《塑性成形工艺》PPT课件.ppt

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1、第十三章第十三章 压力加工压力加工第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理第二节第二节 自由锻自由锻第三节第三节 模锻模锻第四节第四节 板料冲压板料冲压压力加工：使金属坯料在外力作用下产生使金属坯料在外力作用下产生 塑性变形，以获塑性变形，以获得所需形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯和零件的加工得所需形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯和零件的加工方法。方法。机械性能高机械性能高 特点特点 节省金属节省金属 易实现机械化和自动化，生产效率高易实现机械化和自动化，生产效率高第十三章第十三章 压力加工压力加工第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理 对金属坯料施加外力使应力超过材料对金属

2、坯料施加外力使应力超过材料 s s，材，材料会产生塑性变形。料会产生塑性变形。按照变形后金属有无硬化现象，塑性变形可按照变形后金属有无硬化现象，塑性变形可分为：分为：冷变形、热变形、温变形冷变形、热变形、温变形 。1 1、冷变形、冷变形金属在回复温度以下进行的塑性变形，变形后金属在回复温度以下进行的塑性变形，变形后有明有明显加工硬化现象显加工硬化现象。(如：冷轧、拉、冲、挤）如：冷轧、拉、冲、挤）大多数钢材和多数金属材料，冷变形是在室温下进大多数钢材和多数金属材料，冷变形是在室温下进行，可避免金属加热缺陷，获得较高的精度和表面行，可避免金属加热缺陷，获得较高的精度和表面质量，强度，硬度。质量，

3、强度，硬度。限于：低碳钢、有色金属及合金的薄件和小件加工限于：低碳钢、有色金属及合金的薄件和小件加工第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理2、热变形热变形l在在再再结结晶晶温温度度以以上上进进行行，金金属属在在热热变变形形过过程程中中既既有有加加工工硬硬化化又又有有再再结结晶晶，但但加加工工硬硬化化会会被被回回复复和和再结晶完全消除。再结晶完全消除。（如热锻、热轧、热挤压）（如热锻、热轧、热挤压）l 热变形温度比再结晶温度高得多。热变形温度比再结晶温度高得多。材料材料再结晶温度再结晶温度热锻温度热锻温度钢材钢材4806001250800工业

4、纯铜工业纯铜200270800600第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理锻造比锻造比 在在塑塑性性成成形形时时，常常用用锻锻造造比比(Y)(Y)来来表表示示变变形形程程度度。锻锻造造比比的的计计算算公公式式与与变变形形方方式式有有关关，通通常常用用变变形形前前后的截面比、长度比或高度比来表示：后的截面比、长度比或高度比来表示：v 拔长拔长 y y拔拔=A=A0 0/A/A1 1=L=L1 1/L/L0 0v 墩粗墩粗 y y墩墩=A=A1 1/A/A0 0=H=H0 0/H/H1 1 式式中中 A A0 0、A A1 1毛毛坯坯变变形形前前后后的的截截面面积积；H H0 0、H H1

5、 1毛毛坯变形前后的高度；坯变形前后的高度；L L0 0、L L1 1毛坯变形前后的长度。毛坯变形前后的长度。第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理y5 纤维组织已非常明显，纵向性能不再提高，纤维组织已非常明显，纵向性能不再提高，而横向的塑性，韧性却逐渐下降而横向的塑性，韧性却逐渐下降钢材钢材碳素结构钢碳素结构钢 合金结构钢合金结构钢高速钢高速钢不锈钢不锈钢y233451246锻造流线锻造流线 锻锻造造时时，金金属属的的脆脆性性杂杂质质被被打打碎碎，顺顺着着金金属属主主要要伸伸长长方方向向呈呈碎碎粒粒状状或或链链状状分分布布；塑塑性性杂杂质质随随着着金金属属变变形形沿沿主主要要伸伸长长

6、方方向向呈呈带带状状分分布布，这这样样热热锻锻后后的的金金属属组组织织就就具具有有一一定定的的方方向向性性，通通常常称称为为锻锻造流线，也称流纹。造流线，也称流纹。第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理3 3 温变形温变形 金金属属在在高高于于回回复复温温度度和和低低于于再再结结晶晶温温度度范范围围内内进进行行的的塑塑性性成成形形过过程程，温温变变形形过过程程中中有有加加工工硬硬化化及及回回复复现现象象，但但无无再再结结晶晶，硬化只得到部分消除。硬化只得到部分消除。第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理与热变形相比：其坯料氧化和脱碳

7、较少，利于提高工件与热变形相比：其坯料氧化和脱碳较少，利于提高工件 的精度与表面质量。的精度与表面质量。与冷变形相比：温变形使变形抗力减小，塑性增加，一与冷变形相比：温变形使变形抗力减小，塑性增加，一 般不需要预先退火，表面处理和工序间退火。般不需要预先退火，表面处理和工序间退火。适合：适合：变形抗力大、加工硬化敏感变形抗力大、加工硬化敏感的高碳钢，中高合金钢，的高碳钢，中高合金钢，轴承钢，不锈钢等。轴承钢，不锈钢等。二、金属的可锻性能二、金属的可锻性能(塑性变形抗力）塑性变形抗力）衡量材料经受压力加工难易程度的工艺性能。衡量材料经受压力加工难易程度的工艺性能。1.1.金属的本质金属的本质 第

