3.第三章-金属材料塑性精确成型工艺与理论

第三章金属材料塑性精确成形工艺与理论3.1金属塑性成形的种类与概述3.2金属材料的超塑性及超塑性成形3.3精密塑性体积成形3.4板料精密成形3.1金属塑性成形的种类与概述金属塑性成形方法及其特点金属塑性成形方法的分类金属塑性成形方法的现状金属塑性成形方法的新进展金属塑性成形方法的发展方向一、金属塑性成形方法及其特点金属塑性成形：利用金属的塑性，通过外力使金属发生塑性变形，成为具有所要求的形状、尺寸和性能的制品的加工方法。又称金属压力加工。金属塑性成形的特点１．生产效率高，适用于大批量生产２．改善了金属的组织和结构３．材料利用率高４．尺寸精度高金属塑性加工在汽车、拖拉机、船舶、兵器、航空和家用电器等行业都有广泛的应用。二、塑性成形工艺的分类（一）体积成形（热加工）（二）板料成形（冷加工）锻造挤压拉拔自由锻模锻轧制成形工序分离工序坯料一般为棒料、金属块料或厚板。

塑性成形依靠坯料体积的转移和重新分配来实现。坯料的形状或横截面以及表面积与体积之比发生显著变化。坯料一般为板料。

坯料的形状发生显著变化，但横截面形状基本不变。其中弹性变形所占变形比例较大，易出现弹性回复和回弹现象。

三、金属塑性成形方法的现状塑性成形的基础理论基本形成。包括位错理论、Tresca、Mises屈服准则、滑移线理论、主应力法、上限法以及大变形弹塑性和刚塑性有限元理论等。塑性成形数值仿真技术日趋成熟。计算机辅助技术在塑性成形领域的应用不断深入。新的成形方法不断出现并得到成功应用，如超塑性成形等。四、金属塑性成形方法的新进展微塑性成形技术内高压成形技术可变轮廓模具成形技术粘性介质压力成形技术（1）微塑性成形技术微塑性成形技术（Microforming，MicroscaleForming)——指以塑性加工的方式生产至少在二维方向上尺寸处于毫米量级的零件或结构的工艺技术。在工业中的实际应用主要源于电子工业的兴起，随着大规模集成电路制造技术和微电子工艺的发展，越来越多的电子元件、电器组件及计算机配件等相关零件开始采用微成形技术进行生产。随着制造领域中微型化趋势的不断发展，特别是在微型机械（micromachine）和微型机电系统（

microelectro-mechanicalsystem，MEMS）的发展，微型零件的需求量越来越大。微成形具有极高的生产效率、最小或零材料损失、最终产品优秀的力学性能和紧公差等特点，所以适合于近净成形或净成形产品的大批量生产。微塑性成形技术的分类：体积微成形：包括微挤压、微锻造、微镦粗。板料微成形：包括微拉深（MicroDeepdrawing)、微胀形（MicroBulgeForimg)、微弯曲（MicroBending)、微冲孔等。由于微小化，微型零件的成形比传统的成形困难，

原因如下

：当零件越小，表面积与体积之比迅速增大;对于小尺寸零件，工件与工具之间的粘着力、表面张力等显著增大;

晶粒尺度的影响很显著，不能再像传统工艺那样看成是各向同性的均匀连续体;工件表面存储润滑剂相对困难。（2）管材内高压成形技术内高压成形（Hydroforming）是一种以液体为传压介质，利用内高压（工作压力最高可达400~600MPa）使金属坯料变形成为具有复杂三维形状零件的现代塑性加工技术，属于液力成形的范畴。管材内高压成形是使金属管材内部承受高压流体，迫使管材向外侧鼓胀变形，以得到所需形状的加工过程。高压流体通常使用水或液压油，此外在某些特殊情况下也采用气体、低熔点金属、粉末、粘性聚合物等。管材内高压成形原理：通过内部加压和轴向进给补料把管坯压入到模具型腔使其成形。工艺过程：首先将管坯放入下模，闭合上模，然后在管坯内充满液体，并开始加压，在加压的同时管坯在两端轴向推杆的作用下送料进给，两者保持特定的匹配关系，最终使管坯成形。与传统的冲压、焊接成形工艺相比，管材内高压成形有以下优点：减轻零件重量，节约材料。减少零件和模具数量，降低模具费用。内高压成形件通常仅需要一套模具，而冲压件大多需要多套模具。采用内高压成形工艺，减少零件数量，如副车架的组成零件可由6个减少到1个，散热器支架的组成零件可由17减少到10个。可减少后续机械加工和组装焊接量。提高强度与刚度，尤其疲劳强度。内高压成形工艺过程中的加工硬化可以在很大程度上提高零件的强度和刚度，改善整个件的力学性能。降低生产成本。根据德国SchulerHydroforming公司对已应用零件统计分析，内高压成形件比冲压件平均降低成本15%~20%，模具费用降低20%~30%。提高成形零件的精度并降低回弹效应。创新性。内高压成形技术克服了传统生产工艺的限制，有利于新产品设计开发。管材内高压成形技术也存在一些缺点：单一过程周期时间较长。通常一个锻件约只需几秒钟就可成形，而对于管材内高压成形，由于压力上升速度受限，最快也要20秒以上，因此成形时间相对较长。由于复杂截面的管材成形需要较高的内部压力，因此需要大型且昂贵的液压装置和压机设备。与传统的板材成形等相比，管材内高压成形相对技术难度要求高，且目前较缺乏这方面相关的资料库和技术经验积累以供参考，必须自己研发。对于内高压成形材料，碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、铜合金及镍合金等都可用该工艺成形，一般适用于冷成形的材料均适用于内高压成形工艺。管材内高压成形适用于制造航空、航天和汽车领域的沿构件轴线变化的圆形、矩形截面或各种异形截面空心构件，如汽车的排气系统异形管件、非圆形截面空心框架如副车架、仪表盘支架、车身框架和空心轴类件、复杂管件等。（3）可变轮廓模具成形将整体模具离散化为很多个轴向（Z向）分布在（x，y）平面内的小冲头，通过调节小冲头的Z向位移来满足零件的成形要求。（4）黏性介质压力成形（ViscousPressureForming，VPF）成形过程中采用粘性介质作为传力介质。成形原理：首先将板料置于模具压边圈上合模压紧，通过粘性介质注入缸注入介质对板料施加成形压力，并通过反向粘性介质压力缸注入与排放介质来调节反向压力分布。而成形过程压边力的分布则是通过控制压边缸的压力来实现。最后溢流缸都向外排出介质，直至板料贴模。粘性介质压力成形过程：通过粘性介质的注入与排放，实时控制成形过程粘性介质注入压力与排放压力，同时控制板料压边力，可以对板料施加的压力分布进行实时控制，以有效地控制材料的顺序流动，达到控制板料成形过程及尺寸精度和厚度变化的目的，提高板料成形性。粘性介质压力成形工艺特点：1粘性传力介质选用半固态、可流动并具有高粘度和速率敏感性的物质(称做粘性介质)做为成形的传力介质。相对于液压成形，粘性介质的半固态特性十分有利于密封，这使得可以较好地控制粘性介质的注入压力和压边力，实现板料成形过程的控制，提高板料成形性。而在压力的作用下，粘性介质又具有很好的流动性，这样在成形过程中，对复杂形状零件的成形可实现完全合理包络，因而成形零件的型面贴合度好、形状尺寸精度高。2粘性介质压力成形的顺序性实现板料变形顺序的控制是粘性介质压力成形主要特点之一。可以根据成形件的形状特征和选用材料的成形性，通过实时控制压边部分各点压边力的大小及板料两侧介质的注入和排出以调节法兰处材料的流入，达到控制板料成形部位的目的。这使得粘性介质压力成形可以控制板料的变形、调节板料各点的减薄，因而可以满足对等厚度性越来越高的要求。3反向压力可以在板料两侧同时注入粘性介质，使板料在正向压力和反向压力同时作用下成形。则反向压力的存在改善了板料的应力应变状态，提高了板料的成形性。而且反向压力的存在也有利于成形过程中微裂纹的焊合，从而能减缓破裂的产生。4表面质量由于是软模成形且粘性介质对板料表面无任何腐蚀作用，所以成形零件表面质量好，而且成形后的零件也不需专门的清洁处理工序。另外，粘性介质对环境没有污染，并可以反复使用。应用范围粘性介质压力成形尤其适于航空航天领域多品种、小批量及产品更新换代快的生产特点，易于加工塑性差、表面质量难于保证的材料，如铝合金、钛合金高温合金以及其它高强度难成形材料。五、金属塑性成形方法的发展方向3.2金属材料的超塑性及超塑性成形超塑性及超塑性成形的定义超塑性的历史及发展超塑性的分类超塑性成形的特点及实现条件超塑性成形工艺典型的超塑性材料超塑性的应用一、超塑性及超塑性成形的定义超塑性——材料在一定的内部（组织）条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部（环境）条件下（如温度、应变速率等），呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能（如大的延伸率，通常可达到200%甚至更高）的现象。超塑性成形（SuperPlasticForming或SPF）是利用材料在超塑性状态下的优异变形性能而发展起来的一种先进成形加工技术。二、超塑性的历史及发展超塑性现象最早的报道是在1920年，自该工艺从发现到深入研究经历了几十年的时间。自上世纪70年代以来，世界各工业发达国家包括美、英、法、日以及前苏联等竞相研究金属超塑技术，掀起了超塑性材料、力学、机理、成形等技术及理论研究的热潮，已初步形成了比较完整的理论体系。并且近几十年来，在工业中也有了较为广泛的应用。在航空航天以及汽车零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中发挥不可替代的作用。目前，已经发现具有超塑性的金属材料已达200多种以上，特别是近年来，由于陶瓷及其复合材料超塑性研究取得了突破性的进展，超塑性研究范围从金属材料扩展到了非金属领域。超塑性的主要发展方向：先进材料超塑性的研究高速超塑性的研究研究非理想超塑材料的超塑性变形规律三、超塑性的分类按实现超塑性的条件（组织、温度、应力状态）不同，可将其分为三类：（1）组织超塑性（微晶超塑性、恒温超塑性）——第一类超塑性内在条件：具有稳定的等轴细晶组织（一般，晶粒尺寸：0.5～5µm之间）外在条件：每种超塑性材料应在特定的温度及速率下变形研究最多（2）相变超塑性——第二类超塑性指材料相变点上下进行温度循环的同时对试样加载，数次循环中试样得到累加的大变形。不需预先组织处理，不需细微晶粒组织，但需要在应力作用下，同时在相变温度范围内循环地进行加热和冷却。相变超塑性产生的必要条件：金属及合金具有固态结构转变能力；应力作用相变温度上下循环加热和冷却，诱发它产生反复的结构变化，使金属原子发生剧烈运动而出现超塑性。（3）其他超塑性——第三类超塑性短暂超塑性相变诱发超塑性…四、超塑性成形的特点及实现条件超塑性成形的特点(1)对晶粒尺寸、状态敏感，一般要求微细晶粒。(2)大变形。非常大的延伸率，一般200％，最大可达5000％以上。金属在超塑性状态下，可以承受大变形而不被破坏，对于复杂形状的零件，可以实现一次成形而不需要预成形。(3)无缩颈。超塑性材料在拉伸试验时，均匀变形能力极好，抗颈缩能力强，可发生很大变形而无明显的局部缩颈。(4)小应力。进入超塑性变形后的稳定阶段后，不存在加工硬化，金属变形抗力很小。(5)易成形。超塑性成形时，不但金属变形抗力小，且流动性和充型性好。

