《机械制造基础》 自考 课件 第8章 压力加工

第8章压力加工本章要点18.1金属压力加工的工艺基础8.2锻造方法8.3锻造工艺

8.4板料冲压8.5其他压力加工方法8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工28.1.1金属的塑性变形理论工程上常用的金属材料都是晶体，而且是由许多晶粒所组成的多晶体。金属塑性变形即是通过每个晶粒内部的变形、晶粒之间的相对移动、晶粒的转动来实现的。对于原子排列方式完全一致的单晶体来说，其塑性变形的方式有滑移和孪晶两种，主要是滑移。金属塑性变形的实质就是晶体内部产生滑移的结果。滑移是指晶体在切应力τ的作用下，一部分相对于另外一部分，沿着原子排列紧密的晶面（称为滑移面）做相对运动，从而产生塑性变形。如果继续作用或增大外力，滑移还会在其他晶面上进行，使塑性变形继续下去，得到一定的变形量。1.单晶体的塑性变形a）单晶体

b）弹性变形

c）滑移变形

d）孪晶变形单晶体的滑移变形和孪晶变形示意图8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工38.1.1金属的塑性变形理论通常使用的金属都是由大量微小晶粒组成的多晶体，其塑性变形可以看成是组成多晶体的许多单个晶粒内部产生变形的综合效果。晶粒内部的塑性变形称为晶内变形。同时，晶粒之间也有相互滑动和转动，称为晶间变形。2.多晶体的塑性变形8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工48.1.2金属的冷变形强化与再结晶金属在室温下塑性变形，由于内部晶粒沿变形最大方向伸长并转动、晶格扭曲畸变以及晶内、晶间产生碎晶的综合影响，增加了进一步滑移变形的阻力，从而引起金属的强度、硬度上升，塑性、韧性下降的现象称为冷变形强化（或加工硬化）。冷变形强化是强化金属的重要方法之一。纯金属及某些不能通过热处理方法强化的合金，如低碳钢、纯铜、防锈铝、奥氏体不锈钢、高锰钢等，可通过冷拔、冷轧、冷挤压等工艺来提高其强度和硬度。但在冷轧薄钢板、冷拉细钢丝及多道拉深的过程中，也会由于冷变形强化造成后道加工的困难，甚至开裂报废，因此要在工序间适当穿插热处理工艺来消除冷变形强化。1.冷变形强化金属在外力作用下，内部产生应力和应变。当应力小于屈服强度时，内部只发生弹性应变；当应力超过屈服强度时，迫使组成金属的晶粒内部产生滑移或孪晶，同时晶粒间也产生滑移和转动，因而形成了宏观的塑性变形。8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工58.1.2金属的冷变形强化与再结晶冷变形强化是一种不稳定现象，具有自发恢复到稳定状态的倾向，但在室温下这种恢复难以实现。将金属加热至一定温度后，金属原子的运动能力增强，由不规则的排列转向规则的排列，晶格畸变得到缓解，内应力减小，从而部分消除冷变形强化，使强度、硬度略有下降，塑性、韧性略有上升的现象称为回复。回复作用只能缓解晶格畸变、降低内应力，晶粒的形状、大小及力学性能变化不大。在实际生产中，可利用回复作用降低塑性变形后金属的硬度，使之保持较高的强度。2.回复a）塑性变形后的硬化组织；b）回复后的组织；c）再结晶组织金属的冷变形强化、回复和再结晶的组织当温度继续升高时，金属原子的运动能力不断增加，通过金属原子之间的扩散，开始以破碎晶粒或杂质为结晶核心，按照正常晶格结晶出新的晶粒，使塑性变形后的扁平状或长条晶粒又恢复为等轴状，这一过程称为再结晶。再结晶可以完全消除塑性变形引起的全部冷变形强化，并使晶粒细化，改善力学性能。再结晶后的晶粒随着温度的升高和时间的延长，还会聚集长大。为了防止出现晶粒粗大，降低金属材料的力学性能，在生产中应严格控制好再结晶温度和时间。金属开始再结晶时的温度称为再结晶温度。在生产中，冷变形强化给金属继续塑性变形带来困难，应加以消除。常采用加热的方法使金属发生再结晶，从而再次获得良好塑性，这种工艺操作称为再结晶退火。通常再结晶退火温度高于再结晶温度100~200℃。8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工68.1.2金属的冷变形强化与再结晶3.再结晶8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工78.1.3金属的冷热塑性变形对组织结构和性能的影响在再结晶温度以下的变形称为冷变形，变形过程中无再结晶现象，变形后的金属只具有冷变形强化现象。在变形过程中变形程度不宜过大，以免产生破裂。冷变形能使金属获得较高的硬度，产品表面质量好、尺寸精度高，一般不需再切削加工。但冷变形后会产生冷变形强化，随着变形程度的增加，加工会变得越来越困难。生产中常用冷变形来提高产品的表面质量和性能，冷冲压、冷挤压和冷拉等都属于冷变形。1.冷变形及其对组织结构和性能的影响金属在不同温度下变形后的组织和性能不同，因此金属的塑性变形加工分为冷变形加工（冷加工）和热变形加工（热加工）两种。2.热变形及其对组织结构和性能的影响在再结晶温度以上的变形称为热变形。在热变形过程中金属始终保持低的塑性变形抗力和良好的塑性，可以加工尺寸较大或形状较复杂的工件，锻压生产多采用热变形。但是，热变形过程中金属表面易形成氧化皮，产品表面质量和尺寸精度较低。8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工88.1.3金属的冷热塑性变形对组织结构和性能的影响自由锻、模锻、热轧和热挤压等都属于热变形。（1）纤维组织。锻造加工采用的最初坯料是铸锭，其内部组织很不均匀，晶粒较粗大，并存在气孔和非金属夹杂物等缺陷。铸锭加热后经过锻造，由于塑性变形及再结晶，改变了粗大、不均匀的铸态结构，获得细化了的再结晶组织。同时，铸锭中的气孔、缩松和内部微裂纹被压合，使金属更加致密，力学性能得到很大提高。铸锭产生塑性变形时，其基体金属的晶粒和沿晶界分布的杂质都将沿着变形方向被拉长，变形前无方向性的杂质则呈纤维状分布，这种结构称为纤维组织（通常称为锻造流线）。a）变形前的原始组织；b）变形后的纤维组织铸锭热变形前后的组织示意图a）螺钉；