8、一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理化学成分化学成分 元素种类元素种类 含量含量 可锻性可锻性组织结构组织结构 单相比多相可锻性好，多相塑形单相比多相可锻性好，多相塑形 不同，变形不均引起内应力，导不同，变形不均引起内应力，导 致开裂致开裂2 2、变形的条件、变形的条件变形温度变形温度 T T，原子动能，原子动能 结合力结合力，可锻性，可锻性，。如右图所示，如右图所示，碳钢的始锻温碳钢的始锻温度比度比AEAE线低约线低约150250150250，终锻温度为，终锻温度为800800左右。左右。碳素钢的锻造温度范围碳素钢的锻造温度范围变形速度的影响变形速度的影响v变形速度变形速度指单位时间

9、的变形程指单位时间的变形程度。度。v当变形速度当变形速度 k时，时，s 原因原因：回复，再结晶不能及时：回复，再结晶不能及时消除加工硬化效果消除加工硬化效果变形速度对金属可锻性的影响变形速度对金属可锻性的影响v当变形速度当变形速度 k时，时，sv原因原因：变形过程中消耗于塑形变形的一部分能量转化为热能使变形过程中消耗于塑形变形的一部分能量转化为热能使T，,s11变形抗力曲线变形抗力曲线22塑性变化曲线塑性变化曲线第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理应力状态应力状态压压应应力力数数目目越越多多，塑塑形形越越好好，拉拉应应力力数数目目越越多多，塑形越差。塑形越差。不同变形方法时金属的应力

10、状态不同变形方法时金属的应力状态第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理三、金属的变形规律三、金属的变形规律1 1、体积不变定律：、体积不变定律：由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为坯由于塑性变形时金属密度的变化很小，可认为坯料变形前后的体积相等。料变形前后的体积相等。应用体积不变定律应用体积不变定律计算坯料尺寸，工序尺寸，计算坯料尺寸，工序尺寸，锻模尺寸锻模尺寸第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理第一节第一节 压力加工基本原理压力加工基本原理2 2、最小阻力定律、最小阻力定律 金金属属受受外外力力作作用用发发生生塑塑性性变变形形时时，如如果果某某质质点点有有向向各各种种方

11、方向向移移动动的的可可能能性性时时，则则质质点点将将沿沿着着阻阻力力最最小小的的方方向向移动，故宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大。移动，故宏观上变形阻力最小的方向上变形量最大。金属镦粗变形金属镦粗变形不同截面金属的流动情况不同截面金属的流动情况第二节第二节 自由锻自由锻自由锻自由锻：利用外力使金属利用外力使金属在上下两个砧铁之间产生在上下两个砧铁之间产生变形，从而得到所需形状变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件。及尺寸的锻件。（坯料在砧铁间受力变形时，（坯料在砧铁间受力变形时，朝各个方向可以自由流动，朝各个方向可以自由流动，不受限制。）不受限制。）自由锻自由锻手工锻造手工锻造机器锻造机器锻造

12、锻锤锻锤空气锤空气锤蒸汽空气锤（蒸汽空气锤（max 50kN 可生产可生产1500Kg）压力机压力机500t（水压机）可锻（水压机）可锻300t锻件锻件自由锻自由锻基本工序基本工序辅助工序辅助工序预变形工序如压钳把、倒棱边、压痕预变形工序如压钳把、倒棱边、压痕 精整工序精整工序清除表面凹凸不平及整形、减小锻件表面清除表面凹凸不平及整形、减小锻件表面 缺陷。缺陷。使金属坯料产生一定程度的塑性使金属坯料产生一定程度的塑性变形，达到所需形状和尺寸变形，达到所需形状和尺寸第二节第二节 自由锻自由锻（一）自由锻工艺规程的制定（一）自由锻工艺规程的制定 1.1.绘制锻件图绘制锻件图 （1 1）加加工工余余

13、量量 自自由由锻锻件件表表面面留留有有供供机机械械加加工工用用的金属层，称为加工余量。的金属层，称为加工余量。（2 2）锻锻造造公公差差 在在实实际际生生产产中中，由由于于各各种种因因素素的的影影响响，锻锻件件的的实实际际尺尺寸寸不不可可能能达达到到锻锻件件的的公公称称尺尺寸寸，允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。允许有一定限度的误差，叫做锻造公差。（3 3）余余块块 为为了了简简化化锻锻件件外外形形或或根根据据锻锻造造工工艺艺需需要要，在在零零件件的的某某些些地地方方添添加加一一部部分分大大于于余余量量的的金金属属，这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余块。这部分附加的金属叫做锻造余块，简称余

14、块。第二节第二节 自由锻自由锻第二节第二节 自由锻自由锻2、坯料的质量及尺寸计算坯料的质量及尺寸计算 G坯料坯料=G锻件锻件+G烧损烧损+G料头料头 G烧烧损损 加加热热时时坯坯料料表表面面氧氧化化而而烧烧损损的的重重量量。第第一一次次加加热热取取被被加加热热金金属属的的2%3%，以以后后各各取取（每每次次加热）加热）1.5%2.0%G料头料头在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的质量。质量。如冲孔时坯料中部分的料芯，修切端部产生如冲孔时坯料中部分的料芯，修切端部产生的料头等。的料头等。第二节第二节 自由锻自由锻 大型锻件要考虑切除钢锭头和钢锭尾部的质量大