(6)尺寸稳定，零件精度高，不存在硬化和回弹现象。超塑性成形的缺点：为了获得微细等轴晶粒的组织，需要进行预处理；在成形过程中需要较长时间保持恒温且材料与模具要等温，需要专门的与模具一体的保温加热装置，同时，在材料超塑性成形温度较高的情况下，如钛合金与钢的超塑性成形，对模具材料的热强度要求很高；超塑性成形要求低的应变速率，所以单件的成形时间长，生产率低。超塑性成形的实现条件微细晶粒超塑性实现的三个基本条件：

晶粒细化、适当的温度和低应变速率。（1）组织条件材料在变形前必须晶粒细化或者超细化、等轴化，并在变形期间要保持稳定。晶粒超细化的程度一般为0.5～5µm，一般不超过10µm。获得细晶粒的方法主要有三种：冶金学方法：添加一些能促使早期形核使组织弥散并在变形过程中稳定晶粒的微量元素。压力加工法：采用冷、温、热三种不同温度下的轧制或锻造。热处理方法：包括反复淬火、形变热处理、球化退火等方法。（2）温度条件

超塑性变形是在一定温度区间内进行，即使在这个温度范围内，温度的起伏变化对超塑性的各种参数的影响也很大。不同的金属材料，其超塑性温度区间是不一样的，材料对超塑性温度区是严格准确的。因此要尽可能严格要求温度，热源作用时间短，作用区域小，减少对非作用区的热影响，选择好满足温度的热源等。（3）变形速度（应变速率）——其直接影响合金的超塑性。以不同的应变速度对超塑性材料进行拉伸、挤压变形，发现流动应力随着变形速度的增加而增加。尤其在其中某一区域内变化的非常剧烈，恰好此时发生超塑性。因此超塑性时需要控制一定的变形速率，最佳的变形速度范围处于低速区。五、超塑性成形工艺超塑性模锻超塑性挤压超塑性拉拔超塑性气压胀形（吹塑成形）…超塑性体积成形，利用超塑性成形条件下流变应力低、流动性好的特点。也属于等温成形（模具与成形件处于相同温度）薄板气压胀形利用超塑性成形可获得超高伸长率。（1）超塑性模锻分为开式模锻和闭式模锻。（又分别称为有飞边模锻、无飞边模锻）开式与闭式模锻在锻模设计方面有同有异，主要表现为：模膛结构闭式多采用镶块组合式，开式多采用整体式。导向闭式多用模口导向，开式模锻可用导柱导向。飞边槽开式带有飞边槽，且尺寸小于常规模锻。锻模斜度闭式无拔摸斜度或者采用很小拔模斜度，而开式锻模拔摸斜度也小于常规锻造。顶出闭式模锻必须设顶出装置，开式模锻可根据锻件情况决定顶出机构取舍。常规锻造的闭式模锻主要用于轴对称锻件或三个方向尺寸相近的锻件。闭式超塑性模锻可用于长轴类锻件与异形锻件。且可分为精模锻和粗模锻。1）超塑性模锻的基本条件：变形前毛坯需经过处理，使晶粒超细化和等轴化，在变形期间晶粒保持稳定。晶粒超细化程度要达到0.5～5µm的晶粒度，一般不超过10µm.超塑性变形在恒温下进行，一般在0.5～0.7Tm（材料的绝对熔化温度）的温度下进行变形。变形速度缓慢，应变速率一般为0.0001～0.01S-1.2）润滑——成形工艺的关键因素之一。直接影响充型能力、型腔质量及冲头寿命。润滑剂的功能：润滑功能降低成形摩擦力防氧化脱碳功能对钢制锻模超塑性成形强度较高，要保证得到高质量的型腔表面，采用的润滑剂必须有良好的抗氧化脱碳性能。脱模功能成形后冲头能顺利脱模，无粘模现象，提高型腔表面质量。3）超塑性模锻的工艺过程首先将合金在接近正常再结晶温度下进行热变形以获得超细的晶粒组织；然后在超塑性温度下，在预热的模具中模锻成所需要形状，最后对锻件进行热处理，以恢复合金的高强度状态。需要注意：对超塑性模锻，要求坯料在成形过程中需保持恒温，即需对模具和变形合金同时加热到同样的温度。且成形速度较低。（超塑性模锻意见成品约2～8min）4）模具材料由于高温合金和钛合金的超塑性温度范围大多在800℃以上，因此超塑性模锻对模具材料必须有如下要求：较高的高温强度；高的耐磨性和一定的高温硬度；优良的耐热疲劳性和抗氧化性；适当的冲击韧性；较好的淬透性和热导性。目前，生产上大多采用镍基铸造高温合金，如IN-100，MARM200等。5）超塑性模锻工艺特点及优点超塑性模锻工艺特点：显著提高金属材料的塑性。极大地降低金属的流变抗力。金属的超塑性能使形状复杂、薄壁、高肋的锻件在一次模锻中锻出。超塑性模锻过程中，金属继续保持均匀细小的晶粒组织，因此产品在整体上有均匀的力学性能。且超塑性成形后金属晶粒仍为等轴晶，所以力学性能各向同性。超塑性锻件有如下六个优点：精度高力学性能高材料利用率高模具寿命高废品率低无残余应力（2）超塑性气胀成形

