锻压成形.pptx

1锻压成形锻压成形1.1.金属塑性变形基础金属塑性变形基础2.2.自由锻造自由锻造3.3.模型锻造模型锻造4.4.板料冲压板料冲压本章主要内容：本章主要内容：2主要问题主要问题：1.1.为什么锻压加工能提高零件的性能为什么锻压加工能提高零件的性能?2.2.什么是冷变形强化什么是冷变形强化(加工硬化加工硬化)？工业生产中的意义？工业生产中的意义？3.3.纤维组织（锻造流线）及其影响纤维组织（锻造流线）及其影响 4.4.什么是金属的可锻性什么是金属的可锻性?衡量指标？衡量指标？5.5.自由锻的主要设备和常用基本工序；自由锻的主要设备和常用基本工序；自由锻件图的绘制及其结构工艺性。自由锻件图的绘制及其结构工艺性。6.6.模锻件的分模面选择和结构设计应注意哪些问题？模锻件的分模面选择和结构设计应注意哪些问题？7.7.板料冲压对材料性能有何要求？设备？常用工序？板料冲压对材料性能有何要求？设备？常用工序？1.1.什么是锻压成形什么是锻压成形 金属坯料在外力作用下产生金属坯料在外力作用下产生塑性变形塑性变形，获得具有，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件毛坯或零件的成形方法。的成形方法。锻压锻压锻造锻造冲压冲压自由锻造，简称自由锻自由锻造，简称自由锻模型锻造，简称模锻模型锻造，简称模锻板料冲压（钣金加工）板料冲压（钣金加工）3.1 3.1 概概 述述2.2.分类分类43.3.锻压成型的主要特点及应用锻压成型的主要特点及应用1 1）提高金属的力学性能提高金属的力学性能晶粒细化，组织致密；晶粒细化，组织致密；气孔、微裂纹等铸造缺陷被压合；气孔、微裂纹等铸造缺陷被压合；使纤维组织合理分布。使纤维组织合理分布。2 2）节约材料，减少切削加工工时节约材料，减少切削加工工时力学性能好，承载能力提高；力学性能好，承载能力提高；与切削加工相比，减少零件制造中的金属消耗。与切削加工相比，减少零件制造中的金属消耗。3 3）模锻生产率高，适应性强模锻生产率高，适应性强4 4）缺点缺点：不能生产形状复杂的毛坯或零件。：不能生产形状复杂的毛坯或零件。应用应用：主要用于轴类、连杆、齿轮、炮筒、枪管、吊钩、：主要用于轴类、连杆、齿轮、炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等飞机和汽车零件等力学性能要求高的重要零件力学性能要求高的重要零件。3.2 3.2 金属的塑性变形金属的塑性变形l塑性变形塑性变形：材料在外力作用材料在外力作用下产生而外力去除后不能恢下产生而外力去除后不能恢复的那部分残留变形。复的那部分残留变形。l塑性加工塑性加工（压力加工）：（压力加工）：利用塑性变形使材料成形利用塑性变形使材料成形的加工方法的统称。的加工方法的统称。l目的目的：（1）改善金属的组织和性能；改善金属的组织和性能；（2）获得所需尺寸、形状的产品。）获得所需尺寸、形状的产品。l分类分类：冷变形和热变形加工。冷变形和热变形加工。l生产实例生产实例：锻造、冲压、挤压、拉拔等。锻造、冲压、挤压、拉拔等。锻造锻造连杆连杆高强度螺栓高强度螺栓u金属的塑性变形金属的塑性变形滑移滑移：指在切应力作用下，晶体：指在切应力作用下，晶体的一部分沿一定的的一部分沿一定的晶面和晶面和晶向晶向相对于另一部分发生相对于另一部分发生滑动位移的现象。滑动位移的现象。滑移的结果在晶体表面形成台阶；滑移的结果在晶体表面形成台阶；孪生的结果使孪生面两侧晶体呈镜面对称孪生的结果使孪生面两侧晶体呈镜面对称。主要形式主要形式 滑移滑移3.2.1 3.2.1 塑性变形的实质塑性变形的实质3.2.2 3.2.2 塑性变形对金属组织和性能的影响塑性变形对金属组织和性能的影响加工硬化现象加工硬化现象 冷变形金属随变形度冷变形金属随变形度，强度、硬度强度、硬度，塑性、韧性塑性、韧性加工硬化的利弊及应用加工硬化的利弊及应用l是不能热处理强化金属材料的重要强化手段，如防锈铝合金是不能热处理强化金属材料的重要强化手段，如防锈铝合金l可提高构件在使用过程中的安全性可提高构件在使用过程中的安全性l 塑性塑性 变形抗力变形抗力 使使 进一步加工变得困难，如冷拉钢丝进一步加工变得困难，如冷拉钢丝加工硬化现象，可采用再结晶退火消除加工硬化现象，可采用再结晶退火消除！1.1.加工硬化加工硬化加工加工硬化硬化82.2.回复和再结晶回复和再结晶u回复回复：在加热温度不高时，冷变形金属原子扩散，在加热温度不高时，冷变形金属原子扩散，残余内应力残余内应力，强度硬度、塑性韧性基本不变。