15、型锻件要考虑切除钢锭头和钢锭尾部的质量确定坯料尺寸确定坯料尺寸碳素钢锭拔长碳素钢锭拔长锻造比锻造比3碳素钢轧材碳素钢轧材锻造比锻造比 墩粗：墩粗：H H0 0/D/D0 0HH0 0/D/D0 0时时 坯料过短，下料坯料过短，下料 困难困难HH0 0/D/D0 0时时 坯料过长，墩粗坯料过长，墩粗 易产生纵向弯曲易产生纵向弯曲拔长拔长：F F坯坯/F/F锻锻=Y=Y（锻造比）应在（锻造比）应在3 35 5之间之间第二节第二节 自由锻自由锻3 3、选择锻造工序、选择锻造工序制定变形工艺制定变形工艺基本工序基本工序辅助工序辅助工序 修整工序修整工序 应根据锻件的技术要求、坯料情况、生产批量应根据锻

16、件的技术要求、坯料情况、生产批量确定工序顺序和设计工序尺寸确定工序顺序和设计工序尺寸 。第二节第二节 自由锻自由锻4、选择锻造设备选择锻造设备墩粗墩粗：G=G=（）（）KFKF K K与材料强度与材料强度 b b有关的系数（可查表）有关的系数（可查表）F F锻件墩粗后与工具的接触面在水平方向投影面积锻件墩粗后与工具的接触面在水平方向投影面积拔长拔长：F F坯料横截面积或根据最大尺寸查有关手册坯料横截面积或根据最大尺寸查有关手册5 5、确定锻造温度确定锻造温度 如如4545#始锻始锻12001200 终锻终锻800800第二节第二节 自由锻自由锻例：某减速器中的中间齿轮，锻造工艺规程制定。例：某

17、减速器中的中间齿轮，锻造工艺规程制定。齿轮零件图齿轮零件图第二节第二节 自由锻自由锻工艺：工艺：绘制锻件图绘制锻件图齿轮的齿形，端面的凹槽齿轮的齿形，端面的凹槽四孔四孔30及键槽都不锻出，添加余块，简化外形及键槽都不锻出，添加余块，简化外形齿轮锻件图齿轮锻件图第二节第二节 自由锻自由锻 选择锻件坯料质量及尺寸选择锻件坯料质量及尺寸 G锻锻=V锻锻=（D2-d2）H/4 G芯芯=（）（）d2H G烧烧=（G锻锻+G芯芯）2.5%G=G锻锻+G芯芯+G烧烧 第二节第二节 自由锻自由锻 变形工艺变形工艺 H0/D0 V=/4 D02 H0=/4 D02 0=G/自由锻工艺过程：自由锻工艺过程：加热毛

18、坯加热毛坯 墩粗毛锻件高度墩粗毛锻件高度 滚圆滚圆第二节第二节 自由锻自由锻 用冲子两面冲孔用冲子两面冲孔 带着冲子滚圆带着冲子滚圆 校正孔径校正孔径 平整端面平整端面 选择锻造设备选择锻造设备 根据锻件最大尺寸查有关手册，选用空气锤根据锻件最大尺寸查有关手册，选用空气锤第二节第二节 自由锻自由锻二、自由锻件结构工艺性二、自由锻件结构工艺性 工艺要求工艺要求：在满足使用要求的前提下，锻件形状应尽量简单：在满足使用要求的前提下，锻件形状应尽量简单和规则。和规则。1 1、避免锥体和斜面结构、避免锥体和斜面结构轴类锻件结构轴类锻件结构（a）工艺性差的结构）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构）工艺性

19、好的结构第二节第二节 自由锻自由锻盘类锻件结构盘类锻件结构（a）工艺性差的结构）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构）工艺性好的结构2 2、尽量减少辅助结构、尽量减少辅助结构不设计加强筋、凸台不设计加强筋、凸台第二节第二节 自由锻自由锻3 3、不能有空间曲线、不能有空间曲线杆类锻件结构杆类锻件结构（a）工艺性差的结构）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构）工艺性好的结构第二节第二节 自由锻自由锻4 4、复杂零件可设计成简单零件的组合、复杂零件可设计成简单零件的组合复杂件结构复杂件结构（a）工艺性差的结构）工艺性差的结构 （b）工艺性好的结构）工艺性好的结构第二节第二节 自由锻自由锻三、高合金钢

20、锻造特点三、高合金钢锻造特点合金元素含量很高，内部组织复杂、缺陷多、塑性合金元素含量很高，内部组织复杂、缺陷多、塑性差、锻造时难度较大差、锻造时难度较大1、备料特点备料特点 不允许存在表面裂纹等缺陷不允许存在表面裂纹等缺陷 +锻前退火锻前退火第二节第二节 自由锻自由锻2 2、加热及锻造温度特点加热及锻造温度特点 低温装炉，缓慢升温低温装炉，缓慢升温 若高温装炉、快速加热，则比产生较大的热应力，导若高温装炉、快速加热，则比产生较大的热应力，导 致坯料开裂。致坯料开裂。第二节第二节 自由锻自由锻锻造温度范围窄，一般只有锻造温度范围窄，一般只有100100200200 高合金钢成分复杂，加热温度偏高