用气体的压力使板坯料（也有管坯料或其他形状坯料）成形为壳型件。如抛物面天线、球形容器、仪表壳等。六、典型的超塑性材料

目前已知的超塑性金属及合金有数百种。按基体区分，有Al基、Mg基、

Fe基、Ti基、Zn基等合金，其中包括共析合金、共晶合金、多元合金、高级合金等类型。部分典型的超塑性合金见表3-1。七、超塑性的应用由于金属在超塑性状态具有异常高的塑性、极小的流动应力、极大的活性及扩散能力，可以在很多领域中应用，包括压力加工、热处理、焊接、铸造甚至切削加工等方面。（1）在压力加工方面的应用成形的方式有锻造成形、拉延成形、挤压成形、气压成形、液压成形等。属于黏性和不完全黏性加工，对于复杂形状或变形量很大的零件可一次成形。优点：金属流动性好、设备吨位小、材料利用率高、成形件表面精度质量高。缺点：需一定的成形温度和压力持续时间，对设备、模具润滑等有一定的特殊要求。（2）相变超塑性在热处理方面的应用钢材的形变热处理、渗碳、渗氮等（3）在焊接方面的应用相变超塑性焊接工艺：两块金属材料接触，利用相变超塑性变形，施加很小的负荷和加热、冷却循环，即可使接触面完全粘合，得到牢固的焊接。…….3.3精密塑性体积成形精密体积成形概述精密塑性体积成形方法分类小飞边和无飞边模锻挤压闭塞式锻造多向模锻径向锻造摆动碾压等温模锻和超塑性模锻精压一、精密体积成形概述（1）精密塑性体积成形的概念在传统塑性加工的基础上，所成形的制件达到或接近成品零件的形状和尺寸。优点：节材、节能、缩短产品制造周期、降低生产成品；可以获得合理的金属流线分布，提高零件的承载能力，从而减轻制件的质量，提高产品的安全性、可靠性和使用寿命。应用：成形大批量生产的零件，如汽车上的一些复杂形状零件。成形航空航天领域中的一些复杂形状零件，特别是一些难切削的复杂形状零件、难切削的高价材料的零件或者要求性能高使结构轻量化的零件等。精密塑性体积成形技术中的几个主要问题：精密塑性体积成形时的型腔充填问题成形件的精度控制问题模具的强度和寿命问题有较高的生产效率（2）精密塑性体积成形的精度径向尺寸精度一般热模锻件：±0.5～1.0mm热精锻件：±0.2～0.4mm温精锻件：±0.1～0.2mm冷精锻件：±0.01～0.1mm表面粗糙度一般热模锻件：Ra12.5µm冷精锻件：Ra0.2～0.4µm（3）影响锻件的因素坯料的体积偏差（下料、加热等因素）模膛的尺寸精度和磨损模膛温度和锻体温度的波动模具和锻件的弹性变形锻件的形状和尺寸成形方案模膛和模具结构的设计润滑情况设备工艺操作…..（4）拟定精密塑性体积成形工艺时应注意的问题在设计精锻件图时，不应当要求所有部位的尺寸都精确，而只需保证主要部位的尺寸精确，而其余部位尺寸精度要求可低些。对某些精锻件，适当地选用成形工序，不仅可以使坯料容易成形，保证成形质量，而且可以有效地减少单位变形力和提高模具寿命。适当地采用精整工序，可有效保证精度要求。坯料良好的表面质量是实现精密成形的前提。且在材料塑性、设备吨位和模具强度允许的前提下，尽可能采用冷成形或温成形。设备的精度和刚度对锻件有重要影响，但模具精度的影响比设备更直接更重要。精密成形工艺中，润滑尤为重要。良好的润滑可以有效地降低变形抗力，提高锻件精度和模具寿命。模具结构的正确设计、模具材料的选择及模具的精确加工是影响模具寿命的重要因素。高温和中温精密成形时，应对模具和坯料的温度场进行监测和控制，它是确定模具材料、模具和模锻件热胀冷缩率以及坯料变形抗力的依据。二、精密塑性体积成形方法的分类（1）按成形方法分模锻挤压闭塞式锻造多向模锻径向锻造精压摆动碾压精密碾压特种轧制变薄拉深强力旋压粉末成形……（2）按成形温度分冷成形（冷锻）：室温下的成形。温成形（温锻）：室温以上、再结晶温度以下的成形。热成形（热锻）：再结晶温度以上的成形。等温成形（等温锻）：几乎恒温条件下的成形，变形温度通常在再结晶温度以上。冷成形（冷锻）优点：产品的尺寸精度高、表面质量好、材料利用率高。缺点：在室温下成形，材料塑性低，变形抗力大，流动性差。热成形（热锻）优点：变形抗力低，材料塑性好，流动性好，成形容易，需要设备吨位小。缺点：产品的尺寸精度低、表面质量差、钢件表面氧化严重，模具寿命低，生产条件差。温成形（温锻）与冷锻相比，温锻时变形抗力小，材料塑性好，流动性好，成形比冷锻容易，可次啊用比冷锻大的变形量，减少工序，减少模具费用和压机吨位，模具寿命也相对较高。与热锻相比，温锻时由于加热温度低，氧化、脱碳现象减轻，产品的尺寸精度和表面质量均较好。若在低温范围进行温锻，产品力学性能与冷锻产品差别不大。温锻主要应用于:冷锻变形时硬化剧烈或者变形抗力高的不锈钢、合金钢、轴承钢和工具钢等。冷变形时塑性差、容易开裂的材料，如铝合金LC4等；冷态下难加工，而热态时严重氧化、吸气的材料，如钛、钼等；形状复杂或者为改善产品综合力学性能而不宜采用冷锻的零件；变形程度大或者尺寸较大，以致冷锻时现有设备能力不足的零件。等温成形（等温锻）特点：几乎在恒温条件下进行，这时模具也加热到与坯料相同的温度。在行程速度较慢的设备上进行。主要用于铝合金、镁合金和钛合金锻件的成形。三、少飞边和无飞边模锻模锻：利用锻模模膛使坯料变形而获得锻件的一种成形工艺。第一阶段第二阶段第三阶段自第一阶段结束到金属充满模膛金属充满模膛后多余金属由桥口流出开始模压至金属与侧壁接触飞边槽的作用：在桥口处建立足够阻力，迫使金属充填模膛；容纳多余金属分型面一般开式模锻，飞边槽设置在锻件高度的中间部位。而模锻初期，坯料被压缩形成鼓形，但此时桥口的阻力很小，大量金属由桥口外流，造成金属大量的浪费，最后可能由于金属量不够，模膛不能充满。小飞边模锻为了在模锻初期就建立足够大的金属外流阻力，将飞边槽设置在金属变形较困难的坯料端部。这样，在模锻初期，中间部分金属的变形流动就受到了侧壁的限制，迫使金属充满模膛，这种形式飞边槽的模锻，叫做小飞边模锻。采用小飞边模锻有利于金属充填模膛，而且也大大减小了飞边金属的消耗。但需要注意：对于小飞边模锻，分模面的位置要靠近一端，远离分模面的部位常出现充不满的情况。因此，采用该工艺对于锻件的形状有一定要求。无飞边模锻亦称闭式模锻，模膛结构特点为：凸、凹模间间隙的方向与模具运动的方向相平行。模锻过程中间隙大小不变。切由于间隙很小，金属流入间隙的阻力一开始就很大，有利于金属充满模膛。无飞边模锻优点：1）有利于金属充填模膛，有利于进行精密模锻；2）大大减小了飞边损耗，并且节省了切飞边设备；3）无飞边模锻时，金属处于明显的三向压应力状态，有利于低塑性材料的成形。为使无飞边模锻能正常进行，应满足以下条件：坯料体积准确坯料形状合理，并能在模膛内准确定位能够较准确地控制打击能量或模压力有简便的取件措施或顶料机构四、挤压挤压：金属在三个方向的不均匀压应力作用下，从模孔中挤出或流入模膛内以获得所需尺寸、形状的制品或零件的塑性成形工序。优点：提高金属的塑性，生产复杂截面形状的制品，而且可以提高锻件的精度，改善锻件的内部组织和力学性能，提高生产率和节约金属材料等。根据金属的流动方向与冲头运动方向的相互关系，挤压工艺可分为正挤压反挤压复合挤压径向挤压挤压变形过程可分为四个阶段。充满阶段开始挤出阶段稳定挤压阶段终了挤压阶段初始阶段正挤压时，挤压力随行程变化是不断变化的。坯料被镦粗至开始挤出阶段，挤压力上升稳定挤压阶段，随坯料高度逐渐缩短，挤压力逐渐减小挤压终了阶段，当坯料高度很小时，挤压力略有回升根据挤压时坯料的温度分类，挤压可分为:冷挤压温挤压热挤压（1）冷挤压优点：采用冷挤压加工可降低材料消耗；冷挤压中，毛坯处于三向压应力状态，有利于提高金属的塑性，且经挤压后金属晶粒组织更细小密实；金属流线不被切断加上所产生的加工硬化，可是冷挤压件的强度大大提高；冷挤压件尺寸精度高，表面质量好。宜于成形机械强度低和冷作硬化敏感性能低的材料，且冷挤前应对材料进行软化处理，冷挤压时应良好润滑。精密塑性成形时，多采用冷挤压和温挤压。软化处理为了降低毛坯的变形抗力，提高塑性，改善组织，细化晶粒，使金属材料宜与冷挤压，常在冷挤压前或多道冷挤压工序之间进行软化处理。软化处理通常采用退火热处理方法，即在一定温度下保温随炉冷却。表面处理及润滑黑色金属通常采用磷酸盐溶液磷化后在硬脂酸钠中浸泡皂化处理。不锈钢通常采用草酸盐表面处理，采用氯化石蜡油、肥皂油与二硫化钼混合液润滑。冷挤压成形对零件形状的要求：断面形状对称断面面积差较小断面过度平缓适合于冷挤压成形的最佳形状底部带孔的杯形件可通过正反分布或复合挤压成形获得高精度的内孔和外表面。带有深孔的双杯形件

