第二篇塑性加工-机械制造基础

第二篇塑性加工第一章塑性成形原理第二章塑性成形方法第三章塑性成型工艺设计第四章锻压件结构工艺性第五章塑性成形新技术第二篇塑性加工实质是在外力作用下，使金属产生塑性变形从而获得具有一定形状、尺寸和性能要求的原材料或零件的加工方法。特点可获得所要求组织、形状和尺寸且内部组织和性能得到了提高，同时压合铸造组织缺陷。少无切削加工。工件精度日益提高。生产率很高。劳动条件差。需要较大的设备。与铸造生产相比不能制造形状复杂的零件。机器零件毛坯的生产原材料的生产轧制挤压拉拔锻造冲压自由锻模锻胎膜锻塑性加工生产方式第二篇塑性加工轧制正挤压反挤压挤压拉拔第一章金属塑性变形1.1金属塑性变形的实质1.2塑性变形后金属组织和性能1.3金属的可锻性1.4塑性变形基本规律1.1金属塑性变形的实质一、单晶体的塑性变形二、多晶体的塑性变形第一章金属塑性变形一、单晶体的塑性变形1.滑移2.孪晶A.未变形B.弹性变形C.弹塑性变形D.塑性变形问题：计算力远远大于实际变形力？A.未变形B.C.位错运动D.塑性变形原因：实际金属中存在缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）位错：晶体中的线缺陷

位错运动引起塑性变形二、多晶体的塑性变形1、晶界和晶粒位向的影响2、多晶体变形的不均匀性1.2塑性变形后金属组织和性能一.钢的冷变形二.钢的热变形三.温变形一、

钢的冷变形1、产生加工硬化晶粒沿变形最大方向伸长晶格与晶粒均发生扭曲晶粒间产生碎晶*加工硬化可提高产品性能2.消除加工硬化方法

——加热

回复

T回=（0.25~0.3)T熔再结晶

T再=0.4T熔再结晶退火一、钢的冷变形3、冷变形的特点再结晶温度以下的塑性变形。具有加工硬化组织。为防破裂变形程度不宜过大。对于热处理不能强化的金属（Al—Mg，Mg合金，Zn合金等）可用冷变形提高机械性能。二、钢的热变形1、热变形特征在再结晶温度以上的塑性变形变形后具有再结晶组织塑性好，抗力低锻合缺陷2、热变形对改善铸锭组织性能的作用热变形前内部组织不均匀晶粒粗大，常有偏析气孔、缩松、裂纹及非金属夹杂物。热变形后改善了粗大的铸造组织，获得了细化的再结晶组织锻合缺陷，使金属更加致密，提高机械性能形成纤维组织，使金属的机械性能具有了各向异性3、锻造比与纤维组织锻造比锻造前后金属坯料的横街面积比值或长度（或高度）比值。（2）镦粗锻造比Y镦

金属坯料镦粗后的横截面积与镦粗前横截面积之比或镦粗前高度与镦粗后高度之比。Y镦=F0/FY镦=H0/H

（1）拔长锻造比Y拔

金属坯料拔长前的横截面积与拔长后横截面积之比或拔长后长度与拔长前长度之比。

Y拔=F0/FY拔=L/L0

3、锻造比与纤维组织纤维组织锻造比大，纤维组织明显；用热处理方法不能消除纤维组织；纤维组织的存在使金属力学性能出现各向异性纵向塑性和韧性明显大于横向。利用纤维组织分布与零件轮廓相符，而不被切断流线方向与最大正应力方向一致；纤维组织方向与最大剪应力方向垂直。改造方法锻造方法冶炼工艺三.温变形在再结晶温度以下变形，既产生回复也产生变形硬化的塑性变形。用于冷变形成形困难，而用热变形表面氧化严重达不到精度的工件。1.3金属的可锻性可锻性金属材料通过塑性加工获得优质零件的难易程度。衡量指标：塑性变形抗力影响可锻性因素金属本身加工条件1.3金属的可锻性金属本身化学成分纯金属可锻性好合金差内部组织纯金属、固溶体可锻性好金属碳化物差细晶粒好粗晶粒差加工条件应力状态变形温度温度越高越好温度过高产生过热、过烧、脱碳、氧化在始锻与终锻温度之间变形速度双重影响1.4塑性变形基本规律一、体积不变定律二、最小阻力定律第二章塑性成形方法

2.1自由锻

2.2模锻

2.3板料冲压

一、概述

1、自由锻实质

2、分类

3、特点

4、应用

5、自由锻工序基本工序辅助工序精整工序

6、自由锻设备2.1自由锻自由锻用冲击力和压力使金属在上下砧块之间产生塑性变形以获得锻件的压力加工方法。分类：手工自由锻机器自由锻特点：

金属在两砧块之间受力变形自由流动。生产率低，灵活性大，劳动强度大。锻件的形状、尺寸由人工控制。金属消耗量大，加工余量大。应用：

单件小批生产大锻件的生产基本工序使坯料形状尺寸产生较大的改变；如：镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转。辅助工序为基本工序操作方便而进行的预先变形；如：压钳口、倒棱、切肩。精整工序提高锻件表面质量的工序，通常在终锻温度以下进行。6、自由锻设备空气锤蒸汽—空气自由锻锤锻造水压机二、基本工序