21、时，分布在晶界高合金钢成分复杂，加热温度偏高时，分布在晶界的低熔点物质，金属基体晶粒将快速长大，容易产生过的低熔点物质，金属基体晶粒将快速长大，容易产生过烧或过烧缺陷，故高温合金钢的始锻温度要比碳钢低。烧或过烧缺陷，故高温合金钢的始锻温度要比碳钢低。由于高温合金的再结晶温度高，再结晶速度低，变由于高温合金的再结晶温度高，再结晶速度低，变形抗力大，塑性差，易断裂，故高温合金钢的终锻温度形抗力大，塑性差，易断裂，故高温合金钢的终锻温度又要不碳钢高。又要不碳钢高。第二节第二节 自由锻自由锻3 3、锻造特点、锻造特点v 控制变形量控制变形量 始锻和终锻时变形量要小，即要轻打，锻造过程中则要重打。始锻和

22、终锻时变形量要小，即要轻打，锻造过程中则要重打。v 增大锻造比增大锻造比 高合金钢钢锭内部缺陷多，需通过反复镦拔，增大锻造比，才能高合金钢钢锭内部缺陷多，需通过反复镦拔，增大锻造比，才能消除钢中的缺陷，均匀细化碳化物，提高机械性能。消除钢中的缺陷，均匀细化碳化物，提高机械性能。v变形要均匀变形要均匀v避免出现拉应力避免出现拉应力 对于塑性低的高合金钢，拔长时最好在对于塑性低的高合金钢，拔长时最好在V形砧铁中进行，或者是形砧铁中进行，或者是上面用平砧下面用上面用平砧下面用V形砧铁。如此可改变坯料变形中的应力状态，形砧铁。如此可改变坯料变形中的应力状态，从而提高塑性，避免产生裂纹。从而提高塑性，避

23、免产生裂纹。4、锻后冷却锻后冷却缓冷（即炉冷，灰坑或沙坑中冷）缓冷（即炉冷，灰坑或沙坑中冷）在高强度金属锻模在高强度金属锻模上预先制出与锻件形状上预先制出与锻件形状一致的模腔，使坯料在一致的模腔，使坯料在模腔内手压变形，锻造模腔内手压变形，锻造终了得到和模腔形状相终了得到和模腔形状相符的锻件。符的锻件。第三节第三节 模型锻造模型锻造第三节第三节 模型锻造模型锻造特点：特点：v生产率高，可锻造形状复杂，尺寸精确和表面较光洁生产率高，可锻造形状复杂，尺寸精确和表面较光洁的锻件，因而机械加工余量小，材料利用率高，成本的锻件，因而机械加工余量小，材料利用率高，成本较低；而且可使锻件的金属纤维组织分布更

24、为合理，较低；而且可使锻件的金属纤维组织分布更为合理，进一步提高了零件的使用寿命。进一步提高了零件的使用寿命。v模锻设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，模模锻设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，模锻件的质量受到模锻设备吨位的限制，一般在锻件的质量受到模锻设备吨位的限制，一般在150kg150kg一下。一下。v在汽车、拖拉机、飞机和动力机械等工业中，得到广在汽车、拖拉机、飞机和动力机械等工业中，得到广泛应用泛应用 。在一些工业发达国家，生产的模锻件占锻在一些工业发达国家，生产的模锻件占锻件总质量的件总质量的70%70%以上。以上。第三节第三节 模型锻造模型锻造v按使用设备可分为：按使用设

25、备可分为：锤上模锻锤上模锻胎模锻胎模锻压力机上模锻压力机上模锻第三节第三节 模型锻造模型锻造一、一、锤上模锻锤上模锻 在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻。在锻锤上进行的模锻称为锤上模锻。第三节第三节 模型锻造模型锻造1.1.锻模结构锻模结构制坯模腔制坯模腔模锻模腔模锻模腔终锻模腔终锻模腔预锻模腔预锻模腔拔长模腔拔长模腔滚压模腔滚压模腔弯曲模腔弯曲模腔切断模腔切断模腔第三节第三节 模型锻造模型锻造第三节第三节 模型锻造模型锻造第三节第三节 模型锻造模型锻造开式开式闭式闭式第三节第三节 模型锻造模型锻造第三节第三节 模型锻造模型锻造第三节第三节 模型锻造模型锻造2.2.制定模锻工艺规程制定模锻工艺规程

