单元九 金属压力加工

单元九

金属压力加工项目内容任务1锻造过程分析任务2自由锻任务3模锻任务4冲压任务5其他压力加工思考与练习金属压力加工

汽车零件的相当一部分是用压力加工方法制造的。压力加工的主要生产工艺有锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等。加工方法典型加工图特点及应用锻造金属坯料在上、下砧座间受冲击力或压力而变形的加工方法，适用于生产承受大载荷的机器零件或改善零件的力学性能冲压金属板料在冲模之间受压产生分离或变形的加工方法，用于生产汽车外壳、电器、日用品等金属压力加工

用于锻压的材料应具有良好的塑性，常用金属材料中，铸铁塑性很差，在通常条件下不能锻压；钢和大多数有色金属如铜、铝等塑性良好，可以锻压。加工方法典型加工图特点及应用轧制金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法，如生产钢板、型材、管材、带材拉拔将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法，可生产各种细线材、薄壁管、型材，如拉丝生产电缆线挤压金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的加工方法，可生产复杂截面的型材或零件任务1锻造过程分析1.金属的加热

金属材料通过加热，随着温度的升高，其塑性提高、强度降低，正因如此，金属在高温下锻造，可以用较小的锻造力而产生较大的塑性变形，锻后可获得良好的组织。

所以金属锻造前加热可以达到提高坯料的塑性和降低其变形抗力，提高其可锻性的目的。2.锻造温度范围任务1锻造过程分析材料种类始锻温度终锻温度低碳钢1200～1250700～800中碳钢1150～1200800～850合金结构钢1100～1180800～850铝合金450～500350～380铜合金800～900650～7003.加热产生的缺陷及其防止方法（1）氧化及烧损（2）脱碳（3）过热（4）过烧（5）内部裂纹任务1锻造过程分析4.加热设备根据热源的种类分为火焰炉和电炉两大类。任务1锻造过程分析5.锻后冷却(1)空冷(2)堆冷(3)坑冷(4)灰砂冷(5)炉冷任务2自由锻1.空气锤

空气锤是一种小型的自由锻设备，主要用于小型锻件的镦粗、拔长、冲孔、弯曲等自由锻工序，也可用于胎模锻造。图9-1空气锤a)外形图b)工作原理图1—压缩缸2—压缩缸活塞3—连杆4—上锤头5—活塞杆6—工作缸活塞7—工作缸8—转阀2.自由锻基本工序(1)拔长（3）冲孔和扩孔(5)切断(7)错移(2)镦粗(4)弯曲(6)扭转(8)锻接任务2自由锻2.自由锻基本工序(1)拔长任务2自由锻图9-2拔长a）平砧拔长b)型砧芯棒拔长2.自由锻基本工序（3）冲孔任务2自由锻2.自由锻基本工序（3）扩孔任务2自由锻2.自由锻基本工序(5)切断任务2自由锻(4)弯曲2.自由锻基本工序(7)错移(6)扭转任务2自由锻2.自由锻基本工序(8)锻接任务2自由锻3.自由锻件的结构工艺性任务2自由锻锻件上应避免锥面和斜面的结构图9-10轴类锻件结构a)工艺性差b)工艺性好3.自由锻件的结构工艺性任务2自由锻图9-11连杆类锻件结构a)工艺性差b)工艺性好锻件上应避免形成空间曲线3.自由锻件的结构工艺性任务2自由锻锻件上应尽量避免加强肋、凸台、工字形截面或空间曲面图9-12盘类零件结构a)工艺性差b)工艺性好3.自由锻件的结构工艺性任务2自由锻图9-13复杂件结构a）工艺性差b)工艺性好锻件结构应避免截面尺寸的急剧变化4．制订自由锻造工艺规程任务2自由锻齿轮坯的自由锻造工艺规程锻件名称齿轮坯工艺类别机器自由锻材料45设备65kg空气锤加热火次1锻造温度范围1150～800℃锻件图坯料图序号工序名称工序简图1镦粗4．制订自由锻造工艺规程任务2自由锻齿轮坯的自由锻造工艺规程序号工序名称工序简图2冲孔3整修外圆4整修平面5.自由锻的锻造缺陷任务2自由锻常见自由锻件的缺陷分析缺陷名称主要特征产生原因表面横向裂纹拔长时，锻件表面及角部出现横向裂纹1.坯料表面有缺陷,锻造时进一步扩展2.冷却速度过快，产生残余应力3.送进量过大，当相对送进量LO/ho＞1时，锻件表面和角部受拉应力过大产生裂纹内部横向裂纹拔长时，锻件内部及中心出现横向裂纹1．低温区快速加热2．送进量过小,当LO/ho＜0．5时，锻造区出现双鼓形中空纵裂拔长时，中心出现较长甚至贯穿的轴向裂纹1．加热未透，内部温度过低2．未经打成方形断面，而直接由大圆形打成小圆形断面，因此变形集中于上下表面，心部出现横向拉应力，引起中心裂纹表面纵向裂纹镦粗时，锻件表面出现纵向裂纹受坯料心部大变形作用，外表面形成鼓形，存在切向拉应力而形成裂纹十字裂纹拔长时，锻件沿方形断面对角线产生十字裂纹，多见于高合金钢中当LO/ho＞1时，如果坯料在同一部位反复重击，塑性低的锻件会产生十字裂纹自行开裂锻造后或热处理后、或经长时间后发生1．锻造过程中已形成裂纹，热处理使之加剧2．锻件残留应力过大龟裂锻件表面出现龟甲状较浅裂纹1．钢中铜、锡、砷、硫含量过多2．始锻温度过高白点锻件内部银白色、灰白色圆形的裂纹，含Ni、Cr、Mo、W等合金钢容易产生1．钢中含氢量过高2．锻后冷却或退火工艺不合适任务3模锻模型锻造(简称模锻)是在模锻设备上利用锻模对金属材料进行锻造成形的一种工艺方法

