[从业资格考试]第3篇金属压力加工.doc

第三篇 金属压力加工概述一、什么是压力加工？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、尺寸和力学性能的毛坯或零件的加工方法。外力 冲击力：锤类静压力：压力机各类钢和大多数有色金属及其合金都具有一定的塑性，因此，都能在热态或冷态下进行压力加工。应用广泛：运输工具96%；汽车拖拉机95%航天、航空90%；农用机械工业80%。二、分类a1、轧制：金属坯料在两个回转轧辊的缝隙中受压变形以获得各种产品的加工方法。靠摩擦力，坯料连续通过轧辊间隙而受压变形。 主要产品：型材、圆钢、方钢、角钢、铁轨等。2、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。 正挤：金属流动方向与凹模运动方向相同。 反挤：金属流动方向与凹模运动方向相反。3、拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。产品尺寸精度、表面光洁度较高，所以，常用于轧制件的再加工，提高产品质量。坯料：低碳钢、有色金属及合金。外力：拉力。4、自由锻：金属坯料在上、下抵铁间受冲击力或压力而变形。外力：压力。5、模锻：金属坯料在具有一定形状的模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。6、冲压：金属板料在冲模之间受压产生分离或成形。1-5 立体变形（三维）；6 平面变形（二维）；三、特点：（与铸造比） 1 优点：（1）结构致密，组织改善，性能提高，强、硬、韧（2）少无切削加工，材料利用率高。（3）可以获得合理的流线分布（金属塑变是固体体积转移过程）。（4）生产效率高。（如：曲轴 、螺钉） 2 缺点：（1）一般工艺表面质量差（氧化）。（2）不能成型形状复杂件（相对）（3）设备庞大、价格昂贵。（4）劳动条件差（强度、噪音） 第一章金属塑性变形1 金属塑性变形的实质塑性：金属在外力作用下，产生永久变形而不破坏的能力。金属变形过程： a）金属材料在外力作用下发生弹性变形 b）当外力超过一定值后产生塑性变形 c）外力继续加大，发生断裂金属塑性变形的实质： a）晶粒内部滑移和孪生 b）晶间滑移和晶粒转动一、晶体：1 晶体：物质中的原子按一定规律在三维空间周期重复排列。2 单晶体：具有一个晶粒的晶体（由一个晶核生长而成的晶体）。3 多晶体：大量晶粒组成的晶体。 二、变形：弹性变形： （暂时的变形）e 力未去除。弹性塑性变形：（暂时变形） s 力未去除。纯塑性变形： 永久变形 外力去除。三、金属的塑性变形（一）单晶体的塑性变形滑移和孪生1、滑移：在外加切应力作用下，晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面（滑移面）的一定方向（滑移方向）发生相对的滑动。如拉伸时，滑移面上的外力P分解为正应力和切应力。正应力作用使晶格发生弹性伸长：-伸长量，0，变形恢复；-伸长量，原子间结合力时，拉断。正应力只能使晶体产生弹性变形和断裂，不能使晶体产生塑性变形。切应力作用使晶格发生弹性歪扭；c（临界切应力），-变形量，0，变形恢复；c，发生滑移，产生永久塑性变形。（1）滑移与位错 刚性滑移模型计算出的临界切应力值实测值金属计算值 (MN/m2)实测值 (MN/m2)计算值与实测值之比铜银金镍镁锌64004500450011000300048001.00.50.925.80.830.94640090004900190036005100 滑移实现 借助于位错运动。位错滑移塑性变形位错在外加切应力的作用下移动至晶体表面一个原子间距的滑移台阶塑性变形滑移线（晶体表面的滑移台阶）滑移带（大量滑移线）滑移系（滑移面和该面上的一个滑移方向），滑移系数目，材料塑性；滑移方向，材料塑性。如FCC和BCC的滑移系为12个，HCP为3个，FCC的滑移方向多于BCC，金属塑性如Cu（FCC）Fe（BCC）Zn（HCP）。（2）滑移时晶体的转动外力错动力偶使滑移面转动滑移面拉伸轴。以滑移面的法线为转轴的转动滑移方向最大切应力方向。2、孪生晶体的一部分分相对于另一部分沿一定晶面（孪生面）和晶向（孪生方向）发生切变。金属晶体中变形部分与未变形部分在孪生面两侧形成镜面对称关系。发生孪生的部分（切变部分）称为孪生带或孪晶。