，强度硬度、塑性韧性基本不变。应用应用：去应力退火。目的是消除残余应力。：去应力退火。目的是消除残余应力。冷变形金属的软化过程冷变形金属的软化过程u再结晶再结晶：加热温度较高时，金属原子扩散能力加热温度较高时，金属原子扩散能力，形成新的无畸变等轴晶，晶格结构不变，加工硬化消除形成新的无畸变等轴晶，晶格结构不变，加工硬化消除 强度硬度降低强度硬度降低，塑性韧性提高，塑性韧性提高 应用应用：再结晶退火，目的是消除加工硬化，再结晶退火，目的是消除加工硬化，加热温度为（加热温度为（T再再100200）图图3-53-59加热温度对冷变形金属组织和性能的影响加热温度对冷变形金属组织和性能的影响103.3.冷变形和热变形冷变形和热变形T再再冷变形冷变形热变形热变形以下以下以上以上划分划分：u变形过程的区别变形过程的区别：冷变形过程中产生加工硬化，变形抗力冷变形过程中产生加工硬化，变形抗力，Ra值较低值较低 应用应用：金属材料通过冷轧、冷拔、等进行强化。：金属材料通过冷轧、冷拔、等进行强化。热变形没有加工硬化，金属塑性热变形没有加工硬化，金属塑性变形抗力变形抗力变形量变形量 应用应用：金属材料的锻造加工：金属材料的锻造加工 影响影响：组织细密，成分均匀；：组织细密，成分均匀；消除气孔、缩松等铸造缺陷；消除气孔、缩松等铸造缺陷；形成纤维组织形成纤维组织锻造流线。锻造流线。相同材料，锻件的力学性能比铸件的高相同材料，锻件的力学性能比铸件的高4.4.纤维组织纤维组织锻造流线锻造流线u定义定义：铸锭内部存在的：铸锭内部存在的非金属夹杂物非金属夹杂物，在轧制或锻，在轧制或锻造过程中，随晶粒的变形方向被拉长造过程中，随晶粒的变形方向被拉长呈纤维分布呈纤维分布；在再；在再结晶时，变形的晶粒恢复为细小等轴晶，而夹杂物依然结晶时，变形的晶粒恢复为细小等轴晶，而夹杂物依然沿被拉长的方向沿被拉长的方向保留保留下来，称为纤维组织（图下来，称为纤维组织（图3-7）。）。热变形流线热变形流线吊钩中的锻造流线吊钩中的锻造流线12 使金属的力学性能具有各向异性使金属的力学性能具有各向异性。平行于纤维组织方向，平行于纤维组织方向，塑性、韧性好；塑性、韧性好；垂直于纤维组织方向，垂直于纤维组织方向，塑性、韧性差；塑性、韧性差；热处理不能消除纤维组织，热处理不能消除纤维组织，只能通过锻造加工来改变只能通过锻造加工来改变。例如：高速钢的反复锻造加工，例如：高速钢的反复锻造加工，目的是消除粗大碳化物。目的是消除粗大碳化物。4.4.纤维组织纤维组织锻造流线锻造流线u 影响影响：（图示）（图示）13 在在设设计计和和制制造造零零件件时时，要要利利用用纤纤维维组组织织的的合合理理分分布布，使使流流线线方方向向与与零零件件的的轮轮廓廓线线相相符符合合，提提高高零零件件的的力力学性能和使用寿命。学性能和使用寿命。u 应用应用：举例：举例：热轧成形齿轮、锻造曲轴，流线方向与轮廓一致，寿命提高。热轧成形齿轮、锻造曲轴，流线方向与轮廓一致，寿命提高。棒料切削棒料切削 厚板切削厚板切削 圆钢镦粗后切削圆钢镦粗后切削 精锻成形精锻成形 锻造曲轴锻造曲轴14 如图所示为一钢制拖钩，可以用下列如图所示为一钢制拖钩，可以用下列方法制造：铸造、锻造、板料切割，其方法制造：铸造、锻造、板料切割，其中，以中，以哪种哪种方法制得的拖钩拖重能力最方法制得的拖钩拖重能力最大？解释其原因。大？解释其原因课堂练习：课堂练习：答：锻造。答：锻造。原因：原因：（1）细化晶粒、改善组织，提高力学性能；细化晶粒、改善组织，提高力学性能；（2）压合缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷；）压合缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷；（3）使纤维组织不被切断，并沿制件外形合理分布。）使纤维组织不被切断，并沿制件外形合理分布。3.2.3 3.2.3 金属的可锻性及其影响因素金属的可锻性及其影响因素u 可锻性及衡量指标可锻性及衡量指标定义定义：金属在锻压成形时，获得优质锻件的难易程度。金属在锻压成形时，获得优质锻件的难易程度。衡量指标衡量指标：塑性塑性塑性塑性：材料的塑性越好：材料的塑性越好 可锻性越好可锻性越好 变形抗力变形抗力变形抗力变形抗力：材料的变形抗力越小：材料的变形抗力越小 可锻性越好可锻性越好u 主要影响因素主要影响因素 化学成分、金相组织、化学成分、金相组织、变形温度、变形速度、应力状态等变形温度、变形速度、应力状态等161.化学成分和金相组织化学成分和金相组织（2）金相组织、结构）金相组织、结构 纯金属和单相固溶体组织，塑性好，具有良好的可锻性。