可通过两次反向挤压或对向反挤压成形的方式获得。带有较大法兰的轴类件可以采用闭式镦挤成形获得。多台阶的阶梯轴类零件采用正挤或减径挤压。小型花键轴和齿轮轴采用符合挤压成形可获得优质挤压件。截面为正方形、六边形、八边形等多变形薄壁件采用冷挤压可一次成形多件，再切断成单个零件。深孔杯形件，如弹壳等。可反挤压制坯，再正挤压拉深成形。（2）温挤压温挤压是指将坯料加热到再结晶温度以下，室温以上某个适当温度进行挤压，它兼有冷挤压与热挤压的优点。温挤压温度应选择在金属变形抗力小和金属强烈氧化以前的温度范围内进行。但对钢材需注意避开“蓝脆区”。温挤压毛坯的加热可采用连续式煤气加热、电阻加热、中频感应加热比较合适。可在炉内通入惰性气体或采用真空加热炉；或采用快速加热等方法，防止毛坯的氧化与脱碳。温挤压前，一般需将挤压凸凹模预热到150～300℃才能进行生产，模具预热的目的：使挤压毛坯放入模具中温度降低不致过快；减小模具与毛坯接触时的温差。温挤压的润滑对于室温下冷挤时，润滑方法是：将毛坯表面进行磷酸盐处理，然后进行硬酸钠皂化处理或涂MoS2。但当温度在250～300℃以上时，由于磷化层与皂化层被烧坏，使润滑条件恶化。温挤压对润滑剂的要求大体与冷挤压相同，不同之处：可耐2000MPa以上的高压；应具有足够的热稳定性，在温挤时仍能保持很好的润滑效果；具有一定的绝热作用，能减缓毛坯的温度降低和模具的温度升高；在温挤压温度下能均匀地粘附在毛坯或模具表面上，不形成堆积成后的薄膜；化学稳定性好，保证温挤时不分解，不氧化变质，无毒，无害，对产品和模具无腐蚀作用。温挤时的润滑剂石墨水剂或油剂石墨+二硫化钼加油酸氧化铅氧化铅+5%CrO3玻璃润滑剂……（3）热挤压将毛坯金属加热到再结晶温度以上的某个温度范围内进行的挤压。一般用于锻造毛坯精化和预成形。热挤压工艺包括：毛坯的制备毛坯的预热和加热涂玻璃润滑剂挤压卸下凸凹模、芯棒、清除制件上的玻璃润滑剂精加工。五、闭塞式锻造

