第2章-塑性成形

第二章塑性成形

PlasticityDeformation概述§2-1塑性成形原理§2-2锻造方法§2-3板料冲压§2-4

其它塑性加工方法塑性加工：PlasticWorking在外力作用下，利用材料塑性，改变其形状尺寸、组织和性能的加工方法。锻造和冲压主要用于生产金属制件。轧制、拔制等主要用于生产板材、带材、管材、型材和线材等通用性金属材料。3概述

锻压：对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状，改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法。是锻造与冲压的总称。和轧制、拔制等都属于塑性加工。汽车制造中有60%-70%的金属零部件需经塑性加工成形。锻造Forging：在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。是机械制造工业中提供机械零件毛坯的主要加工方法之一，广泛应用于冶金、矿山、汽车、拖拉机、收获机械、石油、化工、航空、航天、兵器等工业部门。塑性加工是从锻造发展起来的锻造是人类历史上最为久远的制造方式之一。锻造是以手工作坊的生产方式延续下来的。在20世纪初，才逐渐以机械工业化的生产方式出现在铁路、兵工、造船等行业中。这种转变的主要标志就是使用了锻造能力强大的机器。8石器时代，当人们从矿石中成功分离出金属，并用它制造一些东西的时候，锻造就已经诞生了。青铜时代的人们用这种相对较软的金属制造工具和武器。铁器时代，人们学会了加热锻造铁。就锻造原理而言，那个时候用于锻造的砧座，直到今天也没有什么变化。春秋战国时期，早在2500年前，祖先就已经能用锻造方法生产各种农具和武器，并且广泛用于生产和作战。北宋科学家沈括在《梦溪笔谈》中关于冷锻、火锻的记载等。1972年在河北藁城商代遗址发现在三千三百多年前锻造的铁刃铜钺。（铸锻结合）1973年，在河南荥水县王湾村出土东汉末年的2条铁链，一条长2.4m，每个链环长75mm，是熟铁经热锻后焊接成索的。（锻焊结合）9商代铜制斧、斤、凿、锯10锻造发展可概括为“精、省、净”。早期手工锻打制作成品，仅是“成形”简单制品。精：后来用机器锻造，可以在一定程度上通过模具控制形状和尺寸，但主要为后续的加工制造毛坯。省：20世纪50～60年代，针对“肥头大耳”问题，提倡发展“少无切削加工”。净：20世纪80～90年代，明确提出“精密成形”或“精确成形”，大力发展“净形制造”技术。11“锻打”发展到“塑性加工”，是一个从“表象”到“本质”，从“经验”到“规律”的漫长的认识过程。面向21世纪信息时代，塑性加工仍将是制造金属零件的基本方式之一。据统计，全世界生产的钢材约有75％要经过塑性加工制成成品。冲压Stamping：通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坯冲压加工在国民经济各领域应用范围相当广泛。例如，在宇航，航空，军工，机械，农机，电子，信息，铁道，邮电，交通，化工，医疗器具，日用电器及轻工等部门里都有冲压加工。全世界的钢材中，有60～70%是板材，其中大部分经过冲压制成成品。我国考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就就在世界领先。头盔的制作：古代工匠用铁皮片放在圆形的模具上敲打使其弯曲然后再加一层细铁片，用甲钉固定。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立冲模车间；1958年，开始制造汽车覆盖件模具。我国于20世纪60年代开始生产精冲模具。1315常用的压力加工方法a）自由锻b）模锻c）板料冲压d）挤压e）轧制f）拉拔§2-1塑性成形原理一、塑性成形的实质

SubstanceofPlasticityDeformation1.晶内塑性变形

滑移变形SlidingDeformation：在切应力作用下，晶体一部分沿一定晶面（滑移面）和晶向（滑移方向）相对于另一部分产生滑动的变形方式称为滑移。孪生变形

TwinningDeformation：在切应力作用下，晶体一部分相对于其余部分沿一定晶面及晶向产生一定角度切变引起变形2.晶界变形晶界滑动Grain-boundarySliding：在切应力作用下，晶粒沿晶界面所产生的剪切运动。晶界迁移

Grain-boundaryMigration

：晶界沿晶界法向方向的运动。3.多晶体金属塑性变形变形复杂性：包括晶内塑性变形和晶界变形。变形抗力大：晶界阻碍滑移的作用强烈。变形不均匀：各晶粒取向不同，晶内变形量比晶界附近区变形量大。晶粒细化是降低多晶体塑性变形不均匀性的重要措施。

二、冷变形强化与再结晶1.冷变形强化ColdDeformationStrengthening在冷变形时，随着变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象。原因：晶格畸变distortionoflattice作用：阻碍继续变形，提高金属强度指标应用：代替热处理显微组织特征CharacteristicsofMicrostructure：晶内微观结构变化：晶内点缺陷增加，位错密度提高，晶格严重畸变。纤维组织形成：形变量很大时，晶界遭到破坏，变得模糊不清，各晶粒被拉成细条形，呈纤维状。形变织构：由变形引起晶粒的择优取向，退火难以消除。2.回复与再结晶

