《机械制造基础-塑性成形.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造基础-塑性成形.ppt（147页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第3 3章章 塑性成形塑性成形 3.13.1 塑性成形理论基础塑性成形理论基础3.2 3.2 塑性成形方法塑性成形方法3.3 3.3 塑性成形工艺设计塑性成形工艺设计3.4 3.4 塑性加工方法的结构工艺性塑性加工方法的结构工艺性 3.5 3.5 塑性成形新发展塑性成形新发展返回返回 塑性成形：塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形，指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方获得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可法。具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可在冷态或热态下进行塑性成形加
2、工。在冷态或热态下进行塑性成形加工。塑性成形加工的特点：塑性成形加工的特点：优点：优点：1）改善金属的组织，提高金属的力学性能；）改善金属的组织，提高金属的力学性能；2）节节约约金金属属材材料料和和切切削削加加工工工工时时，提提高高金金属属材材料料的的利利用率和经济效益；用率和经济效益；3）具有较高的劳动生产率。）具有较高的劳动生产率。4）适应性广。）适应性广。缺点：缺点：1 1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造；）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造；2 2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；3 3）需重型机器设备和较复
3、杂模具，设备费用与周期长；）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长；4 4）生生产现场劳动产现场劳动条件条件较较差差。常常用用塑塑性性成成形形加加工工方方法法有有：1 1）自自由由锻锻造造；2 2）模模型型锻锻造造；3 3）挤挤压压；4 4）拉拉拔拔；5 5）轧轧锻锻；6 6）板板料料冲冲压压。如如图图3-13-1所示。所示。塑塑性性成成形形主主要要用用于于主主轴轴、曲曲轴轴、连连杆杆、齿齿轮轮、叶叶轮轮、炮炮筒筒、枪枪管管、吊吊钩钩、飞飞机机和和汽汽车车零零件件等等力力学学性性能能要要求求高高的重要零部件。的重要零部件。第第1 1节节 塑性成形理论基础塑性成形理论基础3.1.1 塑性成
4、形的实质塑性成形的实质 3.1.2 冷变形强化与再结晶冷变形强化与再结晶3.1.3 锻造比与锻造流线锻造比与锻造流线3.1.4 塑性成形基本规律塑性成形基本规律3.1.5 金属的锻造性能金属的锻造性能3.1.1 塑性成形的实质塑性成形的实质 具具有有一一定定塑塑性性的的金金属属坯坯料料在在外外力力作作用用下下，当当内内应应力力达达到到一一定定的的条条件件，就就会会发发生生塑塑性性变变形形；由由于于金金属属材材料料都都是是晶晶体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构来说明。体，故要说明塑性变形的实质，必须从其晶体结构来说明。1.单晶体的塑性变形单晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形有两种方式：单
5、晶体的塑性变形有两种方式：滑移变形和双晶变形滑移变形和双晶变形。1）滑滑移移变变形形：晶晶体体内内的的一一部部分分相相对对另另一一部部分分，沿沿原原子子排排列紧密的晶面作相对滑动。其变形过程列紧密的晶面作相对滑动。其变形过程如图如图3-2 所示。所示。晶晶体体在在晶晶面面上上的的滑滑移移，是是通通过过位位错错的的不不断断运运动动来来实实现现的的。如图如图3-3所示。所示。当当很很多多晶晶面面同同时时滑滑移移积积累累起起来来就就形形成成滑滑移移带带，如如图图3-3-4 4所示，形成可见的变形。所示，形成可见的变形。2 2）双双晶晶：亦亦叫叫孪孪晶晶。晶晶体体在在外外力力作作用用下下，晶晶体体内内
