3第三講：塑性成形(4學(xué)時(shí))

1、第三講第三講 金屬的塑性成形工藝金屬的塑性成形工藝 3.13.1 塑性成形理論基礎(chǔ)塑性成形理論基礎(chǔ)3.2 3.2 塑性成形工藝方法塑性成形工藝方法3.3 3.3 塑性成形工藝設(shè)計(jì)塑性成形工藝設(shè)計(jì)3.4 3.4 塑性加工方法的結(jié)構(gòu)工藝性塑性加工方法的結(jié)構(gòu)工藝性 3.5 3.5 塑性成形新發(fā)展塑性成形新發(fā)展塑性成形塑性成形：指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得所需形狀、尺寸及力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法，也所需形狀、尺寸及力學(xué)性能的毛坯或零件的加工方法，也稱為稱為壓力加工壓力加工。具有較好塑性的材料如鋼和有色金屬及其。具有較好塑性的材料如鋼和有色金屬及

2、其合金均可在冷態(tài)或熱態(tài)下進(jìn)行塑性成形加工。合金均可在冷態(tài)或熱態(tài)下進(jìn)行塑性成形加工。 塑性成形加工的優(yōu)點(diǎn)：塑性成形加工的優(yōu)點(diǎn)：改善金屬的組織，提高金屬的力學(xué)性能；改善金屬的組織，提高金屬的力學(xué)性能；節(jié)約金屬材料和切削加工工時(shí)，提高金屬材料的利用率和節(jié)約金屬材料和切削加工工時(shí)，提高金屬材料的利用率和經(jīng)濟(jì)效益；經(jīng)濟(jì)效益；具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。 適應(yīng)性廣。適應(yīng)性廣。 第三講第三講 金屬的塑性成形工藝金屬的塑性成形工藝 塑性成形加工的缺點(diǎn)：塑性成形加工的缺點(diǎn)：鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，內(nèi)腔復(fù)雜零件難以鍛造；鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求較高，內(nèi)腔復(fù)雜零件難以鍛造；鍛造毛坯的尺寸精度不高，一般

3、需切削加工；鍛造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工；需重型機(jī)器設(shè)備和較復(fù)雜模具，設(shè)備費(fèi)用與周期長；需重型機(jī)器設(shè)備和較復(fù)雜模具，設(shè)備費(fèi)用與周期長； 生產(chǎn)現(xiàn)場勞動(dòng)條件較差。生產(chǎn)現(xiàn)場勞動(dòng)條件較差。 常用塑性成形加工方法有常用塑性成形加工方法有：1 1）自由鍛造）自由鍛造；2 2）模型鍛造）模型鍛造；3 3）擠壓）擠壓；4 4）拉拔）拉拔；5 5）軋鍛）軋鍛；6 6）板料沖壓。）板料沖壓。如圖如圖3-13-1所所示。示。塑性成形主要用于塑性成形主要用于主軸、曲軸、連桿、齒輪、葉輪、炮主軸、曲軸、連桿、齒輪、葉輪、炮筒、槍管、吊鉤、飛機(jī)和汽車零件等力學(xué)性能要求高的筒、槍管、吊鉤、飛機(jī)和汽車零件等力學(xué)性能

4、要求高的重要零部件。重要零部件。第三講第三講 金屬的塑性成形工藝金屬的塑性成形工藝 圖圖3-1 各種塑性成形方法各種塑性成形方法第第1 1節(jié)節(jié) 塑性成形理論基礎(chǔ)塑性成形理論基礎(chǔ)3.1.1 塑性成形的實(shí)質(zhì)塑性成形的實(shí)質(zhì) 3.1.2 冷變形強(qiáng)化與再結(jié)晶冷變形強(qiáng)化與再結(jié)晶3.1.3 鍛造比與鍛造流線鍛造比與鍛造流線3.1.4 塑性成形基本規(guī)律塑性成形基本規(guī)律3.1.5 金屬的鍛造性能金屬的鍛造性能3.1.1 塑性成形的實(shí)質(zhì)塑性成形的實(shí)質(zhì) 具有一定塑性的金屬坯料在外力作用下，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)具有一定塑性的金屬坯料在外力作用下，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力達(dá)到一定的條件，就會發(fā)生塑性變形；由于金屬材料都是晶到一定的條件，就會發(fā)生

5、塑性變形；由于金屬材料都是晶體，故要說明塑性變形的實(shí)質(zhì)，必須從其晶體結(jié)構(gòu)來說明體，故要說明塑性變形的實(shí)質(zhì)，必須從其晶體結(jié)構(gòu)來說明。1. 單晶體的塑性變形單晶體的塑性變形 單晶體的塑性變形有兩種方式：單晶體的塑性變形有兩種方式：滑移變形滑移變形和和雙晶變形雙晶變形。 1）滑移變形）滑移變形：晶體內(nèi)的一部分相對另一部分，沿原子排列晶體內(nèi)的一部分相對另一部分，沿原子排列緊密的晶面作相對滑動(dòng)。其變形過程緊密的晶面作相對滑動(dòng)。其變形過程如圖如圖3-2 所示所示。a) 未變形前未變形前 b) 彈性變形彈性變形 c) 彈彈 、塑性變形、塑性變形 d) 塑性變形后塑性變形后 實(shí)際上，晶面的滑移是通過位錯(cuò)的不斷

6、運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上，晶面的滑移是通過位錯(cuò)的不斷運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。如圖如圖3-33-3所示。所示。 當(dāng)很多晶面同時(shí)滑移積累起來就形成滑移帶，如圖當(dāng)很多晶面同時(shí)滑移積累起來就形成滑移帶，如圖3-43-4所示，形成可見的變形所示，形成可見的變形。2 2）雙晶）雙晶：亦叫孿晶。晶體在外力作用下，晶體內(nèi)一部分原亦叫孿晶。晶體在外力作用下，晶體內(nèi)一部分原子晶格相對于另一部分原子晶格發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖子晶格相對于另一部分原子晶格發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖3-53-5所示。所示。圖圖3-5 晶體的雙晶變形晶體的雙晶變形 多晶體是由大量的大小、形狀、晶格排列位向各不相同的晶粒多晶體是由大量的大小、形狀、晶格排列位向各不相同的晶粒

7、所組成，故它的塑性變形很復(fù)雜，可分為所組成，故它的塑性變形很復(fù)雜，可分為晶內(nèi)變形和晶間變形晶內(nèi)變形和晶間變形。晶粒。晶粒內(nèi)部的塑性變形稱為晶內(nèi)變形；晶粒之間相互移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)稱為晶間變內(nèi)部的塑性變形稱為晶內(nèi)變形；晶粒之間相互移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)稱為晶間變形。如圖形。如圖3-63-6所示。所示。 2. 多晶體的塑性變形多晶體的塑性變形 圖圖3-6 多晶體塑性變形示意圖多晶體塑性變形示意圖a) 變形前變形前 b) 變形后變形后多晶體多晶體的晶內(nèi)變形方式和單晶體一樣，也是滑移和雙晶，但各個(gè)晶粒的晶內(nèi)變形方式和單晶體一樣，也是滑移和雙晶，但各個(gè)晶粒所處的塑性變形條件不同，即晶粒內(nèi)晶格排列的方向性決定了其變形所處的塑

8、性變形條件不同，即晶粒內(nèi)晶格排列的方向性決定了其變形的難易，與外力成的難易，與外力成4545度的滑移面最易變形。因?yàn)槠洚a(chǎn)生的切應(yīng)力最大。度的滑移面最易變形。因?yàn)槠洚a(chǎn)生的切應(yīng)力最大。 同時(shí)在多晶體的晶界處，由于相鄰晶粒間的位向差別，產(chǎn)生晶格的畸變，并有雜同時(shí)在多晶體的晶界處，由于相鄰晶粒間的位向差別，產(chǎn)生晶格的畸變，并有雜質(zhì)的存在，以及晶粒間犬牙交錯(cuò)狀態(tài)，對多晶體的變形造成很大障礙。質(zhì)的存在，以及晶粒間犬牙交錯(cuò)狀態(tài)，對多晶體的變形造成很大障礙。低溫時(shí)低溫時(shí)，晶界強(qiáng)度高于晶粒內(nèi)部強(qiáng)度，變形抗力大不易變形；晶界強(qiáng)度高于晶粒內(nèi)部強(qiáng)度，變形抗力大不易變形；高溫時(shí)高溫時(shí)，晶界強(qiáng)度降低，晶，晶界強(qiáng)度降低，晶