回复Recovery：将冷变形后的金属加热到一定温度（约0.25～0.30T熔）后，使原子回复到平衡位置，因此，晶内残余应力大大减小。

再结晶Recrystallization：塑性变形后金属被拉长了的晶粒重新生核、结晶，变为等轴晶粒。再结晶温度:某种金属产生再结晶现象的最低温度，约0.4T熔。再结晶过程：形核、聚集长大再结晶组织：无畸变的细小等轴晶粒，但仍然保持与变形晶粒相同的晶格结构作用：消除内应力；降低变形抗力；改变力学性能，增加塑性。晶粒长大GrainGrowth冷变形金属在完成再结晶后，继续升温或延长保温时间使晶界上的弥散质点溶解，失去对晶粒长大的阻碍作用，晶界移动的结果使一些晶粒尺寸缩小以至于消失，另一些晶粒尺寸增大，形成粗大晶粒，导致力学性能恶化。动态回复和动态再结晶

DynamicRecoveryandDynamicRecrystallization在塑性变形过程中发生的，而不是在变形停止后发生的回复或再结晶热加工：在再结晶温度以上所进行的塑性变形加工过程。三、锻造比与锻造流线

ForgingRatioandForgingFlowLine

1.锻造比ForgingRatio

：代表变形程度大小。用y表示：变形前后截面比（拔长）或高度比（镦粗）Y拔

=F0/F=L/L0

Y镦=F/F0=H0/H

轧材或锻坯作为锻造坯料：≥1.5用钢锭作为锻造坯料：碳素结构钢，拔长锻造比≥3，镦粗锻造比≥2.5；合金结构钢，锻造比为3～4铸造缺陷严重，碳化物粗大的高合金钢钢锭：不锈钢的锻造比选为4～6，高速钢的锻造比选为5～12y太大，会增加各向异性。锻造比的确定2.锻造流线

锻造后金属组织具有方向性脆性杂质：碎粒状或链状分布塑性杂质：带状分布流线化程度与锻造比有关流线的存在使锻造金属的力学性能呈现明显的各向异性。用热处理的方法不能消除锻造流线。四、金属的锻造性能锻造性能：塑性与变形抗力是金属的重要状态属性，它决定了金属加工成形的工艺性能和使用性能。塑性Plasticity：是一种在某种给定载荷下,材料产生永久变形的材料特性。可以用最大变形程度来表示塑性的高低。变形抗力ResistanceofDeformation：金属对于产生塑性变形的外力的抵抗能力。单位面积上对变形的阻力。通常用流变应力来表示。

1.内在因素影响化学成分的影响金属组织的影响2.外在因素影响变形应力状态的影响变形温度的影响变形速率的影响

五、塑性成形基本规律1.体积不变定律VolumeConstance

金属塑性变形前后的体积相等，即体积为常数，也称为不可压缩定律。2.临界切应力定律

CriticalShearStress

晶体滑移的驱动力是外力在滑移系上的分切应力。只有当滑移系上分切应力(τ)达到一定值时，则该滑移系才能开动。τ=（F/S）COSΦ·COSλ

3.最小阻力定律LeastResistance

在变形过程中，如果金属质点有可能向各个不同方向移动，则每一质点将沿着阻力最小方向移动。质点流动阻力最小方向是通过该质点指向金属变形部分周边的法线方向。应用：确定金属变形中质点的移动方向控制金属坯料变形的流动方位降低能耗，提高生产率。§2-2锻造

DieForging一、锻造简介锻件特点与铸件相比，金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能，力学性能高于同材质的铸件。铸造组织经过锻造方法热加工变形后，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密。能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命。锻件是金属被施加压力，通过固态塑性变形，获得要求的形状和性能的物件，因此其形状复杂性受限。40应用：形状教简单，强韧性要求高的制件如汽轮发电机轴、转子、叶轮、叶片、护环、大型水压机立柱、高压缸、轧钢机轧辊、内燃机曲轴、连杆、齿轮、轴承、以及国防工业方面的火炮等重要零件，均采用锻造生产。从某种意义上说，锻件的年产量，模锻件在锻件总产量中所占的比例，以及锻造设备大小和拥有量等指标，在一定程度上反映了一个国家的工业水平。锻造材料：主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金。坯料的原始状态有：棒料等：中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。铸锭：仅用于大型锻件。必须通过大的塑性变形将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。坯料的原始状态(继)：金属粉末：经压制和烧结成的粉末冶金预制坯在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。粉末锻件精度接近于一般模锻件；内部组织均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。粉末价格远高于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。液态金属：对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形，可获得所需形状和性能的模锻件。锻造Forging：在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何形状、尺寸和质量的锻件的加工方法。工（模）具一般作直线运动。应用：形状简单，强韧性要求高的制件锻造后，成分均匀，组织致密，晶粒细化，强韧性提高。固态成形，制件形状受限制。二、自由锻

