6.收口7.滚弯某零件材质为Q235的冲压过程：1—落料2—拉深3—第二次拉深4—冲孔5—翻边柴油机底油箱的冲压过程.avi黄铜弹壳的冲压过程：1—落料2—拉深3—第二次拉深4—多次拉深5—成形6—收口工件壁厚要经过多次减薄拉深，由于变形程度较大，工序间要进行多次退火。二、冷冲模简介(一)简单冲模冲床滑块在一次冲程中，只完成一道冲压工序的冲模称为简单冲模。(二)连续冲模

冲床滑块在一次冲程中，模具的不同工位上能完成几道冲压工序的冲模称为连续冲模(三)复合模冲床滑块在一次冲程中，模具的同一工位上完成数道冲压工序的冲模称为复合模先进的板料冲压工艺.avi三、冲压件的结构工艺性(一)冲压件的形状、尺寸1．对冲裁件的要求(1)冲裁件的形状应力求简单、对称，尽量采用规则形状，并使排料合理(2)落料的外形及冲的孔尽量采用圆形、矩形等规则形状，应避免长槽或细长悬臂结构(3)孔与孔的间距不能太小，工件周边的凹凸部分不能太窄太深(4)为了避免应力集中而引起开裂，在冲裁件的转角处应以圆弧过渡2．对弯曲件的要求弯曲件形状应尽量对称，工作过程防止材料偏移。弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径。

弯曲件冲孔的位置临近圆弧之处时，如孔的形状和位置精度要求较高，应在成形后再冲孔。拉深件上有孔应在成形后再冲

3．对拉深件的要求拉深件的外形应力求简单对称且不宜太高，以便易于成形和减少拉深次数。圆角半径r1>2t;R=3t;rd>3t;r>0.15H(二)改进结构，简化工艺，节约材料(三)冲压件厚度

在强度、刚度允许的情况下，应尽量采用厚度较薄的材料来制作，以减少金属的消耗、减轻结构质量。对局部刚度不够的地方，可采用加强筋。(四)冲压件精度和表面质量冲压件的其精度要求不应超过冲压工序所能达到的一般精度。如果要求过高，将会增加精整工序，提高制作的成本。

第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压§11.7其它锻压方法简介本章小结习题§11.7其它锻压方法简介1、精密模锻2、辊轧成形3、挤压第十一章锻压§11.1概述§11.2金属的塑性变形§11.3锻造工艺过程§11.4自由锻造§11.5模锻§11.6板料冲压