鍛造教育課件

任務(wù)五鍛造成形任務(wù)五鍛造成形1教學(xué)內(nèi)容1.自由鍛工藝2.模鍛工藝3.板料沖壓工藝學(xué)習(xí)要求1.掌握金屬塑性變形、鍛造方法2.理解模鍛的原理3.自由鍛、板料沖壓的工藝方法能力要求初步具有材料可鍛性分析及工藝設(shè)計(jì)能力教學(xué)內(nèi)容1.自由鍛工藝2.模鍛工藝3.板料沖壓工藝學(xué)習(xí)要求12課前案例分析課前案例分析3鍛壓

利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法稱為金屬壓力加工。壓力加工的種類有：

軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓（見附圖）鍛壓利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形，來獲得4鍛造教育課件5

金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)●彈性變形在外力作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力迫使原子離開原來的平衡位置，改變了原子間的距離，使金屬發(fā)生變形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的傾向。當(dāng)外力停止作用后，應(yīng)力消失，變形也隨之消失。

金屬的塑性變形金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)●彈性變形金屬的塑性變形6●塑性變形內(nèi)應(yīng)力超過金屬的屈服點(diǎn)后，外力停止作用后，金屬的變形并不完全消失?！窕泼嬖谇邢驊?yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分，沿著一定的晶面產(chǎn)生相對滑移，該面稱為滑移面?！裎诲e運(yùn)動引起塑性變形近代物理學(xué)證明，晶體不是在滑移面上，原子并不是整體的剛性運(yùn)動而是以位錯引起金屬塑性變形。位錯：沿滑移面舊原子對破壞，新原子對形成，圖3-2

●塑性變形7鍛造教育課件8●多晶體的塑性變形（晶內(nèi)和晶間變形）

晶內(nèi)變形：外力作用下，某一晶粒的塑性變形。

晶間變形：晶粒之間的相互位移或轉(zhuǎn)動。在外力作用下，有的晶粒處于利于塑性變形位置，則首先塑性變形。有的處于不利于塑性變形的位置，則暫時不變形。晶粒間會移動、轉(zhuǎn)動，這種利與不利位置在變化，塑性變形不斷進(jìn)行。圖3-3●多晶體的塑性變形（晶內(nèi)和晶間變形）9

塑性變形對金屬組織和性能影響●金屬在常溫下經(jīng)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化。

⑴晶粒沿最大變形的方向伸長；

⑵晶格與晶粒發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；⑶晶粒產(chǎn)生碎晶?！窭渥饔不?見圖3－4)

＊現(xiàn)象：強(qiáng)度、硬度上升，而塑性、韌性下降。

＊原因：滑移面附近的晶粒碎晶塊，晶格扭曲畸變，增大滑移阻力，使滑移難以進(jìn)行。塑性變形對金屬組織和性能影響●金屬在常溫下經(jīng)塑性變形10●回復(fù)與再結(jié)晶

＊回復(fù)：冷作硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。室溫下不易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)提高溫度時，原子獲得熱能，熱運(yùn)動加劇，當(dāng)加熱溫度T回(用K氏溫標(biāo))

T回=（0.25—0.3）T熔

使原子回復(fù)到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除?！窕貜?fù)與再結(jié)晶11＊再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度T再：T再=0.4T熔原子獲得更多熱能，開始的某些碎晶或雜質(zhì)為核心構(gòu)成新晶粒，因?yàn)槭峭ㄟ^形核和晶核長大方式進(jìn)行的，故稱再結(jié)晶。再結(jié)晶后清除了全部加工硬化。再結(jié)晶后晶格類型不變，只改變晶粒外形。●加工硬化的利用、消除＊利用：冷加工后使材料強(qiáng)度↑硬度↑。如冷拉鋼，不能熱處理強(qiáng)化的金屬材料。＊消除：再結(jié)晶退火（P29）650—750℃＊再結(jié)晶：12●冷變形和熱變形