先将可分凹模闭合，并对闭合的凹模施加足够的合模力，然后用一个冲头或多个冲头，从一个方向或多个方向对模膛内的坯料进行挤压成形。也称为闭模挤压，是具有可分凹模的闭式模锻。一次变形工序中可获得较大的变形量和复杂型面，因此特别适合复杂形状零件的成形。稳定侧挤阶段成形完成阶段镦粗阶段充填侧腔阶段优点：生产效率高，一次成形便可以获得形状复杂的精锻件；由于成形过程中坯料处于强烈的三向压应力状态，适于成形低塑性材料；金属流线沿锻件外形连续分布，因此锻件的力学性能好。保证闭塞式锻造顺利进行，需满足以下要求：坯料下料准确少无氧化加热成形时应良好润滑模膛内最后填充的部位需设置仓部，以容纳多余金属。由于成形时张模力大，因此应当有可靠的压模机构或采用双动压力机。铝合金转子其是导弹发动机上重要的受力构件。其形状复杂，沿轮缘周围均匀分布了23个呈扭曲形的径向薄叶片。考虑了铝合金成形的特点，在闭塞式成形的基础上辅助以等温成形技术，既可以降低成形的难度，又可以使成形后的零件获得细小均匀的晶粒组织，并保证零件的流线完全沿零件几何外形分布，使零件的尺寸精度和性能均满足设计要求。采用组合式凹模的结构，整个凹模由23块镶块组成。等温锻造成形温度：坯料和模具的加热温度均为435℃。转子的成形过程分为制坯和闭塞式等温锻造两步。设计制坯工步的目的是细化晶粒以及去掉表层的粗晶环，保证成形后转子的组织性能。这是因为原坯料由铸态棒料热挤制得，内部为形变组织，而外层由于在挤出过程中模具温度较低，可能会导致变形后的晶粒再结晶不完全，从而形成粗晶环。预锻后的坯料再经过机械加工，去掉外层的粗晶环。六、多向模锻在几个方向同时对坯料进行锻造的工艺。主要用于生产外形复杂的中空锻件。属闭式模锻，其实质以挤压为主，挤压和模锻复合成形的工艺。

当坯料置于工位上后，上下两模块闭合，进行锻造，世贸初步成形，得到凸肩，然后水平方向的两个冲头从左右压入，将已初步成形的锻坯冲出所需的孔。锻成后，冲头先拔出，然后上下模分开，取出锻件。凿岩机缸体三通管接头钛合金的飞机起落架大型阀体锻件多向模锻的变形过程：1）基本形成阶段多向模锻件大都是形状复杂的中空锻件，且通常坯料是等截面的，第一阶段金属的变形流动特点主要是：反挤压—镦粗和径向挤压成形。以三通管接头成形为例。a）棒料置于可分凹模的封闭型腔后，三个水平冲头同时工作。b）冲头Ⅰ和Ⅱ首先与坯料接触，坯料两端在挤压的同时被镦粗，直至与模壁接触。c）随着冲头Ⅰ和Ⅱ继续移动，迫使坯料中部的金属流入凹模的旁通型腔，直至流入旁通的金属与正在向前运动的冲头Ⅲ相遇。d）当挤入旁通的金属与冲头Ⅲ相遇后，随着三个冲头继续前进，坯料中部的金属被继续挤入旁通，而冲头Ⅲ对流入旁通的金属进行反挤压和镦粗，直至金属基本充满模膛。冲头Ⅰ冲头Ⅱ冲头Ⅲ金属变形特点：坯料中部的纯径向挤压2）充满阶段。由第一阶段结束至金属完全充满模膛为止。该阶段变形量很小，但变形力比第一阶段末增大2～3倍。3）形成飞边阶段。此时坯料极少变形，只是在极大的模压力作用下，冲头附近的金属有少量变形，并逆着冲头运动方向流动，形成纵向飞边。如果此时凹模的合模力不够大，还可能沿凹模分模面处形成横向飞边。该阶段变形力急剧增大，影响模具寿命，且飞边清除困难。不希望出现影响多向模锻件成形质量的工艺因素（1）合模力的大小多向模锻时凹模是组合结构，成形过程中，变形金属对凹模产生张模力，一般张模力通常大于冲头的作用力。为了保证锻件的尺寸精度及避免飞边产生，多向模锻应具有足够的合模力。（2）坯料体积和模腔体积应规定坯料允许的体积公差。（3）坯料的形状和尺寸很多情况，由于多向模锻件形状复杂，不能直接采用棒料作为坯料，通常需将坯料进行预锻，得到形状和尺寸较为合适的中间毛坯，然后进行模锻。（4）坯料在模膛中的定位多向模锻，金属流动相当复杂。需要采用可靠的定位措施。多向模锻的优点1）和普通模锻比较，多向模锻可以锻出形状更为复杂、尺寸更加精确的无飞边、无模锻斜度（或小拔摸斜度）的中空锻件，使锻件最大限度地接近成品零件的形状尺寸。从而显著地提高材料利用率，减少机加工工时，降低成本。2）只需坯料一次加热和压机一次形成便可使锻件成形，因而可以减少模锻工序，提高生产效率，并能节省加热设备和能源，减少贵重金属的烧损等。3）不产生飞边，可避免锻件流线模锻外露，提高锻件的机械性能，尤其是抗应力腐蚀的信念。4）坯料在强烈的压应力状态下变形，可使金属塑性大大提高，利于低塑性难变形金属及合金成形。多向模锻的缺点1）要求使用刚性好精度高的专用设备或在通用设备上附加专用的模锻装置；2）要求坯料的尺寸与质量精确；3）要求对坯料进行少无氧化加热或者设置去氧化皮的装置。七、径向锻造其是在自由锻型砧拔长基础上发展起来的，用于长轴类件锻造的新工艺，用于锻造截面为圆形、方形或多边形的等截面或变截面的实心轴、内孔形状复杂或内孔细长的空心轴。工作原理利用分布于坯料横截面周围的两个或两个以上的锤头，对坯料进行高频率同步的锻打。在锻造圆截面的工件时，坯料与锤头既有相对轴向运动，又有相对旋转运动；在锻造非圆截面的工件时，坯料与锤头仅有相对轴向运动，而无相对旋转运动。径向锻造设备：滚柱式旋转锻造机曲柄连杆式径向锻造机液动的万能锻造机径向锻造可采用热锻、温锻和冷锻三种。其中，热锻的始锻温度比一般模锻温度低100～200℃。径向锻造变形特点1）径向锻造是多向同时锻打，可以有效限制金属的横向流动，提高轴向的延伸效率。2）能减少和消除坯料横断面内的径向拉应力，可以锻造低塑性高强度的难熔金属。3）径向锻造机的“脉冲加载”频率很高，每分钟在数百次甚至上千次以上，可以使金属的内外摩擦系数降低，使变形更均匀，更易深入内部，利于改善锻件心部组织，提高其性能。4）每次锻打的变形量很小，变形区域小，金属移动的体积也很小。因此，可以减小变形力，减小设备吨位和提高工件的使用寿命。径向锻造的加工质量冷锻时，尺寸精度为2～4级，表面粗糙度为Ra0.4～0.8µm；热锻时，尺寸精度为6～7级，表面粗糙度为Ra1.6～3.2µm。可获得较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。径向锻造的锻件品种1）电机轴、机床主轴、火车轴、汽车飞机坦克上的实心轴和锥度轴及自动步枪的活塞杆等；2）带有来复线的枪管、炮管，带有深螺母、内花键等特定形状内孔的零件；3）各种汽车桥管、炮弹、高压储气瓶等需缩口、减径的零件；4）矩形、六边形、八边形及三棱刺刀等异形截面零件。八、摆动碾压