1、镦粗

2、拔长

3、冲孔

4、扭转

5、错移

6、弯曲

7、切断2.1自由锻镦粗——变形不均匀（1）H0/D0

1单鼓形（2）H0/D0=2.5-1.5双鼓形（3）H0/D0>2.5~3失稳

结论：坯料镦粗部分的长度与截面直径之比要小于2.5-3。2、拔长（1）变形分布与镦粗相似（2）拔长方形毛坯要不断翻转900（3）圆形毛坯使用V形砥铁，同时使毛坯沿轴线转动（4）拔长空心毛坯：芯轴延伸，芯轴扩孔3、冲孔（1）端面产生拉缩（2）侧面出现鼓形（3）高度略有减小空心冲头冲孔实心冲头冲孔4、扭转5、错移7、切断2.2模锻典型模锻件一、概述1、产生原因2、实质3、特点4、应用5、种类实质借助于模具将外力作用在被变形的金属上使金属产生塑性变形的过程。一种模具只能生产一种锻件。2、实质1.生产率高2.节省金属3.可生产复杂重要锻件4.加工范围广5.易实现机械化、自动化6.可实现无削、少削加工7.模具贵8.模锻件与成品有差距，需冷加工9.设备贵中、小型锻件中批、大批大量的生产（质量<150Kg）

3、特点4、应用5、种类锤上模锻压力机上模锻平锻机上模锻水压机上、辊锻机上模锻等一、概述二、锤上模锻（一）锤上模锻设备（二）锻模锻模构成锻模模膛（三）模锻工艺规程2.2模锻2.2模锻（一）锤上模锻设备种类蒸汽-空气模锻锤无砧座锤高速锤

组成原理锻模由上、下两部分模块组成模块上加工出模膛上模紧固在锤头上与锤头一起做上、下往复运动下模紧固在模垫上2.2模锻（二）锻模锻模构成锻模模膛模膛是坯料借以成形的凹槽部分分类模锻模膛终锻模膛预锻模膛制坯模膛

拔长模膛滚压模膛弯曲模膛切断模膛成形、镦粗台、击扁等2.2模锻1.模锻模膛终锻模膛

作用：使坯料最后变形到锻件所要求的外形和尺寸。特点：a.型腔和锻件形状相同

b.尺寸比锻件尺寸大一个收缩量

c.模膛四周有飞边槽，使金属易充满

d.只能锻出带有连皮的通孔锻件模膛作用1.模锻模膛预锻模膛

作用：使坯料预变形到接近锻件外形和尺寸。特点：a.园角半径、斜度大于终锻模膛

b.无飞边槽模膛作用模膛作用

2、制坯模膛拔长模膛开式闭式滚压模膛开式闭式模膛作用弯曲模膛切断模膛三、压力机上模锻1、压力机模锻与锤上模锻的区别2、曲柄压力机模锻3、摩擦压力机模锻4、平锻机模锻2.2模锻1、压力机模锻与锤上模锻的区别锤属打击性质；锻锤结构复杂，热效率低；厂房、设备受损失；工人劳动条件差。压力机工作时无冲击力（静压力作用）有快速行程结构刚度好、导向好有上、下顶料装置设备昂贵、难制造氧化皮不好清除不能进行拔长、滚挤2、曲柄压力机模锻组成原理模锻工艺特点、应用余量、公差都小于锤上锻模可设计成镶块式可进行杆类件的局部模锻终锻前常用预锻成形工步适于大批大量生产3、摩擦压力机模锻1、组成原理主要是靠飞轮、螺杆及滑块向下运动时所积蓄的能量使锻件变形。2、应用中、小批量生产

4、平锻机模锻1

.工作原理2.平锻机上模具的组成凸模凹模：固定凹模、活动凹模3.工艺特点同压力机模锻特点具有两个分模面要求坯料严格非回转体不能用*小结—模锻方法的选择1.锻件年产量大批大量生产锤、压力机、平锻机中批量生产摩擦压力机中、小批量生产胎膜锻2.锻件的形状、尺寸锤、压力机有一个分模面不能锻出通孔锻件，只能锻出带冲孔连皮的各种盘类锻件和轴类锻件。平锻机有两个分模面锻带杆的局部镦粗或带孔的锻件2.3板料冲压一、概述二、板料冲压基本工序三、冲模分类和构造一、概述实质特点及应用板料冲压用原材料冲压设备2.3板料冲压利用装在冲床上的冲模对板料进行冲压使之产生分离或变形，从二获得毛坯或零件的压力加工方法。可冲制形状复杂零件能保证产品具有较高精度操作简便、生产率高、成本低冷冲模制造复杂、模具材料贵原材料要具有足够的塑性用于大批量生产金属板料条料带料剪床斜刃、平刃、园盘剪冲床开式、闭式