26、（1 1）模锻件图的制订）模锻件图的制订 1 1）分模面位置的选择分模面位置的选择 第三节第三节 模型锻造模型锻造a 要保证模锻件能从模要保证模锻件能从模腔中取出。腔中取出。b 上下两模沿分模面的上下两模沿分模面的模腔轮廓一致。模腔轮廓一致。c 分模面能使模膛深度分模面能使模膛深度最浅。最浅。d 分模面应使零件上所分模面应使零件上所加的辅料最少。加的辅料最少。e 分模面为平面，使上分模面为平面，使上下锻模的模膛深度一致。下锻模的模膛深度一致。2 2）加工余量、公差和余块的确定加工余量、公差和余块的确定 余量：余量：14mm14mm 公差：公差：（0.33）mm 3 3）模模锻锻斜斜度度的的选选

27、择择 为为便便于于锻锻件件从从模模膛膛中中取取出出，模模锻锻件件上上垂垂直直于于分分模模面面的的侧侧壁壁要要有有一一定定的的斜斜度度，称称为为模锻斜度。模锻斜度。第三节第三节 模型锻造模型锻造 4 4）圆圆角角半半径径的的确确定定 为为了了便便于于金金属属在在模模膛膛中中流流动动，防防止止锻锻模模开开裂裂，保保证证锻锻造造流流线线的的连连续续性性，提提高高锻锻模模寿寿命命，锻锻件件上上所所有有尖尖锐锐棱棱角角都都必必须须做做成成圆圆弧弧，圆圆弧弧的的半半径径称称为为圆角半径。圆角半径。第三节第三节 模型锻造模型锻造 5 5）冲冲孔孔连连皮皮 具具有有通通孔孔的的锻锻件件在在模模锻锻时时不不能能

28、锻锻出出通通孔孔，故孔内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连皮。，故孔内必须留有一定厚度的金属，称为冲孔连皮。6 6）锻件图的技术条件锻件图的技术条件 第三节第三节 模型锻造模型锻造第三节第三节 模型锻造模型锻造（2）确定模锻工步）确定模锻工步长轴类模锻件长轴类模锻件第三节第三节 模型锻造模型锻造盘类模锻件盘类模锻件第三节第三节 模型锻造模型锻造（3）修整工序）修整工序切边和冲孔切边和冲孔校正校正热处理热处理清理清理精压精压切边模切边模 冲孔模冲孔模第三节第三节 模型锻造模型锻造3.3.模锻零件结构工艺性模锻零件结构工艺性 设计模锻零件是，应根据模锻特点和工艺要求，使设计模锻零件是，应根据模锻特

29、点和工艺要求，使零件结构符合下列原则，便于模锻生产和降低成本：零件结构符合下列原则，便于模锻生产和降低成本：（1）模锻零件必须具有合理的分模面，以满足制模方便，模锻零件必须具有合理的分模面，以满足制模方便，金属易于充满模腔，锻件便于出模及减少余量。金属易于充满模腔，锻件便于出模及减少余量。（2）锻件上与分模面垂直的非加工表面应设计出结构斜锻件上与分模面垂直的非加工表面应设计出结构斜度，非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。度，非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。第三节第三节 模型锻造模型锻造（3）零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免零件外形力求简单，平直和对称，尤其应避免薄壁、高筋、

30、凸起等结构，以使金属容易充满模膛薄壁、高筋、凸起等结构，以使金属容易充满模膛和减少工序。和减少工序。（4）设计时应尽量避免深孔，深槽或多孔结构。设计时应尽量避免深孔，深槽或多孔结构。（5）在可能的条件下，应采用锻在可能的条件下，应采用锻-焊组合工艺，以焊组合工艺，以减少敷料，简称为锻焊工艺。减少敷料，简称为锻焊工艺。第三节第三节 模型锻造模型锻造胎膜锻胎膜锻压力机上模锻压力机上模锻自学自学第四节、板料冲压第四节、板料冲压冲压冲压：通过模具对材料施以外力，使之产通过模具对材料施以外力，使之产生塑性变形和分离从而获得一定形状、尺生塑性变形和分离从而获得一定形状、尺寸与机械性能的零件加工方法。寸与机

31、械性能的零件加工方法。（此法常在室温进行故叫冷冲压、板料冲压）（此法常在室温进行故叫冷冲压、板料冲压）板材冲板材冲压成形具有下列特点：成形具有下列特点：板板材材冲冲压生生产主主要要是是依依靠靠冲冲模模和和冲冲压设备完完成成加加工工，工工艺过程程便便于于实现机机械械化化和和自自动化化，生生产率率很很高高，操作操作简便，故零件成本低。便，故零件成本低。可可以以冲冲压出出形形状状复复杂的的零零件件，一一般般不不需需再再进行行切切削加工，且削加工，且废料料较少，因而少，因而节省原材料和能源消耗。省原材料和能源消耗。板板材材冲冲压常常用用的的原原材材料料有有低低碳碳钢以以及及塑塑性性高高的的合合金金钢和

32、和有有色色金金属属，多多是是表表面面质量量好好的的板板料料、条条料料或或带料料，产品重量品重量轻、材料消耗少、材料消耗少、强度高、度高、刚性好。性好。冲冲压件件的的尺尺寸寸公公差差主主要要由由冲冲模模来来保保证，因因此此产品品具具有有足足够高高的的精精度度和和较低低的的表表面面粗粗糙糙度度，尺尺寸寸稳定定，互互换性性好好。但但冲冲模模制制造造复复杂、成成本本高高，只只有有在在大大批批量量生生产条件下，其条件下，其优越性才越性才显得突出。得突出。第四节、板料冲压第四节、板料冲压v冲冲压常用材料：常用材料：v常用金属常用金属低碳低碳钢、铜合金、合金、铝合金、合金、镁合金及合金及塑性高的合金塑性高的