b）齿轮；

c）曲轴；

d）吊钩锻造流线的合理分布形式8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工98.1.3金属的冷热塑性变形对组织结构和性能的影响（2）纤维组织的特点与应用。纤维组织使金属在性能上具有方向性，对金属变形后的质量也有影响。纤维组织越明显，金属在纵向（平行纤维方向）的塑性和韧性越高，而在横向（垂直纤维方向）的塑性和韧性越低。纤维组织的稳定性很高，形成后无法用热处理方法消除，只能使金属材料产生塑性变形，才能改变其方向和形状。在设计和制造零件时，应尽量使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向一致，最大切应力方向与纤维方向垂直，并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量使纤维组织不被切断。8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工108.1.4金属的可锻性1.化学成分不同化学成分的金属锻造性不同。纯金属的锻造性比合金要好；合金元素的含量越多，锻造性越差。碳钢中碳含量越低，其可锻性越好；钢中含有形成碳化物的元素（如铬、钼、钨、钒等），其可锻性显著降低；钢中的硫、磷含量多也会使其可锻性变差。2.金属组织同一成分的合金，当组织结构不同时，其锻造性也不同。单一固溶体组织的锻造性好于化合物组织。纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好，碳化物（如渗碳体）的可锻性差；铸态柱状组织和粗晶结构的可锻性不如细小而又均匀的晶粒结构的可锻性好。指材料在锻造过程中经受塑性变形而不开裂的能力，常用塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。塑性越高，变形抗力越小，则可锻性越好。金属的可锻性取决于金属的化学成分、金属组织、变形温度、变形速度和应力状态。3.变形温度随着变形温度的升高，金属原子运动能力增强，原子间的结合力减弱，表现为材料的塑性提高，变形抗力降低，可锻性明显改善。但加热温度过高，将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至导致锻件报废，因此，应严格控制锻造温度。8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工118.1.4金属的可锻性4.变形速度采用常规锻压方法时，随变形速度的增加，回复和再结晶来不及充分进行，冷变形强化未彻底消除，造成金属的塑性下降，变形抗力增加，锻造性变差（a点以左），所以常规锻造塑性较差的金属材料时应采用较低的变形速度（即用压机不用锤）。而在高速锤上锻造时，随着变形速度的增加，变形时间缩短，由塑性变形功转化而来的热量大大超过散失的热量，会明显提高变形温度，即热效应使塑性上升、抗力变小，锻造性反而变好（a点以右），所以常规设备难以锻造的高强度低塑性合金可以采用高速锤上锻造。当变形速度在b和c点附近时，变形抗力较小，塑性较高，可锻性较好。高速锤锻造对应的变形速度在c点附近。常用的锻造方法较佳的变形速度应在b点附近。变形速度对可锻性的影响8.1金属压力加工的工艺基础机械制造基础第8章压力加工128.1.4金属的可锻性5.应力状态在压应力作用下变形，金属内部的显微裂纹不易扩展，金属的塑性得到改善，但由于增加了金属内部的摩擦，使变形抗力增加。在拉应力作用下变形，金属内部的气孔、微裂纹等缺陷容易扩展，可能造成金属破坏而失去塑性；但拉应力下金属滑移变形容易，所以变形抗力小。不同的材料应选择不同的加工方式：本身塑性较好的材料，应选择拉应力状态下变形，如拉拔等，以减少能量消耗；本身塑性较差的材料，应尽量在三向压应力状态下变形，如挤压等，以免开裂。a）拉拔；