孪生带的晶格位向发生变化，发生孪生时各原子移动的距离是不相等的。3、滑移和孪生：（1）滑移和孪生均在切应力作用下，沿一定晶面的一定晶向进行，产生塑性变形。 （2）孪生借助于切变进行，所需切应力大，速度快，在滑移较难进行时发生 . FCC金属一般不发生孪生，少数在极低温度下发生。. BCC金属仅在室温或受冲击时发生。. HCP金属较容易发生孪生。（3）滑移原子移动的相对位移是原子间距的整数值不引起晶格位向的变化。孪生原子移动的相对位移是原子间距的分数值孪晶晶格位向改变促进滑移（4）孪生产生的塑性变形量小（滑移变形量的10），孪生变形引起的晶格畸变大特点：（1）单晶体金属的塑性变形只能在切应力作用下发生；（2）单晶体金属的塑性变形在晶体原子最密排面上沿最密排方向进行；（3）单晶体金属的塑性变形伴随着晶体的转动；（4）单晶体金属的塑性变形的实质是位错的运动。（二）多晶体金属的塑性变形（1）影响多晶体塑性变形的因素1. 晶粒位向：晶粒位向不一致，塑性变形抗力增大相互约束、阻碍；应力、应变分布不均匀相互协调、适应。2. 晶界：.滑移的主要障碍：晶界原子排列较不规则缺陷多滑移阻力大变形抗力大。.协调变形：晶界自身变形处于不同变形量的相邻晶粒保持连续。（2）多晶体的塑性变形加载时，各晶粒的滑移面和滑移方向相对于受力方向是不相同的，那些受最大或接受最大分切应力位向的晶粒处于软位向。软位向：晶格位向与外力处于或接近45角的晶粒所受分切应力最大，首先发生塑性变形。硬位向：晶格位向与外力处于或接近平行或垂直的晶粒所受分切应力最小，难以进行塑性变形。分批，逐步的进行，从软位向到硬位向，从少数晶粒到多数晶粒，从不均匀变形到均匀变。（3）细晶强化细晶强化：晶粒细化强度、硬度提高，塑性、韧性提高。Hall-Pitch关系：晶粒小晶界面积越大、不同取向的晶粒数越多变形抗力大强度大晶粒小晶界附近位错密度小应力集中小滑移由这晶粒到另外一个晶粒机会少变形困难屈服强度晶粒小单位体积晶粒多变形分散减少应力集中，产生较均匀的变形晶粒小晶界多不利于裂纹的传播断裂前承受较大的塑性变形 2 塑性变形后金属的组织和性能一、塑性变形对组织的影响 1、晶粒沿变形最大的方向伸长，形成纤维组织。 2、产生形变织构。塑性变形伴随着晶粒转动，当变形量超过一定值后，原先任意取向的晶粒经转动而趋于一致择优取向形成织构。（各向异性） 3、晶粒间产生碎晶。晶粒破碎，位错密度增大，形成亚晶。二、塑性变形对性能的影响：1、加工硬化（形变硬化）（冷作硬化）：金属材料在塑性变形过程中，随着变形量的增加，强度和硬度显著提高，而塑性和韧性下降的现象。加工硬化是提高金属材料强度、硬度的重要手段，特别是对不能以相变热处理提高强度的单相合金，如Cu、Al合金及不锈钢。塑性变形位错开动位错大量增殖相互作用运动阻力加大变形抗力强度、硬度、塑性、韧性位错强化：位错密度强度、硬度意义:1）一种强化手段2）冷加工成形得以顺利进行3）具有过载能力，使用安全4）塑性，切削性能不利：塑性变形困难中间退火消除2、各向异性：形成纤维组织，沿纤维组织纵向的性能优于横向性能。3、物理化学性能的变化：电阻增大，耐蚀性下降。4、产生残余应力塑性变形过程中，有10%的外力功转变为内应力残留于金属中。残留应力主要是由于金属在外力的作用下所产生的内部变形不均匀而引起的。第一类内应力宏观，表面和心部，塑性变形不均第二类内应力微观，晶粒间或晶内不同区域变形不均第三类内应力超微观，晶粒畸变第三类应力（晶粒畸变应力）是使金属强化的主要原因，也是变形金属中的主要内应力。三、变形金属在加热时组织和性能的变化加工硬化的结果使金属的晶体构造处于不稳定的应力状态，具有自发恢复稳定状态的趋势。按加热温度不同，分为三个阶段：（一）、回复冷塑性变形的金属在加热温度较低时因金属中的一些点缺陷和位错的迁移而引起的某些晶粒内部的变化过程称为回复。由于加热温度低，金属原子的活动能力低，晶粒大小和组织形态、形状无变化，因而机械性能变化不大。但点缺陷、位错发生迁移，导致缺陷减少，从而减少了晶格畸变。残余应力下降，物理化学性能恢复。应用：用于消除内应力，稳定组织，保留加工硬化，改善某些物理性能去应力退火。如深冲黄铜弹壳经260回复后，可以消除内应力和防止应力腐蚀；冷卷钢丝弹簧经250300回复后，可以消除内应力，定型，且获得较高的弹性极限。（二）、再结晶冷塑性变形的金属在加热温度较高时，通过新晶核的形成和长大，由畸变晶粒变为等轴晶粒的过程称为再结晶。