33、合金钢等。等。v非金属非金属纸板、板、绝缘板、板、纤维板、塑料板、石棉板、塑料板、石棉板、硬橡胶等。板、硬橡胶等。v冲冲压生生产中常用的中常用的设备是剪床和冲床是剪床和冲床。v剪床剪床用来把板料剪切成一定用来把板料剪切成一定宽度的条料，以供度的条料，以供下一步的冲下一步的冲压工序。工序。v冲床冲床用来用来实现冲冲压工序，制成所需形状和尺寸工序，制成所需形状和尺寸的成品零件供使用。的成品零件供使用。第四节、板料冲压第四节、板料冲压一、分离工序一、分离工序 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是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。工序。如冲载、落料、冲孔、切断、修整。如冲载、落

34、料、冲孔、切断、修整。1 1、冲裁（落料及冲孔）、冲裁（落料及冲孔）它是坯料按封闭轮廓分离的工序它是坯料按封闭轮廓分离的工序落料落料被分离部分为成品，而周边是废料被分离部分为成品，而周边是废料冲孔冲孔被分离部分为废料，而周边是成品被分离部分为废料，而周边是成品第四节、板料冲压第四节、板料冲压 冲裁变形过程冲裁变形过程弹性变形阶段弹性变形阶段冲头接触板料继续向下运动初始阶段，板冲头接触板料继续向下运动初始阶段，板 料产生了弹性压缩。料产生了弹性压缩。塑性变形阶段塑性变形阶段冲头继续压入，冲头继续压入，s s 产生塑性变形再继产生塑性变形再继 续压入凹凸模刃口处材料硬化加剧，出现微裂续压入凹凸模刃

35、口处材料硬化加剧，出现微裂 纹，塑性结束纹，塑性结束断裂分离阶段断裂分离阶段冲头再继续压入已形成上、下裂纹逐渐扩冲头再继续压入已形成上、下裂纹逐渐扩 展、重合，材料被剪短分离。展、重合，材料被剪短分离。第四节、板料冲压第四节、板料冲压光亮带光亮带塑性变形过程由冲头挤压切入所形成塑性变形过程由冲头挤压切入所形成 的表面很光滑。的表面很光滑。剪裂带剪裂带在剪短分离时所在剪短分离时所形成的断裂表面较粗糙。形成的断裂表面较粗糙。塌角塌角 由于坯料被由于坯料被弯曲拉伸断裂时形弯曲拉伸断裂时形成的，软料成的，软料 硬料硬料第四节、板料冲压第四节、板料冲压 凹凸模间隙凹凸模间隙间间隙隙合理合理上下裂纹重合一

36、上下裂纹重合一线，毛刺最小线，毛刺最小过大过大拉应力增大，塑性变形结束较早，凹模刃口附近的拉应力增大，塑性变形结束较早，凹模刃口附近的剪裂纹较正常向里错开一段距离，光亮带小、毛刺剪裂纹较正常向里错开一段距离，光亮带小、毛刺过小过小拉应力减小，压应力增加，裂纹受到抑制，凸模刃拉应力减小，压应力增加，裂纹受到抑制，凸模刃口附近的剪裂纹向外错开，上下裂纹不重合，裂纹口附近的剪裂纹向外错开，上下裂纹不重合，裂纹第四节、板料冲压第四节、板料冲压正确选择合理间隙对冲载生产至关重要。选用时正确选择合理间隙对冲载生产至关重要。选用时主要考虑冲载件断面质量与模具寿命。主要考虑冲载件断面质量与模具寿命。Z=ms其

37、中：其中：Z Z为间隙；为间隙；mm为与材料性能及厚度有关的系数（查表）为与材料性能及厚度有关的系数（查表）s s为材料厚度为材料厚度第四节、板料冲压第四节、板料冲压l 当冲载件断面质量要求高时，应选用较小的间隙值。当冲载件断面质量要求高时，应选用较小的间隙值。l 当对冲载件断面质量无严格要求是，应尽量加大间隙，以当对冲载件断面质量无严格要求是，应尽量加大间隙，以利于提高冲模寿命。利于提高冲模寿命。落料落料应先按落料件确定凹模刃口尺寸。应先按落料件确定凹模刃口尺寸。取凹模作为设计基准，根据间隙取凹模作为设计基准，根据间隙Z Z确定凸模尺寸。确定凸模尺寸。例例 取取100-4100-4为凹模尺寸

38、，因凹模越用越大。为凹模尺寸，因凹模越用越大。冲孔冲孔应先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模作设计基准应先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模作设计基准件根据间隙件根据间隙Z Z确定凹模尺寸，因凸模会磨损，越变越小。确定凹模尺寸，因凸模会磨损，越变越小。例取例取100+3100+3作凸模尺寸，取冲孔公差最大尺寸。作凸模尺寸，取冲孔公差最大尺寸。凹凸模刃口尺寸的确定凹凸模刃口尺寸的确定第四节、板料冲压第四节、板料冲压 冲裁力的计算冲裁力的计算 根据冲裁力的大小选择冲床的吨位和检验模具强度根据冲裁力的大小选择冲床的吨位和检验模具强度 P=P=kLkL S S 其中其中 b b b=k k k为系数；为系