9、粒易于相互移動(dòng)。粒易于相互移動(dòng)。1. 冷變形強(qiáng)化（加工硬化）冷變形強(qiáng)化（加工硬化） 指金屬在低溫下進(jìn)行塑性變形時(shí)，金屬的強(qiáng)度和硬度升高，塑性指金屬在低溫下進(jìn)行塑性變形時(shí)，金屬的強(qiáng)度和硬度升高，塑性和韌性下降的現(xiàn)象，變形程度越大，冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象越嚴(yán)重。和韌性下降的現(xiàn)象，變形程度越大，冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象越嚴(yán)重。3.1.2 冷變形強(qiáng)化與再結(jié)晶冷變形強(qiáng)化與再結(jié)晶 金屬塑性變形時(shí)，在不同的溫度下，對金屬組織和性能產(chǎn)生不金屬塑性變形時(shí)，在不同的溫度下，對金屬組織和性能產(chǎn)生不同的影響。主要討論加工硬化、回復(fù)和再結(jié)晶。同的影響。主要討論加工硬化、回復(fù)和再結(jié)晶。 圖圖3-8 常溫下塑性變形對低碳鋼力學(xué)性能的影響常溫

10、下塑性變形對低碳鋼力學(xué)性能的影響 冷變形強(qiáng)化的原因是冷變形強(qiáng)化的原因是：在塑性變形過程中，在滑移面上：在塑性變形過程中，在滑移面上產(chǎn)生了許多晶格方向混亂的微小碎晶，滑移面附近的晶格也產(chǎn)生了許多晶格方向混亂的微小碎晶，滑移面附近的晶格也產(chǎn)生了畸變，增加了繼續(xù)產(chǎn)生了畸變，增加了繼續(xù)滑移的阻力滑移的阻力，使繼續(xù)變形困難。，使繼續(xù)變形困難。 對某些不能通過熱處理來強(qiáng)化的金屬，可用低溫變形對某些不能通過熱處理來強(qiáng)化的金屬，可用低溫變形來提高金屬強(qiáng)度指標(biāo)，如用冷軋、冷拔和冷擠來提高低碳來提高金屬強(qiáng)度指標(biāo)，如用冷軋、冷拔和冷擠來提高低碳鋼、純銅、防銹鋁等所制型材和鍛壓件的強(qiáng)度和硬度。鋼、純銅、防銹鋁等所制型

11、材和鍛壓件的強(qiáng)度和硬度。 但在塑性加工中，冷變形強(qiáng)化使塑性變形困難，故采但在塑性加工中，冷變形強(qiáng)化使塑性變形困難，故采用用加熱的方法使金屬再結(jié)晶加熱的方法使金屬再結(jié)晶，而獲得好的塑性。，而獲得好的塑性。 回復(fù)溫度較低，對于純金屬，可用下式計(jì)算：回復(fù)溫度較低，對于純金屬，可用下式計(jì)算：熔回TT3 . 02 . 0式中式中 -金屬的絕對回復(fù)溫度；金屬的絕對回復(fù)溫度； -金屬的絕對熔化溫度；金屬的絕對熔化溫度； 回T熔T2.2.回復(fù)回復(fù) 指當(dāng)溫度升高時(shí)，金屬原子獲得熱能，使冷變形時(shí)處指當(dāng)溫度升高時(shí)，金屬原子獲得熱能，使冷變形時(shí)處于高位能的原子回復(fù)到正常排列，消除由于變形而產(chǎn)生的于高位能的原子回復(fù)到正

12、常排列，消除由于變形而產(chǎn)生的晶格扭曲的過程，可使內(nèi)應(yīng)力減少。晶格扭曲的過程，可使內(nèi)應(yīng)力減少。 3. 再結(jié)晶再結(jié)晶 指當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，金屬原子獲得更高的熱指當(dāng)溫度升高到一定程度時(shí)，金屬原子獲得更高的熱能，通過金屬原子的擴(kuò)散，使冷變形強(qiáng)化的結(jié)晶構(gòu)造進(jìn)行能，通過金屬原子的擴(kuò)散，使冷變形強(qiáng)化的結(jié)晶構(gòu)造進(jìn)行改變，成長出許多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原變形改變，成長出許多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原變形晶粒的過程即為再結(jié)晶。晶粒的過程即為再結(jié)晶。 再結(jié)晶過程：再結(jié)晶過程：先在變形金屬中出現(xiàn)再結(jié)晶核心（小先在變形金屬中出現(xiàn)再結(jié)晶核心（小晶塊，或破碎物），結(jié)晶核心周圍的畸變晶格中的原子晶塊，或破碎

13、物），結(jié)晶核心周圍的畸變晶格中的原子向再結(jié)晶核心聚集，從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡，有向再結(jié)晶核心聚集，從不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡，有秩序地排列起來，而形成新的具有正常晶格結(jié)構(gòu)的晶粒，秩序地排列起來，而形成新的具有正常晶格結(jié)構(gòu)的晶粒，直至新晶粒完全形成，再結(jié)晶結(jié)束。如果繼續(xù)升溫或保直至新晶粒完全形成，再結(jié)晶結(jié)束。如果繼續(xù)升溫或保溫，再結(jié)晶晶粒還會聚合長大，即二次再結(jié)晶。溫，再結(jié)晶晶粒還會聚合長大，即二次再結(jié)晶。 再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶的最低溫度稱為再結(jié)晶溫度再結(jié)晶溫度，一般純金屬的再，一般純金屬的再結(jié)晶溫度為：結(jié)晶溫度為： 熔再TT4 . 0圖圖3-9 金屬的回復(fù)和再結(jié)晶示意圖金屬的回復(fù)和再

14、結(jié)晶示意圖a)a)塑性變形后的組織塑性變形后的組織 b）金屬回復(fù)后的組織）金屬回復(fù)后的組織 c）再結(jié)晶組）再結(jié)晶組 回復(fù)回復(fù)作用不改變晶粒的形狀及晶粒變形時(shí)所構(gòu)作用不改變晶粒的形狀及晶粒變形時(shí)所構(gòu)成的方向性，也不能使晶粒內(nèi)部的破壞現(xiàn)象及晶界成的方向性，也不能使晶粒內(nèi)部的破壞現(xiàn)象及晶界間物質(zhì)的破壞現(xiàn)象得到恢復(fù)，只是逐漸消除晶格的間物質(zhì)的破壞現(xiàn)象得到恢復(fù)，只是逐漸消除晶格的扭曲程度。故扭曲程度。故回復(fù)作用可以降低內(nèi)應(yīng)力，但力學(xué)性回復(fù)作用可以降低內(nèi)應(yīng)力，但力學(xué)性能變化不大能變化不大，強(qiáng)度稍降低，塑性稍提高。，強(qiáng)度稍降低，塑性稍提高。 再結(jié)晶再結(jié)晶使內(nèi)應(yīng)力全部消除，強(qiáng)度降低，塑性增使內(nèi)應(yīng)力全部消除，強(qiáng)