b）挤压不同变形方式时的应力状态8.2锻造方法机械制造基础第8章压力加工138.2.1自由锻造（1）锻锤。是以冲击力使坯料变形的，设备规格以落下部分的重力来表示。常用的有空气锤和蒸汽-空气锤。空气锤的重力较小，只有500~10000N，用于锻100kg以下的锻件；蒸汽-空气锤的重力较大，可达10~50kN，可锻1500kg以下的锻件。1.自由锻的设备采用通用工具或直接在锻造设备的上、下砥铁间，在冲击力或静压力的作用下，使坯料变形获得锻件的方法称为自由锻。空气锤8.2锻造方法机械制造基础第8章压力加工148.2.1自由锻造（2）液压机。是以液体产生的静压力使坯料变形的，设备规格以最大压力来表示。常用的有油压机和水压机。水压机的压力大，可达5000~15000kN，是锻造大型锻件的主要设备。1.自由锻的设备液压锻造机8.2锻造方法机械制造基础第8章压力加工158.2.1自由锻造2.自由锻的基本工序锻件的锻造工序分为基本工序、辅助工序和精整工序三类。基本工序是指锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工艺过程。为了方便基本工序的进行而使坯料预先产生某种变形的工序称为辅助工序。用来消除锻件表面不平、歪扭，精整锻件的尺寸和形状，使锻件完全达到锻件图规定的要求的工序称为精整工序。镦粗拔长冲孔错移扭转弯曲切割8.2锻造方法机械制造基础第8章压力加工168.2.2胎模锻与自由锻相比，胎模锻生产率高，锻件加工余量小，精度高；与模锻相比，胎模制造简单，使用方便，成本较低，又不需要昂贵的设备，因此胎模锻曾广泛用于中小型锻件的中小批量生产。但胎模锻劳动强度大，辅助操作多，模具寿命低，在现代工业中已逐渐被模锻所取代。常用的胎模分为摔子、扣模、套模、合模、弯模及冲切模等。胎模锻是在自由锻设备上使用可移动的简单模具生产锻件的一种锻造方法。一般先采用自由锻制坯，然后在胎模中终锻成形。8.2锻造方法机械制造基础第8章压力加工178.2.3模锻模锻是利用锻模使坯料变形而获得锻件的锻造方法。金属在模膛内整体变形，其流动受到模壁的限制，因而模锻的锻件尺寸精确、加工余量较小、结构可以较复杂，而且生产率高。但锻模制造周期长、成本高，而且锻件不能太大。模锻适用于中小型锻件的成批和大量生产。按照使用设备的不同，模锻可分为锤上模锻和压力机上模锻等。典型模锻件8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工188.2.3模锻1.锤上模锻是指将锻模装在模锻锤上进行锻造。在锤的冲击力下，金属在模膛中成形，特别适合于多模膛模锻，能完成多种变形工序，是目前锻造生产中使用最为广泛的一种模锻方法。锻模主要由上模和下模两部分组成。上模靠其燕尾槽用楔铁固定在模锻锤的锤头上，并与锤头一起作上、下运动。下模固定在模座上，模座固定在砧座上。模锻时，将加热后的坯料放在锻模下模的模膛中，锻模上模随锤头向下锤击时，使坯料变形充满模膛，从而获得与模膛形状一致的锻件。盘类锻件锤上模锻工作示意图8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工198.2.3模锻（1）曲柄压力机上模锻。（2）摩擦压力机上模锻。2.压力机上模锻用于模锻的压力机可分为曲柄压力机、摩擦压力机、平锻机和模锻水压机等。曲柄压力机摩擦压力机8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工208.3.1锻造工艺规程的制订锻件图是根据零件图绘制的。自由锻的锻件图是在零件图的基础上，考虑机械加工余量、锻造公差和余块等之后绘制而成的。模锻的锻件图还应考虑分模面的选择、模锻斜度和模锻圆角半径等。（1）余块、机械加工余量和锻造公差。零件尺寸标注在尺寸线的下面并用括号括起来。1.绘制锻件图a）锻件的余块和机械加工余量；