OpenDieforging概念：只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下砧间对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件。

自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。分类：锤上自由锻：中小锻件液压机上自由锻：大型锻件特点：金属坯料在抵铁间受压变形时，可朝各个方向自由流动，不受限制。工艺灵活，所用设备和工具简单、通用性强，成本低。锻件精度较低，加工余量较大，生产率低，其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。应用一般只适合于单件、小批量生产。自由锻也是锻制大型锻件的唯一方法。自由锻生产过程坯料的加热锻造温度范围：从始锻温度到终锻温度的温度区间始锻温度：材料适于锻造的最高温度终锻温度：各种材料允许进行锻造的最低温度。加热方式煤炉加热：多采用反射炉油炉加热：多采用室式炉电炉加热：多采用箱式电阻炉或感应电炉自由锻锤空气锤的吨位：以其工作活塞、锤杆和上抵铁等落下部位的质量表示。自由锻变形工序

基本工序下料Cropping镦粗Compression拔长Drawingout冲孔Punching弯曲Bending切割Cutting扭转Twisting错移Offset辅助工序倒棱Chamfering压肩Necking压痕Indentation精整工序镦粗：使坯料截面增大、高度减小坯料的高径比应不大于2.5~3。坯料端面平整，并与坯料的中心线垂直。出现镦歪、镦弯或出现双鼓形应及时矫正。局部镦粗时采用的漏盘，上口应加工有圆角，孔壁要有3°～5°的斜度。拔长：使坯料长度增加、横截面减小坯料沿抵铁宽度方向送进，每次送进量以抵铁宽度的0.3~0.7倍为宜。拔长过程中要不断翻转坯料，压下量要适当。锻制台阶或凹档时，要压制压肩。拔长时要修整，沿抵铁方向送进冲孔：在坯料上冲出透孔或盲孔的工序。冲孔前应先镦粗。应先试冲。保持冲子轴线与锤杆中心线平行。透孔采用双面冲孔法冲出。冲孔孔径要小于坯料直径的1/3.自由锻件的变形工艺选择依据：主要取决于锻件的形状特征，还要考虑尺寸、技术要求以及自由锻变形工序特点。自由锻工艺规程的制定绘制锻件图确定变形工艺计算坯料质量及尺寸选择锻造设备和工具确定锻造温度范围和加热、冷却及热处理规范提出锻件技术要求及验收要求填写工艺卡等。1.绘制锻件图ForgingDrawing

在零件图的基础上，考虑加工余量、锻造公差和余块，并结合自由锻工艺特点而绘制成的加工余量AllowanceforFinish锻造公差Tolerance工艺余块ExcessMetal2.确定变形工序

FormingProcessDetermination

依据：锻件的形状特征、尺寸、技术要求以及自由锻变形工序特点。基本工序下料Cropping镦粗Compression拔长Drawingout冲孔Punching弯曲Bending切割Cutting扭转Twisting错移Offset辅助工序倒棱Chamfering压肩Necking压痕Indentation精整工序3．计算坯料质量及尺寸

WeightandDimensionCalculationofblank

原材料：RawMaterial坯：Billet，Blank锻件：ForgingG坯=G锻+G损=G锻+G烧+G切（或G芯）(1)盘类锻件Pan，HollowForging：镦粗方式坯料的高径比应满足H0/D0=1.25～2.5D计=(0.8-1.0)V坯1/3

(2)轴类锻件Axostyle：拔长方式坯料截面积应满足：F坯≥y·Fmax采用圆截面坯料时,D计≥y1/2Dmax

(3)齿轮轴类GearShaft：4.选定锻造设备EquipmentChoose锻件的类型、材料、尺寸和质量车间现有的设备条件。5．确定锻造温度范围自由锻锻件的结构工艺性自由锻只限于使用简单、通用工具成形，因而自由锻件外形结构的复杂程度受到很大限制。在设计自由锻锻件时，除满足使用性能要求外，还应考虑锻造时是否可能，是否方便和经济，即零件结构要符合自由锻的工艺性要案例：台阶轴自由锻工艺过程三、模锻和胎膜锻1.模锻DieForging：利用模具使坯料变形而获得锻件。在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。弯曲连杆锻模（下模）与模锻工序1—拔长模膛2—滚挤模膛3—终锻模膛4—预锻模膛5—弯曲模膛

80优点：生产效率高。可锻出形状复杂、尺寸准确，更接近于成品的锻件。锻件表面质量好，节约材料和切削加工工时。操作简便，质量易于控制，易实现机械化、自动化。缺点受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下。需要专门的模锻设备，要求功率大、刚性好、精度高，设备投资大，能量消耗大。锻模制造工艺复杂，制造成本高、周期长。应用：适用于大批量或较大批量生产的条件锤上模锻