6、一一部部分分原原子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。子晶格相对于另一部分原子晶格发生转动。如图如图3-53-5所示。所示。2.多晶体的塑性变形多晶体的塑性变形 多多晶晶体体是是由由大大量量的的大大小小、形形状状、晶晶格格排排列列位位向向各各不不相相同同的的晶晶粒粒所所组组成成，故故它它的的塑塑性性变变形形很很复复杂杂，可可分分为为晶晶内内变变形形和和晶晶间间变变形形。晶晶粒粒内内部部的的塑塑性性变变形形称称为为晶晶内内变变形形；晶晶粒粒之间相互移动或转动称为晶间变形。之间相互移动或转动称为晶间变形。如图如图3-63-6所示。所示。多多晶晶体体的的晶晶内内变变形形方方式式和和单单晶晶体体一一样
7、样，也也是是滑滑移移和和双双晶晶，但但各各个个晶晶粒粒所所处处的的塑塑性性变变形形条条件件不不同同，即即晶晶粒粒内内晶晶格格排排列列的的方方向向性性决决定定了了其其变变形形的的难难易易，与与外外力力成成4545度度的的滑滑移移面面最最易易变变形形。因因为为其其产产生生的的切切应应力力最最大大。如如图图3-73-7反反映映了了晶粒位向与受力变形的关系。晶粒位向与受力变形的关系。同同时时在在多多晶晶体体的的晶晶界界处处，由由于于相相邻邻晶晶粒粒间间的的位位向向差差别别，产产生生晶晶格格的的畸畸变变，并并有有杂杂质质的的存存在在，以以及及晶晶粒粒间间犬犬牙牙交交错错状状态态，对对多多晶晶体体的的变变
8、形形造造成成很很大大障障碍碍。低低温温时时，晶晶界界强强度度高高于于晶晶粒粒内内部部强强度度，变变形形抗抗力力大大不不易易变变形形；高高温温时时，晶晶界界强强度度降降低低，晶晶粒粒易易于于相相互互移移动动。所所以以多多晶晶体体由由于于存存在在晶晶界界和和各各晶晶粒粒的的位位向向差差别别，其其变变形形抗抗力力要要远远高高于于同同种种金金属属的的单单晶体。晶体。3.1.2 冷变形强化与再结晶冷变形强化与再结晶 金金属属塑塑性性变变形形时时，在在不不同同的的温温度度下下，对对金金属属组组织织和和性性能产生不同的影响。主要讨论加工硬化、回复和再结晶。能产生不同的影响。主要讨论加工硬化、回复和再结晶。1
9、.冷变形强化（加工硬化）冷变形强化（加工硬化）指指金金属属在在低低温温下下进进行行塑塑性性变变形形时时，金金属属的的强强度度和和硬硬度度升升高高，塑塑性性和和韧韧性性下下降降的的现现象象，如如图图3-83-8所所示示；变变形形程程度度越大，冷变形强化现象越严重。越大，冷变形强化现象越严重。冷变形强化的原因是冷变形强化的原因是：在塑性变形过程中，在滑移面上：在塑性变形过程中，在滑移面上产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生了许多晶格方向混乱的微小碎晶，滑移面附近的晶格也产生了畸变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。产生了畸变，增加了继续滑移的阻力，使继续变形困难。对对某某些
10、些不不能能通通过过热热处处理理来来强强化化的的金金属属，可可用用低低温温变变形形来来提提高高金金属属强强度度指指标标，如如用用冷冷轧轧、冷冷拔拔和和冷冷挤挤来来提提高高低低碳碳钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。钢、纯铜、防锈铝等所制型材和锻压件的强度和硬度。但但在在塑塑性性加加工工中中，冷冷变变形形强强化化使使塑塑性性变变形形困困难难，故故采采用加热的方法使金属再结晶，而获得好的塑性。用加热的方法使金属再结晶，而获得好的塑性。2.2.回复回复 指指当当温温度度升升高高时时，金金属属原原子子获获得得热热能能，使使冷冷变变形形时时处处于于高高位位能能的的原原子子回回复复到到正正常常排
11、排列列，消消除除由由于于变变形形而而产产生生的的晶格扭曲的过程，可使内应力减少。晶格扭曲的过程，可使内应力减少。回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算：回复温度较低，对于纯金属，可用下式计算：式中式中 -金属的绝对回复温度；金属的绝对回复温度；-金属的绝对熔化温度；金属的绝对熔化温度；回回复复作作用用不不改改变变晶晶粒粒的的形形状状及及晶晶粒粒变变形形时时所所构构成成的的方方向向性性，也也不不能能使使晶晶粒粒内内部部的的破破坏坏现现象象及及晶晶界界间间物物质质的的破破坏坏现现象象得得到到恢恢复复，只只是是逐逐渐渐消消除除晶晶格格的的扭扭曲曲程程度度。故故回回复复作作用用可可以以降降低低内内应应