模锻与自由锻比较有如下特点：

①生产率较高；

②模锻件尺寸精确，加工余量小；

③可以锻造形状比较复杂的锻件，如连杆、曲轴等；

④模锻生产比自由锻消耗的金属材料少，切削加工工作量也少，有利于降低生产成本。1.锤上模锻

锤上模锻设备为模锻锤，生产中应用最广泛的是蒸汽-空气模锻锤。

锤上模锻用的锻模由上模和下模两部分构成。

根据模膛的作用分为模锻模膛和制坯模膛两大类。

具有一个模膛的锻模为单模膛锻模，具有两个以上模膛的锻模为多模膛锻模。任务3模锻1.锤上模锻

根据模锻件复杂程度的不同，变形所需要的模膛数量各异，可将锻模设计成单模膛形式（左图），也可设计成多模膛形式（右图）。任务3模锻2.胎模锻

胎模锻是在自由锻设备上用可移动的简单锻模(称胎模)生产模锻件的一种工艺方法。

胎模类型主要有扣模、筒模和合模三种。任务3模锻图9-16扣模2.胎模锻任务3模锻图9-17筒模图9-18合模3.特种模锻

（1）精密模锻精密模锻(简称精锻)是在模锻设备上锻出形状复杂、尺寸精度高的锻件的模锻工艺。

（2）超塑性模锻任务3模锻工艺参数普通模锻超塑性模锻坯料加热温度／℃940940模具预热温度／℃480940变形速率／mm·s-l12．7～42．30．025平均单位压力／MPa50．0～58．311．7模锻工步41锻件加工余量大很小锻造钛合金涡轮盘时超塑性模锻和普通模锻的对比3.特种模锻

（3）液态模锻任务3模锻液态模锻典型工艺流程示意图任务4冲压冲压是通过模具使板料塑性成形以获得零件的工艺方法冲压生产设备任务4冲压1.板料冲压的基本工序任务4冲压1.板料冲压的基本工序冲压生产可以进行很多种工序，其基本工序为分离工序和变形工序两大类，所生产的零件统称为冲压件。（

（1）分离工序分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法。主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中又以冲孔、落料应用最广。任务4冲压1.板料冲压的基本工序任务4冲压图9-20落料与冲孔