DieForging

锻模结构制坯模膛Blocker：使坯料预变形而达到合理分配，使其形状基本接近锻件形状，以便更好地充满模锻模膛。模锻模膛DieCavityofDieforging：使坯料变形到锻件所要求的形状和尺寸。预锻模膛BlockingImpression和终锻模膛FinishImpression:对于形状复杂、精度要求较高、批量较大的锻件，还要分为预锻模膛和终锻模膛。锤上模锻工艺规程设计模锻件图计算坯料尺寸确定变形工步设计锻模选择模锻设备确定加热规范模锻后续工序(1)设计模锻件图ForgingDrawing选择分模面DiePartingArea确定加工余量及公差ForgingTolerance依据：零件的形状尺寸和锻件的精度等级，或锻锤的吨位确定模锻斜度DraftAngle：依据为模膛尺寸确定模锻圆角半径RadiumofFillet外圆角：使金属易于充满模膛

r=加工余量+零件圆角半径内圆角：减少锻造时金属流动的摩擦阻力

R=（2-3）r冲孔连皮Recess：通孔难以锻出孔径d=30～80mm时，厚度S=4～8mm。当孔径d<25mm或冲孔深度h>3d时,只在冲孔处压出凹穴。齿轮坯模锻件图

技术要求1.高度公差：+1.5-0.752.未注圆角半径R=2.53.尺寸按交点注4.热处理硬度HBS228

(2)确定坯料尺寸

V坯=(V锻

+V飞+V连)(1+K)1)盘类锻件Brachyaxis：一般镦粗制坯和终锻成形。

D计＝1.08(V坯/m)1/3

m—坯料的高径比

2)轴类锻件MacroAxis：一般拔长、滚挤制坯。D坯＝1.13(k•Fmax)1/3

k—模膛系数：不制坯或有拔长工步时,k=1；有滚挤工步时，k=0.7~0.85。(3)确定变形工步

(4)锻后工序切边Trimming、冲孔PunchingWard校正Sizing热处理HeatTreatment清理Cleaning精压Coining：提高锻件精度和降低表面粗糙度平面精压：用来获得模锻件某些平行平面的精确尺寸。体积精压：用以提高模锻件所有尺寸的精度和表面质量精压后模锻件的尺寸精度公差可达±0.10~0.25mm，表面粗糙度Ra值为1.25~0.63μm。一般不再进行切削加工。热模锻压力机上模锻

DieForgingonDropPress

曲柄压力机（简称曲柄压力机）曲柄压力机:CrankPress楔式热模锻压力机。特点：工作时震动和噪音小，劳动条件大为改善。便于实现机械化和自动化，且具有很高的生产率。锻件的精度高，其公差、余量和模锻斜度比锤上模锻小。变形应逐步进行。设备结构复杂，造价高，而且由于滑块的行程和压力不能在锻造过程中调节，因而不能进行拔长、滚压等制坯工步，必须配备制坯工步的专用设备。平锻机上模锻

DieForgingonUpsettingMachine

平锻机上模锻过程

1-固定凹模2-活动凹模3-冲头4-挡板5-坯料

平锻机锻造的锻件示例

主要以局部镦粗为主，也可进行压肩、冲孔、弯曲和切断等工步。最适合的锻件是带头部的半轴类和有孔（通孔或不通孔）的锻件。简单锻件只需一个工步完成。复杂锻件，坯料可按顺序放入几个模膛中逐步变形而获得锻件。

螺旋压力机上模锻

DieForgingonFlyPress

利用飞轮旋转所积蓄的能量转化成金属的变形能进行锻造。摩擦螺旋压力机：机械摩擦传动液压螺旋压力机：液压传动。摩擦螺旋压力机摩擦压力机锻造特点具有锻锤和压力机双重工作特性。行程速度0.5~1.0m/s，介于模锻锤和曲柄压力机之间。有一定的冲击作用，且滑块行程和打击能量可控，与锻锤相似。坯料变形中的抗力由封闭框架承受，有压力机的特点。工艺适用性好：既可完成镦粗、成形、弯曲、预锻、终锻等成形工序，又可进行校正、精整、切边、冲孔等后续工序的操作。