由于加热温度较高，金属原子的活动能力增强，先在畸变较严重的区域形成无畸变的晶核，然后向畸变的基体长大，直至彼此相遇为止，彻底改变了变形组织，从破碎拉长的晶粒变为新的无畸变的等轴晶粒，性能发生显著变化：强度、硬度显著下降，塑性、韧性提高。加工硬化消除。再结晶过程没有晶格结构和化学成分的变化，仅仅是晶体缺陷的运动和消除，不是相变过程，仅是组织的变化过程。应用：1、再结晶退火（中间退火）：压力加工过程中，消除加工硬化，恢复塑性变形能力，以便继续进行压力加工。2、冷塑性变形后改善组织3、对不能进行相变热处理的金属材料，利用变形+再结晶过程提高机械性能：控制变形量和再结晶条件，调整再结晶晶粒的大小。（三）、晶粒长大冷塑性变形的金属在加热温度过高或加热时间过长时，在晶粒正常长大的基体中，出现少数迅速长大的晶粒，并逐渐吞并周围大量较小的再结晶晶粒，直到迅速长大的晶粒相互接触，形成异常粗大的晶粒组织，机械性能显著下降。晶粒异常长大是一种晶粒的不均匀长大的现象称为二次再结晶。实际生产中要避免。（四）、金属的再结晶温度再结晶温度实际指开始再结晶的温度。变形程度、合金纯度、再结晶加热速度和保温时间均对再结晶温度有影响。1、变形程度增大，再结晶温度下降：变形程度大，金属破碎程度增加，晶格缺陷增多，组织不稳定。当变形达到一定程度后，金属的再结晶温度趋于某一最低极限值，该最低极限值称为“最低再结晶温度”。纯金属：T再=0.40.35Tm(K)合金：T再=0.50.7Tm(K)在工业生产中，为缩短退火周期，退火温度一般定为T再以上1002002、杂质或合金元素，特别是高熔点元素，阻碍原子的扩散和晶界迁移，再结晶温度显著提高。3、加热速度提高，再结晶温度也随之提高；保温时间延长，再结晶温度下降。（五）、再结晶退火的晶粒度控制1、加热温度、保温时间：加热温度越高、保温时间越长，晶粒越粗大；2、变形程度：当变形量很小时，晶格畸变小，不能引起再结晶，晶粒保持原样；当变形量为210%时，再结晶后晶粒粗大。由于只有部分晶粒发生变形，变形不均匀，再结晶时形核数目少，晶粒度不均匀极易相互吞并长大，这种变形度称为临界变形度；当变形量大于临界变形度时，随着变形量增大，变形趋于均匀，再结晶后的晶粒细小均匀；当变形量过大时，退火形成再结晶织构，阻碍晶粒正常长大，只有少数一次再结晶基体中的晶粒长大，发生二次再结晶。四、冷变形和热变形（一）、冷加工和热加工的区别以再结晶温度为依据1、热加工：在金属再结晶温度以上进行的加工变形称为热加工。2、冷加工：在金属再结晶温度以下进行的加工变形称为冷加工。Fe的T再=450Pb的T再=0Sn的T再= - 7W的T再=1190（二）、冷加工和热加工的特点1、冷加工：产生加工硬化，获得加工硬化组织，变形量不宜过大，但加工精度高，表面质量好2、热加工：一般不产生加工硬化，获得再结晶组织，可获得较大变形量，但表面氧化严重，加工精度低；对铸态金属进行热加工可以消除铸态组织缺陷，提高组织致密度和机械性能。热加工可以细化晶粒。五、锻造比和纤维组织 1、锻造比镦粗：横截面积变大：Y镦H0/H1拨长：横截面积变小：Y拨F0/F1 H0、F0变形前的高度和横截面面积H、F 变形后的高度和横截面面积Y2 组织细化，性能Y25 方向性Y5 组织紧密程度，晶粒细化，均达极限。性能方向性出现性能方向性的组织已是纤维组织。 2、纤维组织：金属发生塑性变形时，金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生变化，它们将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织。 1）影响：使金属材料的机械性能出现方向性平行纤维方向：塑、韧性 垂直纤维方向：塑、韧性但抗剪切能力显著增强 2）利用：因为流线稳定性很高，不能用热处理方法消除，只有经过锻压使金属变形，才能改变方向和形状。因此，为提高零件机械性能，尽量做到：a) 使纤维方向于零件的轮廓相符合，而不被切断。b) 使零件受最大拉应力与纤维方向一致。c) 使零件受最大剪切应力与纤维垂直。3金属的可锻性可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难度程度的一个工艺性能。 在力作用下稳定改变自己形态或尺寸，而其各质点间联系不破坏的能力。