15、度降低，塑性增加。利用金屬再結(jié)晶過程加。利用金屬再結(jié)晶過程消除低溫變形后的冷變形消除低溫變形后的冷變形強(qiáng)化，恢復(fù)金屬的良好塑性強(qiáng)化，恢復(fù)金屬的良好塑性，以利于后繼的冷變形，以利于后繼的冷變形加工。加工。4. 冷變形和熱變形冷變形和熱變形 冷變形：冷變形：指金屬指金屬在其再結(jié)晶溫度以下在其再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行塑性變形。如冷進(jìn)行塑性變形。如冷沖壓、冷彎、冷擠、冷鐓、冷軋和冷拔，能獲得較高的硬沖壓、冷彎、冷擠、冷鐓、冷軋和冷拔，能獲得較高的硬度及表面質(zhì)量。度及表面質(zhì)量。熱變形：熱變形：指金屬指金屬在其再結(jié)晶溫度以上在其再結(jié)晶溫度以上進(jìn)行塑性變形。如鍛進(jìn)行塑性變形。如鍛造、熱擠和軋制等造、熱擠和軋制等，

16、能消除冷變形強(qiáng)化的痕跡，保持較低，能消除冷變形強(qiáng)化的痕跡，保持較低的塑性變形抗力和良好的塑性。的塑性變形抗力和良好的塑性。 3.1.3 鍛造比和鍛造流線（纖維組織）鍛造比和鍛造流線（纖維組織） 1. 鍛造流線的形成鍛造流線的形成 在金屬鑄錠中含有的夾雜物多分布在晶界上，在金屬塑性變形時(shí)，晶在金屬鑄錠中含有的夾雜物多分布在晶界上，在金屬塑性變形時(shí)，晶粒沿變形方向伸長，塑性夾雜物也隨著變形一起被拉長，呈帶狀分布；脆粒沿變形方向伸長，塑性夾雜物也隨著變形一起被拉長，呈帶狀分布；脆性夾雜物被打碎呈碎粒狀或鏈狀分布；性夾雜物被打碎呈碎粒狀或鏈狀分布；通過再結(jié)晶過程，晶粒細(xì)化，而夾通過再結(jié)晶過程，晶粒細(xì)化

17、，而夾雜物卻依然呈條狀和鏈狀被保留下來，形成鍛造流線雜物卻依然呈條狀和鏈狀被保留下來，形成鍛造流線。鍛造流線使金屬的。鍛造流線使金屬的力學(xué)性能呈現(xiàn)力學(xué)性能呈現(xiàn)各向異性各向異性，平行于纖維方向，平行于纖維方向塑性和韌性塑性和韌性增加，垂直于纖維方增加，垂直于纖維方向則下降。向則下降。 圖圖3-11 熱軋對晶粒組織的影響熱軋對晶粒組織的影響2、鍛造比鍛造比 它是鍛造生產(chǎn)中代表金屬變形大小的一個(gè)參數(shù)，一它是鍛造生產(chǎn)中代表金屬變形大小的一個(gè)參數(shù)，一般用鍛造過程中的典型工序的變形程度來表示：般用鍛造過程中的典型工序的變形程度來表示：如如鐓粗工序，鍛造比為：鐓粗工序，鍛造比為： HHAAy00鐓拔長鍛造比

18、：拔長鍛造比： 00LLAAy拔A0, H0, L0分別為原始橫截面積，高度，長度；分別為原始橫截面積，高度，長度；A, H, L分別為變形后橫截面積，高度，長度；分別為變形后橫截面積，高度，長度；A0H0AH3. 鍛造比對金屬的組織和性能的影響鍛造比對金屬的組織和性能的影響 一般情況下，增加鍛造比，可使金屬一般情況下，增加鍛造比，可使金屬組織細(xì)密化，提高鍛件的力學(xué)性能組織細(xì)密化，提高鍛件的力學(xué)性能。但當(dāng)鍛造比過大，金屬組織的緊密程度和晶粒細(xì)化程度已到極限，故但當(dāng)鍛造比過大，金屬組織的緊密程度和晶粒細(xì)化程度已到極限，故力學(xué)性能力學(xué)性能不再升高，而增加各向異性不再升高，而增加各向異性。鍛造比越大

19、，鍛造流線越明顯，其力學(xué)性能的方。鍛造比越大，鍛造流線越明顯，其力學(xué)性能的方向性越明顯。所示為碳素結(jié)構(gòu)鋼錠采用不同鍛造比進(jìn)行拔長后的力學(xué)性能變化向性越明顯。所示為碳素結(jié)構(gòu)鋼錠采用不同鍛造比進(jìn)行拔長后的力學(xué)性能變化曲線。當(dāng)鍛造比增加時(shí)，鋼的強(qiáng)度在橫向和縱向差別不大，而塑性和韌性縱向曲線。當(dāng)鍛造比增加時(shí)，鋼的強(qiáng)度在橫向和縱向差別不大，而塑性和韌性縱向明顯好于橫向。明顯好于橫向。圖圖3-12 鍛造比對力學(xué)性能的影響鍛造比對力學(xué)性能的影響 鍛造流線的穩(wěn)定性很高，而且用熱處理不能消除。故在設(shè)計(jì)和鍛造流線的穩(wěn)定性很高，而且用熱處理不能消除。故在設(shè)計(jì)和制造易受沖擊載荷的零件時(shí)，必須考慮鍛造流線的方向，使最大

20、正制造易受沖擊載荷的零件時(shí)，必須考慮鍛造流線的方向，使最大正應(yīng)力與流線方向一致，切應(yīng)力或沖擊應(yīng)力與流線方向垂直；使鍛造應(yīng)力與流線方向一致，切應(yīng)力或沖擊應(yīng)力與流線方向垂直；使鍛造流線的分布與零件的外形輪廓相符合，而不被切斷。如圖流線的分布與零件的外形輪廓相符合，而不被切斷。如圖3-133-13所示所示的拖鉤，如圖的拖鉤，如圖3-143-14所示的齒輪。所示的齒輪。圖圖3-13 拖鉤的纖維流線拖鉤的纖維流線圖圖3-14 不同成形工藝齒輪的流線分布不同成形工藝齒輪的流線分布a) 棒料經(jīng)切削成形棒料經(jīng)切削成形 b) 扁鋼經(jīng)切削成形扁鋼經(jīng)切削成形c) 棒料鐓粗后切削成形棒料鐓粗后切削成形 d)熱軋成形熱

21、軋成形 3.1.4 塑性成形基本規(guī)律塑性成形基本規(guī)律 塑性成形規(guī)律塑性成形規(guī)律：就是塑性成形時(shí)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)的規(guī)律，即在給定條：就是塑性成形時(shí)金屬質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)的規(guī)律，即在給定條件下，變形體內(nèi)將出現(xiàn)什么樣的位移速度場和位移場，以確定物體形狀、件下，變形體內(nèi)將出現(xiàn)什么樣的位移速度場和位移場，以確定物體形狀、尺寸的變化及應(yīng)變場。從而為選擇變形工步和設(shè)計(jì)成形模具奠定基礎(chǔ)。尺寸的變化及應(yīng)變場。從而為選擇變形工步和設(shè)計(jì)成形模具奠定基礎(chǔ)。1. 1. 體積不變定律體積不變定律 金屬塑性變形前后體積不變，實(shí)際中略有縮??；可計(jì)算各工序尺寸。金屬塑性變形前后體積不變，實(shí)際中略有縮??；可計(jì)算各工序尺寸。2. 2. 最小阻力

22、定律最小阻力定律 塑性變形時(shí)金屬質(zhì)點(diǎn)首先向阻力最小方向移動(dòng)。一般金屬某質(zhì)點(diǎn)移塑性變形時(shí)金屬質(zhì)點(diǎn)首先向阻力最小方向移動(dòng)。一般金屬某質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)時(shí)阻力最小方向是通過該質(zhì)點(diǎn)向金屬變形部分的周邊所作的法線方向。動(dòng)時(shí)阻力最小方向是通過該質(zhì)點(diǎn)向金屬變形部分的周邊所作的法線方向。圖圖3-15 不同截面的金屬流動(dòng)情況不同截面的金屬流動(dòng)情況圖圖3-16 金屬鐓粗變形金屬鐓粗變形3.1.5 金屬的鍛造性能金屬的鍛造性能 金屬的鍛造性能金屬的鍛造性能是用來衡量金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難是用來衡量金屬材料利用鍛壓加工方法成形的難易程度，是金屬的工藝性能指標(biāo)之一。常用金屬的易程度，是金屬的工藝性能指標(biāo)之一。常用金屬的