承受偏心载荷的能力差，一般只进行单模膛锻造。由于打击速度比锻锤低，较适合要求变形速度低的有色合金的模锻。压力机工作台下装有顶出装置，很适合于模锻带有头部和杆部的回转体小锻件。有效机械效率低，生产率不高，吨位较小摩擦压力机锻造锻件2.胎模锻胎模是一种不固定在锻造设备上的模具，结构较简单，制造容易。胎模锻是在自由锻设备上用胎模生产模锻件的工艺方法，因此胎模锻兼有自由锻和模锻的特点。适合于中、小批量生产小型多品种的锻件,特别适合于没有模锻设备的工厂。3.模锻件结构工艺性模锻件的结构在保证其使用性能的前提下，必须符合锻造生产工艺的特点。简化锻造生产工艺提高生产效率保证锻件质量降低生产成本模锻件结构工艺性：模锻件应具有合理分模面，以保证锻件易从锻模中取出，且余块最少，锻模制造方便。锻件上与分模面垂直的表面，应设计有模锻斜度。非加工表面所形成的交角都应按模锻圆角设计。零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免零件截面间尺寸差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构，以利于金属充满模膛和减少工序。模锻件应尽量避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构，以便于模具制造和延长锻模寿命。形状复杂的模锻件应采用锻焊结构，以减少余块，简化模锻工艺。2-3板料冲压

Stamping112概述冲压件的特点：与铸件、锻件相比，具有薄、匀、轻、强的特点。可制出其他方法难于制造的带有加强筋、肋、起伏或翻边的工件，以提高其刚性。由于采用精密模具，工件精度可达微米级，且重复精度高、规格一致，可以冲压出孔窝、凸台等。原材料：必须具有足够的塑性金属板料：低碳钢、高塑性的合金钢、不锈钢、铜、铝、镁及其合金等。非金属材料：石棉板、硬橡胶、皮革、绝缘纸、纤维板等。113板料冲压的特点及应用

可制造其他加工方法难以加工或无法加工的形状复杂薄壁零件；冲压件尺寸精度高，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工即可装配使用；生产率高，操作简便，成本低，工艺过程易实现机械化和自动化；可利用冷变形强化提高零件的力学性能；冲压模具结构较复杂，加工精度要求高，制造费用大，因此，板料冲压适用于大批量生产。1141.板料冲压的基本工序

分离工序CuttingProcess:使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。成形工序FormingProcess：除分离工序外，使坯料塑性变形，获得所需要形状、尺寸的制件的冲压工序。115冲裁

Blanking使板料沿封闭轮廓线分离的工序，包括落料与冲孔。落料Blanking：冲下部分是工件，得到冲压件的外形。冲孔Punching：冲下部分是废料，得到冲压件上的孔。116(1)冲裁变形过程

受力：纵向压力、横向挤压力、摩擦力。变形：剪切外，还有拉伸、弯曲和横向挤压等变形。117圆角带Rollover光亮带BurnishZone断裂带fracture毛刺burr118(2)冲裁间隙

指凸、凹模刃口同位尺寸之缝隙的距离，用c表示单面间隙。对冲裁过程及冲裁件断面质量具有重要影响。还影响到模具寿命和冲裁力的大小。119120间隙合理时，上下剪切裂纹会基本重合，获得工件断面较光洁，毛刺最小。合理冲裁单面间隙值c按经验公式确定：

c=mt

t：冲裁板料厚度，mm；

m：与材料性能及板厚有关的系数，通常（3~8）%，间隙过小，上下剪切裂纹向外错开，在冲裁件断面上会形成毛刺和迭层；间隙过大，材料中拉应力增大，塑性变形阶段过早结束，裂纹向里错开，不仅光亮带小，毛刺和断裂带均较大。121122123(3)凸、凹模刃口尺寸的确定

凸模Punch凹模Die模具间隙DieClearance124弯曲Bending利用模具或其他工具将坯料一部分相对另一部分弯曲成一定的角度和圆弧的变形工序。1-中性层2-凸模3-凹模125变形区：外层：受切向拉力作用，发生伸长变形。为最危险部位。内层：受切向压力作用，发生压缩变形中性层NeutralLine：切向应力或切向应变为零，位于板料中心部位相对弯曲半径（r/t）：表示弯曲变形程度坯料越厚，弯曲半径越小，其变形程度越大。最小相对弯曲半径rmin/t≥（0.25~1.0）。材料塑性好，相对弯曲半径可小些。126回弹SpringBack：当外力去掉后，塑性变形保留下来，而弹性变形部分则恢复，从而使坯料产生与弯曲变形方向相反的变形。影响因素：材料的力学性能、板料厚度、弯曲形状、相对弯曲半径以及弯曲力的大小等。措施：利用回弹规律，在设计弯曲模时，使模具角度与工件角度差一个回弹角。增加校正工序。127拉深Drawing利用模具将已落料的平面板坯压制成各种开口空心零件，或将已制成的开口空心件毛坯，制成其他形状空心零件的一种变形工艺，又称拉延。128(1)拉深过程

129变形过程：凸模底部金属不变形底部以外环形部分变形后形成侧壁应力分布底部：径向和切向拉应力侧壁：单向轴向拉应力环形区：径向拉应力和切向压应力壁厚变化侧壁上部壁厚最大靠近底部圆角附近壁厚最小，最易破裂130(2)拉深件的主要质量问题