纯金属和单相固溶体组织，塑性好，具有良好的可锻性。例如：紫铜比黄铜可锻性好；例如：紫铜比黄铜可锻性好；钢在锻造时，一般加热到高温，获得单相奥氏体组织；钢在锻造时，一般加热到高温，获得单相奥氏体组织；面心立方结构金属塑性好，比密排六方结构的可锻性好。面心立方结构金属塑性好，比密排六方结构的可锻性好。（1 1）化学成分）化学成分）化学成分）化学成分 WC Me%材料的可锻性越好材料的可锻性越好例如：低碳钢比高碳钢的可锻性好；例如：低碳钢比高碳钢的可锻性好；碳素钢比合金钢的可锻性好。碳素钢比合金钢的可锻性好。172.2.变形温度变形温度 T T变变越高越高 材料的可锻性越好材料的可锻性越好 。（有效措施）（有效措施）故：锻造常在高温下进行，但温度不能过高。故：锻造常在高温下进行，但温度不能过高。u 钢件锻造加热常见缺陷钢件锻造加热常见缺陷氧化氧化：金属元素与炉气中氧反应产生氧化皮。金属元素与炉气中氧反应产生氧化皮。危害：合金元素烧损，锻模磨损加剧，锻件质量危害：合金元素烧损，锻模磨损加剧，锻件质量脱碳脱碳：钢件表层中碳被炉气中钢件表层中碳被炉气中O2和和CO2氧化氧化 危害：工件表层危害：工件表层WC ，强度、硬度、耐磨性，强度、硬度、耐磨性过热过热：加热温度过高或高温停留时间过长，造成晶粒粗大加热温度过高或高温停留时间过长，造成晶粒粗大 危害：钢件的强度、塑性、冲击韧性危害：钢件的强度、塑性、冲击韧性 。再次热处理补救再次热处理补救。过烧过烧：加热温度接近固相线并停留时间过长，奥氏体晶界氧化加热温度接近固相线并停留时间过长，奥氏体晶界氧化 甚至局部熔化。甚至局部熔化。一旦产生，只能报费一旦产生，只能报费。防防止止：在在真真空空或或非非氧氧化化气气氛氛中中加加热热或或涂涂防防氧氧化化涂料。涂料。18确定确定：根据合金状态图。：根据合金状态图。原则原则：始锻温度始锻温度，在不出现过热和过烧前提下，在不出现过热和过烧前提下，尽量提高始锻温度。尽量提高始锻温度。碳钢的始锻温度应低于固相线碳钢的始锻温度应低于固相线150200oC 终锻温度终锻温度：停止锻造的温度。：停止锻造的温度。终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大，终锻温度太高，停锻后晶粒会重新长大，降低锻件力学性能；降低锻件力学性能；太低，再结晶较困难，加工强化现象严重，太低，再结晶较困难，加工强化现象严重，变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏变形抗力太大，甚至产生锻造裂纹，也易损坏设备和工具。设备和工具。碳钢在碳钢在800 以上以上（图示）（图示）。u 锻造温度锻造温度始锻温度始锻温度始锻温度始锻温度终锻温度终锻温度终锻温度终锻温度锻造加工锻造加工锻造加工锻造加工193.变形速度变形速度 指金属在锻压加工过程中，指金属在锻压加工过程中，单位时间内的相对变形量。单位时间内的相对变形量。u 影响：影响：（1）加工硬化被再结晶消除的程度加工硬化被再结晶消除的程度。vvc时，再结晶速度起主要作用；时，再结晶速度起主要作用；v 再结晶再结晶塑性塑性变形抗力变形抗力金属可锻性金属可锻性 合金钢比低碳钢塑性差，再结晶温度高，再结晶速度缓慢，不宜合金钢比低碳钢塑性差，再结晶温度高，再结晶速度缓慢，不宜在在锻锤锻锤上锻打，应在变形速度低的上锻打，应在变形速度低的压力机压力机上锻造，以利于加工硬化的上锻造，以利于加工硬化的消除。大锻件不易锻透，也应在压力机上锻造。消除。大锻件不易锻透，也应在压力机上锻造。低碳钢塑性好，小件也易锻透，多采用变形速度快的锻锤锻打，低碳钢塑性好，小件也易锻透，多采用变形速度快的锻锤锻打，若加工硬化不能被再结晶完全消除，还可提高强度。若加工硬化不能被再结晶完全消除，还可提高强度。20（2）变形过程中的热效应变形过程中的热效应。变形过程中，部分塑性变形转化为热能，使锻件温度变形过程中，部分塑性变形转化为热能，使锻件温度升高的现象。升高的现象。3.变形速度变形速度 热效应使金属的塑性提高，热效应使金属的塑性提高，变形抗力降低，可锻性变好。变形抗力降低，可锻性变好。当当vvc时，热效应起主要作用；时，热效应起主要作用；v塑性塑性变形抗力变形抗力可锻性可锻性。21变形区，压应力的数量愈多，塑性愈好，变形抗力增大；变形区，压应力的数量愈多，塑性愈好，变形抗力增大；拉应力的数量愈多，变形抗力小，但裂纹易扩展，塑性差拉应力的数量愈多，变形抗力小，但裂纹易扩展，塑性差。