图9-21冲裁变形过程

a)落料b)冲孔（1）分离工序1.板料冲压的基本工序任务4冲压冲裁件断面结构（1）分离工序1.板料冲压的基本工序任务4冲压冲裁模合理间隙值(汽车行业)材料厚度08、10、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0．5极小间隙0．50．040．0600．040．0600．040．0600．040．0600．60．0480．0720．0480．0720．0480．0720．0480．0720．70．0640．0920．0640．0920．0640．0920．0640．0920．80．0720．1040．0720．1040．0720．1040．0640．0920．90．0900．1260．0900．1260．0900．1260．0900．1261．00．1000．1400．1000．1400．1000．1400．0900．1261．20．1260．1800．1320．1800．1320．180

1．50．1320．2400．1700．2400．1700．230

1．750．2200．3200．2200．3200．2200．320

2．00．2460．3600．2600．3800．2600．380

2．10．2600．3800．2800．4000．2800．400

2．50．3600．5000．3800．5400．3800．540

2．750．4000．5600．4200．6000．4200．600

3．00．4600．6400．4800．6600．4800．660

3．50．5400．7400．5800．7800．5800．780

4．00．6400．8800．6800．9200．6800．920

4．50．7201．0000．6800．9600．7801．040

5．50．9401．2800．7801．1000．9801．320

6．01．0801．4000．8401．2001．1401．500

6．58．0

0．9401．2001．3001．680

（1）分离工序1.板料冲压的基本工序任务4冲压冲裁件的排样（1）分离工序5)冲裁力的计算为了合理选择设备，防止设备和模具损坏或浪费能源，避免安全事故的发生，需要正确计算冲裁力。平刃冲模的冲裁力按下式计算

F=KLtτ1.板料冲压的基本工序任务4冲压图9-24拉深工序1—坯料2—第一次拉深产品3—凸模4—凹模5—成品

（2）变形工序拉深工序1.板料冲压的基本工序任务4冲压图9-27弯曲工序图9-28弯曲时的纤维方向

（2）变形工序弯曲工序1.板料冲压的基本工序任务4冲压

（2）变形工序翻边工序成形工序1.板料冲压的基本工序任务4冲压

（2）变形工序汽车消音器冲压工艺1.板料冲压的基本工序任务4冲压钢铝复合汽车车门边折叠工艺

（2）变形工序折叠工序1.板料冲压的基本工序任务4冲压奥迪Q3铝发动机盖成型工序1.板料冲压的基本工序冲压生产可以进行很多种工序，其基本工序为分离工序和变形工序两大类，所生产的零件统称为冲压件。（

（1）分离工序分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工艺方法。主要有落料、冲孔、切边、剖切、修整等。其中又以冲孔、落料应用最广。任务4冲压2.冲床及冲模冲床是最常用的冲压设备，由电动机、带减速系统、踏板、离合器、曲轴、连杆、滑块、制动器等组成。

冲模即冲床的模具，分为凸模(又称冲头)和凹模，分别装在滑块的下端和工作台上。按工序的组合方式可将冲压模具分为简单模、连续模和复合模三大类。任务4冲压任务5其他压力加工1.挤压（1）挤压工艺的特点1)可以提高金属坯料的塑性；2)挤压材料不仅有铝、铜等塑性好的有色金属，而且碳钢、合金结构钢、不锈钢及工业纯铁等也可用挤压工艺成形。在一定的条件下，某些高碳钢、轴承钢、甚至高速钢也可以进行挤压；3)可以挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁、异型断面的零件；4)零件的尺寸精度高；5)挤压变形后提高了零件的力学性能；6)节约原材料。材料利用率达70％以上，生产效率也高于其它锻造方法。任务5其他压力加工1.挤压（2）挤压的分类a)正挤压

b)反挤压

c)复合挤压

d)径向挤压1—凸模2—凹模3—料筒4—坯料2.轧制

轧制是用轧辊对坯料进行连续变形的压力加工方法，具有生产率高、质量好、成本低和材料消耗少等优点。

汽车制造所应用的钢板和槽钢等各种型材都来自于轧制。

根据轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制分为纵轧、横轧、斜轧和楔横轧等几种。任务5其他压力加工2.轧制任务5其他压力加工

图9-37辗环轧制1—驱动辊2—芯辊3—坯料

4—导向辊5—信号辊图9-36辊锻轧制1—轧辊2—模块3—零件4—坯料

（1）纵轧1)辊锻轧制

2)辗环轧制2.轧制