＊冷變形在再結(jié)晶溫度以下的變形；冷變形后金屬強(qiáng)度、硬度較高，低粗糙度值。但變形程度不宜過大，否則易裂。＊熱變形再結(jié)晶溫度以上變形。變形具有強(qiáng)化作用，再結(jié)晶具有強(qiáng)化消除作用。在熱變形時無加工硬化痕跡。金屬壓力加工大多屬熱變形，具有再結(jié)晶組織。

熱加工后組織性能變化：

⒈粗大晶粒被擊碎成細(xì)晶粒組織，改善了機(jī)械性能。⒉鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔經(jīng)熱塑變形后被壓實(shí)或焊合。

⒊晶粒被拉長，非金屬雜物被擊碎，沿被拉長的晶粒界分布，形成纖維組織（流線）。

●冷變形和熱變形13變形程度越大，纖維組織越明顯。壓力加工中常用鍛造比y來表示變形程度。拔長時鍛造比y拔=A0/A

鐓粗時鍛造比y鐓=H0/H

纖維組織很穩(wěn)定，不能（難以）用熱處理方法來消除。只有經(jīng)過鍛壓來改變其方向、形狀。變形程度越大，纖維組織越明顯。14在設(shè)計(jì)和制造零件時，應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合，最大切應(yīng)力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。在設(shè)計(jì)和制造零件時，應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合，15

金屬的可鍛性●金屬的可鍛性：材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能。●可鍛性的衡量：塑性（斷面收縮率ψ，伸長率δ），變形抗力。塑性好，變形抗力小則可鍛性好?！窨慑懶匀Q于：金屬本質(zhì)和加工條件。金屬的可鍛性●金屬的可鍛性：材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制16一、金屬的本質(zhì)

⒈化學(xué)成分的影響純金屬的可鍛性比合金好；有些元素可使可鍛性顯著下降（如鉻，鎢，釩等）。鋼的含碳量越低，可鍛性越好，⒉金屬組織的影響

＊組織不同，可鍛性有很大差異：

＊純金屬、固溶體（如奧氏體）可鍛性好；碳化物可鍛性差；＊鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒不如晶粒細(xì)小均勻。一、金屬的本質(zhì)17二、加工條件⒈變形溫度的影響

＊溫度↑→原子的運(yùn)動能力↑→容易滑移→塑性↑→變形抗力↓→可鍛性改善.過熱：超過一定溫度，晶粒急劇長大，鍛造性能↓，機(jī)械性能↓。已過熱工件可通過鍛造，控制冷卻速度，熱處理，使晶粒細(xì)化。

過燒：接近材料熔化溫度，晶間的低熔點(diǎn)物質(zhì)開始熔化，且晶界上形成氧化層。金屬失去鍛造性能，一擊便碎，無法挽回。

二、加工條件18＊鍛造溫度：始鍛溫度：碳鋼比AE線低200C°左右終鍛溫度：800C°過低難于鍛造，若強(qiáng)行鍛造，將導(dǎo)致鍛件破裂報(bào)廢。圖3-8＊鍛造溫度：19⒉變形速度的影響

變形速度--單位時間的變形程度

＊變形速度u=dε/dtε—變形程度

＊變形速度u↑

⒊應(yīng)力狀態(tài)影響三向應(yīng)力中，壓力應(yīng)力數(shù)目愈多，則塑性越好。塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑，變形抗力↓⒉變形速度的影響塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑，變形抗力↓20鍛造教育課件21

一、自由鍛

＊自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩個抵鐵之間變形。從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。在重型機(jī)械中，自由鍛是生產(chǎn)大型鍛件和特大型鍛件唯一成型的方法。

＊金屬沿變形方向可以自由流動，不受限制。

＊自由鍛設(shè)備：鍛錘依靠沖擊力使金屬變形，只能鍛造中小鍛件。液壓機(jī)：依靠靜壓力使金屬變形，可加工大型鍛件。其中水壓機(jī)可產(chǎn)生很大作用力，是重型機(jī)械廠鍛造生產(chǎn)的主要設(shè)備。