挤压成形时，三向受压应力，适于塑性较差的材料。挤压成形时，三向受压应力，适于塑性较差的材料。拉拔成形时，二向受压，一向受拉，适于塑性好的材料。拉拔成形时，二向受压，一向受拉，适于塑性好的材料。4.应力状态应力状态拉拔拉拔成形时应力状态成形时应力状态挤压挤压成形时应力状态成形时应力状态u定义定义：利用砥铁和一些简单工具，使被加热的金属坯料变形，利用砥铁和一些简单工具，使被加热的金属坯料变形，获得一定尺寸、形状、性能锻件的成形方法，简称自由锻。获得一定尺寸、形状、性能锻件的成形方法，简称自由锻。u特点特点：锻造比大，对锻件组织和性能有较大改善；锻造比大，对锻件组织和性能有较大改善；锻造比大，对锻件组织和性能有较大改善；锻造比大，对锻件组织和性能有较大改善；工具简单，通用性强，成本低；工具简单，通用性强，成本低；工具简单，通用性强，成本低；工具简单，通用性强，成本低；灵活性大，但锻件表面质量差，生产率低。灵活性大，但锻件表面质量差，生产率低。灵活性大，但锻件表面质量差，生产率低。灵活性大，但锻件表面质量差，生产率低。3.3 3.3 自由锻造自由锻造u应用应用应用应用：适于：适于：适于：适于单件、小批、各种大小锻件单件、小批、各种大小锻件单件、小批、各种大小锻件单件、小批、各种大小锻件的生产。的生产。的生产。的生产。例如：水轮机主轴、曲轴、连杆等。例如：水轮机主轴、曲轴、连杆等。例如：水轮机主轴、曲轴、连杆等。例如：水轮机主轴、曲轴、连杆等。锻锤锻锤锻锤锻锤压力机压力机压力机压力机落下部分总重量落下部分总重量落下部分总重量落下部分总重量 =活塞活塞活塞活塞+锤头锤头锤头锤头+锤杆锤杆锤杆锤杆滑块运动到下始点时所产生的最大压力滑块运动到下始点时所产生的最大压力滑块运动到下始点时所产生的最大压力滑块运动到下始点时所产生的最大压力锻锤吨位锻锤吨位锻锤吨位锻锤吨位=压力机吨位压力机吨位压力机吨位压力机吨位=水压机水压机水压机水压机油压机油压机油压机油压机使使金金属属在在静静压压力力下下变变形，变形速度低。形，变形速度低。空气锤：空气锤：空气锤：空气锤：蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽空气锤：空气锤：空气锤：空气锤：651000Kg651000Kg630Kg5t630Kg5t金属在锻锤金属在锻锤冲击冲击力力下变形下变形应用应用：锻锤变形速度高，适于小、中型锻件；压力机变形速：锻锤变形速度高，适于小、中型锻件；压力机变形速度低，适于大钢锭、大锻件和可锻性差的合金钢。度低，适于大钢锭、大锻件和可锻性差的合金钢。3.3.1 3.3.1 自由锻设备自由锻设备u基本工序基本工序 以改变坯料的形状为主，同时改善锻件的力学性能的工序。以改变坯料的形状为主，同时改善锻件的力学性能的工序。以改变坯料的形状为主，同时改善锻件的力学性能的工序。以改变坯料的形状为主，同时改善锻件的力学性能的工序。3.3.2 3.3.2 自由锻基本工序自由锻基本工序镦粗镦粗拔长拔长冲孔冲孔弯曲弯曲切割切割扭转扭转错移错移锻接锻接 等等最常用的最常用的3个基本工序个基本工序25形成双鼓形，不能锻透形成双鼓形，不能锻透单鼓形（表层金属塑性流动受限制）单鼓形（表层金属塑性流动受限制）1.1.镦粗镦粗H完全镦粗完全镦粗局部镦粗局部镦粗 S S使坯料的高度减小而截面增大的工序称为镦粗。使坯料的高度减小而截面增大的工序称为镦粗。难变形锥难变形锥261.1.镦粗镦粗u应用应用：是圆饼类、盘套类锻件的主要工序；是圆饼类、盘套类锻件的主要工序；对高合金钢锻件，可增加锻造比，使变形对高合金钢锻件，可增加锻造比，使变形 均匀，提高锻件综合力学性能。均匀，提高锻件综合力学性能。例如：铸态高速钢制作刀具时，进行三镦三拔；例如：铸态高速钢制作刀具时，进行三镦三拔；Cr12Cr12钢制作冷作模具时，反复锻造加工。钢制作冷作模具时，反复锻造加工。272.2.拔长拔长 ，S S S SL L L L 使坯料横截面缩小而长度增加的工序。使坯料横截面缩小而长度增加的工序。u应用应用：是轴杆类、筒类锻件的主要工序。是轴杆类、筒类锻件的主要工序。例：例：曲轴坯拔长曲轴坯拔长 拔长另一端拔长另一端摔圆摔圆下料下料切肩切肩拔长一端拔长一端 摔圆摔圆坯料坯料镦粗镦粗冲孔冲孔芯轴拔长芯轴拔长锻件锻件筒形件的锻造工序筒形件的锻造工序 283.3.冲孔冲孔利用利用冲子冲子在坯料上冲出在坯料上冲出通孔或盲孔通孔或盲孔的工序。的工序。u应用应用：各种带孔、空心锻件，如齿轮坯、圆筒等。各种带孔、空心锻件，如齿轮坯、圆筒等。