b）锻件图自由锻锻件图8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工218.3.1锻造工艺规程的制订（2）分模面。分模面是上下锻模在模锻件上的分界面。选定分模面的原则：1）尽量选择在最大截面处。2）应使模膛尽量浅。3）应使上下锻模沿分模面的模膛轮廓一致。4）尽量采用平面。5）锻件上增加的余块尽量少。模锻时，锻件是在模锻的模膛中成形的。绘制模锻的锻件图时还需考虑分模面、模锻斜度、模锻圆角半径和连皮厚度等。分模面的选择原则示意图8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工228.3.1锻造工艺规程的制订（3）模锻斜度。为使锻件易于从模膛中取出，锻件与模膛侧壁接触部分需带一定斜度，该斜度称为模锻斜度。对于锤上模锻，模锻斜度一般取5°~15°。模锻斜度与模膛深度h和宽度b有关。内壁斜度β比外壁斜度α大2°~5°。（4）模锻圆角半径。模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆角，该圆角称为模锻圆角。模锻圆角结构可使金属容易充满模膛，提高锻模使用寿命，同时增大模锻件强度。模锻件外圆角半径r一般取1.5~12mm，内圆角半径R比外圆角半径大2~3倍。模膛越深，圆角半径取值越大。模锻斜度模锻圆角半径8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工238.3.1锻造工艺规程的制订（5）连皮厚度。许多模锻件都有孔形，当模锻件的孔径大于25mm时，应将孔形锻出。由于模锻无法直接锻出透孔，需在该处留冲孔连皮。其厚度依孔径而定，当孔径为25~80mm时，连皮厚度取4~8mm。图8-18齿轮坯模锻锻件图分模面选在锻件高度方向的中部，零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量，内孔中部为冲孔连皮。8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工248.3.1锻造工艺规程的制订坯料的尺寸根据坯料的质量和几何形状确定，还应考虑坯料在锻造中的锻造比问题。对于以钢锭作为坯料并采用拔长方法加工的锻件，锻造比一般不小于2.5~3。根据计算得到的坯料质量和尺寸，可以确定坯料长度尺寸或选择适当尺寸的钢锭。3.锻造工序的确定锻造工序根据工序特点和锻件类型确定。模锻的锻造工序根据锻件的形状和尺寸确定。（1）长轴类模锻件。锻件的长度与宽度之比较大。在锻造过程中，锤击方向应垂直于锻件轴线。终锻时，金属沿高度与宽度方向流动，而沿长度方向没有显著地流动。常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。（2）短轴类模锻件。锻件主轴尺寸较短，在分模面上投影为圆形或长宽尺寸相近。在模锻过程中，锤击方向应与坯料轴线方向相同，终锻时金属沿高度、宽度及长度方向均产生流动。常选用镦粗、预锻和终锻等工步。形状简单的锻件也可直接终锻成形。2.坯料质量和尺寸的确定8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工258.3.1锻造工艺规程的制订4.修整工序锻件经终锻成形后，为保证和提高锻件质量，还需安排：（1）切边和冲孔。用于切除终锻后模锻件上的飞边和连皮，切除是用切边模和冲孔模在压力机上进行的。（2）校正。用于校正切边、冲孔和其他工序中可能引起的锻件变形。可将热切后的锻件立即放回终锻模膛内进行，也可在热处理及清理后在专用的校平模内进行。（3）清理。常用滚筒法、喷砂法或酸洗法消除锻件表面的氧化皮、污垢及其他表面缺陷（如毛刺）等。（4）精压。对于要求精度高和表面粗糙度值小的锻件，清理后还应在压力机上进行精压。精压分平面精压和体积精压。平面精压可提高平行平面间的尺寸精度；体积精压可提高锻件所有尺寸精度。a）切边；