鍛造方法一、自由鍛鍛造方法22⒈自由鍛工序⑴基本工序鐓粗：適于餅塊類，盤套類拔長：適于軸類、桿類拔長、鐓粗經(jīng)常交替反復(fù)使用。有時一頭鐓粗，另一頭拔長。（通孔、盲孔）沖孔，常用方法：鐓粗—沖孔鐓粗—沖孔—擴(kuò)孔彎曲：工件軸線產(chǎn)生一定曲率。扭轉(zhuǎn)：某一部分相對于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。錯移：坯料的一部分相對于另一部分平移錯開的工序，例如曲軸。切割：分割坯料，或去除鍛件余量的工序。

⑵輔助工序：在基本工序之前的預(yù)變形工序如壓肩、壓鉗口等。⑶精整工序：完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。

⒉鍛件分類及基本工序方案（表3-1鍛件分類及所需鍛造工序）⒈自由鍛工序23二、模鍛

＊在壓力或沖擊力作用下，金屬坯料在鍛模模膛內(nèi)變形，從而獲得鍛件的工藝方法。此法生產(chǎn)的鍛件尺寸精確、加工余量較小，結(jié)構(gòu)也可較復(fù)雜，生產(chǎn)率高。

＊按使用設(shè)備不同分為：錘上模鍛、胎模鍛等。

(見下頁圖)

⒈錘上模鍛

＊錘上模鍛所用設(shè)備為模鍛錘。通常為蒸氣-空氣錘。對形狀復(fù)雜鍛件，先在制坯模膛內(nèi)初步成形，然后在模鍛模膛內(nèi)鍛造。

二、模鍛24⑴模鍛模膛

i)終鍛模膛

—作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸。

—尺寸比鍛件尺寸放大一個收縮量，鋼件約為1.5%。

—四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出阻力，促使金屬充滿模膛，容納多余的金屬?！獩_孔連皮：無法加工通孔而留下的一薄層金屬。ii)預(yù)鍛模膛

—作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀尺寸，使終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。延長終鍛模膛的使用壽命。

—批量不大，形狀簡單時可不設(shè)預(yù)鍛模膛。

—區(qū)別：預(yù)鍛模膛的圓角、斜度較大，沒有飛邊槽。終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。⑴模鍛模膛25鍛造教育課件26⑵制坯模膛＊對形狀復(fù)雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀,使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛，就必須預(yù)先在制坯模鏜內(nèi)制坯，因而設(shè)制坯模膛。

i)拔長模膛增加某一部分長度。

ii)滾壓模膛減小某部分橫截面積,以增大另一部分橫截面積，坯料長度基本不變。

iii)彎曲模膛彎曲工件。

iv)切斷模膛切斷金屬。此外還有成型模鏜，鐓粗臺，擊扁面等制坯模鏜。

⑵制坯模膛27

＊模膛可分為單膛及多膛，圖3-18是多鏜模鍛。⒉曲柄壓力機(jī)上模鍛＊模膛可分為單膛及多膛，圖3-18是多鏜模鍛。28⒊摩擦壓力機(jī)上模鍛⒊摩擦壓力機(jī)上模鍛29⒋胎模鍛

＊胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法，一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中成型。⑴扣模圖3-22⑵筒模圖3-23⑶合膜圖3-24⒋胎模鍛30

鍛造工藝規(guī)程的制訂一、繪制鍛件圖繪制鍛件圖是以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合鍛造工藝特點(diǎn)繪制而成的。⒈敷料、余量及公差＊敷料：為簡化零件的形狀和結(jié)構(gòu)，便于鍛造而增加的一部分金屬為敷料。＊余量：零件表面為切削加工而增加的尺寸稱余量。