实心冲子冲实心冲子冲孔，最常用孔，最常用空空心心冲冲子子，用用于于钢钢锭锭、孔孔径径400mm大锻件大锻件漏盘冲孔，用于板料漏盘冲孔，用于板料3 3种方法：种方法：29（1）圆饼类锻件应避免加强筋和凸台结构。）圆饼类锻件应避免加强筋和凸台结构。4.4.自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性304.4.自由锻件的结构工艺性自由锻件的结构工艺性（2 2）轴杆类锻件，不能加工）轴杆类锻件，不能加工锥形轴锥形轴和和相贯线为空间曲线相贯线为空间曲线结构。结构。3.3.3 3.3.3 自由锻工艺规程的制定自由锻工艺规程的制定1.1.锻件图的绘制锻件图的绘制锻件图是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。锻件图是计算坯料、确定变形工艺、设计工具和检验锻件的依据。零件图零件图加工余量加工余量锻造公差锻造公差余块余块锻件图锻件图锻件的最小尺寸锻件的最小尺寸 大于大于零件的名义尺寸零件的名义尺寸锻造公差锻造公差 =（1/31/4）余量）余量32余块（敷料）：余块（敷料）：为简化锻件和锻造工艺，在锻件上某些部位为简化锻件和锻造工艺，在锻件上某些部位为简化锻件和锻造工艺，在锻件上某些部位为简化锻件和锻造工艺，在锻件上某些部位附加的大于加工余量的那部分金属。附加的大于加工余量的那部分金属。附加的大于加工余量的那部分金属。附加的大于加工余量的那部分金属。1-余块（紫红）余块（紫红）2-加工余量加工余量332.2.坯料重量和尺寸的计算坯料重量和尺寸的计算m坯料坯料坯料坯料 =m锻件锻件锻件锻件+m料头料头料头料头+m芯料芯料芯料芯料+m烧损烧损烧损烧损原则：锻造前后坯料体积不变。原则：锻造前后坯料体积不变。原则：锻造前后坯料体积不变。原则：锻造前后坯料体积不变。坯料重量计算坯料重量计算坯料重量计算坯料重量计算 m坯料坯料坯料坯料 =V坯料坯料坯料坯料坯料坯料坯料坯料尺寸的计算尺寸的计算尺寸的计算尺寸的计算：坯料尺寸取决于工艺过程中第一道工序的性质。坯料尺寸取决于工艺过程中第一道工序的性质。坯料尺寸取决于工艺过程中第一道工序的性质。坯料尺寸取决于工艺过程中第一道工序的性质。例如例如例如例如：第一道工序为镦粗，则坯料的高径比应在：第一道工序为镦粗，则坯料的高径比应在：第一道工序为镦粗，则坯料的高径比应在：第一道工序为镦粗，则坯料的高径比应在1.251.252.52.5之间；之间；之间；之间；第一道工序为拔长，则按锻件的最大截面积和锻造比等考虑。第一道工序为拔长，则按锻件的最大截面积和锻造比等考虑。第一道工序为拔长，则按锻件的最大截面积和锻造比等考虑。第一道工序为拔长，则按锻件的最大截面积和锻造比等考虑。343.锻造工序的选择锻造工序的选择轴、杆类零件：镦粗、拔长轴、杆类零件：镦粗、拔长轴、杆类零件：镦粗、拔长轴、杆类零件：镦粗、拔长盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、盘类环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、盘类、环类零件：镦粗（拔长及镦粗）、冲孔（芯轴上扩孔）冲孔（芯轴上扩孔）冲孔（芯轴上扩孔）冲孔（芯轴上扩孔）筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长筒类零件：镦粗、冲孔、在芯轴上拔长根据根据锻件的形状锻件的形状、锻件的工序锻件的工序和和生产条件生产条件确定。确定。例如：例如：自由锻实例：自由锻实例：风动机曲轴的自由锻风动机曲轴的自由锻风动机曲轴的自由锻风动机曲轴的自由锻工艺规程35附：锻件材料及锻造加工的目的附：锻件材料及锻造加工的目的 （1）一般碳钢和低合金钢的）一般碳钢和低合金钢的小型锻件小型锻件原料为轧制，原料为轧制钢材，以钢材，以成形为主要目的成形为主要目的；（2）以轧制钢材为原料的）以轧制钢材为原料的高合金钢小型锻件高合金钢小型锻件和以钢和以钢锭为原料的锭为原料的大中型锻件大中型锻件，虽也有成形要求，但更，虽也有成形要求，但更主要主要的是保证锻件的力学性能的是保证锻件的力学性能。例如：高合金工具钢的锻件（例如：高合金工具钢的锻件（W18Cr4V、Cr12MoV等），为击碎钢锭组织粗大网状碳化物，要等），为击碎钢锭组织粗大网状碳化物，要求有较大的锻造比，则必须采用多次反复镦拔的工艺。求有较大的锻造比，则必须采用多次反复镦拔的工艺。自由锻与其它锻造方法相比，锻造比大，对金属自由锻与其它锻造方法相比，锻造比大，对金属材料组织和性能有很大改善材料组织和性能有很大改善。