23、塑性塑性和和變形抗力變形抗力兩個(gè)因素來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則鍛造性能越好。兩個(gè)因素來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則鍛造性能越好。影響金屬鍛造性能的因素有：金屬的本質(zhì)和金屬的變形條件。影響金屬鍛造性能的因素有：金屬的本質(zhì)和金屬的變形條件。 1.1.金屬本質(zhì)的影響金屬本質(zhì)的影響金屬的化學(xué)成分：金屬的化學(xué)成分：化學(xué)成分不同，塑性不同，鍛造性能不同?；瘜W(xué)成分不同，塑性不同，鍛造性能不同。金屬的組織狀態(tài)：金屬的組織狀態(tài)：組織結(jié)構(gòu)不同，鍛造性能不同；單一固溶體組織結(jié)構(gòu)不同，鍛造性能不同；單一固溶體 組成的合金，塑性好，鍛造性能好；鑄態(tài)柱狀組織和粗晶結(jié)構(gòu)不如組成的合金，塑性好，鍛造性能好

24、；鑄態(tài)柱狀組織和粗晶結(jié)構(gòu)不如細(xì)小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)；金屬內(nèi)部有缺陷也不一樣。細(xì)小均勻的晶粒結(jié)構(gòu)；金屬內(nèi)部有缺陷也不一樣。 1 1）變形溫度）變形溫度：溫度升高，塑性上升，降低變形抗力，易于鍛造；但溫度過高：溫度升高，塑性上升，降低變形抗力，易于鍛造；但溫度過高也會產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷，如氧化，脫碳、過熱和過燒等。故要嚴(yán)格控制鍛造溫也會產(chǎn)生相應(yīng)的缺陷，如氧化，脫碳、過熱和過燒等。故要嚴(yán)格控制鍛造溫度范圍。度范圍。鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍指指始鍛溫度始鍛溫度與與終鍛溫度終鍛溫度間的溫度范圍，以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。間的溫度范圍，以合金狀態(tài)圖為依據(jù)。對始鍛溫度，原則是在不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下，盡量提高始鍛溫度。

25、對始鍛溫度，原則是在不出現(xiàn)過熱和過燒的前提下，盡量提高始鍛溫度。碳鋼的始鍛溫度為碳鋼的始鍛溫度為AEAE線下線下2002000 0C C。終鍛溫度即停止鍛造的溫度，對于鍛件質(zhì)量有很大影。終鍛溫度即停止鍛造的溫度，對于鍛件質(zhì)量有很大影響，終鍛溫度太高，停鍛后晶粒會重新長大，降低鍛件力學(xué)性能；太低，再結(jié)晶困難，響，終鍛溫度太高，停鍛后晶粒會重新長大，降低鍛件力學(xué)性能；太低，再結(jié)晶困難，冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力太大，甚至產(chǎn)生鍛造裂紋，也易損壞設(shè)備和工具。冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力太大，甚至產(chǎn)生鍛造裂紋，也易損壞設(shè)備和工具。2.2.金屬的變形條件金屬的變形條件圖圖3-17a 碳鋼在加熱時(shí)奧氏體的

26、碳鋼在加熱時(shí)奧氏體的形成及晶粒長大示意圖形成及晶粒長大示意圖圖圖3-17b 碳鋼的鍛造溫度范圍碳鋼的鍛造溫度范圍2 2）變形速度：）變形速度：指金屬在鍛壓加工過程中單位時(shí)間內(nèi)的指金屬在鍛壓加工過程中單位時(shí)間內(nèi)的相對相對變形量變形量。變形速度的影響較復(fù)雜：一方面變形速度增大，。變形速度的影響較復(fù)雜：一方面變形速度增大，冷冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力增大變形強(qiáng)化現(xiàn)象嚴(yán)重，變形抗力增大，鍛造性能變壞；另一方，鍛造性能變壞；另一方面變形速度很大時(shí)產(chǎn)生的熱能使面變形速度很大時(shí)產(chǎn)生的熱能使金屬溫度升高，提高塑性，金屬溫度升高，提高塑性，降低變形抗力降低變形抗力，鍛造性能變好。，鍛造性能變好。圖圖3-18

27、變形速度對塑性及變形抗力的影響變形速度對塑性及變形抗力的影響 1變形抗力曲線變形抗力曲線 2塑性變化曲線塑性變化曲線3 3）變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)：）變形時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)：不同壓力加工方法，金屬內(nèi)部的不同壓力加工方法，金屬內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)是不同的。在金屬塑性變形時(shí)，應(yīng)力狀態(tài)是不同的。在金屬塑性變形時(shí)，壓應(yīng)力數(shù)目壓應(yīng)力數(shù)目越越多，其塑性變形越好，因?yàn)閴簯?yīng)力使滑移面緊密結(jié)合，多，其塑性變形越好，因?yàn)閴簯?yīng)力使滑移面緊密結(jié)合，防止產(chǎn)生裂紋；防止產(chǎn)生裂紋；拉應(yīng)力則使塑性變形降低拉應(yīng)力則使塑性變形降低，應(yīng)為它使缺，應(yīng)為它使缺陷擴(kuò)大，使滑移面分離。但陷擴(kuò)大，使滑移面分離。但壓應(yīng)力時(shí)變形抗力增大壓應(yīng)力時(shí)變形抗力增大。故。

28、故必須綜合考慮塑性和變形抗力。必須綜合考慮塑性和變形抗力。 圖圖3-19 不同變形方式時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)不同變形方式時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)a)擠壓擠壓 b)拉拔拉拔 c)自由鍛自由鍛 3個(gè)個(gè)2個(gè)個(gè)23個(gè)個(gè)第第 2節(jié)節(jié) 塑性成形方法塑性成形方法3.2.1 鍛造鍛造3.2.1.1自由鍛自由鍛 自由鍛自由鍛指將金屬坯料放在鍛造設(shè)備的上下抵鐵之間，指將金屬坯料放在鍛造設(shè)備的上下抵鐵之間，施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生自由變形而獲得所需形狀的施加沖擊力或壓力，使之產(chǎn)生自由變形而獲得所需形狀的成形方法。坯料在鍛造過程中，除與上下抵鐵或其它輔助成形方法。坯料在鍛造過程中，除與上下抵鐵或其它輔助工具接觸的部分表面外，都是工具接觸

29、的部分表面外，都是自由表面，變形不受限制自由表面，變形不受限制，鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的技術(shù)來保證，所用設(shè)備與工具鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的技術(shù)來保證，所用設(shè)備與工具通用性強(qiáng)。通用性強(qiáng)。 自由鍛主要用于自由鍛主要用于單件、小批生產(chǎn)，也是生產(chǎn)大型鍛件單件、小批生產(chǎn)，也是生產(chǎn)大型鍛件的唯一方法。的唯一方法。1. 自由鍛設(shè)備自由鍛設(shè)備 自由鍛設(shè)備常用的有自由鍛設(shè)備常用的有鍛錘和壓力機(jī)。鍛錘和壓力機(jī)。1 1）空氣錘）空氣錘：它由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，打擊速度快，錘擊能量小，適用：它由電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，打擊速度快，錘擊能量小，適用于小型鍛件；于小型鍛件；2 2）蒸汽）蒸汽空氣錘空氣錘：利用蒸汽或壓縮空氣作為動(dòng)力，

30、適用于中小型鍛：利用蒸汽或壓縮空氣作為動(dòng)力，適用于中小型鍛件。件。3 3）水壓機(jī)）水壓機(jī)：以壓力代替錘鍛時(shí)的沖擊力，適用于鍛造大型鍛件；其：以壓力代替錘鍛時(shí)的沖擊力，適用于鍛造大型鍛件；其工作過程包括空程、工作行程、回程、懸空。工作過程包括空程、工作行程、回程、懸空。蒸汽蒸汽-空氣錘空氣錘水壓機(jī)主體水壓機(jī)主體1 1）基本工序基本工序：改變坯料的形狀和尺寸以達(dá)到鍛件基本成形：改變坯料的形狀和尺寸以達(dá)到鍛件基本成形的工序的工序，包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移等。最常用的是鐓粗、拔長、沖孔。移等。最常用的是鐓粗、拔長、沖孔。2 2）輔助工序輔助