包括两个方面：1塑性：变形时金属不易开裂。截面收缩率；延伸率；K冲击韧性2变形抗力：在变形过程中金属抵抗工具作用的力。省力，不易磨损模具，小设备，消耗能量小。一、 金属本质的影响： 1、化学成分（内在因素）：1）纯金属可锻性良好（合金晶格畸变）FeF2）含有形成碳化物的元素，则可锻性。如：W、Ti。 WC使硬质合金硬、脆。 2、金属组织影响：铸态组织，晶粒粗大，碳化物，纯金属及固溶体 3、晶体结构：面心立方体心立方密排六方。碳钢的锻造温度范围二、加工条件（外在因素）： 1、变形温度：提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性的有效措施变形温度T，材料塑性，变形抗力P，可锻性如：碳钢在A3线上，组织为A、面心立方、塑性 T过高，易产生“过热”、“过烧”、“脱碳”、“严重氧化”。始锻温度：AE线下200左右。终锻温度：800（T再以上） 2、变形速度：单位时间内的变形程度。变形速度对塑性及变形抗力的影响 当Va时，变形速度相对较小，当V增加时，相应的加工硬化现象也很显著和剧烈，使得变形抗力上升，塑性下降，导致可锻性下降。当Va时，变形速度整体上处于较高阶段，随着V增加，金属内部变形剧烈，晶粒间摩擦加剧，使一部分塑性变形功转化为热能，使金属温度升高，称为热效应现象，消除了加工硬化现象，导致可锻性提高。通常情况下的塑性加工过程，V均小于a，只有在高速锤上锻造时，才会出现Va情况。不同金属材料，其a值也不同。高速锤：1225m/s， 普通锤：59m/s。挤压时金属应力状态拉拔时金属应力状态 3、应力状态：（1）应力状态对塑性的影响：压应力下变形，对塑性有利，阻止裂纹扩展，焊合（孔、缝）拉应力下变形，对塑性不利，气孔、裂纹等缺陷处易引起应力集中，缺陷扩展，导致破裂。（2）应力状态对变形抗力的影响：物体受力时：同号应力状态下，变形抗力异号应力状态下，变形抗力三向不等压应力会使大理石塑性变形，挤压比拉拔时塑性好，三向压应力不等，才能塑变，否则弹变。 第二章锻造1自由锻自由锻造: 利用冲击力或压力使金属在上、下两抵铁之间产生变形，得到所需的形状和尺寸的锻件，金属在受力变形时，在抵铁间向各个方向自由流动，不受限，形状、尺寸由锻工控制。特点：（1）坯料变形时，只有部分表面受到限制，其余可自由流动。 （2）形状、尺寸精度由操作者操作技术保证，锻件的精度低，生产率低。 （3）通用性强，锻件重量不受限制，从小型到大型、巨型锻件都可以生产。 （4）适用于单件小批生产，也是大型锻件的唯一锻造方法。自由锻设备：（1）锻锤：空气锤 小型锻件150公斤以下 蒸汽空气锤 小于1500公斤锻件（2）压力机：主要是水压机，可锻造质量达500t锻件，常用于大型和巨型锻件。一、自由锻工序：基本工序：使金属产生一定程度的塑性变形，以达到所需形状及尺寸的工艺过程，完成锻件的基本工艺过程。主要包括：镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲、切割、错移、扭转等。辅助工序：为基本工序操作方便而进行的预先变形工序。主要包括：压钳把、倒棱、压痕等。精整工序：为减少锻件表面缺陷而进行的工序。主要包括：校正、滚圆、平整等。二、自由锻工艺规程的制定由零件图绘制锻件图计算坯料质量和尺寸选择锻造工序设备和吨位加热规范规定技术要求检验要求编制劳动组织和工时。1、绘制锻件图：工艺规程中的核心内容。以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成。敷料：简化锻件形状，便于进行锻造而增加的一部分材料，也称为余块。图a图a 锻件敷料图b 锻件余量余量：自由锻件精度、尺寸、表面质量较差，需切削加工。零件的加工表面上增加供切削加工用的材料，具体数值结合生产的实际条件查表确定。图b公差：锻件名义尺寸的允许变动量。根据锻件形状、尺寸并考虑到生产实际情况加以选取。2、坯料质量及尺寸计算质量计算： 式中：G坯料坯料质量；G锻件锻件质量；G烧损加热时坯料表面氧化而烧损的质量。第一次加热时取被加热金属的2%3%，以后各次加热取1.5%2%；G料头在锻造过程中冲掉或切掉的金属的质量。如冲孔时坯料中部的料芯，修切端部产生的料头等。