＊鍛件公差：是鍛件名義尺寸的允許變動量。查表而定。＊自由鍛鍛件圖：圖2-25

⒉分模面

＊分模面：上下模鍛在模鍛件上的分界面，關(guān)系到鍛件成型，鍛件出模，材料利用率，鍛模加工等一系列問題。

＊選分模面原則：

1)應(yīng)保證模鍛件能從模腔中取出來。圖3-26a-a2)應(yīng)使上、下兩模沿分模面的模腔輪廓一致。圖3-26b-b3)分模面應(yīng)選在能使模腔深度最淺的位置上。圖3-26b-b4)使敷料最少。

5)分模面最好是一個平面。圖3-26中d-d面最合理。鍛造工藝規(guī)程的制訂一、繪制鍛件圖31⒊模鍛斜度＊模鍛件上平行于錘擊方向（垂直于分模面）的表面必須有斜度，以便取出鍛件。模鍛斜度與模鏜深度和寬度有關(guān)。內(nèi)側(cè)斜度比外側(cè)稍大些。圖3-27模鍛斜度⒋模鍛圓角半徑＊所有交角均做成圓角，可以易于充滿模膛，避免尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛件外尖角處的磨損。＊鍛件內(nèi)圓角R，鍛件外圓角r見圖。圖3-28圓角半徑＊圓角半徑為1，1.5，2，3，4，5，6，8，10，12，15，20等標(biāo)準(zhǔn)值。⒌沖孔連皮＊孔徑大于25mm,該孔應(yīng)鍛出；孔徑為25~80時,沖孔連皮厚度取4~8mm。＊孔徑小于25mm或孔深大于沖頭直徑3倍時,只壓出凹穴。圖3-29⒊模鍛斜度32二、坯料重量和尺寸的確定

＊坯料重量G坯

G坯=G鍛+G燒損+G料頭式中：G鍛—鍛件重量

G燒損—坯料因加熱氧化而燒損

G料頭—在鍛造過程中被沖掉或被切掉的金屬＊鍛造比對于以鋼錠為坯料時,并采用拔長時,鍛造比不小于2.5~3。軋材為坯料時，鍛造比可取1.3~1.5。三、鍛造工序（工步）的確定

＊自由鍛、按P98表3-1定

＊模鍛

—長軸：常用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等，小型長軸常采用一根棒料鍛幾個鍛件，模鍛件采用周期軋制材料作坯料時可省去拔長滾壓等工步。圖3-30圖3-31用軋制坯料模鍛

—短軸：常用鐓粗、預(yù)鍛、終鍛等。圖3-32四、鍛造工藝規(guī)程中的其它內(nèi)容

＊始鍛溫度和終煅溫度(P95圖3-8)

＊加熱規(guī)范、冷卻規(guī)范、對高合金鋼尤為重要，以防因熱應(yīng)力引起變形或開裂。二、坯料重量和尺寸的確定33

鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件不要有錐體，或斜面結(jié)構(gòu)圖3-33軸類鍛件結(jié)構(gòu)

幾何體的交接處不應(yīng)形成空間曲線圖3-34桿類鍛件結(jié)構(gòu)

鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性34自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺、工字形截面或空間曲線形表面圖3-35盤類鍛件結(jié)構(gòu)自由鍛件橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時，應(yīng)設(shè)計(jì)成有幾個簡單件構(gòu)成的組合體，再焊接或機(jī)械連接方法連接。圖3-36復(fù)雜件結(jié)構(gòu)自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出自由鍛件橫截面若有急劇變35二、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性＊模鍛件有一合理分模面，使工件容易取出，應(yīng)使敷料少，鍛模容易制造。＊零件上與其它零件配合時要機(jī)加工，其他面均應(yīng)設(shè)計(jì)成非加工面。因此，要注意設(shè)計(jì)出模鍛斜度，模鍛圓角。＊鍛件外形應(yīng)力求簡單、平直、對稱，避免直徑相差過大或具有薄壁、高筋、高臺、深孔、多孔二、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性36板料沖壓