12、力力，但但力力学学性性能能变变化化不不大大，强强度度稍稍降降低低，塑性稍提高。塑性稍提高。如图如图3-9b3-9b所示。所示。3.再结晶再结晶 指指当当温温度度升升高高到到一一定定程程度度时时，金金属属原原子子获获得得更更高高的的热热能能，通通过过金金属属原原子子的的扩扩散散，使使冷冷变变形形强强化化的的结结晶晶构构造造进进行行改改变变，成成长长出出许许多多正正常常晶晶格格的的新新晶晶粒粒，新新晶晶粒粒代代替替原原变变形形晶粒的过程即为再结晶。晶粒的过程即为再结晶。如图如图3-9c3-9c所示。所示。再再结结晶晶过过程程：先先在在变变形形金金属属中中出出现现再再结结晶晶核核心心（小小晶晶块块，
13、或或破破碎碎物物），结结晶晶核核心心周周围围的的畸畸变变晶晶格格中中的的原原子子向向再再结结晶晶核核心心聚聚集集，从从不不稳稳定定状状态态向向稳稳定定状状态态过过渡渡，有有秩秩序序地地排排列列起起来来，而而形形成成新新的的具具有有正正常常晶晶格格结结构构的的晶晶粒粒，直直至至新新晶晶粒粒完完全全形形成成，再再结结晶晶结结束束。如如果果继继续续升升温温或或保保温，再结晶晶粒还会聚合长大，即二次再结晶。温，再结晶晶粒还会聚合长大，即二次再结晶。再再结结晶晶使使内内应应力力全全部部消消除除，强强度度降降低低，塑塑性性增增加加。如如图图3-103-10所所示示为为变变形形后后的的金金属属在在加加热热时
14、时组组织织和和性性能能的的变变化。化。再再结结晶晶的的最最低低温温度度称称为为再再结结晶晶温温度度，一一般般纯纯金金属属的的再再结晶温度为：结晶温度为：再再结结晶晶处处理理：利利用用金金属属再再结结晶晶过过程程消消除除低低温温变变形形后后的的冷冷变变形强化，恢复金属的良好塑性，以利于后继的冷变形加工。形强化，恢复金属的良好塑性，以利于后继的冷变形加工。4.冷变形和热变形冷变形和热变形 冷冷变变形形：指指金金属属在在其其再再结结晶晶温温度度以以下下进进行行塑塑性性变变形形。如如冷冷冲冲压压、冷冷弯弯、冷冷挤挤、冷冷镦镦、冷冷轧轧和和冷冷拔拔，能能获获得得较较高高的的硬硬度及表面质量。度及表面质量
15、。热热变变形形：指指金金属属在在其其再再结结晶晶温温度度以以上上进进行行塑塑性性变变形形。如如锻锻造造、热热挤挤和和轧轧制制等等，能能消消除除冷冷变变形形强强化化的的痕痕迹迹，保保持持较较低低的塑性变形抗力和良好的塑性。的塑性变形抗力和良好的塑性。3.1.3 锻造比和锻造流线（纤维组织）锻造比和锻造流线（纤维组织）1.锻造流线的形成锻造流线的形成 在在金金属属铸铸锭锭中中含含有有的的夹夹杂杂物物多多分分布布在在晶晶界界上上，在在金金属属塑塑性性变变形形时时，晶晶粒粒沿沿变变形形方方向向伸伸长长，塑塑性性夹夹杂杂物物也也随随着着变变形形一一起起被被拉拉长长，呈呈带带状状分分布布；脆脆性性夹夹杂杂
16、物物被被打打碎碎呈呈碎碎粒粒状状或或链链状状分分布布；通通过过再再结结晶晶过过程程，晶晶粒粒细细化化，而而夹夹杂杂物物却却依依然然呈呈条条状状和和链链状状被被保保留留下下来来，形形成成锻锻造造流流线线。如如图图3-113-11所所示示。锻锻造造流流线线使使金金属属的的力力学学性性能能呈呈现现各各向向异异性性，平平行行于于纤纤维维方方向向塑塑性性和和韧韧性性增增加加，垂垂直直于于纤纤维维方方向向则下降。则下降。2、锻造比锻造比 它它是是锻锻造造生生产产中中代代表表金金属属变变形形大大小小的的一一个个参参数数，一一般般用用锻锻造造过过程程中中的的典典型型工工序序的的变变形形程程度度来来表表示示：如
17、如镦镦粗粗工序，锻造比为：工序，锻造比为：拔长锻造比：拔长锻造比：3.锻造比对金属的组织和性能的影响锻造比对金属的组织和性能的影响 一一般般情情况况下下，增增加加锻锻造造比比，可可使使金金属属组组织织细细密密化化，提提高高锻锻件件的的力力学学性性能能。但但当当锻锻造造比比过过大大，金金属属组组织织的的紧紧密密程程度度和和晶晶粒粒细细化化程程度度已已到到极极限限，故故力力学学性性能能不不再再升升高高，而而增增加加各各向向异异性性。锻锻造造比比越越大大，锻锻造造流流线线越越明明显显，其其力力学学性性能能的的方方向向性性越越明明显显。如如图图3-12所所示示为为碳碳素素结结构构钢钢锭锭采采用用不不同
18、同锻锻造造比比进进行行拔拔长长后后的的力力学学性性能能变变化化曲曲线线。当当锻锻造造比比增增加加时时，钢钢的的强强度度在在横横向向和和纵纵向向差差别别不不大大，而而塑塑性性和和韧韧性性纵纵向向明明显显好于横向。好于横向。锻锻造造流流线线的的稳稳定定性性很很高高，而而且且用用热热处处理理不不能能消消除除。故故在在设设计计和和制制造造易易受受冲冲击击载载荷荷的的零零件件时时，必必须须考考虑虑锻锻造造流流线线的方向，使最大正应力与流线方向一致，切应力或冲击应的方向，使最大正应力与流线方向一致，切应力或冲击应力力与与流流线线方方向向垂垂直直；使使锻锻造造流流线线的的分分布布与与零零件件的的外外形形轮轮