3、选择锻造工序：根据工序特点和锻件形状 P98表3-1盘类件： 镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔；轴类锻件： 拔长(或镦粗及拔长)、切肩和锻台阶；筒类锻件： 镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔、在心轴上拔长；环类锻件： 镦粗(或拔长及镦粗)、冲孔、在心轴上扩孔；曲轴类锻件：拔长(或镦粗及拔长)、错移、锻台阶、扭转；弯曲类锻件：拔长、弯曲等。2 模锻在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形的锻造方法。模锻优点特点：（与自由锻相比）生产率较高。锻件尺寸精确，加工余量小。可锻出形状复杂锻件。材料利用率高，减少切削量，降低成本（批量）。模锻缺点特点：受设备吨位限制，质量不能太大（150kg以下）。锻模成本高，生产周期长，不宜于小批、单件生产。锤上锻模按所用设备不同可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻和平锻机上模锻等。一、锤上模锻：设备有空气锤、蒸汽空气锤、无砧座锤、高速锤等（一）锻模结构与模膛：（如图）包括上、下模，模膛，分模面1、模锻模膛预锻模膛：使坯料变形到接近锻件的形状和尺寸。在进行终锻时，金属容易充满终锻模膛。减小终锻模膛磨损，延长寿命。无飞边槽，斜度、圆角大。终锻模膛：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸，模膛形状应和锻件的形状相同；锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。有飞边槽，斜度、圆角小。2、制坯模膛对于形状复杂的模锻件，使金属能合理分布，接近锻件形状，更容易地充满模膛拔长模膛：减少坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度模锻件沿轴向横截面积相差较大时使用。滚压模膛：减少坯料某一部分的横截面积，以增加另一部分的横截面积弯曲模膛：对于弯曲的杆类模锻件进行弯曲切断模膛：在上模与下模的角上组成一对刃口，用来切断金属（二）制定模锻工艺规程1、绘制模锻件图（1）分模面：上下锻模在模锻件上的分界面表示方法：aa分模面的选择确定原则：如图确保模锻件能从模膛中取出，应选在模锻件最大尺寸的截面上。上下模膛在分模面处轮廓一致，以防止发生错模选在能使模膛深度最浅的位置处，便于充满模膛应使零件上所加的敷料最少分模面应为一个平面，使模膛深度基本一致，差别不宜过大，便于制造锻模综合分析，图中的d-d面是最合理的分模面。（2）余量、公差、敷料及冲孔连皮余量一般为14mm。公差一般取在(0.33) mm之间。当模锻件孔径d 25mm时孔应锻出，但需留冲孔连皮。冲孔连皮的厚度与孔径d有关，当孔径为3080mm时,冲孔连皮的厚度为48mm。（3）模锻斜度模锻件上平行于锤击方向的表面必须具有斜度，以便于从模膛中取出锻件。对于锤上模锻，模锻斜度一般为515。模锻斜度与模膛深度和宽度有关。模膛深度与宽度的比值(h/b)越大，取的斜度值也越大。P106图3-2721（25）1外壁斜度（即当锻件冷却时锻件与模壁离开的表面）2内壁斜度（即当锻件冷却时锻件与模壁夹紧的表面）（4）模锻圆角半径在模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆角目的：增大锻件强度便于金属流动，充满模膛避免锻模上的内尖角处产生裂纹（应力集中）减缓锻模外尖角处的磨损，从而提高锻模的使用寿命。R（23）rR内圆角半径，r外圆角半径r1.512mm模膛深度越深，圆角半径取值就越大。2、计算毛坯质量和尺寸G坯=G锻+G飞+G氧+G连皮G飞=G锻（1525）%G氧=（G锻+G飞）（34）%尺寸： 盘类件： 镦粗为主 1.25H坯/D坯2.5长轴类： 以拔长为主 L坯=（1.051.30）V坯/F坯=（1.341.66）V坯/D2坯3、确定模锻工步主要根据模锻件的形状和尺寸来确定（1）长轴类模锻件锻件长度与宽度之比较大，锻造过程中锤击方向垂直于锻件的轴线。常采用拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻等。