主要缺陷：起皱Wrinkles：凸缘区，切向压应力最大拉裂：筒形件底部圆角附近。该区附近材料变形大，且壁厚减薄最严重。131防止措施限制拉深系数DrawingCoefficience：m=d/D0

d—拉深后的工件直径，mm；

D0—拉深前坯料直径，mm。

极限拉伸系数：保证危险面不被拉裂的拉深系数的最小值。低碳钢板的极限拉深系数132133拉深凸、凹模工作部分必须作成圆角。凹模圆角半径Rd=（5~20）t凸模圆角半径RP≤Rd

控制凸模和凹模之间的间隙c=（1.1~1.5）t

采用有压边圈进行拉深。采用润滑，以降低拉深件壁部的拉应力，提高模具寿命。134成形Forming使板料或半成品改变局部形状的工序。(1)翻边Flanging：将工件的内孔或外缘翻成竖立边缘的冲压工序。135136(2)胀形Bulging：胀形是利用局部变形使半成品部分内径胀大的冲压成形工艺。137138(3)起伏Raising，Embossing：

利用局部变形使坯料压制出各种形状的凸起或凹陷的冲压工艺，多用于薄板零件上制出筋条、文字、花纹等。1392.冲压技术的新发展

140快速模具制造技术覆盖件主要冲模：具有尺寸大、形状和结构复杂等特点。拉延模：保证制成合格覆盖件最主要的装备。其作用是将平板状毛料经过拉延工序使之成型为立体空间工件。修边模：用于将拉延件的工艺补充部分和压料凸缘的多余料切除，为翻边和整形准备条件。修边模修边往往兼冲孔。翻边模：是将半成品工件的一部分材料相对另一部分材料发生翻转。141覆盖件模具的成套性：以汽车产品为例，其一是指全车模具的成套性；其二是指某个覆盖件所需若干模具的成套性。142快速模具制造技术以CAD/CAM技术为基础，将大型汽车车身模具分成平面组件和曲面组件，并采用专用装备实现这些组件的快速制造，然后用专用装备实现模具组件的组焊。工程应用实例表明，上述技术的综合运用可显著缩短汽车车身模具设计制造的周期，降低成本，并保证中小批量生产的品质要求。143144

模块式冲压

模块化模具设计：将车身零件根据其结构特征进行分类，然后对同类零件的模具进行模块化分解，并建立相应的模块化设计数据库以提高设计效率，同时为设计制造过程的并行化提供便利。模块式冲压的特点：在冲压成形过程中可快速更换组合模具以提高生产效率；由于具有带材的供带和矫带装置，可省却另设上料下料工序；实现了大工件的不停机加工；既能独立又能成系列的控制组合冲模动作，能连续进行冲压加工；冲模具有可编程和柔性特点。突出优点在于把柔性与高效生产有机结合。柔性的含义较广，如冲压件的几何形状的多种要求，只要通过自由编程就可获得，体现了加工形状的柔性。又如既适用大批量单品种冲压件的生产，更对小批量多品种加工发挥优势，也表现出柔性。145

亚毫米冲压

冲压加工成形技术是影响汽车车身制造水平的关键因素之一。美国专家曾在一条汽车装配线上对50多个个案进行实地分析表明，造成车身尺寸误差变动的诸多原因中，冲压件本身尺寸造成的积累误差占23%，其主要原因是传统的基于经验和原有工艺基础上低水平上的模具设计与制造。美国:1993~1995年“2mm计划”，1996~1998年的“接近零冲压计划”。146亚毫米冲压：是指汽车车身冲压件的精度控制在0～1.0mm的范围内。该项目是一个以提高冲压质量和制造技术为目标的综合项目。与“2mm工程”都是20世纪90年代后期美国汽车界开展的大型研究项目。“2mm工程”就是把车身装配尺寸变动量控制在2mm之内（原先为8mm误差范围）。“2mm工程”和“亚毫米冲压”两项目现已先后完成，正在美国三大汽车制造公司推广应用，取得了许多有益的成果，冲压成本大幅下降，获得日益增长的经济效益和社会效益，并逐步向其他国家推广应用。

147冲压过程自动监控

冲压过程引起工件质量发生变化的原因主要有凹凸冲模的磨损、裂纹及冲模错位等，这些微小变化可由高分辩率的位移传感器和冲压力传感器进行跟踪检测。现代冲压技术的重要特点之一是对冲压过程进行自动监控以保护冲压件的质量。在亚毫米冲压项目的自动检测和监控中，其研究成果包括有：冲压过程的特征分析在线传诊断和检测系统；高速和非接触的冲压件测量系统；冲模维护的科学预测系统；冲压成形关键参数的在线调节和补偿系统等。148特种冲压成形技术