19、廓廓相相符符合合，而而不不被被切切断断。如如图图3-133-13所所示示的的拖拖钩钩，如如图图3-143-14所所示示的的齿轮。齿轮。3.1.4 3.1.4 塑性成形基本规律塑性成形基本规律 塑塑性性成成形形规规律律：就就是是塑塑性性成成形形时时金金属属质质点点流流动动的的规规律律，即即在在给给定定条条件件下下，变变形形体体内内将将出出现现什什么么样样的的位位移移速速度度场场和和位位移移场场，以以确确定定物物体体形形状状、尺尺寸寸的的变变化化及及应应变变场场。从从而而为为选选择择变形工步和设计成形模具奠定基础。变形工步和设计成形模具奠定基础。1.体积不变定律体积不变定律 金金属属塑塑性性变变形
20、形前前后后体体积积不不变变，实实际际中中略略有有缩缩小小；可可计计算各工序尺寸。算各工序尺寸。2.最小阻力定律最小阻力定律 塑塑性性变变形形时时金金属属质质点点首首先先向向阻阻力力最最小小方方向向移移动动。一一般般金金属属某某质质点点移移动动时时阻阻力力最最小小方方向向是是通通过过该该质质点点向向金金属属变变形形部分的周边所作的法线方向，部分的周边所作的法线方向，如图如图3-15，图图3-16所示。所示。3.1.5 金属的锻造性能金属的锻造性能 金金属属的的锻锻造造性性能能是是用用来来衡衡量量金金属属材材料料利利用用锻锻压压加加工工方方法法成成形形的的难难易易程程度度，是是金金属属的的工工艺艺
21、性性能能指指标标之之一一。常常用用金金属属的的塑塑性性和和变变形形抗抗力力两两个个因因素素来来综综合合衡衡量量。塑塑性性越越好好，变变形形抗抗力力越越小小，则则锻锻造造性性能能越越好好。影影响响金金属属锻锻造造性性能的因素有：金属的本质和金属的变形条件。能的因素有：金属的本质和金属的变形条件。1.1.金属本质金属本质的影响的影响1 1）金金属属的的化化学学成成分分：化化学学成成分分不不同同，塑塑性性不不同同，锻锻造造性能不同。性能不同。2 2）金金属属的的组组织织状状态态：组组织织结结构构不不同同，锻锻造造性性能能不不同同；单单一一固固溶溶体体组组成成的的合合金金，塑塑性性好好，锻锻造造性性能
22、能好好；铸铸态态柱柱状状组组织织和和粗粗晶晶结结构构不不如如细细小小均均匀匀的的晶晶粒粒结结构构；金金属属内内部部有缺陷也不一有缺陷也不一样样。1 1）变变形形温温度度：温温度度升升高高，塑塑性性上上升升，降降低低变变形形抗抗力力，易易于于锻锻造造；但但温温度度过过高高也也会会产产生生相相应应的的缺缺陷陷，如如氧氧化化，脱脱碳碳、过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。过热和过烧等。故要严格控制锻造温度范围。锻锻造造温温度度范范围围指指始始锻锻温温度度与与终终锻锻温温度度间间的的温温度度范范围围，以以合合金金状状态态图图为为依依据据。对对始始锻锻温温度度，原原则则是是在在不不出出现现过过热热和
23、和过过烧烧的的前前提提下下，尽尽量量提提高高始始锻锻温温度度。碳碳钢钢的的始始锻锻温温度度为为AEAE线线下下2002000 0C C。终终锻锻温温度度即即停停止止锻锻造造的的温温度度，对对于于锻锻件件质质量量有有很很大大影影响响，终终锻锻温温度度太太高高，停停锻锻后后晶晶粒粒会会重重新新长长大大，降降低低锻锻件件力力学学性性能能；太太低低，再再结结晶晶困困难难，冷冷变变形形强强化化现现象象严严重重，变变形形抗抗力力太太大大，甚甚至至产产生生锻锻造造裂裂纹纹，也也易易损损坏坏设设备备和和工具。工具。碳碳钢钢在在加加热热时时奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大示示意意图图如如图图3-17a3-17a所所
24、示示，锻造温度见锻造温度见图图3-17b3-17b。2.2.金属的变形条件金属的变形条件2 2）变变形形速速度度：指指金金属属在在锻锻压压加加工工过过程程中中单单位位时时间间内内的的相相对对变变形形量量。变变形形速速度度的的影影响响较较复复杂杂：一一方方面面变变形形速速度度增增大大，冷冷变变形形强强化化现现象象严严重重，变变形形抗抗力力增增大大，锻锻造造性性能能变变坏坏；另另一一方方面面变变形形速速度度很很大大时时产产生生的的热热能能使使金金属属温温度度升升高高，提提高高塑塑性性，降降低低变变形形抗抗力力，锻锻造造性性能能变变好好。如如图图3-18所示。所示。3 3）变变形形时时的的应应力力状