3.4 3.4 模型锻造模型锻造 简称简称简称简称模锻模锻模锻模锻，是利用，是利用，是利用，是利用模具模具模具模具使坯料变形，充满使坯料变形，充满使坯料变形，充满使坯料变形，充满模具模具模具模具模膛模膛模膛模膛，获得锻件的锻造方法。，获得锻件的锻造方法。，获得锻件的锻造方法。，获得锻件的锻造方法。特点特点：1 1）纤维分布合理，模锻件性能好；）纤维分布合理，模锻件性能好；）纤维分布合理，模锻件性能好；）纤维分布合理，模锻件性能好；2 2）锻件的尺寸精度，表面质量高；）锻件的尺寸精度，表面质量高；）锻件的尺寸精度表面质量高；）锻件的尺寸精度，表面质量高；3 3）材料利用率高，节省金属，）材料利用率高，节省金属，）材料利用率高，节省金属，）材料利用率高，节省金属，生产率高生产率高生产率高生产率高；4 4）可锻造形状较复杂的零件；）可锻造形状较复杂的零件；）可锻造形状较复杂的零件；）可锻造形状较复杂的零件；5 5）锻模加工复杂，成本高；）锻模加工复杂，成本高；）锻模加工复杂，成本高；）锻模加工复杂，成本高；6 6）锻件不能任意大锻件不能任意大锻件不能任意大锻件不能任意大，一般不得超过，一般不得超过，一般不得超过，一般不得超过150kg150kg。只适于中、小型锻件的批量生产只适于中、小型锻件的批量生产只适于中、小型锻件的批量生产只适于中、小型锻件的批量生产。373.4.1 锤上模锻锤上模锻1.设备设备在模锻锤上模锻，设备为蒸汽在模锻锤上模锻，设备为蒸汽空气空气模锻锤模锻锤。模锻锤的吨位模锻锤的吨位：以锤头落下部分的质量标定，以锤头落下部分的质量标定，主要根据模锻件的质量大小选用。主要根据模锻件的质量大小选用。优点优点：打击速度快（：打击速度快（68m/s），行程不），行程不固定，可以根据需要按轻、重、快、固定，可以根据需要按轻、重、快、慢锤击锻件；可在一个锻模的不同慢锤击锻件；可在一个锻模的不同模膛内实现镦粗、拔长、滚压、弯模膛内实现镦粗、拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等工步。曲、预锻、终锻等工步。缺点缺点：震动大，无顶出锻件装置，不适于：震动大，无顶出锻件装置，不适于高精度锻件和某些杆类锻件的模锻。高精度锻件和某些杆类锻件的模锻。382.2.分类和锻模分类和锻模u分类分类分类分类开式模锻：开式模锻：四周有飞边槽，工艺简单，应用最广。四周有飞边槽，工艺简单，应用最广。闭式模锻：闭式模锻：无飞边槽，锻件精度较低，生产中少用。无飞边槽，锻件精度较低，生产中少用。开式模锻开式模锻单膛模锻：单膛模锻：用于形状简单锻件用于形状简单锻件多膛模锻多膛模锻：用于形状复杂锻件用于形状复杂锻件制坯模膛制坯模膛预锻模膛预锻模膛终锻模膛终锻模膛切断模膛切断模膛开式模锻开式模锻模模膛膛：形形成成锻锻件件基基本本形状和尺寸的空腔。形状和尺寸的空腔。飞飞边边槽槽：增增加加金金属属流流动动的的阻阻力力，迫迫使使金金属属充充满满模模膛膛，缓缓冲并调节金属量。冲并调节金属量。（1 1）制坯模膛）制坯模膛 用于复杂锻件的预先制坯，先将简单截面的坯料用于复杂锻件的预先制坯，先将简单截面的坯料制成近似锻件形状的异型坯，再预锻和终锻。制成近似锻件形状的异型坯，再预锻和终锻。制坯模膛制坯模膛拔长模膛：拔长模膛：坯料横截面大坯料横截面大锻件最大横截面时锻件最大横截面时滚压模膛：滚压模膛：坯料横截面坯料横截面锻件最大横截面时锻件最大横截面时弯曲模膛：弯曲模膛：锻件轴线为曲线时锻件轴线为曲线时切断模膛、成形模膛等切断模膛成形模膛等拔拔长长模模膛膛：减减少少坯坯料料某某部部分分横横截截面面积积，增增加该部分长度。加该部分长度。滚滚压压模模镗镗：减减小小坯坯料料某某一一部部分分的的横横截截面面积积，以以增增加加另一部分的横截面积。另一部分的横截面积。40（2）预锻模膛）预锻模膛 用用于于形形状状复复杂杂的的锻锻件件，使使坯坯料料变变形形到到接接近近于于锻锻件件的尺寸，以保证终锻成形饱满，减少终锻模膛磨损。的尺寸，以保证终锻成形饱满，减少终锻模膛磨损。特点特点：预锻模膛的容积比终锻模膛略大或近似相等，可预锻模膛的容积比终锻模膛略大或近似相等，可使终锻时形成以镦粗为主的变形，有利于充型。使终锻时形成以镦粗为主的变形有利于充型。没有飞边槽。没有飞边槽。对批量不大或形状简单的锻件，可不设预锻模膛对批量不大或形状简单的锻件，可不设预锻模膛以减小模具成本。以减小模具成本。41（3）终锻模膛）终锻模膛 使坯料变形到锻件所要求的形状和尺寸，最终成形。使坯料变形到锻件所要求的形状和尺寸，最终成形。