现代汽车冲压件的技术要求朝着结构复杂、分块尺寸增大、相关的零部件较多、承载能力变大和内应力限制严格等方向发展。这要求并促进特种冲压成形技术如液压成形、精密成形、爆炸成形、旋压成形、无模成形、激光成形和电磁成形技术的发展。149液压式或注入弹性体式的成形技术，其高压形成过程一般包括：有效介质如冰的膨胀或弹性体压入使内部压罚极慢增长的过程；流体静罚的骨高压形成过程；极端压力如爆炸的动态过程等。介质可以是无定形的固体、液体或气体，在系统中介质可依据要加工的形状作任意变化，履行凸模功能，所以介质可等同于一个万能模具。液压式内高压成形技术与其他冲压成形技术相比，有几个明显优点：在成形过程中可一次加工出如车桥、顶盖板、门框等大型复杂的三维几何形状的工件；因为液体在成形过程中冷却作用，使工件被“冷变形强化”，获得比一般冲压加工更高的工件强度，这使得允许采用更薄的板材，使工件更轻量化；工件外表板面只与压力液体接触，加压过程较平缓，零部件成形变化均匀，可获得匀称的压力分布，并能获得平滑外表面；有的冲模和工具费用可下降40%，特别降低了凸型零件加工的节拍时间较短，约为0.1～0.5min，这在特种成形工艺中是较短的，可实现批量生产。150电磁成形工艺：当线圈通入交流电时，数微秒内建立起磁场，使金属工件尤其是导电率强的铜铝材质感生出电流，感生电流又将受到磁场力作用，使工件产生张力与凹模吻合而迅速成形。当线圈在工件内时，电磁力将使工件外胀成形；当线圈平面平行于板件放置时，电磁力将使工件拉伸成形。电磁成形工艺源于20世纪60年代核裂变研究的成果，是目前颇有前途的另一种新型加工手段。电磁成形技术系一种非接触成形工艺，其突出优点:加工成形迅速，工效高；常用于金属与非金属的连接，可取代粘接或焊接；不耗脯助材料如润滑油脂等，有利环境保护。151冲压生产线冲压自动生产线由主机和附设机构组成。主机是指完成冲压工序的各类压力机和必要的其他加工机床。附设机构是完成自动线各种辅助工作所需的机械装置和检测装置，主要包括折垛装置、上料装置、下料装置、翻转器、工件传送装置、检测和联锁保护装置。压力机以单次行程规范工作，由自动化系统控制着生产线上各台压力机在什么时候冲压和各工序间的工件运动。从整条生产线上传出的工件是按一定的节拍连续不断地运动。152由六台压力机组成，1台双动压力机作为拉延用，5台压力机作为成形、冲孔、修边等工序用。这种形式的排列有利于安排生产，生产率较高，通常每小时可生产600～700个零件，既可以刚性联系，也可以柔性联系。如果联机控制，全线只需要2～3人操作。

153三、其他塑性加工方法1541.精密模锻PrecisionDieForging在普通模锻设备上，装置高精度锻模，采用合理成形工艺，直接锻出所需要的产品零件。汽车差速锥齿轮精密模锻件

尺寸精度可达IT12~IT15表面粗糙度值Ra可达3.2~1.6μm

155工艺特点：选择合理成形工艺，精确计算原始坯料尺寸，严格按坯料质量下料，否则会增大锻件尺寸的偏差，降低精度；采用无氧化或少氧化加热法，减少氧化皮，提高锻件尺寸精度和表面质量；制造高精度的锻模，一般精锻模膛的精度要比锻件精度高两级；模锻时要有较好的润滑和冷却锻模的条件；精密模锻一般都在刚度大、精度较高的模锻设备上进行，且应有顶件装置，如摩擦压力机、热模锻压力机和高速锤等。1562.挤压成形

ExtrusingForming使金属坯料在压力作用下自挤压模的模孔中挤出而获得零件或毛坯的加工方法。正挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相同。反挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相反。复合挤压：挤压时，坯料一部分金属流动方向与凸模运动方向相同，另一部分则相反。径向挤压：挤压时，金属流动方向与凸模运动方向成90°。157冷挤压：金属坯料在室温下的挤压成形。冷挤压零件表面光洁，精度较高。一般尺寸精度可达IT6~IT7，表面粗糙度值Ra为1.6~0.2μm，成为一种有效的少、无切削加工工艺。热挤压：坯料在一般热锻温度范围内进行。变形抗力小，塑性好，允许每次变形程度较大，但产品表面粗糙度高，尺寸准确度较低。广泛用于冶金部门生产铝、铜、镁及其合金的型材和管材。目前也用于机器零件和毛坯的生产。温挤压介于冷挤压和热挤压之间的挤压方法。比冷挤压的变形抗力小，较容易变形。与热挤压相比，坯料氧化脱碳少，可提高挤压件的尺寸精度和表面质量，表面粗糙度Ra值可达6.5~3.2μm。158工艺特点：