25、状态态：不不同同压压力力加加工工方方法法，金金属属内内部部的的应应力力状状态态是是不不同同的的，如如图图3-193-19所所示示。在在金金属属塑塑性性变变形形时时，压压应应力力数数目目越越多多，其其塑塑性性变变形形越越好好，因因为为压压应应力力使使滑滑移移面面紧紧密密结结合合，防防止止产产生生裂裂纹纹；拉拉应应力力则则使使塑塑性性变变形形降降低低，应应为为它它使使缺缺陷陷扩扩大大，使使滑滑移移面面分分离离。但但压压应应力力时时变形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗力。变形抗力增大。故必须综合考虑塑性和变形抗力。思考题：思考题：1.1.试述单晶体和多晶体塑性变形的实质。试述单晶体和多晶体塑性变
26、形的实质。2.2.锻锻造造流流线线的的存存在在对对金金属属力力学学性性能能有有何何影影响响？在在零零件件设设计计中应注意哪些问题？中应注意哪些问题？3.3.试述金属的锻造性能及其影响因素。试述金属的锻造性能及其影响因素。第第 2节节 塑性成形方法塑性成形方法3.2.1 锻造锻造3.2.1.1自由锻自由锻 自自由由锻锻指指将将金金属属坯坯料料放放在在锻锻造造设设备备的的上上下下抵抵铁铁之之间间，施施加加冲冲击击力力或或压压力力，使使之之产产生生自自由由变变形形而而获获得得所所需需形形状状的的成成形形方方法法。坯坯料料在在锻锻造造过过程程中中，除除与与上上下下抵抵铁铁或或其其它它辅辅助助工工具具接
27、接触触的的部部分分表表面面外外，都都是是自自由由表表面面，变变形形不不受受限限制制，锻锻件件的的形形状状和和尺尺寸寸靠靠锻锻工工的的技技术术来来保保证证，所所用用设设备备与与工工具具通用性强。通用性强。自自由由锻锻主主要要用用于于单单件件、小小批批生生产产，也也是是生生产产大大型型锻锻件件的唯一方法。的唯一方法。1.自由锻设备自由锻设备 自由锻设备常用的有自由锻设备常用的有锻锤和压力机。锻锤和压力机。1）空空气气锤锤：它它由由电电动动机机直直接接驱驱动动，打打击击速速度度快快，锤锤击击能能量小，适用于小型锻件；其结构与原理量小，适用于小型锻件；其结构与原理如图如图3-203-20所示。所示。2
28、 2）蒸蒸汽汽空空气气锤锤：利利用用蒸蒸汽汽或或压压缩缩空空气气作作为为动动力力，构构造造及工作原理及工作原理如图如图3-213-21所示所示，适用于中小型，适用于中小型锻锻件件。3 3）水水压压机机：以以压压力力代代替替锤锤锻锻时时的的冲冲击击力力，适适用用于于锻锻造造大大型型锻锻件件；其其工工作作过过程程包包括括空空程程、工工作作行行程程、回回程程、悬悬空空。其原理和其原理和结结构构如图如图3-223-22所示。所示。1 1）基基本本工工序序：改改变变坯坯料料的的形形状状和和尺尺寸寸以以达达到到锻锻件件基基本本成成形形的的工工序序，包包括括镦镦粗粗、拔拔长长、冲冲孔孔、弯弯曲曲、切切割割、
29、扭扭转转、错错移等。最常用的是移等。最常用的是镦镦粗、拔粗、拔长长、冲孔。、冲孔。2 2）辅辅助助工工序序：为为了了方方便便基基本本工工序序的的操操作作，而而使使坯坯料料预预先先产产生某些局部生某些局部变变形的工序。如形的工序。如压钳口、压钳口、倒棱倒棱和切和切肩。肩。3 3）精精整整工工序序：修修整整锻锻件件的的最最后后尺尺寸寸和和形形状状，消消除除表表面面的的不不平平和和歪歪扭扭，使使锻锻件件达达到到图图纸纸要要求求的的工工序序。如如修修整整鼓鼓形形、平平整端面、校直弯曲。整端面、校直弯曲。2.自由锻工序自由锻工序 根根据据作作用用与与变变形形要要求求的的不不同同，可可分分为为基基本本工工
30、序序、辅辅助助工序和精整工序。工序和精整工序。3.3.自由锻的特点自由锻的特点优点：优点：1 1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；2 2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法3 3）由由于于自自由由锻锻的的每每次次锻锻击击坯坯料料只只产产生生局局部部变变形形，变变形形金金属属的的流流动动阻阻力力也也小小，故故同同重重量量的的锻锻件件，自自由由锻锻比比模模锻锻所所需需的的设备吨位小。设备吨位小。缺点：缺点：1 1）锻锻件件的的形形状状和和尺尺寸寸靠靠锻锻工工的的操操作作技技术术来来保保
31、证证，故故尺尺寸寸精精度低，加工余量大，金属材料消耗多；度低，加工余量大，金属材料消耗多；2 2）锻锻件件形形状状比比较较简简单单，生生产产率率低低，劳劳动动强强度度大大。故故自自由由锻锻只适用于单件或小批量生产。只适用于单件或小批量生产。3.2.1.2 模锻模锻 模模锻锻是是将将加加热热好好的的坯坯料料放放在在锻锻模模模模膛膛内内，在在锻锻压压力力的的作作用用下下迫迫使使坯坯料料变变形形而而获获得得锻锻件件的的一一种种加加工工方方法法。坯坯料料变变形形时时，金金属属的的流流动动受受到到模模膛膛的的限限制制和和引引导导，从从而而获获得与模膛形状一致的锻件。得与模膛形状一致的锻件。与自由锻相比，