一、概述冲压设备2.3板料冲压冲压基本工序变形工序分离工序切断修整冲裁拉深胀形弯曲翻边2.3板料冲压二、板料冲压基本工序1、剪切使坯料按不封闭的轮廓分离的工序2、冲裁是使坯料按封闭轮廓分离的工序

落料—制取一定外形冲孔—获得内孔二、板料冲压基本工序（1）冲裁变形过程弹性变形塑性变形断裂分离

（2）冲裁间隙一般

Z=（5~10）%t（3）凸凹模刃口尺寸的确定落料尺寸~凹模刃口尺寸冲孔尺寸~凸模刃口尺寸2、冲裁2.3板料冲压（4）冲裁力平刃：P=klt

P=ltbk——修正系数

k=1.3l——冲裁周边长度t——板料厚度——抗剪强度

=0.8bb——强度极限

2、冲裁2.3板料冲压（5）冲裁件的排样是指落料件在条料、带料、或板料上进行合理分布的方法。无搭边排样、有搭边排样3、修整利用修整模沿冲裁外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时在冲裁件断面上存留的剪裂带和毛刺。（IT6~IT7Ra0.8~1.6）2.3板料冲压4、弯曲

使坯料的一部分相对于另一部分弯曲一定角度的工序。特征1）内侧金属受压外侧金属收拉2）弯曲模角度应比成品小一个回弹角3）缺陷：回弹、开裂、表面擦伤二、板料冲压基本工序5、拉深使坯料变成中空形状零件的工序工艺特点1）凸凹模边缘都作成园角2）成品直径d与坯料直径D比例应在一定范围内，即：

拉深系数

m=d/D

（取

m=0.5~0.8）3）采用压板二、板料冲压基本工序拉深缺陷及防止1）起皱原因—坯料边缘在切线方向受到压缩办法—采用压边2）拉穿原因—变薄办法—正确选择m二、板料冲压基本工序6、成型利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序应用制成刚性筋条增大半成品部分内径管坯胀形二、板料冲压基本工序7、翻边是在带孔的平坯料上用扩孔的方法获得凸缘的工序。特点翻边前的直径d0与翻边后的直径d应有所限制翻边系数K=d0/d二、板料冲压基本工序简单模三、冲模的分类和构造连续模三、冲模的分类和构造复合模三、冲模的分类和构造第三章塑性成形工艺设计3.1自由锻工艺设计

3.2模锻工艺设计

3.3板料冲压工艺设计一、自由锻工艺规程编制流程3.1

自由锻工艺设计锻造温度范围加热冷却规范由零件图绘制锻件图确定毛坯的重量和尺寸制定变形工步及工具确定设备吨位确定锻后热处理规范提锻件技术、检验要求填写工艺卡片锻件图——是锻造加工的依据，它是在零件图的基础上考虑加工余量、锻件公差、敷料等因素制成。二、绘制锻件图3.1

自由锻工艺设计1.敷料2.锻件余量3.锻件公差二、绘制锻件图3.1

自由锻工艺设计三、坯料重量及尺寸计算1、重量：G坯

=G件

+G烧

+G切

+G头+G尾2、尺寸：与锻造过程中的变形程度有关碳素钢锭拔长：

Y拔长=F0/F>2.5-3

轧材作坯料：

Y拔长=F0/F>1.3-1.5

3.1

自由锻工艺设计例：镦粗

1.25≤H0/D0≤2.5V坯

=G坯/V坯

=D02H0

/4

联立三式得：

D0H0

四、选择锻造工序参照类似锻件的典型工艺依据具体生产条件来定盘类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔轴类件:拔长（镦粗、拔长）、切肩、锻台阶筒类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上拔长环类件:镦粗（拔长、镦粗）、冲孔、心轴上扩孔弯曲类件:拔长（镦粗、拔长）、弯曲曲轴类件:拔长（镦粗、拔长）、错移、锻台阶、扭转3.1

自由锻工艺设计返回五、确定设备吨位六、确定锻造温度范围七、填写工艺卡片理论计算经验公式保证金属有较高塑性，较小的变形抗力，高质量的锻件。3.1

自由锻工艺设计模锻工艺规程1、制定模锻件图3.2

模锻工艺设计2、确定模锻工步3、修整工序一、模锻工艺规程设计内容3.2

模锻工艺设计锻件图：依据产品的零件图设计冷锻件图——检验锻件热锻件图——检验模具

分型面的选择锻后能保证锻件顺利取出易发现模锻件分型面使型槽浅而宽应尽量取平面二、制定模锻件图余量、公差、敷料余量：1~4mm公差：冲孔连皮：d>25mm模锻斜度模锻圆角半径确定冲孔连皮

3.2

模锻工艺设计二、制定模锻件图例分模面余量二、制定模锻件图模锻斜度圆角二、制定模锻件图长轴类件——拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等盘类锻件——镦粗——简单镦粗、终锻——复杂三、确定模锻工步四、修整工序

切边、冲孔

校正热处理清理精压第四章锻压件结构工艺性3.1自由锻件结构工艺性

3.2模锻