31、工序：為了方便基本工序的操作，而使坯料預(yù)先產(chǎn)：為了方便基本工序的操作，而使坯料預(yù)先產(chǎn)生某些局部變形的工序。如生某些局部變形的工序。如壓鉗口、壓鉗口、倒棱倒棱和切和切肩。肩。3 3）精整工序精整工序：修整鍛件的最后尺寸和形狀，消除表面的不：修整鍛件的最后尺寸和形狀，消除表面的不平和歪扭，使鍛件達(dá)到圖紙要求的工序。如修整鼓形平和歪扭，使鍛件達(dá)到圖紙要求的工序。如修整鼓形、平平整端面、校直彎曲。整端面、校直彎曲。 2. 自由鍛工序自由鍛工序 根據(jù)作用與變形要求的不同，可分為基本工序、輔助根據(jù)作用與變形要求的不同，可分為基本工序、輔助工序和精整工序。工序和精整工序。 3.3.自由鍛的特點(diǎn)自由鍛的特點(diǎn)優(yōu)

32、點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1）自由鍛使用工具簡單，不需要造價(jià)昂貴的模具；）自由鍛使用工具簡單，不需要造價(jià)昂貴的模具；2 2）可鍛造各種重量的鍛件，對大型鍛件，它是唯一方法；）可鍛造各種重量的鍛件，對大型鍛件，它是唯一方法；3 3）由于自由鍛的每次鍛擊坯料只產(chǎn)生局部變形，變形金屬）由于自由鍛的每次鍛擊坯料只產(chǎn)生局部變形，變形金屬的流動(dòng)阻力也小，故同重量的鍛件，自由鍛比模鍛所需的設(shè)的流動(dòng)阻力也小，故同重量的鍛件，自由鍛比模鍛所需的設(shè)備噸位小。備噸位小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的操作技術(shù)來保證，故尺寸精）鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的操作技術(shù)來保證，故尺寸精度低，加工余量大，金屬材料消耗多；度低，加

33、工余量大，金屬材料消耗多；2 2）鍛件形狀比較簡單，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。故自由鍛）鍛件形狀比較簡單，生產(chǎn)率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大。故自由鍛只適用于單件或小批量生產(chǎn)。只適用于單件或小批量生產(chǎn)。3.2.1.2 模鍛模鍛 模鍛是將加熱好的坯料放在鍛模模膛內(nèi)，在鍛壓力的模鍛是將加熱好的坯料放在鍛模模膛內(nèi)，在鍛壓力的作用下迫使坯料變形而獲得鍛件的一種加工方法。坯料變作用下迫使坯料變形而獲得鍛件的一種加工方法。坯料變形時(shí)，金屬的流動(dòng)受到模膛的限制和引導(dǎo)，從而獲得與模形時(shí)，金屬的流動(dòng)受到模膛的限制和引導(dǎo)，從而獲得與模膛形狀一致的鍛件。膛形狀一致的鍛件。 與自由鍛相比，模鍛的優(yōu)點(diǎn)是：與自由鍛相比，模鍛的優(yōu)點(diǎn)是：1

34、1）由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動(dòng)，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜；）由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動(dòng)，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜；2 2）鍛件內(nèi)部的鍛造流線比較完整，從而提高了零件的力學(xué)性能和使用壽命。）鍛件內(nèi)部的鍛造流線比較完整，從而提高了零件的力學(xué)性能和使用壽命。3 3）鍛件表面光潔，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工工時(shí)；）鍛件表面光潔，尺寸精度高，節(jié)約材料和切削加工工時(shí)；4 4）生產(chǎn)率較高；）生產(chǎn)率較高；5 5）操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；）操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化；6 6）生產(chǎn)批量越大成本越低。）生產(chǎn)批量越大成本越低。 模鍛的缺點(diǎn)：模鍛的缺點(diǎn)：1 1）模鍛是整體成形，摩擦阻力大，故模鍛所需設(shè)備噸位大，設(shè)備費(fèi)用）模

35、鍛是整體成形，摩擦阻力大，故模鍛所需設(shè)備噸位大，設(shè)備費(fèi)用高；高；2 2）鍛模加工工藝復(fù)雜，制造周期長，費(fèi)用高。故只適用于中小型鍛件）鍛模加工工藝復(fù)雜，制造周期長，費(fèi)用高。故只適用于中小型鍛件的成批或大批生產(chǎn)。的成批或大批生產(chǎn)。 模鍛廣泛應(yīng)用于模鍛廣泛應(yīng)用于國防工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)，按質(zhì)量計(jì)算模鍛件在飛國防工業(yè)和機(jī)械制造業(yè)，按質(zhì)量計(jì)算模鍛件在飛機(jī)上占機(jī)上占85%85%，坦克占，坦克占70%70%，汽車占，汽車占80%80%，機(jī)車占，機(jī)車占60%60%。圖圖3-23 典型模鍛件典型模鍛件 按使用設(shè)備不同，模鍛可分為：按使用設(shè)備不同，模鍛可分為：錘上模鍛、胎模鍛、曲錘上模鍛、胎模鍛、曲柄壓力機(jī)上模鍛、摩

36、擦壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛柄壓力機(jī)上模鍛、摩擦壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛等。等。1. 錘上模鍛錘上模鍛 錘上模鍛錘上模鍛即在模鍛錘上的模鍛即在模鍛錘上的模鍛。 模膛根據(jù)其功能不同可分為模膛根據(jù)其功能不同可分為制坯模膛制坯模膛和和模鍛模膛模鍛模膛兩大類：兩大類：（1 1）制坯模膛）制坯模膛。用于將形狀復(fù)雜的模鍛件初步鍛成近似鍛件的模膛。又。用于將形狀復(fù)雜的模鍛件初步鍛成近似鍛件的模膛。又可分為：可分為：1 1）拔長模膛）拔長模膛。減少坯料某部分橫截面積，增加該部分長度。減少坯料某部分橫截面積，增加該部分長度。2 2）滾壓模膛）滾壓模膛。翻轉(zhuǎn)操作使零件成形的模膛。翻轉(zhuǎn)操作使零件成形的模膛。3）彎

37、曲模膛）彎曲模膛。使坯料彎曲的模膛。使坯料彎曲的模膛。4）切斷模膛）切斷模膛。（2）模鍛模膛）模鍛模膛1）預(yù)鍛模膛）預(yù)鍛模膛。為改善金屬流動(dòng)條件，使鍛件最終成形前。為改善金屬流動(dòng)條件，使鍛件最終成形前獲得接近終鍛形狀的模膛。獲得接近終鍛形狀的模膛。2）終鍛模膛）終鍛模膛。模鍛時(shí)最后成形用模膛，。模鍛時(shí)最后成形用模膛，需有飛邊槽。帶沖孔連皮和飛邊的鍛件。需有飛邊槽。帶沖孔連皮和飛邊的鍛件。 根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度，可將鍛根據(jù)模鍛件的復(fù)雜程度，可將鍛模設(shè)計(jì)為單膛鍛模和多膛鍛模，模設(shè)計(jì)為單膛鍛模和多膛鍛模，簡單鍛件如齒輪坯可僅設(shè)計(jì)為單簡單鍛件如齒輪坯可僅設(shè)計(jì)為單膛鍛模；對彎曲連桿可設(shè)計(jì)為多膛鍛模；對彎