b）冲孔切边和冲孔8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工268.3.1锻造工艺规程的制订5.热处理工序为消除锻件加工硬化和过热组织，细化晶粒并使锻件具有所需的力学性能，一般对锻件进行正火或退火处理。8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工278.3.2锻件的结构工艺性由于锻件是在固态下成形的，锻件能达到的复杂程度不如铸件。自由锻使用简单和通用的工具，锻件质量主要依靠工人的操作技术。许多在铸造中很合理的零件结构，在自由锻中很难甚至不可能锻出。自由锻锻件的结构工艺性总的要求是在满足使用性能的前提下，形状尽量简单和规则。自由锻锻件的结构工艺性要求：1）避免锥面或斜面；2）避免圆柱面与圆柱面相交；3）避免筋板及凸台等结构；4）形状复杂的零件，可用焊接或机械方法组成整体。1.自由锻锻件的结构工艺性8.3锻造工艺机械制造基础第8章压力加工288.3.2锻件的结构工艺性1）具有合理的分模面。以使模锻件易于出模，并使余块少，锻模容易制造。2）由于模锻件尺寸精度较高、表面粗糙度值低，因此，只有需要配合的表面才进行机械加工，其他表面均应设计成非加工表面。锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设计出模锻斜度。两非加工表面所形成的角（包括外角和内角）都应设计出模锻圆角。3）为使金属容易充满模膛和减少工序，模锻件的外形应力求简单、平直和对称，截面相差不宜过大，并避免高筋、薄壁和凸起等不利于成形的结构。4）应避免深孔、多孔、深槽和窄沟结构，以利于金属的充满、模具制造和寿命的延长。5）模锻件的整体结构力求简单。当整体结构在成形中需要增加较多余块时，可采用组合工艺制作。2.模锻锻件的结构工艺性a）锻件；

b）锻-焊组合件锻焊结构模锻件8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工298.4.1冲压的基本工序板料冲压是在冲床上用冲模使金属或非金属板料产生分离或变形而获得制件的加工方法。冲压中的板料通常是在冷态下进行的，因此又称为冷冲压。只有当板料厚度超过8~10mm时，才采用热冲压。常用的有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属材料以及皮革、塑料、胶木等非金属材料。冲压特点：1）可以冲出形状复杂的零件，且废料少。2）冲压件具有足够高的精度和较低的表面粗糙度值，互换性好，冲压后一般不需机械加工。3）能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度较高的零件。4）操作简单，工艺过程便于实现机械化和自动化，生产率高，成本低。但冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下才能充分显示其优越性。冲压广泛应用于制造金属成品的工业部门，尤其是在航空航天、国防、汽车、仪表、电器及日常生活用品等工业中占有极其重要的地位。8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工308.4.1冲压的基本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序，一般包括剪切、冲裁、修整等工序。（1）剪切。使板料沿不封闭轮廓进行分离的工序称为剪切。剪切多用于加工形状简单的平板工件或将板料剪成一定宽度的条料、带料，以供其他冲压加工的备料工序。（2）冲裁。将板坯在冲模刃口作用下沿封闭轮廓分离的工序，冲孔和落料都属于冲裁。在这两个过程中坯料的变形和模具结构完全一样，但是用途不同。冲孔时冲落部分为废料，留下的周边部分是成品；落料时冲下部分为成品，留下的周边部分是废品。1.分离工序a）冲孔b）落料冲孔和落料1-坯料；2-凸模；3-凹模；4-成品；5-废料8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工318.4.1冲压的基本工序排样是落料件在条料、带料上的布置方法。合理排样可使废料最少，材料利用率高。a）182.7mm2；b）117mm2；c）11263mm2；d）97.5mm2不同排料方式时材料消耗对比排样方式主要分有搭边排样和无搭边排样两种。有搭边排样是各落料件之间都留有搭边，其优点是尺寸精确，断面质量好，但材料利用率低。无搭边排样是一个落料件的一条边作为另一个落料件的边缘，其优点是材料利用率高，但尺寸不精确，断面质量差。8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工328.4.1冲压的基本工序（3）切口。将坯料以不封闭曲线部分分离，并且使分离部分产生变形的工序。切口具有良好的散热作用，广泛应用于各类机械及仪表外壳的冲压加工。（4）修整。利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属，以切掉普通冲裁时冲裁件断面上存留的断裂带和毛刺，从而提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度值的加工方法。修整分为外缘修整和内孔修整两种。切口a）外缘修整；