（2）盘类模锻件长、宽比近似为1的锻件，常选用镦粗、预锻、终锻等工步4、修整工序（1）切边和冲孔 切去飞边和连皮（2）校正：切边之后，锻件变形，在终锻模膛及专门的校正模中进行校正（3）热处理：清除模锻件的过热组织或加工硬化组织，使模锻件具有所需的力学性能，正火或退火（4）清理：去除氧化皮、油污及其他表面缺陷（残余毛刺）酸洗、滚筒处理、喷丸处理二、压力机上模锻用于模锻生产的压力机有摩擦压力机、曲柄压力机、平锻压力机、模锻水压机等。（一）摩擦压力机上模锻（螺旋压力机）摩擦压力机传动简图1、原理：图2、吨位：常用10000KN以下3、模锻特点： 滑块行程不固定，具有锤的功能。 滑块运动速度慢，再结晶过程可以充分进行，特别适合于锻造低塑性合金钢和有色金属(如铜合金)等。 滑块打击速度慢，设备有顶料装置，可以使用整体式锻模，组合模具，简化加工，省料，降低成本。锻件形状可以非常复杂。 承受偏心载荷能力差，适于单膛模锻。对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它设备上制坯。曲柄压力机传动简图（二）曲柄压力机上模锻1、原理：图2、吨位：2000125000KN（种类、吨位规格很多）3、模锻特点： 行程固定，有良好的导向和顶料装置，锻件精度高。 可采用组合模具，制造简单，更换容易，节省贵重模具材料，降低成本。 设备有顶料装置，可用于杆类件的端部镦粗。 滑块行程一定，只能一次成形，复杂件应采用多台设备成形，不宜进行拔长和滚压工步。 适于大批量生产，但设备复杂，造价高三、胎模锻在自由锻设备上，采用不与上下砧相连接的活动模具成型锻件的方法。1、胎模锻的特点（1）与自由锻对比1）锻件形状、尺寸与锻工技术无关，操作简单2）精度高，敷料少，加工余量小，节省金属，减轻后续加工的工作量。3）内部组织、纤维分布更合理。（2）与模锻比1）扩大自由锻设备生产范围，设备简单2）局部成型，小设备干大活3）模具不固定，成本低，可有一个以上的分模面4）锻件质量比模锻差（形状、尺寸精度、余量）2、胎模的种类 按胎模的结构特点分为：（1）扣模（2）弯曲模（3）套筒模（4）合模3 锻件结构的工艺性 一、自由锻件的结构工艺性原则：满足使用性能要求，符合自由锻工艺要求，节约金属，保证质量，提高生产率。1、尽量避免锥体或斜面（因必用专用工具，成型困难）2、锻件由几个简单几何体构成时，交接处不应形成空间曲线。3、锻件不应设计出凸台、筋板。4、椭圆形、工字形等避免。5、锻件横截面有急剧变化或形状较复杂时，设计成由几个简单件构成的组合体，锻焊结合或锻机械连接结合工艺。二、模锻零件结构工艺性 设计模锻件时，应根据模锻特点和工艺要求，使零件结构符合下列原则，以便于模锻生产和降低成本。1、必须具有合理的分模面（锻件易取出，敷料少，锻模易做）。2、模锻件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计有模锻斜度。非加工表面所形成的交角都应按模锻圆角设计。3、非加工面尺寸精度要符合模锻生产工艺，加工面留余量。4、锻件形状尽量简单对称，各截面差不可太大。5、结构允许时，避免窄沟、深槽和深孔、多孔结构。（简化模具制造、提高寿命）6、若形状复杂，用锻焊结构，减少敷料。第四章板料冲压板料冲压：利用模具使板料产生分离或成型的加工方法。一般板料厚度4mm，不需加热，亦称冷冲压。810mm以上时，热冲压。应用：广泛，航天、航空、汽车、仪表特点：（1）可冲压出成型复杂的件，废料少。（2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性好。（3）质量轻，材料消耗少，强、刚度高。（4）操作简单，便于自动化，生产率高。（5）模具复杂，适于大批量生产。原材料塑性高：低碳钢、铝合金、铜合金、镁合金、塑性高的合金钢。冲压设备：（1）剪床：下料用设备，将板料剪成一定宽度的条料，以供冲压之用。（2）冲床：实现冲压工序，制成所需形状和尺寸的产品的设备，最大吨位可达40000kN。冲压工序：分离工序和成形工序两大类 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序。一、落料及冲孔（冲裁）坯料按封闭轮廓分离。落料被分离的部分为成品，而周边为废料。冲孔被分离的部分为废料，而周边是成品。1、冲裁变形过程：1）弹性变形阶段：冲头接触板料后，继续向下运动，产生弹性压缩、拉伸、弯曲等。冲裁变形过程2）塑性变形阶段：冲头继续压入当s产生塑变（冷态）加工硬化，当b出现微裂纹3）断裂分离阶段：冲头继续压入，裂纹上、下扩展，重合。