38、曲連桿可設(shè)計(jì)為多膛鍛模。膛鍛模。圖圖3-27 彎曲連桿的模鍛過程彎曲連桿的模鍛過程2. 胎模鍛胎模鍛 胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用簡單的胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用簡單的非固定模具非固定模具（胎模）生產(chǎn)模（胎模）生產(chǎn)模鍛件的一種工藝方法。其特點(diǎn)是，與自由鍛相比，生產(chǎn)率和鍛件精度鍛件的一種工藝方法。其特點(diǎn)是，與自由鍛相比，生產(chǎn)率和鍛件精度較高，粗糙度低，節(jié)約金屬材料。與模鍛相比，節(jié)約了設(shè)備投資，簡較高，粗糙度低，節(jié)約金屬材料。與模鍛相比，節(jié)約了設(shè)備投資，簡化了模具制造。但生產(chǎn)率和鍛件質(zhì)量比模鍛低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性化了模具制造。但生產(chǎn)率和鍛件質(zhì)量比模鍛低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全性差，模具壽命低。差，模具壽

39、命低。胎模鍛適用于胎模鍛適用于小型鍛件的中小批量生產(chǎn)。小型鍛件的中小批量生產(chǎn)。 胎模結(jié)構(gòu)可分為以下幾類。胎模結(jié)構(gòu)可分為以下幾類。1）摔模，用于鍛造回轉(zhuǎn)體鍛件；）摔模，用于鍛造回轉(zhuǎn)體鍛件；2）扣模，用于平整側(cè)面；）扣模，用于平整側(cè)面；3）套筒模，用于鐓粗鍛件；）套筒模，用于鐓粗鍛件； 4）合模，用于鍛造比較復(fù)雜的鍛件。）合模，用于鍛造比較復(fù)雜的鍛件。圖圖3-28 胎模種類胎模種類a）摔模）摔模 b）扣模）扣模 c）開式套筒模）開式套筒模 d）閉式套筒模）閉式套筒模 e）合模）合模 3. 曲柄壓力機(jī)上模鍛曲柄壓力機(jī)上模鍛 曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理如圖所示，噸位一般為曲柄壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理如圖

40、所示，噸位一般為2001200kN2001200kN；與錘上；與錘上模鍛比，具有下述特點(diǎn)：模鍛比，具有下述特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1）鍛造力是壓力，坯料的變形速度較低，可鍛造較低塑性合金；）鍛造力是壓力，坯料的變形速度較低，可鍛造較低塑性合金；2 2）鍛造時(shí)滑塊的行程不變，每個(gè)變形工步在一次行程中即可完成，便于實(shí)現(xiàn)）鍛造時(shí)滑塊的行程不變，每個(gè)變形工步在一次行程中即可完成，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，具有很高生產(chǎn)率；機(jī)械化和自動(dòng)化，具有很高生產(chǎn)率；3 3）滑塊運(yùn)動(dòng)精度高，并有鍛件頂出裝置，使模鍛斜度、加工余量、鍛造公差）滑塊運(yùn)動(dòng)精度高，并有鍛件頂出裝置，使模鍛斜度、加工余量、鍛造公差減小，鍛件精度比錘

41、上模鍛高。減小，鍛件精度比錘上模鍛高。4 4）振動(dòng)和噪聲較小，勞動(dòng)條件改善。）振動(dòng)和噪聲較小，勞動(dòng)條件改善。圖圖3-29 曲柄壓力機(jī)曲柄壓力機(jī)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）設(shè)備費(fèi)用高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜；）設(shè)備費(fèi)用高，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2 2）滑塊行程和壓力不能在鍛造）滑塊行程和壓力不能在鍛造過程中調(diào)整，因此不能進(jìn)行拔長、過程中調(diào)整，因此不能進(jìn)行拔長、滾壓等制坯。滾壓等制坯。 4.摩擦壓力機(jī)上模鍛摩擦壓力機(jī)上模鍛 摩擦壓力機(jī)是將飛輪旋轉(zhuǎn)所積蓄的能量轉(zhuǎn)化成金屬的變形能進(jìn)行鍛造的，摩擦壓力機(jī)是將飛輪旋轉(zhuǎn)所積蓄的能量轉(zhuǎn)化成金屬的變形能進(jìn)行鍛造的，屬鍛錘類鍛壓設(shè)備。其結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理如圖屬鍛錘類鍛壓設(shè)備。其結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)原理如

42、圖3-303-30所示。所示。摩擦壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)如下：摩擦壓力機(jī)上模鍛的特點(diǎn)如下：1 1）滑塊運(yùn)動(dòng)速度低，可鍛造低塑性合金鋼和有色金屬；）滑塊運(yùn)動(dòng)速度低，可鍛造低塑性合金鋼和有色金屬；2 2）承受偏心載荷能力差，僅適合單膛模鍛；）承受偏心載荷能力差，僅適合單膛模鍛；3 3）打擊速度低，可采用組合模具，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期；）打擊速度低，可采用組合模具，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期；4 4）滑塊行程不固定，故工藝性廣泛）滑塊行程不固定，故工藝性廣泛。 圖圖3-30 摩擦壓力機(jī)摩擦壓力機(jī)5. 平鍛機(jī)上模鍛平鍛機(jī)上模鍛 平鍛機(jī)相當(dāng)于臥式的曲柄壓力機(jī)，它沿水平方向?qū)ε髁鲜┘渝懺炱藉憴C(jī)相當(dāng)于臥式

43、的曲柄壓力機(jī)，它沿水平方向?qū)ε髁鲜┘渝懺靿毫?。其特點(diǎn)是：壓力。其特點(diǎn)是：1 1）坯料都是棒料或管材，并且只進(jìn)行局部（一端）加熱和局部變形加）坯料都是棒料或管材，并且只進(jìn)行局部（一端）加熱和局部變形加工，因此可鍛造立式鍛壓設(shè)備上不能鍛造的某些長桿類鍛件。工，因此可鍛造立式鍛壓設(shè)備上不能鍛造的某些長桿類鍛件。2 2）鍛模有兩個(gè)分模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其它設(shè)備上難以完）鍛模有兩個(gè)分模面，鍛件出模方便，可以鍛出在其它設(shè)備上難以完成的在不同方向上有凸臺或凹槽的鍛件。成的在不同方向上有凸臺或凹槽的鍛件。3 3）需配備對棒料局部加熱的專用加熱爐。）需配備對棒料局部加熱的專用加熱爐。4 4）是高效率、

44、高質(zhì)量、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的鍛造方法，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，）是高效率、高質(zhì)量、容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的鍛造方法，但設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格貴，適用于大批量生產(chǎn)。價(jià)格貴，適用于大批量生產(chǎn)。 圖圖3-31 平鍛機(jī)的工作情況和傳動(dòng)系統(tǒng)平鍛機(jī)的工作情況和傳動(dòng)系統(tǒng)6.精密模鍛精密模鍛 精密模鍛是在普通鍛壓設(shè)備上，裝置具有模腔形狀復(fù)雜（近于產(chǎn)品零件精密模鍛是在普通鍛壓設(shè)備上，裝置具有模腔形狀復(fù)雜（近于產(chǎn)品零件形狀）、尺寸精度高的鍛模，直接鍛造出所要求的產(chǎn)品零件，如圖形狀）、尺寸精度高的鍛模，直接鍛造出所要求的產(chǎn)品零件，如圖3-333-33所示的所示的差速器行星錐齒輪。精密模鍛與一般模型鍛造相比，其特點(diǎn)是：差速器行星錐齒輪。精密

45、模鍛與一般模型鍛造相比，其特點(diǎn)是：1 1）鍛件公差小，表面質(zhì)量高；）鍛件公差小，表面質(zhì)量高；2 2）鍛件內(nèi)部形成按輪廓分布的封閉纖維組織，力學(xué)性能好。）鍛件內(nèi)部形成按輪廓分布的封閉纖維組織，力學(xué)性能好。3 3）其缺點(diǎn)是模具制造復(fù)雜，對坯料尺寸和加熱質(zhì)量要求較高，僅適于大批量生）其缺點(diǎn)是模具制造復(fù)雜，對坯料尺寸和加熱質(zhì)量要求較高，僅適于大批量生產(chǎn)。產(chǎn)。圖圖3-33 差速器行星錐齒輪差速器行星錐齒輪差速器行星錐齒輪鍛件圖差速器行星錐齒輪鍛件圖 精密模鍛壞料與凹模接觸情況精密模鍛壞料與凹模接觸情況 a)不合理不合理 b)合理合理 作業(yè)：作業(yè)：1.1.試述單晶體和多晶體塑性變形的實(shí)質(zhì)。試述單晶體和多晶