32、模锻的优点是：与自由锻相比，模锻的优点是：1 1）由由于于有有模模膛膛引引导导金金属属的的流流动动，锻锻件件的的形形状状可可以以比比较较复复杂；杂；2 2）锻锻件件内内部部的的锻锻造造流流线线比比较较完完整整，从从而而提提高高了了零零件件的的力力学性能和使用寿命。学性能和使用寿命。3 3）锻锻件件表表面面光光洁洁，尺尺寸寸精精度度高高，节节约约材材料料和和切切削削加加工工工工时；时；4 4）生产率较高；）生产率较高；5 5）操作简单，易于实现机械化；）操作简单，易于实现机械化；6 6）生产批量越大成本越低。）生产批量越大成本越低。模模锻锻的缺点：的缺点：1 1）模模锻锻是是整整体体成成形形，摩
33、摩擦擦阻阻力力大大，故故模模锻锻所所需需设设备备吨吨位位大大，设备费设备费用高；用高；2 2）锻锻模模加加工工工工艺艺复复杂杂，制制造造周周期期长长，费费用用高高。故故只只适适用用于于中中小小型型锻锻件件的的成成批批或或大大批批生生产产。如如图图3-233-23所所示示为为典典型型模模锻锻件。件。模模锻锻广广泛泛应应用用于于国国防防工工业业和和机机械械制制造造业业，按按质质量量计计算算模模锻锻件件在在飞飞机机上上占占85%，坦坦克克占占70%，汽汽车车占占80%，机机车占车占60%。按按使使用用设设备备不不同同，模模锻锻可可分分为为：锤锤上上模模锻锻、胎胎模模锻锻、曲曲柄压力机上模锻、摩擦压力
34、机上模锻、平锻机上模锻等。柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻等。1.锤上模锻锤上模锻 锤锤上上模模锻锻即即在在模模锻锻锤锤上上的的模模锻锻。模模锻锻锤锤的的构构造造如如图图3-24a3-24a所所示示，锻锻模模结结构构如如图图3-24b3-24b所所示示，由由带带有有燕燕尾尾的的上上模模和和下下模模组成。其组成。其运动过程如动画运动过程如动画所示。所示。模膛根据其功能不同可分为模膛根据其功能不同可分为制坯模膛制坯模膛和和模锻模膛模锻模膛两大类：两大类：（1 1）制制坯坯模模膛膛。用用于于将将形形状状复复杂杂的的模模锻锻件件初初步步锻锻成成近近似似锻锻件的模膛。又可分为：件的模膛。又
35、可分为：1 1）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，增增加加该该部部分分长长度度，如图如图3-25a3-25a所示。所示。2 2）滚压模膛）滚压模膛。翻转操作使零件成形的模膛。翻转操作使零件成形的模膛。如图如图3-25b3-25b所示。所示。3）弯曲模膛）弯曲模膛。使坯料弯曲的模膛，。使坯料弯曲的模膛，如图如图3-25-c所示。所示。4）切断模膛）切断模膛。如图如图3-25d所示。所示。（2）模锻模膛）模锻模膛1）预预锻锻模模膛膛。为为改改善善金金属属流流动动条条件件，使使锻锻件件最最终终成成形形前前获得接近终锻形状的模膛。获得接近终锻形状的模膛。2）终终锻锻模模膛
36、膛。模模锻锻时时最最后后成成形形用用模模膛膛，需需有有飞飞边边槽槽。带带冲孔连皮和飞边的锻件冲孔连皮和飞边的锻件如图如图3-26所示。所示。根根据据模模锻锻件件的的复复杂杂程程度度，可可将将锻锻模模设设计计为为单单膛膛锻锻模模和和多多膛膛锻锻模模，简简单单锻锻件件如如齿齿轮轮坯坯可可仅仅设设计计为为单单膛膛锻锻模模；对对弯弯曲连杆可设计为多膛锻模，曲连杆可设计为多膛锻模，如图如图3-27所示。所示。2.胎模锻胎模锻 胎胎模模锻锻是是在在自自由由锻锻设设备备上上使使用用简简单单的的非非固固定定模模具具（胎胎模模）生生产产模模锻锻件件的的一一种种工工艺艺方方法法。其其特特点点是是，与与自自由由锻锻
37、相相比比，生生产产率率和和锻锻件件精精度度较较高高，粗粗糙糙度度低低，节节约约金金属属材材料料。与与模模锻锻相相比比，节节约约了了设设备备投投资资，简简化化了了模模具具制制造造。但但生生产产率率和和锻锻件件质质量量比比模模锻锻低低，劳劳动动强强度度大大，安安全全性性差差，模模具具寿寿命命低低。胎胎模模锻锻适适用用于于小小型型锻锻件件的的中中小小批批量量生产。生产。胎模结构可分为以下几类，胎模结构可分为以下几类，如图如图3-28所示。所示。1）摔模，用于锻造回转体锻件；）摔模，用于锻造回转体锻件；2）扣模，用于平整侧面；）扣模，用于平整侧面；3）套筒模，用于镦粗锻件；）套筒模，用于镦粗锻件；4）