冲裁件断裂面有明显的区域特征：光亮带：冲头挤压切入所形成的光滑表面，断面质量最佳。剪裂带：剪裂带，是材料在剪断分离时所形成的断裂带，表面粗糙。2、凸凹模间隙：间隙大小影响断面质量、模具寿命、卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。间隙过大：断面质量差，光亮带小一些，剪裂带和毛刺均较大。间隙过小：断面质量好，光亮带增大，但毛刺也增大，模具磨损严重，寿命受影响。合理选择模具间隙，主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个主要的因素。一般说来，当对冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，而当冲裁件的质量要求不高时，则应可能地加大间隙值，以利于提高冲模的寿命。3、凸凹模刃口尺寸确定：冲孔模：1） 以冲孔件确定凸模尺寸，考虑磨损，凸模选孔的最大尺寸（公差允许内）2） 以凸模为基准，加上间隙，设计凹模落料模：1） 以落料件确定凹模刃口尺寸，考虑凹模磨损，凹模刃口尺寸取公差范围最小值。2）以凹模尺寸为基准，减去间隙，设计冲模4、冲裁力的计算选冲床吨位，检验模具强度的依据，平刃冲模的冲裁力：P=KLS （N）L冲裁周边长度mmS坯料厚度mm抗剪强度MpaK系数，间隙不均，刃口钝化等。5、冲裁件的排样：（P116图3-41）排样合理，提高材料利用率无搭边排样：落料件形状的一个边作为另一个落料件边缘，材料利用率高，尺寸不准，毛刺不在同一平面上。有搭边排样：各落料件之间有一定尺寸的搭边，毛刺小，在同一平面上，尺寸准，费材料。修整工序简图二、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，在冲裁件断面上存留的剪裂带、毛刺，提高冲裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。外缘修整：修冲裁件外形内缘修整：内孔原理与切削加工相似。三、切断：用剪床或冲模把板料沿不封闭轮廓进行分离的工序。剪切：大板料剪成条料冲模：生产简单、精度要求不高的平板件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、翻边、成型等。一、拉深拉深工序利用模具使平板坯料变成开口空心零件的成形工序。1、拉深过程： 1） D直径平板放在凹模上。2）凸模向下运动，板料被拉入凸、凹模的间隙中，形成空心零件。受力分析： 底部：不变形、传递拉力，厚度基本不变。环形部分：拉力，厚度略减小。法兰部分：切向受压力，径向受拉力，变厚。底角部分：拉力、拉薄得最为严重。2、拉深中的废品： 1） 拉裂tb，尤其底角部分拉裂影响因素：（1） 凸凹模的圆角半径：不可太锋利，否则易拉裂，钢件：r凹=10s r凸=（0.61）r凹（2） 凸凹模间隙：过小，模具与拉深件间的摩擦力增大，易拉裂工件，同时擦伤工件表面，降低模具寿命（磨损）。 Z=（1.11.2）S过大：起皱（3） 拉深系数： m=d/D 衡量拉深变形程度，m越小，变形越大，易拉穿，材料塑性好m可，一般：m0.50.8，若m过小，则采用多数拉深，mnmn1mn2 两次拉深之间退火,消除加工硬化，m总= mn mn1mn2（4） 润滑：加润滑剂，减小摩擦，降低拉力，减小模具磨损。2） 起皱：法兰受切向压力，起皱，起皱后坯料拉不进凹模，在凹模入口处，拉裂，若能拉入，产品侧壁有痕迹。影响因素： 相对厚度t/D 小，起皱；拉深系数m小，起皱防止方法：压边圈3、毛坯尺寸及拉深力的确定按变形前后板料面积不变，计算毛坯尺寸。拉深力： Pmax=3（b S）（Ddr凹）SPmax最大拉深力（N）， b、S抗拉、屈服强度，D毛坯直径mm， d凹模直径mmr凹凹模圆角半径mm S材料厚度mm4、旋压法生产拉深件旋压机上生产，不用冲模，变形力小，能生产大型封头。二、弯曲：坯料的一部分相对于另一部分弯曲成一定角度的工序。1、受力分析：外侧受拉，内侧受压，tb，外侧拉裂板厚 S r 则t 易裂2、最小弯曲半径rmin=（0.251）S塑 rmin可小些弯曲时的纤维方向3、弯曲方向：弯曲时尽可能使弯曲线与毛坯的纤维方向垂直。