39、数；L为冲表周长；为冲表周长；S为坯料厚度；为坯料厚度；为抗剪强度。为抗剪强度。为简便估算：为简便估算：P=L S b 第四节、板料冲压第四节、板料冲压 冲裁件的排样冲裁件的排样 排样排样是指落料在条料，带料或板料上进行合理布置的方是指落料在条料，带料或板料上进行合理布置的方法。法。排料合理则废料最少。排料合理则废料最少。排料排料无搭边无搭边利用率高，毛刺不在同一平面，利用率高，毛刺不在同一平面，尺寸不易准确，质量要求不高尺寸不易准确，质量要求不高有搭边有搭边毛刺小，尺寸准确，但耗材多毛刺小，尺寸准确，但耗材多 搭边值根据料厚、形状、材料查表。搭边值根据料厚、形状、材料查表。不同排样方式材料消

40、耗对比不同排样方式材料消耗对比第四节、板料冲压第四节、板料冲压2、修整修整利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属。利用修整模沿冲裁件外缘或内孔刮削一薄层金属。3 3、切断、切断切断是指用剪刀（剪床）或冲模（冲床）将板料沿不切断是指用剪刀（剪床）或冲模（冲床）将板料沿不封闭轮廓进行分离工序。封闭轮廓进行分离工序。修整工序简图修整工序简图1凸模；凸模；2凹模凹模第四节、板料冲压第四节、板料冲压二、变形工序二、变形工序使坯料的一部分相对于另一部分产生位移而不破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。裂的工序。1 1、拉深、拉深利用模具使冲利用模具使冲裁后得到的平裁后得到的平板毛坯变成

41、开板毛坯变成开口空心零件的口空心零件的工序。工序。第四节、板料冲压第四节、板料冲压拉伸件底部不变形，直臂与底直间的过渡圆角拉薄，拉伸件底部不变形，直臂与底直间的过渡圆角拉薄，直臂略变薄，最危险部位是过渡圆角（常裂）。直臂略变薄，最危险部位是过渡圆角（常裂）。拉伸件出现裂纹与下列因素有关：拉伸件出现裂纹与下列因素有关：凹凸模的圆角半径凹凸模的圆角半径r凹凹=10S S 板厚板厚r凸凸=凹凹r凹凹、r凸凸两个圆角半径过小，则容易拉裂。两个圆角半径过小，则容易拉裂。第四节、板料冲压第四节、板料冲压 凸凹模具间隙凸凹模具间隙 Z Z过小，摩擦力大，易拉裂工件降低模具寿命。过小，摩擦力大，易拉裂工件降低

42、模具寿命。Z Z过大，易使拉伸件起皱。过大，易使拉伸件起皱。拉深系数拉深系数mmm=d/Dd拉伸件直径拉伸件直径D坯料直径坯料直径m，塑性好，取塑性好，取；塑性差，取塑性差，取m则则 d 变形变形 坯料被拉入凹模越困难，易拉裂。坯料被拉入凹模越困难，易拉裂。第四节、板料冲压第四节、板料冲压 润滑润滑 为减少摩擦，降低拉深件臂部的拉应力及模为减少摩擦，降低拉深件臂部的拉应力及模具磨损应添加润滑剂。当料厚具磨损应添加润滑剂。当料厚SS则拉深程度则拉深程度，易起皱，为了防止起皱，应设置压边圈。，易起皱，为了防止起皱，应设置压边圈。旋压旋压 在旋压机上进行，用来制造大直径的拉深件及中小在旋压机上进行，

43、用来制造大直径的拉深件及中小批量。生产率批量。生产率第四节、板料冲压第四节、板料冲压2、弯曲弯曲 弯曲弯曲是坯料一部分相对是坯料一部分相对于另一部分弯曲成一定于另一部分弯曲成一定角度的工序。角度的工序。弯曲时材料内侧受压缩，而弯曲时材料内侧受压缩，而外侧受拉伸，当外侧拉应力外侧受拉伸，当外侧拉应力 b时则会开裂。时则会开裂。S S、rr，则压缩及拉伸应力越大，易弯裂。，则压缩及拉伸应力越大，易弯裂。为防止裂纹，最小弯曲半径为防止裂纹，最小弯曲半径r rminmin=（1）S S。弯曲结束后，坯料会略微弹回一点，使弯曲角度增大，称为弯曲结束后，坯料会略微弹回一点，使弯曲角度增大，称为回弹回弹现象