b）内孔修整修整8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工338.4.1冲压的基本工序（1）弯曲。利用弯曲模使工件轴线弯成一定角度和曲率的成形方法。2.变形工序变形工序是使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如拉深、弯曲、成形等。弯曲过程中的金属变形示意图弯曲下料方向8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工348.4.1冲压的基本工序（2）拉深。利用模具将平板毛坯变成杯形、盒形等开口空心零件的工序。图8-27拉深工序1）拉深变形过程。拉深时零件的底部一般不变形，只起传递拉力的作用，厚度基本保持不变；直壁部分主要受拉力作用，有变薄现象；而直壁与底部之间的过渡圆角处拉薄最严重；拉深件的法兰部分因切向受压应力作用，厚度有所增加。8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工358.4.1冲压的基本工序2）拉深系数和拉深次数。拉深系数m等于拉深后的工件直径d与拉深前的毛坯直径D之比，即m=d/D。m值越小，变形量越大，成形难度越大。对于深腔拉深件（如弹壳、笔帽等）应采用多次拉深。每次拉深的拉深系数m不能太小，一般控制在m=0.5~0.8，而m1<m2<…mn，必要时还应在工序间穿插中间退火，以消除冷变形强化。3）拉深中的缺陷及废品。拉深中常见的缺陷有起皱和拉裂等。拉深时，变形量太大，易使材料失稳而产生起皱，或使底边拉裂。因此要合理设计模具结构与尺寸，如设置压边装置、加大凸模和凹模的圆角半径以及模具间隙，采用适当的润滑方式，防止上述缺陷的产生。多次拉深a）起皱；

b）拉裂拉深件的起皱和拉裂采用压边圈防止起皱8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工368.4.1冲压的基本工序（3）成形。用各种局部变形的方式来改变工件或坯料形状的各种加工工艺方法，这些方法多数是在冲裁、弯曲、拉深等之后进行的，主要包括翻边、胀形、压筋、压坑等。1）翻边。是在坯料的平面部分或曲面部分的边缘沿一定的曲线位置翻起竖立直边的工序，分为内孔翻边和外缘翻边。当零件所需凸缘的高度较大时，一次翻边成形的翻边系数很小，直接成形无法实现，则可以采用先拉深、后冲孔、再翻边的工艺来实现。a）内孔翻边；

b）外缘翻边翻边8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工378.4.1冲压的基本工序2）胀形。将直径较小的空心工件或管状毛坯由内向外膨胀成为直径较大的曲面零件的成形方法，又称为成形，如图8-32所示。使用较多的是橡胶胀形与液压胀形。a）胀形工件；

b）橡胶芯胀形胀形3）压筋。又称起伏，某些大型腹板类板料工件，一般在平板面上设加强筋，提高强度和刚度，其凸起或凹进主要是通过局部材料的变薄伸长形成的。用金属模局部拉深成形，只要凸模与凹模根据工件形状加工出相吻合的形状即可。对于大而薄的工件，可以用橡胶及软金属铅等成形。橡胶压筋图8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工388.4.1冲压的基本工序4）压坑。即压制圆形加强窝。主要靠成形部分本身材料的变薄，而外缘材料并不向内移动。变形量小的采用一次成形，变形量大的采用二次成形，先制成半球形过渡形状，然后再压出工件所需要的形状。a）一次成形；