＊板料沖壓又叫冷沖，但δ>8～10mm時用熱沖＊特點(diǎn)：

(1)可沖形狀復(fù)雜的零件，且廢料少。 (2)高精度，低粗糙度，零件互換性好。

(3)重量輕，耗材少，強(qiáng)度剛度較好。(4)操作簡單，生產(chǎn)率高。

＊常用的材料：低碳鋼、銅合金、鋁合金等塑性好的材料。＊常用設(shè)備：剪床和沖床。＊基本工序：1、分離工序

2、變形工序。

板料沖壓＊板料沖壓又叫冷沖，但δ>8～10mm時用37一、落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）＊落料——落下部分為成品。＊沖孔——落下部分為廢品。1、沖裁變形過程

(1)彈性變形階段

分離工序

一、落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）分離工序38(2)塑性變形階段板料中的應(yīng)力值達(dá)到屈服極限，板料金屬產(chǎn)生塑性變形，產(chǎn)生硬化，凹凸模刃口處硬化加劇，出現(xiàn)裂紋。(3)斷裂分離階段上下裂縫重合，板料分離。分離面的質(zhì)量主要和下列有關(guān)：a.間隙有關(guān)b.刃口鋒利c.模具有關(guān)d.材料有關(guān)e.板厚有關(guān)……2、凹凸模間隙間隙影響：斷面質(zhì)量，模具壽命，卸料力，推件力，沖裁力，工件尺寸精度間隙過大：裂縫錯開，邊緣粗糙。卸料力，推件力小。間隙過?。荷舷铝芽p錯開，邊緣粗糙。磨損嚴(yán)重。間隙可按下式計(jì)算: c=mδ δ---板料厚度。m----系數(shù)，p115。鍛造教育課件393、凹凸模刃口尺寸的確定落料—以凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn)，根據(jù)間隙的大小確定凸模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）沖孔—以凸模為基準(zhǔn)，有間隙確定凹模的尺寸，即凸模尺寸同零件尺寸?？紤]磨損：落料凹模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最小尺寸沖孔凸模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最大尺寸4、沖裁件的排樣排樣應(yīng)使廢料最少。排料有‘無搭邊和有搭邊’兩種類型。

noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小，且在同一平面上，尺寸準(zhǔn)確。b、D圖“無搭邊”毛刺不在同一平面上。尺寸不易準(zhǔn)確。noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小，且在同一平面40二、修整修整——沿外緣或內(nèi)孔刮削一層金屬。機(jī)理與切削相似，與沖裁不同。精度——IT6～I(xiàn)T7，粗糙度Ra0.8～1.6。修整量——單邊修整量一般為板厚δ的10%，小間隙沖裁件為δ的8%修整量較多時，或板厚δ>3mm，均需要多次修整。模具間隙——單邊取0.001～0.01mm.也可為負(fù)間隙。三、切斷

切斷——是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉的輪廓進(jìn)行分離的工序。二、修整修整——沿外緣或內(nèi)孔刮削一層金屬。機(jī)理與切削相似，三41一、拉深1、拉深過程底部金屬一般不變性，只起傳遞拉力作用，厚度基本不變，坯料外徑D與內(nèi)徑d之間的環(huán)形部分金屬切向受壓應(yīng)力的作用,形成拉深件的直壁，直壁的厚度有所減少。

變形工序

一、拉深變形工序422．拉深中的廢品拉深件主要受拉應(yīng)力，應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時出現(xiàn)廢品，最危險處是直壁和園角的過渡處。拉穿現(xiàn)象與下列現(xiàn)象有關(guān)：(1)凸凹模的園角半徑有關(guān)，對鋼件取r凹=10δ，r凸=（0.6～1）r凹。(2)凹凸模的間隙:拉深的間隙較大，一般取單邊間隙