挤压时金属坯料处于三向压应力状态下变形，因此可提高金属坯料的塑性，有利于扩大金属材料的塑性加工范围。可挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁和异型截面的零件，且零件尺寸精度高，表面质量好，尤其是冷挤压成形。零件内部的流线基本沿零件外形分布且连续，有利于提高零件的力学性能。生产率较高，一般可比其它锻造方法提高几倍。最好在专用的挤压机（液压式、曲轴式、肘杆式）上进行，也可在适当改进后的通用曲柄压力机和摩擦压力机上进行。159纯铁底座零件，采用一次冷挤压成形，与原来采用棒料经切削加工方法制造相比，节约材料90%，生产率提高30倍。1603.轧制成形RollForming生产型材、板材和管材的主要加工方法。已越来越广泛地用于机器零件或毛坯的制造。与一般锻压加工方法相比较，具有生产率高、产品质量好、成本低，并可大大减少金属消耗等优点。161辊锻成形

扁截面的长杆件，如各类扳手和链环等。带有头部、沿长度方向横截面积递减的锻件。如涡轮机叶片，与铣削成形工艺相比，生产率提高2.5倍，材料利用率可提高4倍。连杆。效率高，简化了工艺过程，但锻件还要用其他锻压设备进行精整。使坯料通过装有扇形模块的一对相对旋转的轧辊时，受压而变形的工艺方法。

一般在辊锻机上进行，既可作为模锻前的制坯工序，也可直接辊锻锻件。

162螺旋斜轧成形

轧辊轴线与坯料轴线相交一定角度的轧制方法。轧制形状呈周期性变化的毛坯或各种零件。

163横轧成形

使坯料在两轧辊摩擦力带动下作相反方向旋转的轧制方法。可轧制直齿轮，也可轧制斜齿轮。由于被轧制的锻件内部流线与齿形轮廓一致，故可提高齿轮的力学性能和工作寿命。

164楔横轧成形

利用两个外表面镶有楔形凸块，并作同向旋转的平行轧辊对坯料进行轧制的工艺方法。主要用于加工阶梯轴、锥形轴等各种对称的零件或毛坯。165166四、现代塑性加工方法167（1）具有更高生产率，机械化、自动化程度大大提高；（2）锻压件的形状更接近零件形状，从而实现少、无切削加工；（3）适应新型材料及加工工艺的要求。1681.

超塑性成形

SuperplasticityDeformation超塑性Superplasticity：在特定的组织结构和变形条件下，金属可呈现极高的塑性，其延伸率可达百分之百，甚至达百分之一千到几千，而不发生破坏的能力。169主要特点：成形时呈现良好的流动性，填充性好，可充满模膛，易成形，制件尺寸精度高；变形抗力小，使难变形材料容易塑性成形，例如，GCr15轴承合金在700OC超塑性变形抗力为3MPa；流变应力对应变速率变化非常敏感，通常金属超塑性变形的应变速率处在10-4～10-2范围；进入稳定阶段后，不呈现冷变形强化现象，可承受大的变形而不破坏，形状复杂制件可以一次成形。

170超塑性变形机理

晶粒转动可调节晶粒应变，引起晶界迁移，同时扩散过程使晶界迁移有足够高的速度，从而使三叉晶界处孔隙得以愈合。晶界迁移和扩散蠕变的调节改变晶粒形状位置，使晶界滑动能继续进行。两个横向排列的晶粒互相接近并接触，使其两旁的原来相邻的两个晶粒被挤开，出现晶粒的换位，从而使多晶体在应力方向上产生了较大的伸长变形量。晶界变形量占了总变形量的绝大部分，晶界并未产生开裂，晶内变形量很少，晶粒保持等轴状或等轴化，而不被拉长。扩散调节的晶界滑移机制:晶界滑移伴随着晶粒的转动171与冷热变形的组织结构不一样，超塑性变形后，晶粒的等轴形状几乎保持不变是显微组织的主要特征之一。超塑性变形不产生弹性残余应力。172超塑性分类：

结构超塑性：具有直径小于10μm的微细晶粒的金属材料，在一定的恒温（T=0.5Tm)和一定低应变速率下进行拉伸变形时获得的超塑性。又称为恒温超塑性或微细晶粒超塑性。晶粒细化程度；共析和共晶合金比较容易获得细化晶粒及均匀组织状态，易于实现超塑性。相变超塑性（动态超塑性）：具有固态相变的金属在相变温度附近进行加热与冷却循环，反复发生相变或同素异构转变，同时在低应力下进行变形，可产生极大延伸性的现象。特点：变形中伴随相变所表现出来的超塑性。173金属超塑性成形工艺应用：

获得形状复杂，尺寸精密的零件；对部分难成形金属零件加工具有特殊重要的意义。174(1)超塑性气压成形以压缩气体为动力，使处于超塑性状态下的金属材料等温热胀，以产生大变形量来生产零件的一种工艺。175(2)超塑性拉深成形

单次拉深的最大杯深与杯的直径比大于11，