46、體塑性變形的實(shí)質(zhì)。2.2.何為回復(fù)、再結(jié)晶？它們有何作用何為回復(fù)、再結(jié)晶？它們有何作用? ?3.3.鍛造流線的存在對金屬力學(xué)性能有何影響？在零件設(shè)計(jì)鍛造流線的存在對金屬力學(xué)性能有何影響？在零件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意哪些問題？中應(yīng)注意哪些問題？4.4.試述金屬的鍛造性能及其影響因素。試述金屬的鍛造性能及其影響因素。5. 5. 何為自由鍛、模鍛？模鍛的優(yōu)點(diǎn)。何為自由鍛、模鍛？模鍛的優(yōu)點(diǎn)。3.2.2 板料沖壓板料沖壓 板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對金屬板料加壓，使之產(chǎn)生變形板料沖壓是利用裝在沖床上的沖模對金屬板料加壓，使之產(chǎn)生變形或分離，從而獲得零件或毛坯的加工方法。板料沖壓又稱薄板沖壓或冷或分離，從而獲得

47、零件或毛坯的加工方法。板料沖壓又稱薄板沖壓或冷沖壓。沖壓。板料沖壓的特點(diǎn)：板料沖壓的特點(diǎn)：1 1）在常溫下加工，金屬板料必須具有足夠的塑性和較低的變形抗力。）在常溫下加工，金屬板料必須具有足夠的塑性和較低的變形抗力。 2 2）金屬板料經(jīng)冷變形強(qiáng)化，獲得一定的幾何形狀后，結(jié)構(gòu)輕巧，強(qiáng)度和）金屬板料經(jīng)冷變形強(qiáng)化，獲得一定的幾何形狀后，結(jié)構(gòu)輕巧，強(qiáng)度和剛度較高。剛度較高。 3 3）沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不需機(jī)械加工即可作）沖壓件尺寸精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好，一般不需機(jī)械加工即可作零件使用。零件使用。 4 4）沖壓生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。）沖壓生產(chǎn)操作簡單

48、，生產(chǎn)率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。5 5）可以沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料少。）可以沖壓形狀復(fù)雜的零件，廢料少。6 6）沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費(fèi)用高，只適用于大批量生產(chǎn)。）沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費(fèi)用高，只適用于大批量生產(chǎn)。 沖壓工藝廣泛應(yīng)用于沖壓工藝廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、儀表電器、汽車、飛機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、儀表電器、輕工和日用品等工業(yè)部門。輕工和日用品等工業(yè)部門。3.2.2.1 3.2.2.1 板料沖壓的基本工序板料沖壓的基本工序 板料沖壓的基本工序按變形性質(zhì)可分為板料沖壓的基本工序按變形性質(zhì)可分為分離工序分離工序和和變形工序變形工序兩大類。兩大類。1. 分離工序分

49、離工序 使坯料的一部分與另一部分分離的工序。主要有：使坯料的一部分與另一部分分離的工序。主要有：（1 1）沖孔和落料：）沖孔和落料：兩個(gè)工序的變形過程和模具結(jié)構(gòu)是一樣的，沖孔兩個(gè)工序的變形過程和模具結(jié)構(gòu)是一樣的，沖孔是在板料上沖出孔洞，而落料是得到與孔洞同樣形狀的板料。是在板料上沖出孔洞，而落料是得到與孔洞同樣形狀的板料。圖圖3-34 落料與沖孔示意圖落料與沖孔示意圖a) 落料落料 b) 沖孔沖孔1 1）沖裁過程分析）沖裁過程分析。板料沖裁時(shí)有變形和分離兩個(gè)過程；當(dāng)凸模向下運(yùn)動(dòng)。板料沖裁時(shí)有變形和分離兩個(gè)過程；當(dāng)凸模向下運(yùn)動(dòng)壓住板料時(shí)，板料受到壓住板料時(shí)，板料受到擠壓擠壓，產(chǎn)生，產(chǎn)生彈性變形彈

50、性變形并進(jìn)而產(chǎn)生并進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形塑性變形。當(dāng)上。當(dāng)上下刃口附近材料內(nèi)的應(yīng)力超過一定限度后，即開始出現(xiàn)下刃口附近材料內(nèi)的應(yīng)力超過一定限度后，即開始出現(xiàn)裂紋裂紋，裂紋擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展，板料切離。板料切離。 圖圖3-35 沖裁過程沖裁過程a) 變形三階段變形三階段 b) 沖裁力的變化沖裁力的變化 c) 沖裁零件斷面沖裁零件斷面沖裁區(qū)可分為沖裁區(qū)可分為塌角、光亮帶、塌角、光亮帶、剪裂帶和毛刺剪裂帶和毛刺四部分。光亮四部分。光亮帶具有最好的尺寸精度和光帶具有最好的尺寸精度和光潔的表面。其它三個(gè)區(qū)域降潔的表面。其它三個(gè)區(qū)域降低沖裁件質(zhì)量。這與凹凸模低沖裁件質(zhì)量。這與凹凸模間隙、刃口鋒利程度、模具間隙、刃口

51、鋒利程度、模具結(jié)構(gòu)、材料的性質(zhì)，板料厚結(jié)構(gòu)、材料的性質(zhì)，板料厚度等有關(guān)。度等有關(guān)。 3 3）凹凸模刃口尺寸的確定）凹凸模刃口尺寸的確定。沖裁后，沖下件的尺寸和余沖裁后，沖下件的尺寸和余料的相應(yīng)尺寸是不同的，二者相差數(shù)值為模具間隙的兩倍。料的相應(yīng)尺寸是不同的，二者相差數(shù)值為模具間隙的兩倍。故在設(shè)計(jì)沖孔模具時(shí)，應(yīng)使凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，故在設(shè)計(jì)沖孔模具時(shí)，應(yīng)使凸模刃口尺寸等于孔的尺寸，凹模刃口尺寸為孔的尺寸加兩倍間隙值；落料模具時(shí)，凹凹模刃口尺寸為孔的尺寸加兩倍間隙值；落料模具時(shí)，凹模刃口尺寸為成品尺寸，凸模刃口尺寸為成品尺寸減去相模刃口尺寸為成品尺寸，凸模刃口尺寸為成品尺寸減去相應(yīng)間隙值。模

52、具間隙一般為板料厚度的應(yīng)間隙值。模具間隙一般為板料厚度的5%5%10%10%。 2 2）凸凹模間隙）凸凹模間隙。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力大小和模具。間隙對沖裁件質(zhì)量、沖裁力大小和模具壽命影響很大。壽命影響很大。間隙合適間隙合適，上下裂紋重合，斷口表面平整，上下裂紋重合，斷口表面平整，毛刺小，沖裁力小。毛刺小，沖裁力小。間隙太小間隙太小，上下裂紋不重合，斷口中，上下裂紋不重合，斷口中部出現(xiàn)撕裂，毛刺也會增大，還會加速模具模損，沖裁質(zhì)部出現(xiàn)撕裂，毛刺也會增大，還會加速模具模損，沖裁質(zhì)量很快惡化；量很快惡化；間隙太大間隙太大，材料的拉伸變形增大，塌角、毛，材料的拉伸變形增大，塌角、毛刺、剪裂帶均增大