上模充型效果比下模好得多，应上模充型效果比下模好得多，应把锻件的复杂部分尽量设在上模。把锻件的复杂部分尽量设在上模。u模锻过程模锻过程：镦镦粗粗坯坯料料径径向向增增大大流流入入飞飞边边槽槽增增大大变变形形阻阻力力上上、下下模模打打靠靠锻件锻足。锻件锻足。u飞边槽结构飞边槽结构 桥部：缓冲，并增加金属流动阻力桥部：缓冲，并增加金属流动阻力 仓部：容纳多余金属仓部：容纳多余金属弯曲连杆的模锻弯曲连杆的模锻连杆连杆模锻模锻433.3.模锻工艺规程的制定模锻工艺规程的制定1.绘制锻件图绘制锻件图1）分模面的选择）分模面的选择 应选在锻件的最大截面处；应选在锻件的最大截面处；应使模膛浅而对称，锻件易取出；应使模膛浅而对称，锻件易取出；应使锻件上所加敷料最少，节省材料；应使锻件上所加敷料最少，节省材料；分模面最好是平直面。分模面最好是平直面。问题问题：模锻分模面的选择与砂型铸造分模面的选择有何异同？模锻分模面的选择与砂型铸造分模面的选择有何异同？44模锻件分模面的选择比较图模锻件分模面的选择比较图 452）加工余量、公差和余块）加工余量、公差和余块加工余量：加工余量：14mm公差：公差：0.33mm3）模锻斜度）模锻斜度外壁斜度：外壁斜度：57 0内壁斜度：内壁斜度：712 04）圆角半径）圆角半径外圆角：外圆角：r=1.512mm内圆角：内圆角：R=（23）r5）冲孔连皮冲孔连皮。模锻后再冲孔，冲掉连皮。模锻后再冲孔，冲掉连皮。46齿轮坯模锻件图齿轮坯模锻件图 4.4.模锻件的结构工艺性模锻件的结构工艺性（见教材）（见教材）473.4.2 3.4.2 胎模锻胎模锻 在自由锻设备上，利用在自由锻设备上，利用活动模具（胎模）活动模具（胎模）生产模锻件的方法。生产模锻件的方法。胎模胎模u胎模种类：胎模种类：按结构分为按结构分为扣模扣模套筒模套筒模合模合模48u应用应用：没有模锻设备的中、小型锻没有模锻设备的中、小型锻件的批量生产件的批量生产。u特点特点：与自由锻相比，生产率和锻件精度较高，表面质量与自由锻相比，生产率和锻件精度较高，表面质量好，节约金属材料。好，节约金属材料。与模锻相比，节约了设备投资，简化了模具制造。与模锻相比，节约了设备投资，简化了模具制造。但生产率和锻件质量比模锻低，劳动强度大，安全但生产率和锻件质量比模锻低，劳动强度大，安全性差，模具寿命低。性差，模具寿命低。3.4.2 3.4.2 胎模锻胎模锻齿轮坯齿轮坯胎模锻胎模锻493.4.3 3.4.3 摩擦压力机上模锻摩擦压力机上模锻 是是将将飞飞轮轮旋旋转转所所积积蓄蓄的的能能量量转转化化成成金金属属的的变变形形能能进进行行锻锻造的，属锻锤类锻压设备。图示：造的，属锻锤类锻压设备。图示：50u摩擦压力机上模锻摩擦压力机上模锻 特点特点：滑滑块块运运动动速速度度较较低低，坯坯料料变变形形速速度度慢慢，再再结结晶晶充充分分，适于锻造低塑性合金钢和有色金属（如铜合金）；适于锻造低塑性合金钢和有色金属（如铜合金）；滑块回程延时，有利于精密模锻；滑块回程延时，有利于精密模锻；摩摩擦擦压压力力机机结结构构简简单单，价价低低，适适应应性性强强，但但生生产率低。产率低。应用应用：小型锻件的中、小批量生产，也可用于精密模锻。小型锻件的中、小批量生产，也可用于精密模锻。513.4.4 3.4.4 曲柄压力机上模锻曲柄压力机上模锻 曲曲柄柄压压力力机机的的结结构构与与传传动动原原理理如如图图所所示示，吨吨位位一一般般为为2002001200kN1200kN；523.4.5 3.4.5 平锻机上模锻平锻机上模锻 平平锻锻机机相相当当于于卧卧式式曲曲柄柄压压力力机机，但但锻锻造造压压力力是是沿沿水水平方向施加于坯料。平方向施加于坯料。53u设备设备：曲柄压力机或摩擦压力机（刚度大、精度高）：曲柄压力机或摩擦压力机（刚度大、精度高）u锻模锻模：模腔形状复杂、尺寸精度高。：模腔形状复杂、尺寸精度高。u特点特点：一般模锻造相比：一般模锻造相比锻件公差小，表面质量高；锻件公差小，表面质量高；锻件内部形成按轮廓分布的封闭纤维组织，力学性能好；锻件内部形成按轮廓分布的封闭纤维组织，力学性能好；模具制造复杂，成本高；模具制造复杂，成本高；对坯料尺寸和加热质量要求较高，仅适于大批量生产。对坯料尺寸和加热质量要求较高，仅适于大批量生产。u工艺要点工艺要点：选择合理的成形工艺与制造精密锻造所用模具；选择合理的成形工艺与制造精密锻造所用模具；选好坯料和加热方法。选好坯料和加热方法。3.4.6 精密模锻精密模锻54锻造新技术新工艺锻造新技术新工艺 改进锻件加热方式，精密锻造，提高自动化程改进锻件加热方式，精密锻造，提高自动化程度和生产率，改善劳动条件。