锻压时变形力的大小是由平均单位压力和接触面积之积来确定的。如果我们限制工具与毛坯间的接触面积是整体投影面积的1/n倍，则可使变形力减小到原来的1/n，便可用较小的力逐步成形较大的工件。摆动碾压就是在这样的思想基础上产生的。适用于盘类、饼类和带法兰的轴类件成形，特别适用于较薄工件的成形。工作原理：当摆轴旋转时，摆头的中心线OO‘绕摆轴中心线OZ旋转，于是摆头产生回摆运动，于此同时，滑块3在油缸作用下上升。这样，摆头的母线便在工件上连续不断地滚动，局部地、按顺序地对工件施加压力，最后达到整体成形的目的。是一种连续局部加载的成形方法若圆锥上模母线是一直线，则碾压出的工件上表面为一平面；若圆锥上模母线是一曲线，则工件上表面为一形状复杂的旋转曲面。对于复杂形状的锻件，应将锻件形状复杂的一面放在下模内成形。如齿轮类零件，应把齿形部分放到下模成形。摆动碾压变形特点：高坯料摆碾时，变形区仅为与摆头附近的范围，而下端为弹性区，因此摆碾后成喇叭形。上端变形区金属的变形和流动收到周围和下部不变形金属的组织，变形困难，所需变形力也较大。薄件摆碾时，摆头下部金属都塑性变形，沿切向和径向流动，且金属流动收到阻力较小，需要的变形力也较小。摆动碾压的优点：（1）省力；（2）可大大降低变形力。（3）产品质量高，可用于精密成形。（4）由于是局部加载方式，可建立比较高的单位压力，当工件较薄和模具的尺寸精度和粗糙度很低时，可以得到高精度尺寸的工件。（5）机器的振动及噪声小，工作条件好。摆动碾压易出现缺陷：（1）高坯料：易出现喇叭形，因此坯料的高径比应尽可能小些；（2）薄坯料：易出现中心拉薄和拉裂。可采取以下两种措施改善：在坯料中心处局部加厚，摆碾后再加工掉；适当增加压下量，增大接触面积。摆动碾压可分为：热碾、温碾和冷碾。冷碾的特点是碾压出的锻件精度高、质量好、表面粗糙度低，力学性能高，一般不需要再加工或只需很少量加工。冷碾模具的寿命高，可达20000～30000件。但冷碾变形力大，每次变形程度不宜过大。热碾时变形力小，容易成形，但锻件精度低，模具寿命短，碾压出的成品尚需机械加工。尺寸较大的锻件往往需要热碾成形。温碾是介于热碾和冷碾之间的加工方法，温碾时变形力较小，锻件表面很少氧化，质量较高。九、等温模锻和超塑性模锻等温模锻：坯料在几乎恒定的温度条件下模锻成形，为了保证恒温成形的条件，模具也必须加热到与坯料相同温度。常应用于航空航天领域钛合金、镁合金和铝合金的精密成形。原因如下：（1）常规锻造条件下，这些金属材料的锻造温度范围较窄。（2）某些铝合金和高温合金对变形温度很敏感，若变形温度较低，变形后为不完全再结晶组织，则固溶处理后易形成粗晶，或晶粒粗细不均的组织，致使锻件性能达不到要求。等温锻和常规锻造的区别：（1）坯料和模具保持在相同的恒定温度。（2）等温锻造时的变形速度应很低。镁合金上机匣成形工艺材料是MB15镁合金机匣中部是轮毂，外周有四个非均匀分布的凸耳和六条径向分布的高筋，筋的高宽比最大为9.2。上机匣的凸耳用于悬挂螺旋桨，是重要的受力部位，在飞机起飞、飞行及降落过程中承受着很大的负荷。因此，要求锻件流线沿其几何外形分布，不允许有流线紊乱、涡流及穿流现象，且要求晶粒尺寸细小均匀。镁合金的锻造温度范围窄(150℃左右)、而其导热系数很大(167.25W/m·℃)，接近钢的两倍，锻造时如模具温度低，坯料降温很快，尤其在薄壁处，温度迅速下降，使金属塑性降低，变形抗力增大，充填型腔困难。该上机匣的形状复杂，且有多条高筋，在通常模锻情况下，需要经过多次预锻，才能成形出合格的锻件。基于上述原因，采用等温成形工艺是最适宜的，不仅可以保证锻件成形，而且可以有效地降低模压力。根据MB15镁合金的塑性图，在液压机上成形时，其锻造温度范围是350～360℃。模锻时采用360℃，精成形时采用350℃。成形方案的确定根据沿周向对不同截面面积的计算，发现该件各部位的体积分布很不均匀，尤其在凸耳部位需要金属量很大。因此，该件在模锻前需进行制坯，制坯的主要目的就是保证四个凸耳处有足够的金属量。镁合金和铝合金一样，在一次大变形量模压后，由于大量新生表面出现可能引起粘模现象，并且常易产生折迭缺陷。因此，模锻后需酸洗清理、修伤，然后再进行二次模压，即精整形。该件的成形工步应是：预制坯→模锻→精锻。模具结构的确定凸耳是上机匣的关键部位，要求锻件流线沿其几何外形分布。为满足凸耳的组织和性能要求，凹模不能采用整体结构，否则模锻后锻件不能从模中取出。为此，凹模采用了镶块式组合结构，分模面沿锻件底面设置，在四个凸耳处设置四个镶块。十、精压根据金属变形情况，精压可分为：平面精压、体积精压、局部体积精压。精压可以在冷态、温态和热态下进行。精压件的加工质量表面粗糙度：钢件：Ra1.6～3.2µm；铝合金件：Ra0.4～0.8µm尺寸精度：一般为±0.1～±0.25mm。3.4板料精密成形

精冲技术板料柔性成形技术板料液压成形板料无模多点成形板料数控渐进成形橡胶软模成形黏性介质压力成形

3.4.1精冲技术概述精冲概念、原理及工艺特点精冲工艺的优越性精冲技术的发展概况精冲工艺精冲模具精冲过程中的润滑精冲设备精冲工艺的计算机仿真精冲技术的发展趋势一、概述1.精冲概念、原理及工艺特点精冲：即精密冲裁，以普通冲裁为基础，通过改变模具结构，来控制坯料内部剪切变形区的受力状态，使板料在三向压应力状态下沿着所需轮廓进行纯剪切分离，能得到断面光洁、垂直、平整度好、精密高的板状精密轮廓零件。其核心思想：通过改变板坯的受力状态，来控制金属内部材料的流动，提高材料的塑性能力，得到质量较高的制件。

属于无削加工技术精冲原理首先，对带有V形齿圈压料板施以足够大的压力，使V形齿圈部分压入到板坯内部，并保压至冲裁结束。而后，凸模开始运动，对板料进行剪切，同时，顶杆对板坯施加强大的反顶力，直至冲裁过程结束。精冲机理普通冲裁过程压流变形阶段：包含由弹性变形到塑性变形两个阶段，此时零件上出现塌角。剪切变形阶段：凸模继续下行，进入板料一定深度，金属停止向孔周流动，大量挤入凹模洞口，零件上出现光亮的剪切带。裂纹扩展阶段：凹模施加的压力达到金属的抗剪强度时，应力集中的刃口处首先产生显微裂纹，进而裂纹向板料内部扩展，零件上出现了剪裂带。分离阶段：凸模下行至凹模刃口上表面较小距离时，零件与板料完全分离，零件推出，零件上出现毛刺。拉应力区的存在，导致零件冲裁面存在剪裂区精冲采用V形环压边圈、小间隙、反压力、凹凸模刃口处加小圆角，在精冲变形开始前，对板料毛坯变形区内外、上下施加单位压力接近于

s的压力，且整个精冲过程中保持不变，这些措施消除了普通冲裁时存在的拉应力，增大静水压力，将应力状态改变为三向压应力状态，防止剪裂纹的产生。精冲工艺特点断面在三向压应力下纯剪切分离，要求冲压设备或模具能同时提供三个方向的主冲力、压料力和顶件力，并且要求它们有一定大小关系和作用时机。模具的间隙非常小，为料厚的0.5%～1.0%；制造精度要求高，并要求采用高精度的导向装置——滚珠导向或闭锁销导向系统。凸模或凹模刃口有小圆角，以便更多的材料被挤入变形区，增加压应力成分，使断面质量提高。冲裁过程压力非常大，精度要求高，对设备精度、模具结构、材料乃至润滑都提出了较高要求。2.精冲工艺的优越性与传统机加工工艺相比，精冲具有如下优点:(l)优质。精冲零件剪切面的尺寸精度可达IT7～IT8级，表面粗糙度可达Ra0.4～0.8µm。(2)高效。对于许多形状复杂的零件，如齿轮、棘轮、链轮、凸轮等扁平类零件，仅用一次精冲工序即可完成，时间只需几秒钟，从而减少了大量的铣、刨、磨、键等切削工序。因此采用精冲工艺可提高工效10倍以上。(3)低耗。精冲工艺不仅避免了切削工序所造成的大量能耗和材料消耗，而且由于精冲后的表面具有很强的冷作硬化效果，因而有时可以取代后序淬火工序而进一步降低能耗和成本。(4)应用范围广。精冲工艺的应用覆盖面很广，己广泛用于汽车、摩托车、仪器仪表、轻工机械、家用电器和办公设备等领域。有相当部分的铸、锻件毛坯，己可采用精冲(复合)工艺来取代原来的切削加工工艺生产出合格的零件来。普通冲裁与精冲的比较因素