44、现象。弯曲过程中金属变形简图弯曲过程中金属变形简图第四节、板料冲压第四节、板料冲压3、翻边、翻边v翻孔翻孔是在带孔的平坯料上是在带孔的平坯料上用扩孔的方式获得凸缘的用扩孔的方式获得凸缘的工序。工序。凸模圆角半径凸模圆角半径r r凸凸=4=49S9S 翻边孔径超过容许值，会使孔的边缘破裂。其容许值翻边孔径超过容许值，会使孔的边缘破裂。其容许值K K0 0，称，称翻边系数翻边系数。K K0 0=d=d0 0翻边简图翻边简图第四节、板料冲压第四节、板料冲压4 4、成型、成型成型成型是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。是利用局部变形使坯料或半成品改变形状的工序。主主要用于制造刚性的筋条，或增大

45、半成品的部分内径等。要用于制造刚性的筋条，或增大半成品的部分内径等。图图a a是用橡皮压筋；是用橡皮压筋；图图b b是用橡皮芯子来增大半成品是用橡皮芯子来增大半成品中间部分的直径，即中间部分的直径，即胀形胀形。成形工序简图成形工序简图第四节、板料冲压第四节、板料冲压三、板料冲压件的结构设计三、板料冲压件的结构设计 冲压件的设计不仅应保证它具有良好的使用性能，冲压件的设计不仅应保证它具有良好的使用性能，而且也应具有良好的工艺性能，以减少材料的消耗，而且也应具有良好的工艺性能，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延长模具寿命，提高生产率，降低成本及保证冲压件质量等。质量

46、等。影响冲压工艺性能的因素：影响冲压工艺性能的因素：1 1、冲压件的形状与尺寸、冲压件的形状与尺寸第四节、板料冲压第四节、板料冲压 对落料和冲孔件的要求对落料和冲孔件的要求 落料件的外形和冲孔件的孔形落料件的外形和冲孔件的孔形应力要求简单、对称，尽可能采用应力要求简单、对称，尽可能采用圆形、矩形等。排料时应使废料降圆形、矩形等。排料时应使废料降至最低，避免长槽与细长臂结构，至最低，避免长槽与细长臂结构，否则模具制造困难，寿命短。否则模具制造困难，寿命短。不合理的落料件外形不合理的落料件外形 冲孔孔径冲孔孔径 rSrS（圆孔），方孔（圆孔），方孔边长边长 ，孔间距。，孔间距。（外缘凸出和凹（外缘

47、凸出和凹进的尺寸）进的尺寸）冲孔件尺寸与厚度的关系冲孔件尺寸与厚度的关系第四节、板料冲压第四节、板料冲压 外形上直线与直线，曲线与直线的交接处，均应外形上直线与直线，曲线与直线的交接处，均应用圆弧连接，以避免尖角处应力集中而被冲模冲裂，用圆弧连接，以避免尖角处应力集中而被冲模冲裂，最小圆角半径值查表可得。最小圆角半径值查表可得。第四节、板料冲压第四节、板料冲压 弯曲边的平直部分弯曲边的平直部分H2S，如果如果H H很短，则放大尺寸弯很短，则放大尺寸弯曲，然后在切除多余部分。曲，然后在切除多余部分。对弯曲件的要求对弯曲件的要求 弯曲件的形状应尽量弯曲件的形状应尽量对称，弯曲半径不能小于最对称，弯

48、曲半径不能小于最小允许弯曲半径小允许弯曲半径。并应考虑材料纤维方向。以免成形。并应考虑材料纤维方向。以免成形过程中弯裂。过程中弯裂。弯曲边过短不易弯曲成型弯曲边过短不易弯曲成型弯曲边高弯曲边高第四节、板料冲压第四节、板料冲压 弯曲带孔件时，要避免弯曲带孔件时，要避免孔变形。孔的位置如图。孔变形。孔的位置如图。2S2S对拉深件的要求对拉深件的要求拉深件外形应简单，对称，且拉深件外形应简单，对称，且不宜太高不宜太高。如果较高，则拉深。如果较高，则拉深次数多的时候不易成形。次数多的时候不易成形。带孔的弯曲件带孔的弯曲件第四节、板料冲压第四节、板料冲压拉伸件最小允许圆角半径拉伸件最小允许圆角半径 拉深

49、件的圆角半径在不增加工艺程序的情况下，最小许可拉深件的圆角半径在不增加工艺程序的情况下，最小许可半径半径r3Sr3S，有压边和较深的，有压边和较深的r2Sr2S，否则必将增加拉深次数，否则必将增加拉深次数和整形工作，增多模具数量，容易产生废品和提高成本。和整形工作，增多模具数量，容易产生废品和提高成本。第四节、板料冲压第四节、板料冲压2 2、冲压件的厚度、冲压件的厚度 在强度、刚度允许的情况下，在强度、刚度允许的情况下，应尽可能采用薄的材料来制应尽可能采用薄的材料来制作零件，以减少金属的消耗，作零件，以减少金属的消耗，对局部刚度不够的地方用加对局部刚度不够的地方用加强筋以薄代厚。强筋以薄代厚。3 3、冲压件的精度和表面质量、冲压件的精度和表面质量 对精度要求，不应超过冲压工艺所能达到的一般精度并在满足对精度要求，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，尽量降低要求。需要的情况下，尽量降低要求。否则将增加工艺过程工序，否则将增加工艺过程工序，降低生产率，提高成本。降低生产率，提高成本。使用加强筋举例使用加强筋举例第四节、板料冲压第四节、板料冲压