4、回弹：回弹现象 010 防止方法：（1）弯曲的模具角度小一个回弹角（2）弯曲时两端加拉力，压力拉力翻边工序三、翻边：在带孔的平坯上用扩孔的方法获得凸缘的工序。特点：P120图3-511、坯料直径不变2、压边力足够大3、局部变形凸模r凸=（49）S反边系数 K0=d0/d1 镀锡铁皮K00.650.7酸洗钢 K00.680.72当零件所需凸缘的高度较大，一次翻边计算出的翻边系数K0值小于极限翻边系数时，常采用以下措施：K0较小时：拉深切底K0很小时：拉深冲孔翻边四、成形 （胀形）胀形是利用坯料局部厚度变薄形成零件的成形工序。用于局部变形、制造加强筋、局部直径扩大。3 冲模的分类和构造冲模结构合理与否对冲压件质量、冲压生产的效率及模具寿命等都有很大的影响。凸模被压板固定在上模板上，上模板通过模柄与冲床滑块连接，凹模被压板固定在下模板上，下模板用螺钉固定在工作台上，凹模上装有导料板，导料板前有定位销，导料板上装有卸料板，防止凸模把料带上去。导柱、导套：保证凸凹模对正，间隙均匀。1.简单模：压力机的一次行程中，只完成一道工序的冲模2.连续模：压力机的一次行程中，在模具的不同部位完成多道工序垫片-先冲孔、后落料。3.复合模：压力机的一次行程中，在模具的同一部位完成多道工序4 冲压件结构工艺性设计冲压件不仅要满足零件的使用性能，还应有良好的工艺性能，以减少材料的消耗，延长模具寿命，提高生产率，降低成本及保证冲压件质量。一、冲压件的形状和尺寸 1、冲裁件：1）落料件外形和冲孔件的孔形应力求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等规则几何形状，避免长槽、细长悬臂结构。 2）孔及其相关尺寸冲孔时 dt 方孔L0.9t， 孔距、孔与边距t 保证凹模寿命，外缘凸出或凹进的尺寸1.5t，保证件不变形。t料厚3）冲裁件：直线与直线、曲线与直线的交接处，均应用圆弧连接，避免应力集中。4）冲裁件排样。尽量提高材料利用率 2、弯曲件：1）弯曲半径左右对称，r rmin，并考虑材料纤维方向2） 短边弯曲，弯曲高度 h2t 若过短，先弯长，后切短。3） 带孔件弯曲 L（1.52）t若孔与立壁近，先弯后冲3、拉深件1）外形对称简单，不宜太高，便于制模具，成形容易，减少拉深次数。2）拉深件不能同时保证内外尺寸，必须注明其一。（有间隙）3）拉深件圆角半径不能小于允许值。4、对各类冲压件的共同要求：1）材料的选择：普通材料贵重材料，塑性2）外形对称：受力均匀，模具易制造。3）复杂件：冲焊， 冲铆结合。二、冲压件的厚度强度，刚度允许，尽量用薄料，可采用加强筋（胀形），提高刚度，省材料。三、冲压件的精度和表面质量不能超过工艺所能达到的最高精度，表面质量不能高于原材料表面质量。作业： 1、用50冲孔模具加工50落料件能否保证精度？2、用2501.5料拉深50筒件，能否一次拉出？1 （1）分清冲孔、落料概念（2）冲孔，落料模具设计原则（3）精度差2 （1）拉深系数 d/D=m0.50.8（2）m1m2m3（3）附加：润滑、退火（4）取m1=0.5，d1=2500.5=125 若d2/125=50/d2，d27575取d2=75 m2=75/125=0.6 m3=50/75=0.67m1=0.5 m2=0.6 m3=0.67 d1=125d2=75d=50第五章 压力加工先进工艺简介先进工艺特点：1 尽量使锻压件的形状接近零件形状，以便达到少、无切削加工的目的，节省材料，合理纤维组织，提高零件机械性能。2 具有更高的生产率。3 减少变形力，可以小设备干大件。4 广泛用电加热，少氧化加热，提高表面质量，改善劳动条件。1 精密模锻在模锻设备上锻造出形状复杂、锻件精度高的模锻工艺，精度达IT15 IT12，粗糙度Ra3.21.6特点：1 精确计算原始坯料的尺寸，严格按坯料质量下料。2 精细清理表面，去氧化皮，脱碳层。3 无氧化加热，少氧化加热，减少氧化皮。4 锻模精度高，导柱、导套、凹模开排气孔。5 锻模润滑，冷却 （热胀冷缩）。6 设备刚度大，精度高。（压力机、高速锤等）7 保护冷却，（坑、介质、无焰淬火）少氧化。2 挤压挤压是坯料在挤压模中受强大的压力作用而变形的加工方法。一、分类：1 按金属流动方向分：P126图3-67正挤压：金属流动方向与凸模运动方向相同。反挤压：金属流动方向与凸模运动方向相反。复合挤压：正反挤压同时发生。径向挤压：金属流动方向与凸模运动方向成90 。2 按变形