53、，沖裁質(zhì)量惡化。刺、剪裂帶均增大，沖裁質(zhì)量惡化。4 4）沖裁力計(jì)算沖裁力計(jì)算。沖裁力是選用沖床噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度。沖裁力是選用沖床噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的主要依據(jù)，平刃沖模的沖裁力可用下式計(jì)算：的主要依據(jù)，平刃沖模的沖裁力可用下式計(jì)算： 310KLF沖裁力，單位為沖裁力，單位為kN；沖裁件周邊長度，單位為沖裁件周邊長度，單位為mm；板料剪切強(qiáng)度，單位為板料剪切強(qiáng)度，單位為MPa；板料厚度，單位為板料厚度，單位為mm；系數(shù)，與模具間隙、刃口、材料力學(xué)性能、系數(shù)，與模具間隙、刃口、材料力學(xué)性能、厚度等有關(guān)，常取厚度等有關(guān)，常取1.3。FL0K式中式中5 5）沖裁件的排樣）沖裁件的排樣。排樣指落料件在條

54、料、帶料或板料上。排樣指落料件在條料、帶料或板料上進(jìn)行合理布置的方法。如圖進(jìn)行合理布置的方法。如圖3-363-36為四種不同排樣方法消為四種不同排樣方法消耗材料的對比。排樣可分為無搭邊排樣（圖耗材料的對比。排樣可分為無搭邊排樣（圖3-36d3-36d）和有）和有搭邊排樣。搭邊排樣。圖圖3-36 不同排樣方式材料消耗對比不同排樣方式材料消耗對比a) b) c) d)（2 2）修整）修整。利用修整模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔，切去一薄層金屬，利用修整模沿沖裁件的外緣或內(nèi)孔，切去一薄層金屬，以除去塌角、剪裂帶和毛刺，提高尺寸精度和降低表面粗糙度。以除去塌角、剪裂帶和毛刺，提高尺寸精度和降低表面粗糙度。修修

55、整沖裁件的外形為外緣修整，修整內(nèi)孔為內(nèi)緣修整。如圖整沖裁件的外形為外緣修整，修整內(nèi)孔為內(nèi)緣修整。如圖3-373-37所示。所示。 （3）切斷）切斷。指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。剪刃安裝在剪床上，把大板料剪成條料或平板零件。剪刃安裝在剪床上，把大板料剪成條料或平板零件。 圖圖3-37 修正工序簡圖修正工序簡圖a) 外緣修整外緣修整 b）內(nèi)緣修整）內(nèi)緣修整 1-凸模凸模 2-凹模凹模 （4 4）精密沖裁。）精密沖裁。用壓邊圈使板料沖裁區(qū)處于靜壓作用下，抑制剪裂用壓邊圈使板料沖裁區(qū)處于靜壓作用下，抑制剪裂紋的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)塑性變形分離的

56、沖裁方法。目前已大規(guī)模采用。紋的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)塑性變形分離的沖裁方法。目前已大規(guī)模采用。（5 5）切口。）切口。將材料沿不封閉的曲線部分地分離開，其分離部分的材將材料沿不封閉的曲線部分地分離開，其分離部分的材料發(fā)生彎曲的沖壓方法。料發(fā)生彎曲的沖壓方法。 2. 變形工序變形工序 變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生相對位移而不變形工序是使坯料的一部分相對于另一部分產(chǎn)生相對位移而不破裂的工序。破裂的工序。（1 1）拉深。）拉深。是使平面板料變?yōu)殚_口的中空形狀零件的沖壓工序，又是使平面板料變?yōu)殚_口的中空形狀零件的沖壓工序，又稱拉延。拉深件種類很多，大體可分為旋轉(zhuǎn)件、矩形件和復(fù)雜件。稱拉延。拉深件種

57、類很多，大體可分為旋轉(zhuǎn)件、矩形件和復(fù)雜件。對較深零件還可采用多次拉深法，如圖對較深零件還可采用多次拉深法，如圖3-393-39所示。所示。圖圖3-39 拉深工序圖拉深工序圖1坯料坯料 2第一次拉深的產(chǎn)品第一次拉深的產(chǎn)品（第二次拉深的坯料第二次拉深的坯料）3凸模凸模 4凹模凹模 5成品成品 1 1）拉深變形過程。）拉深變形過程。 拉深過程如圖拉深過程如圖3-403-40所示，板料在拉深過程中的變形過程和所示，板料在拉深過程中的變形過程和應(yīng)力分布如圖所示，在凸模壓力作用下，處于凸模底部的板料被壓入凹模，形成應(yīng)力分布如圖所示，在凸模壓力作用下，處于凸模底部的板料被壓入凹模，形成筒底，在拉深過程中基本

58、不變形，受徑向和切向拉應(yīng)力；拉深零件的側(cè)壁由底部筒底，在拉深過程中基本不變形，受徑向和切向拉應(yīng)力；拉深零件的側(cè)壁由底部以外的環(huán)形部分變形后形成，受軸向拉應(yīng)力；尚未進(jìn)入凹模的環(huán)形區(qū)存在徑向拉以外的環(huán)形部分變形后形成，受軸向拉應(yīng)力；尚未進(jìn)入凹模的環(huán)形區(qū)存在徑向拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。應(yīng)力和切向壓應(yīng)力。 由于上述應(yīng)力的作用，拉深件的壁厚在不同的部位有減薄或增厚的變化，側(cè)壁由于上述應(yīng)力的作用，拉深件的壁厚在不同的部位有減薄或增厚的變化，側(cè)壁的上部增加最多，靠近底部的圓角部位附近，壁厚最小，也是拉深過程中最容易破的上部增加最多，靠近底部的圓角部位附近，壁厚最小，也是拉深過程中最容易破裂的部分。底部和側(cè)壁的拉

59、應(yīng)力應(yīng)限制在不使材料發(fā)生塑性變形內(nèi)，而環(huán)形區(qū)內(nèi)的裂的部分。底部和側(cè)壁的拉應(yīng)力應(yīng)限制在不使材料發(fā)生塑性變形內(nèi)，而環(huán)形區(qū)內(nèi)的徑向拉應(yīng)力應(yīng)達(dá)到或超過材料的屈服極限，任何部位的應(yīng)力總和應(yīng)小于強(qiáng)度極限。徑向拉應(yīng)力應(yīng)達(dá)到或超過材料的屈服極限，任何部位的應(yīng)力總和應(yīng)小于強(qiáng)度極限。否則會造成拉穿缺陷。同時(shí)環(huán)狀變形區(qū)的切向壓力很大，易使板料出現(xiàn)皺折，應(yīng)采否則會造成拉穿缺陷。同時(shí)環(huán)狀變形區(qū)的切向壓力很大，易使板料出現(xiàn)皺折，應(yīng)采取措施預(yù)防。取措施預(yù)防。 圖圖3-40 拉深過程及變形和應(yīng)力拉深過程及變形和應(yīng)力1凸模凸模 2壓邊圈壓邊圈3板料板料 4凹模凹模a）變形過程）變形過程 b）應(yīng)力分布）應(yīng)力分布 2 2）拉深板料

60、的計(jì)算）拉深板料的計(jì)算?？梢愿怕缘匕凑绽钋昂蠊ぜ娣e相等的原則。可以概略地按照拉深前后工件面積相等的原則計(jì)算，對圓筒狀零件根據(jù)面積相等有計(jì)算，對圓筒狀零件根據(jù)面積相等有：RhhdRRdRRdD482222203）拉深系數(shù)與拉深次數(shù)拉深系數(shù)與拉深次數(shù)。拉深系數(shù)，板料拉深時(shí)的變形程拉深系數(shù)，板料拉深時(shí)的變形程度，度， ，即，即拉深后的工件直徑拉深后的工件直徑與與板料直徑板料直徑或半成品或半成品直徑之比直徑之比。拉深系數(shù)越小，生產(chǎn)率越高，拉深應(yīng)力越大。能保證拉深過程正常進(jìn)拉深系數(shù)越小，生產(chǎn)率越高，拉深應(yīng)力越大。能保證拉深過程正常進(jìn)行的最小拉深系數(shù)，稱為極限拉深系數(shù)。它與材料的內(nèi)部組織、力學(xué)行的最小