度和生产率，改善劳动条件。利用利用冲模冲模对对坯料坯料施加压力，使其产生施加压力，使其产生分离或变形分离或变形，以获得所需制件的加工方法。以获得所需制件的加工方法。冷冲压冷冲压：t 8 mm实例实例：3.5 3.5 板料冲压板料冲压发动机罩（钢板，冲压）发动机罩（钢板，冲压）聚光罩（钢板冲压）聚光罩（钢板冲压）车门车门（钢板，冲压）（钢板，冲压）顶盖（钢板，冲压顶盖（钢板，冲压）挡泥板挡泥板（钢板，冲压）（钢板，冲压）u 板料冲压的特点板料冲压的特点冲压冲压设备设备冲床冲床结构结构冷冲压件的表面质量好，尺寸精度高，冷冲压件的表面质量好，尺寸精度高，由于产生加工硬化，冲压件的强度较高，质量较轻由于产生加工硬化，冲压件的强度较高，质量较轻；可生产形状复杂的零件，操作简单，生产率高，成本低。可生产形状复杂的零件，操作简单，生产率高，成本低。u 设备设备剪床剪床 冲床冲床准备准备坯料坯料切断切断斜口剪斜口剪平口剪平口剪圆盘剪圆盘剪是冲压加工是冲压加工的基本设备的基本设备3.5.1 3.5.1 冲压设备冲压设备u对材料性能的要求：对材料性能的要求：具有良好的塑性具有良好的塑性材料的塑性材料的塑性 冲压性能冲压性能常用材料常用材料：低碳钢、不锈钢、铜、铝等塑性好的材料。：低碳钢、不锈钢、铜、铝等塑性好的材料。u 冲压工序冲压工序分离工序分离工序：使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。：使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如如冲裁冲裁（落料和冲孔）、切断、精冲等。（落料和冲孔）、切断、精冲等。变形工序变形工序：使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被使坯料的一部分相对一部分产生位移而不被 破坏的工序。如破坏的工序。如拉深拉深、弯曲弯曲、翻边、成形等。、翻边、成形等。其中，最常用的工序是：冲裁、弯曲、拉深其中，最常用的工序是：冲裁、弯曲、拉深3.5.2 3.5.2 冲压工序冲压工序581.1.冲裁冲裁（落料、冲孔落料、冲孔）冲孔、落料冲孔、落料利用冲模使坯料分离的工序。利用冲模使坯料分离的工序。12 2冲孔冲孔落料落料冲孔冲孔：用用冲孔模冲孔模沿封闭轮廓冲裁工件或毛坯，沿封闭轮廓冲裁工件或毛坯，冲下部分为废料冲下部分为废料。落料落料：用：用落料模落料模沿封闭轮廓冲裁板料或条料，沿封闭轮廓冲裁板料或条料，冲下部分为制件冲下部分为制件。591 1）冲裁变形过程及影响冲裁质量的因素）冲裁变形过程及影响冲裁质量的因素u冲裁分离过程的三个阶段冲裁分离过程的三个阶段（1）弹性变形阶段弹性变形阶段：凸、凹模刃口略压入材料。凸、凹模刃口略压入材料。此时，此时，板料板料 s时，产生塑性变形，并引起加工硬化。此阶段在板料时，产生塑性变形，并引起加工硬化。此阶段在板料 剪切面上形成剪切面上形成塌角塌角，并在冲裁断面留下了，并在冲裁断面留下了圆角和光亮带圆角和光亮带。（3）断裂分离阶段断裂分离阶段：凸、凹模凸、凹模刃口继续压入，上、下微裂纹迅速扩大刃口继续压入，上、下微裂纹迅速扩大并向板料内延伸，直至相遇重合，冲裁并向板料内延伸，直至相遇重合，冲裁件与板料断裂分离。凸模再下行一小段，件与板料断裂分离。凸模再下行一小段，将已分离的冲裁件从板料中推出。此阶将已分离的冲裁件从板料中推出。此阶段形成了断面粗糙的段形成了断面粗糙的断裂带断裂带。60u冲裁件剪裂断面的组成冲裁件剪裂断面的组成 三个区：圆弧带、光亮带和断裂带。三个区：圆弧带、光亮带和断裂带。光亮带所占比例越大，断裂带越小，冲裁质量越好。光亮带所占比例越大，断裂带越小，冲裁质量越好。弹性变形阶段弹性变形阶段;塑性变形阶段塑性变形阶段;断裂分离阶段断裂分离阶段;剪裂断面特征剪裂断面特征1-圆角带圆角带;2-光亮带光亮带;3-断裂带断裂带;4-毛刺。毛刺。图图3-52 冲裁变形分离过程冲裁变形分离过程61u影响冲裁质量的因素影响冲裁质量的因素 板料材质、板料厚度、冲裁间隙、刃口锋利程度板料材质、板料厚度、冲裁间隙、刃口锋利程度板料材质板料材质 材料材料塑性好，变形容易，裂纹不易扩展，断裂带较小，塑性好，变形容易，裂纹不易扩展，断裂带较小，冲裁质量较好，因此冲压件通常采用低碳钢。冲裁质量较好，因此冲压件通常采用低碳钢。冲裁间隙冲裁间隙 冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸之差，之差，Z=D凹凹-D