38、合模，用于锻造比较复杂的锻件。）合模，用于锻造比较复杂的锻件。3.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3-29所所示示，吨吨位位一一般为般为2001200kN；与锤上模锻比，具有下述特点：；与锤上模锻比，具有下述特点：优点：优点：1 1）锻锻造造力力是是压压力力，坯坯料料的的变变形形速速度度较较低低，可可锻锻造造较较低低塑塑性合金；性合金；2 2）锻锻造造时时滑滑块块的的行行程程不不变变，每每个个变变形形工工步步在在一一次次行行程程中中即可完成，便于实现机械化和自动化，具有很高生产率；即可完成，便于实现机械化和自动化，具有很高生产率；3
39、 3）滑滑块块运运动动精精度度高高，并并有有锻锻件件顶顶出出装装置置，使使模模锻锻斜斜度度、加工余量、锻造公差减小，锻件精度比锤上模锻高。加工余量、锻造公差减小，锻件精度比锤上模锻高。4 4）振动和噪声较小，劳动条件改善。）振动和噪声较小，劳动条件改善。缺点：缺点：1 1）设备费用高，模具结构复杂；）设备费用高，模具结构复杂；2 2）滑滑块块行行程程和和压压力力不不能能在在锻锻造造过过程程中中调调整整，因因此此不不能能进进行行拔长、滚压等制坯。拔长、滚压等制坯。4.摩擦摩擦压压力机上模力机上模锻锻 摩摩擦擦压压力力机机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
40、形形能能进进行行锻锻造造的的，属属锻锻锤锤类类锻锻压压设设备备。其其结结构构与与传传动动原原理理如图如图3-303-30所示。所示。摩擦压力机上模锻的特点如下：摩擦压力机上模锻的特点如下：1）滑块运动速度低，可锻造低塑性合金钢和有色金属；）滑块运动速度低，可锻造低塑性合金钢和有色金属；2）承受偏心载荷能力差，仅适合单膛模锻；）承受偏心载荷能力差，仅适合单膛模锻；3）打打击击速速度度低低，可可采采用用组组合合模模具具，降降低低生生产产成成本本，缩缩短短生生产周期；产周期；4）滑块行程不固定，故工艺性广泛。）滑块行程不固定，故工艺性广泛。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
41、式的的曲曲柄柄压压力力机机，它它沿沿水水平平方方向向对对坯坯料料施加锻造压力。其结构和原理施加锻造压力。其结构和原理如图如图3-313-31所示。其所示。其特点是特点是：1 1）坯坯料料都都是是棒棒料料或或管管材材，并并且且只只进进行行局局部部（一一端端）加加热热和和局局部部变变形形加加工工，因因此此可可锻锻造造立立式式锻锻压压设设备备上上不不能能锻锻造造的的某某些些长长杆杆类锻类锻件。件。平锻机上锻件平锻机上锻件如图如图3-323-32所示。所示。2 2）锻锻模模有有两两个个分分模模面面，锻锻件件出出模模方方便便，可可以以锻锻出出在在其其它它设设备备上上难难以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的
42、以完成的在不同方向上有凸台或凹槽的锻锻件。件。3 3）需配）需配备对备对棒料局部加棒料局部加热热的的专专用加用加热热炉。炉。4 4）是是高高效效率率、高高质质量量、容容易易实实现现机机械械化化的的锻锻造造方方法法，但但设设备结备结构复构复杂杂，价格，价格贵贵，适用于大批量生，适用于大批量生产产。6.精密模锻精密模锻 精精密密模模锻锻是是在在普普通通锻锻压压设设备备上上，装装置置具具有有模模腔腔形形状状复复杂杂（近近于于产产品品零零件件形形状状）、尺尺寸寸精精度度高高的的锻锻模模，直直接接锻锻造造出出所所要要求求的的产产品品零零件件，如如图图3-333-33所所示示的的差差速速器器行行星星锥锥齿
43、齿轮轮。精密模锻与一般模型锻造相比，其特点是：精密模锻与一般模型锻造相比，其特点是：1 1）锻件公差小，表面质量高；）锻件公差小，表面质量高；2 2）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。3 3）其其缺缺点点是是模模具具制制造造复复杂杂，对对坯坯料料尺尺寸寸和和加加热热质质量量要要求求较较高，仅适于大批量生产。高，仅适于大批量生产。工艺要点：工艺要点：1 1）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；2 2）选好坯料和加热方法。）选好坯料和加热方法。3.2.2 板料冲压板料冲压 板料冲压