工艺普通冲裁精冲工件质量尺寸精度：IT11~IT13表面粗糙度：Ra＞6.3µm冲裁的不平度、不垂直度较大毛刺为双向分布且较大，塌角占到板厚的20%~30%尺寸精度：IT7~IT8表面粗糙度：Ra＞0.4～0.8µm冲裁的不平度、不垂直度较小；毛刺仅为单向分布且较小，塌角只占到板厚的10%~20%模具结构凸凹模间隙较大，双边间隙为10%~20%的板料厚度，凸模与凹模刃口锋利无倒角有V形齿圈压板，凸凹模的双边间隙仅占1%左右的材料厚度，且凸模与凹模刃口有合适的倒角冲压材料无要求要求材料塑性较好，最好经过球化处理受力状态及设备受单向压力的作用，其变形功小；单向压力机即可材料处于三向应力状态，变形功大（为普通冲裁的2~2.5倍），需专用（三向）压力机环保与成本有噪音，振动较大，成本较低噪音低，振动小，成本较高3.精冲技术的发展概况精冲在各国的发展是不同步的。瑞士、法国、英国和美国在20~30年代就开始了精冲技术的应用，日本是60年代开始研究开发精冲技术的。70年代以后，瑞士、德、美、日等国已广泛用于汽车和家用电器工业。我国虽然对精冲技术早在1965年便开始研究，而且北京机电所、济南铸锻所、西安交大和西安仪表厂等单位都取得了不同程度的研究成果，但精冲技术在我国的发展仍有不尽如人意之处。精冲技术在我国的推广应用不理想，主要有以下几个原因：1、精冲机的价格昂贵(是普通压力机的510倍)，多数企业无力投资。2、精冲机的专业性强，对多品种小批量的适应性差(批量小时相对成本较高)，只有在生产批量达到一定规模后才是经济的。3、精冲技术是一个较新、较复杂的技术，它不仅要有先进的精冲机，还要有许多先进的配套设备(包括精密的检侧设备和精密的模具加工设备等)，另外，还要有一批高素质的工程师和技术工人。4、由于精冲技术在我国仍属起步阶段，精冲设备、精冲模具、精冲材料和精冲润滑油等在国内还不配套。二、精冲工艺1.精冲工作过程2.精冲件的质量及其控制反映精冲件质量的标志：尺寸精度和平整度冲裁面粗糙度塌角毛刺大小冷作硬化程度影响质量的综合因素：精冲零件的材质模具设计与制造精冲件结构工艺性三向力的大小及作用方式润滑……精冲件的尺寸精度一般，精冲件的外形公差比内形公差大；精冲低强度的材料与高强度材料易达到高精度。薄料、低强度材料、压边力大，精冲件比较平直。精冲件的尺寸一致性好，公差在0.01mm之内。影响精冲件断面垂直度的主要因素：零件结构、材料厚度和性能、刃口形状、模具刚度、压边力大小、齿圈压入深度等。材料强度高、凹模圆角大、压边力小，斜度较大。冲裁面的质量冲裁面的组成是：(1)光洁面。它是冲裁面上有部分没有撕裂和断裂的优质面。(2)断裂面。毛刺侧有一部分不是剪切，而是拉断形成的冲裁面叫做断裂面。断裂呈鱼鳞状的裂纹，可出现在局部的冲裁面上，也可使冲裁面出现连续断裂的形式。(3)撕裂面。在特殊的零件外形上(带小圆角半径的尖角)，以及光洁面内的任意部分都会产生撕裂。(4)塌角面。它是凹模侧的零件表面出现的下塌塑性变形面。(5)毛刺面。它是冲裁面端面凸模侧形成的不规则凸起。精冲面应：表面光洁、垂直度高、平面度好、毛刺低、塌角小和表面硬化。一般情况下，精冲件光洁面可超过料厚的90%，并允许在冲裁面上的毛刺侧，有小于料厚的10%的撕裂面和断裂面存在。其中撕裂面和断裂面是应该避免出现的或把它限制在一定程度上；塌角面和毛刺面的形成是不可避免的，但应该尽量的小。影响冲裁面质量的因素如下：冲裁间隙。冲裁间隙在0.5%～1.0%的材料厚度较合适。压边力。适当加大压边力对光洁断面有利，但不宜过大。反压力。反压力增大，光洁表面增加，但要适度。搭边。搭边过小会导致冲裁面产生撕裂。模具圆角半径。合适的圆角可以得到100%的光洁面，过小会出现断裂面，过大则挤压力增加。精冲件材料。材料化学成分、力学性能、料厚等对冲裁面质量也有影响。3.精冲力的计算

关于精冲力的计算方法和普通冲裁力相似。在选压力机的时候，需注意：与普通冲裁力不同，精冲力几乎存在于整个板厚的精冲过程中。4.精冲件的材料精冲件的材料状况是实现精冲件剪切面光洁的基本条件。对精冲材料的要求：具有良好的力学性能和较大的变形能力，塑性好；具有理想的金相组织结构，即渗碳体或碳化物的球化程度要高，碳化物分布均匀，非金属夹杂物含量小，组织结构均匀。对碳钢和合金钢，碳化物形态和分布应以球化完全、弥散性好的组织为佳。目前，用于精冲的板材主要是容易冷挤压成形的材料：钢材：主要是低碳钢、低合金钢和不锈钢，一般含碳量≤0.35%，冲裁厚度以12mm以下为宜；也有一些中碳钢和高碳钢在球化处理后用于精冲生产。有色金属：铝合金和铜合金，冲裁厚度以18mm以下为宜。5.精冲复合工艺利用三动精冲压力机具有三种独立可调节压力的特点，在精冲过程中通过连续模或复合模完成精密冲裁与其他工艺（挤压、半冲孔、压扁、压印、压沉头和弯曲等）的复合。三、精冲模具1.模具的总体结构与普通复合模比较，精冲模具有以下特点：有V形环压边圈，材料在压边圈和凹模、反压板和凸模的夹持下实现冲裁。工艺要求压边力和反压边力较大，以满足变形区建立三向不均匀压应力状态的要求，因此，模具的强度要求较高。凸模和凹模之间的间隙小，导向要求高。模具结构分活动凸模式和固定凸模式。