b）二次成形压坑8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工398.4.2冲模（1）简单模。在冲床的一次行程中只完成一道冲压工序的冲模。简单模结构简单但效率低，适合于小批量、低精度的冲压件生产。（2）连续模。在冲床的一次行程中，在模具的不同工位上完成两道或两道以上冲压工序的冲模称为连续模。连续模效率高且结构相对简单，适合于大批量、一般精度的冲压件生产。冲模是实现坯料分离或变形必不可少的工艺装备。主要由凹模、凸模、模柄、模板、导套、导板、定位销、卸料板和凸凹模固定板等组成。按照冲模完成的工序性质可分为冲孔模、落料模、弯曲模、拉深模等，按其工序的组合程度又可分为简单模、连续模和复合模。简单模结构1-模柄2-上模板3-导套4-导柱5-下模板6-凹模固定板7-凹模8-凸模固定板9-导料板10-凸模11-定位销12-卸料板冲孔-落料连续模结构1-落料凸模2-定位销3-落料凹模4-冲孔凸模5-冲孔凹模6-卸料板7-板料8-冲孔件9-落料件8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工408.4.2冲模（3）复合模。在冲床的一次行程中，在模具的同一工位上完成两道或两道以上冲压工序的冲模称为复合模。复合模效率高但结构复杂，适合于大批量、高精度的冲压件生产。落料-拉深复合模结构1-凸凹模2-定位销3-顶出器4-板料5-卸料板6-落料凹板7-拉深凸模8-落料件9-拉深件8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工418.4.3冲压件的结构工艺性（1）采用冲压-焊接结构，以简化冲压工艺。（2）采用冲口工艺结构，以减少组合件数量。（3）简化拉深件结构，以减少工序、节省材料和降低成本。1.简化工艺及节约材料冲压件的设计不仅应具有良好的使用性能，也应具有良好的工艺性能，以减少材料消耗、延长模具寿命、提高生产率和降低成本等。影响冲压件结构工艺性的主要因素有冲压件形状、尺寸、精度及材料等。冲压-焊接结构冲口工艺结构8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工428.4.3冲压件的结构工艺性在刚度和强度允许的情况下，应尽可能采用较薄的材料，以减少金属的消耗。对局部刚度不够的部位，可采用加强筋，以实现薄材料代替厚材料。3.冲压件的精度和表面质量对冲压件的精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般精度，并在满足需要的情况下，应尽量降低要求，以减少工艺过程，提高生产率，并降低成本。冲压工艺的一般精度为：落料不超过IT10；冲孔不超过IT9；弯曲不超过IT10~IT9；拉深高度尺寸IT10~IT8，直径尺寸IT10~IT9，经整形后的尺寸可达IT7~IT6。对冲压件的表面质量要求，一般应尽可能不高于原材料所具有的表面质量。否则就要增加机械加工工序，产品成本也将大幅提高。2.冲压件的厚度8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工438.4.3冲压件的结构工艺性（1）对冲裁件的要求。1）落料件的外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称。尽可能采用圆形或矩形等规则形状，否则使模具制造困难，并降低模具使用寿命。2）应使冲裁件排样时将废料降低到最小。3）结构尺寸（如孔径和孔距等）必须考虑坯料厚度δ。4）冲裁件上直线与直线、曲线与直线的交界处，应均用圆弧连接，以避免尖角处因应力集中而产生断裂。4.冲压件的形状及尺寸冲孔件尺寸与厚度的关系冲裁件最小圆角半径8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工448.4.3冲压件的结构工艺性（2）对弯曲件的要求。1）弯曲件形状应尽量对称，弯曲半径不能小于材料允许的最小弯曲半径。2）弯曲边不宜过短。应使弯曲边的平直部分b>2δ，以利于成形。如果要求b很小，则需先留出适当的余量以增加弯曲边平直部分，弯曲后再切去所增加的金属。3）弯曲件上孔的位置应位于弯曲变形区之外，并使b>（1.5~2）δ，以避免孔的变形。4.冲压件的形状及尺寸弯曲件的尺寸限制8.4板料冲压机械制造基础第8章压力加工458.4.3冲压件的结构工艺性（3）对拉深件的要求。1）外形应简单、对称，深度不宜过大。以便使拉深次数最少，容易成形。2）具有合理的圆角半径。在不增加工艺程序的情况下，允许的最小圆角半径如图。半径过小将增加拉深次数和整形工作，也增加模具数量，并易产生废品、增加成本。4.冲压件的形状及尺寸拉深件的最小圆角半径8.5其他压力加工方法机械制造基础第8章压力加工468.5.1轧制成形轧制成形是利用旋转的轧辊使金属坯料逐步变形制成工件的成形方法。适于制造轴、轴承环、钢球、丝杠、齿轮和小工具等。按照轧辊轴线与坯料轴线方向的不同，轧制可分为3种：1）纵轧。坯料送进方向与轧辊轴线垂直，且两个轧辊相向旋转，轧件作直线运动。2）横轧。轧辊轴线与轧件轴线平行，且轧辊和轧件作相对转动。3）斜轧。轧辊旋转方向相同，坯料沿轧辊轴线夹角中分线方向旋转进给。两轧辊交叉成一定角度（一般不超过7°），具有与轧件轮廓相近的螺旋槽，因而斜轧也称为螺旋轧制。a）纵轧；