44、是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，板料冲压是利用装在冲床上的冲模对金属板料加压，使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。使之产生变形或分离，从而获得零件或毛坯的加工方法。板料冲压又称薄板冲压或冷冲压。板料冲压又称薄板冲压或冷冲压。板料冲压的特点：板料冲压的特点：1）在在常常温温下下加加工工，金金属属板板料料必必须须具具有有足足够够的的塑塑性性和和较较低低的变形抗力。的变形抗力。2）金金属属板板料料经经冷冷变变形形强强化化，获获得得一一定定的的几几何何形形状状后后，结结构轻巧，强度和刚度较高。构轻巧，强度和刚度较高。3）冲冲压压件件尺尺寸寸精精度度高高，质质量量稳稳定定，互互换换性
45、性好好，一一般般不不需需机械加工即可作零件使用。机械加工即可作零件使用。4）冲冲压压生生产产操操作作简简单单，生生产产率率高高，便便于于实实现现机机械械化化和和自自动化。动化。5）可以冲压形状复杂的零件，废料少。）可以冲压形状复杂的零件，废料少。6）冲冲压压模模具具结结构构复复杂杂，精精度度要要求求高高，制制造造费费用用高高，只只适适用于大批量生产。用于大批量生产。冲冲压压工工艺艺广广泛泛应应用用于于汽汽车车、飞飞机机、农农业业机机械械、仪仪表表电电器、轻工和日用品等工业部门。器、轻工和日用品等工业部门。3.2.2.1 3.2.2.1 板料冲压的基本工序板料冲压的基本工序 板板料料冲冲压压的的
46、基基本本工工序序按按变变形形性性质质可可分分为为分分离离工工序序和和变变形工序两大类。形工序两大类。1.分离工序分离工序 使坯料的一部分与另一部分分离的工序。主要有：使坯料的一部分与另一部分分离的工序。主要有：（1 1）冲冲孔孔和和落落料料（冲冲裁裁 ）两两个个工工序序的的变变形形过过程程和和模模具具结结构构是是一一样样的的，冲冲孔孔是是在在板板料料上上冲冲出出孔孔洞洞，而而落落料料是是得得到到与孔洞同样形状的板料。与孔洞同样形状的板料。如图如图3-343-34所示。所示。1 1）冲冲裁裁过过程程分分析析。板板料料冲冲裁裁时时有有变变形形和和分分离离两两个个过过程程；如如图图3-353-35所
47、所示示，当当凸凸模模向向下下运运动动压压住住板板料料时时，板板料料受受到到挤挤压压，产产生生弹弹性性变变形形并并进进而而产产生生塑塑性性变变形形。当当上上下下刃刃口口附附近近材材料料内内的的应应力力超超过过一一定定限限度度后后，即即开开始始出出现现裂裂纹纹，裂裂纹纹扩扩展展，板料切离。板料切离。冲冲裁裁区区可可分分为为塌塌角角、光光亮亮带带、剪剪裂裂带带和和毛毛刺刺四四部部分分。光光亮亮带带具具有有最最好好的的尺尺寸寸精精度度和和光光洁洁的的表表面面。其其它它三三个个区区域域降降低低冲冲裁裁件件质质量量。这这与与凹凹凸凸模模间间隙隙、刃刃口口锋锋利利程程度度、模模具具结结构构、材料的性材料的性
48、质质，板料厚度，板料厚度等等有关。有关。3 3）凹凹凸凸模模刃刃口口尺尺寸寸的的确确定定。冲冲裁裁后后，冲冲下下件件的的尺尺寸寸和和余余料料的的相相应应尺尺寸寸是是不不同同的的，二二者者相相差差数数值值为为模模具具间间隙隙的的两两倍倍。故故在在设设计计冲冲孔孔模模具具时时，应应使使凸凸模模刃刃口口尺尺寸寸等等于于孔孔的的尺尺寸寸，凹凹模模刃刃口口尺尺寸寸为为孔孔的的尺尺寸寸加加两两倍倍间间隙隙值值；落落料料模模具具时时，凹凹模模刃刃口口尺尺寸寸为为成成品品尺尺寸寸，凸凸模模刃刃口口尺尺寸寸为为成成品品尺尺寸寸减减去去相相应间应间隙隙值值。模具。模具间间隙一般隙一般为为板料厚度的板料厚度的5%5
49、%10%10%。2 2）凸凸凹凹模模间间隙隙。间间隙隙对对冲冲裁裁件件质质量量、冲冲裁裁力力大大小小和和模模具具寿寿命命影影响响很很大大。间间隙隙合合适适，上上下下裂裂纹纹重重合合，断断口口表表面面平平整整，毛毛刺刺小小，冲冲裁裁力力小小。间间隙隙太太小小，上上下下裂裂纹纹不不重重合合，断断口口中中部部出出现现撕撕裂裂，毛毛刺刺也也会会增增大大，还还会会加加速速模模具具模模损损，冲冲裁裁质质量量很很快快恶恶化化；间间隙隙太太大大，材材料料的的拉拉伸伸变变形形增增大大，塌塌角角、毛毛刺、剪裂带均增大，冲裁质量恶化。刺、剪裂带均增大，冲裁质量恶化。4 4）冲冲裁裁力力计计算算。冲冲裁裁力力是是选选
50、用用冲冲床床吨吨位位和和检检验验模模具具强强度度的主要依据，平刃冲模的冲裁力可用下式计算：的主要依据，平刃冲模的冲裁力可用下式计算：冲裁力，单位为冲裁力，单位为kN；冲裁件周边长度，单位为冲裁件周边长度，单位为mm；板料剪切强度，单位为板料剪切强度，单位为MPa；板料厚度，单位为板料厚度，单位为mm；系系数数，与与模模具具间间隙隙、刃刃口口、材材料料力力学学性性能能、厚度等有关，常取厚度等有关，常取1.3。式中式中5 5）冲冲裁裁件件的的排排样样。排排样样指指落落料料件件在在条条料料、带带料料或或板板料料上上进进行行合合理理布布置置的的方方法法。如如图图3-363-36为为四四种种不不同同排排