活动凸模式精冲模结构特点：凸模靠模座和压边圈的内孔导向，凹模和压边圈分别固定在上下模座上，凸模通过压边圈和凹模保持相对位置，因此要求凸模和压边圈之间的间隙比凸凹模之间的间隙更小。活动凸模式适用于中小零件、模具设计、制造和维修简单，使用寿命较长。固定凸模式精冲模的特点：凸模固定在模座上，压边圈通过传力杆和模座，与凸凹模保持相对运动。典型结构采用专用结合环固定凸模式适用于大、厚件和复杂件，以及多工步连续冲制零件，模具设计、制造和维修较复杂，导向、定位系统精密，顶推件系统要求较高。2.精冲的模具间隙一般，精密成形凸模和凹模的双面间隙值约为板厚的0.5%~1.0%。其中，软材料取略小值，硬材料选略大值。模具间隙的另一种选择方法，根据材料厚度值，查图得模具间隙值。3.刃口圆角的确定根据板料厚度和制件形状，模具刃口应加工成微小刃角圆角半径，因为小圆角能缓和模具刃口处的应力集中，增强挤压作用，有助于提高剪切面质量。圆角的布置原则：冲孔模——只在凸模上置圆角，而凹模为锋利；产生零件外轮廓的落料模——应在凹模上置圆角，而凸模锋利。4.齿圈压边装置精冲齿圈常为三角形凸起。一定条件下可以使用无齿圈的压板。当板厚超过5mm时，必须采用双齿圈的压边装置。5.精冲模具的材料及热处理凸凹模可选用不同硬度或不同材料相匹配。模具材料的选用，除了传统的冷作模具钢、高速钢、高铬合金钢和硬质合金钢外，还出现了粉末冶金高速钢等偏析少、粒度细和耐磨性好的材料。推荐的几种模具材料如下：Cr12MoV

是一种高碳、高冷作型模具钢，具有较好的淬透性和良好的耐磨性，淬火时体积变化小。采用一定温度下淬火回火的热处理，提高其强度和耐磨性。W6Mo5Cr4V2

一种高速钢，具有碳化物细小均匀、韧性、热塑性、耐磨性、硬度高等优势，用于精冲模，能提高其耐磨性和抗裂能力。热处理采用低温淬火工艺提高其力学性能。7Cr4Mo2VSi

具有强度高、韧性好、耐磨损、冷热加工性能优良的特点，淬火温度范围宽，热处理变形小。正在推广的新材料，如硬质合金（YG20等）、钢基硬质合金（GT35）等。为提高精冲模具的耐磨性，通常对精冲模具进行表面强化处理。表面强化处理方法如下：改变表面的化学成分：渗金属、渗碳、渗氮、渗硼等；不改变表面的化学成分：激光淬火、真空淬火、低温和超低温处理；表面形成硬化层：镀硬铬、热喷涂、化学气相沉积、物理气相沉积等在表面形成超硬物质，如TiC、TiN等。四、精冲过程中的润滑精冲过程的润滑机理：润滑剂在零件表面形成一层润滑膜，这层润滑膜不仅在金属剪断之前不破裂，而且能最大限度地贴附于塑性变形时金属的新生表面上，使金属之间的摩擦转变为金属与润滑膜之间的摩擦，从而极大的减小了模具磨损，使模具寿命大为提高。精冲的润滑特征：剪切面润滑剂的覆盖沿厚度是变化的，从塌边到毛刺侧，覆盖厚度逐渐变薄。对于厚件，毛刺面由于润滑不充分，易出现干摩擦。因此，需保证以下几点：模具工作部分应设计有相应的储存润滑油的结构；润滑剂的用量要充分；采用耐压、耐热和附着力强的润滑剂。具有良好的润滑效果的润滑剂：瑞士的HFF润滑剂、GLIDEX润滑剂、北京机电研究所的F系列润滑剂。五、精冲设备精冲压力机属专用压力机，要满足精冲工艺，对其有如下要求：能同时提供冲裁力、压边力和反压力。其压边力和反压力为独立无级可调。精冲完毕，滑块回程时，压力及可以不同步地提供卸料和顶件力的动作。冲裁速度可调，以适应不同厚度、不同难度的零件；滑块有很高的导向精度和刚度。封闭高度的重复精度高，有精确的封闭高度只是。床身刚度好，并有可靠的模具保护装置。自动化生产部分应能实现送出料自动化和节拍快等功能。按主传动的类型，精冲压力机可分为机械式和全液压式，但其压边系统和反压系统均采用液压结构。六、精冲工艺的计算机仿真零件：圆盘精冲件，球化退火处理的45钢模拟过程分两步，首先是V型齿圈压板压入板料中;第二步使凸模向下运动冲切材料完成整个精冲过程。七、精冲技术的发展趋势当前，精冲技术正向着大、厚、硬、精的方向发展。精冲技术主要在以下几个方面展开：1、精冲基础理论研究，应用静水压应力效应，提高被加工材料的冷塑性能力。2、使用精冲技术研究，开展在普通压力机上实现精冲的研究，适应中小企业多品种小批量生产的需要。3、精冲工艺及模具CAD/CAM的研究，工艺模拟及优化设计的应用将使精冲技术由“技艺”向“工程科学方向发展”。4、从精冲模具材料及热处理、工艺润滑和精冲设备方面研究提高精冲模具寿命和精冲件品质的措施。3.4.2板料液压成形液压成形概念及分类板材液压成形原理及特点板材液压成形技术的应用一、概念及分类液压成形——指采用液态的水、油或粘性物质作传力介质，代替刚性的凹模或凸模，使坯料在传力介质的压力作用下贴合凸模或凹模而成形。它是一种柔性成形技术。分类根据成形对象的不同，液压成形技术可以分为：壳液压成形、板材液压成形和管材液压成形。按液体压力的高低可以分为：低压和内高压工艺。根据成形原理的不同，金属板料液压成形可以分为:充液拉深（也称软凹模拉深）软凸模拉深二、板材液压成形的原理及特点原理

1.充液拉深

充液拉深成形利用在凹模中充以液体，凸模下行时，凹模液压室中的液体被压缩产生相对压力将毛坯紧紧的贴在凸模上，形成坯料与凸模之间的摩擦保持效果，使工件完全按凸模形状成形,提高了凸模圆角区板料的承载能力，抑制坯料减薄和开裂，可有效提高成形极限、减少成形道次。同时，液体从坯料与凹模上表面间溢出可形成流体润滑，促进外围板材进入凹模，缓解了零件表面的划伤。2.液体凸模拉深成形以液体介质代替凸模传递载荷，液压作为主驱动力使坯料变形，坯料法兰区逐渐流入凹模，最终在高压作用下使坯料贴靠凹模型腔，零件形状尺寸靠凹模来保证。通过合理控制压边力可使坯料产生拉-胀成形，应变硬化可提高曲面薄壳零件的刚性、压曲抗力和抗冲击能力。适于铝合金和高强钢等轻合金板料形状复杂（特别是局部带有小圆角）、深度较浅的零件成形。板材液压成形特点与传统工艺相比，板材液压成形优越性如下:（1）借助于强制性流体润滑的结果使得拉深过程中法兰部位的摩擦力减少，降低了零件圆角处的减薄断裂倾向。（2）软凹模成形工艺中，凸模的“摩擦保持效果”使得拉深成形主要集中于法兰部位，增加了成形件壁厚的均匀性。（3）软凸模成形工艺中，由于均布成形压力成形浅形件时存在的“材料二次分配”效应使得成形件壁厚减薄较轻，同时也避开了传统拉深过程中局部减薄现象的出现。

（4）成形极限提高，减少了工件的成形次数和退火次数，以及配套模具数量和成本。铝合金拋物线形零件采用充液拉深可一道次实现该零件的成形；普通拉深成形则需六道次，中间过程退火。可见，充液拉深在复杂曲面零件成形中具显著优势，减少成形道次，避免了尖锥底处的破裂。（5）成形零件的回弹性小，工件的表面质量和尺寸精度得到提高。

（6）模具没有配模要求，结构简