b）横轧；

c）斜轧（轧制钢球）轧制成形轧制成形工艺特点：1）变形是逐步的、连续的、旋转的，生产率高，设备运转平稳，易于实现机械化和自动化。2）能大量减少金属材料的消耗。3）质量好、成本低。8.5其他压力加工方法机械制造基础第8章压力加工478.5.2挤压成形a）正挤压；

b）反挤压

c）复合挤压；

d）径向挤压挤压成形挤压成形是使金属坯料在挤压模内受压被挤出模孔而变形的成形方法。在专用挤压机（有液压式、曲轴式和肘杆式等）上进行，也可在适当改造后的通用曲柄压力机或摩擦压力机上进行。按照金属的流动方向与凸模运动方向的不同，挤压可分为4种。1）正挤压：金属的流动方向与凸模的运动方向相同。2）反挤压：金属的流动方向与凸模的运动方向相反。3）复合挤压：金属的流动方向一部分与凸模的运动方向相同，另一部分与凸模的运动方向相反。4）径向挤压：金属的流动方向与凸模的运动方向呈90°。8.5其他压力加工方法机械制造基础第8章压力加工488.5.2挤压成形按金属坯料变形温度的不同，挤压可分为3种。（1）冷挤压。在室温下进行的挤压加工。冷挤压中，金属的变形抗力较大，变形程度不宜过大。变形后的金属组织为冷变形强化组织，因而产品的强度高，表面较光洁。尺寸精度可达IT7~IT6，表面粗糙度可达Ra1.6~0.2μm。（2）热挤压。金属加热到再结晶温度以上进行的挤压加工。热挤压中，金属的变形抗力小，允许的变形程度较大，生产率高。但表面粗糙、精度较低。广泛应用于冶金部门生产铝、铜、镁及其合金的型材和管材等。目前，也较多用于机器零件和毛坯的生产。（3）温挤压。金属坯料变形温度在室温和再结晶温度之间（100~800℃）。与冷挤压相比，变形抗力低、变形程度增大，提高了模具寿命；与热挤压相比，坯料氧化脱碳少，尺寸精度高，表面粗糙值较低（Ra6.3~3.2μm）。适于加工中碳钢和合金钢零件。8.5其他压力加工方法机械制造基础第8章压力加工498.5.2挤压成形挤压成形工艺特点：1）挤压时金属处于三向受压状态，可以提高金属坯料塑性。2）可加工出形状复杂、深孔、薄壁和异型断面零件。3）挤压变形后，零件内部纤维组织基本上沿零件外形分布而不被切断，从而提高了零件的力学性能。4）材料利用率可达70%，生产率比其他锻造方法提高几倍。8.5其他压力加工方法机械制造基础第8章压力加工508.5.3拉拔成形拉拔成形是使金属坯料通过一定形状的模孔，使其截面减小、长度增加的成形方法。金属丝、细管材及一些异型材都可以用拉拔方法生产。拉拔一般在冷态下成形，在拉拔过程有冷变形强化效应。因而每道拉拔工艺的变形量有限，否则，易断裂。为保证拉拔质量，坯料在拉拔前需经表面处理，在拉拔时需采用润滑剂，在多道拉拔过程中还应安排再结晶退火。拉拔时的模具模孔在工作中受着强烈的摩擦作用，为了保持其几何形状的准确性，提高模具使用寿命，应选择耐磨性好的材料（如硬质合金）来制造。拉拔成形工艺特点：拉拔件的机械强度高、表面质量好、形状和尺寸精确。拉拔成形8.5其他压力加工方法机械制造基础