C=(1.1～1.2)δ。間隙過?。耗Σ亮Υ螅桌┕ぜ?、擦傷表面模具壽命低。間隙過大：易使工件起皺。(3)拉深系數(shù)mm=d/Dm越小，越易產(chǎn)生廢品，一般取m=0.5～0.8，塑性好取下限0.5，塑性差取上限0.8拉深系數(shù)過小，應(yīng)分多次拉深，每一兩次中間安排退火，以消除加工硬化，多次拉深時m應(yīng)漸增，使m=m1×m2×m3……2．拉深中的廢品43(4)潤滑可減少摩擦、降低拉應(yīng)力和減少模具的磨損。(5)拉深的另一種缺陷是起皺，可用壓邊解決。(4)潤滑443.旋壓有些空心的回轉(zhuǎn)體還可用選的方法制造，生產(chǎn)率較低，用于中小批量的生產(chǎn)，見p118.二、彎曲彎曲過程中，板料的內(nèi)側(cè)受壓，外側(cè)受拉，今拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時，金屬破裂內(nèi)萬半徑r越小越易破裂。3.旋壓45彎曲時盡量使彎曲線垂直于纖維，以免破裂。彎曲后要回彈，一般回彈較為0?~10?，事先要注意。彎曲時盡量使彎曲線垂直于纖維，以免破裂。彎曲后要回彈，一般回46三、翻邊＊翻邊—在帶孔的平面料上用擴(kuò)孔的辦法獲得凸緣的工序。

＊凸模園角半徑r凸=（4～9）δ＊翻邊系數(shù)ko=do/ddo—翻邊前的孔徑。d—翻邊后的內(nèi)孔尺寸。Ko—翻邊系數(shù),鍍錫板Ko不小于0.65,酸洗板Ko不小于0.68＊凸緣高度較大時，可先拉深、后沖孔、在翻邊。三、翻邊47四、成型成型—利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的工序四、成型48

一、沖壓件的形狀及尺寸1、對落料件和沖壓件的要求

(1)落料件的外形和沖孔件的孔形應(yīng)簡單、對稱盡量用圓形、矩形避免長槽或細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)。注意排樣，提高利用率。

沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性

一、沖壓件的形狀及尺寸沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性49(2)沖裁件的結(jié)構(gòu)尺寸（如孔徑、孔距）必須考慮材勞的厚度。(3)沖裁件上的直線與直線、曲線與直線的交界處，均用圓弧連接。最小園角半徑如表3-3。(2)沖裁件的結(jié)構(gòu)尺寸（如孔徑、孔距）必須考慮材勞的厚度。502、對彎曲件的要求曲件形狀應(yīng)盡量對稱，彎曲半徑大于最小半徑。彎曲邊H〉2δ，可以先彎好后再切去。為防止孔變形，孔的位置L>1.5~2δ2、對彎曲件的要求513、拉深件的要求外形簡單、對稱，深度不宜過大。最小許可半徑如圖3-61所示，否則增加拉深次數(shù)和整形工作。3、拉深件的要求52二、簡化工藝及節(jié)省材料的設(shè)計(jì)采用沖壓—焊接結(jié)構(gòu)。采用沖口工藝。盡量簡化拉深件的結(jié)構(gòu)。三、沖壓件的厚度盡量用較薄的鋼板，剛度不夠時可用加強(qiáng)筋。見教材P124.圖3—65使用加強(qiáng)筋舉例。二、簡化工藝及節(jié)省材料的設(shè)計(jì)三、沖壓件的厚度53四、沖壓件的精度和表面質(zhì)量對沖壓件的精度要求，不應(yīng)超過沖壓工藝所能達(dá)到的一般精度。落料—不超過IT10，沖孔—不超過IT9彎曲件—不超過IT10～I(xiàn)T9,拉深件的高度尺寸—IT10～I(xiàn)T8直徑尺寸—IT10～I(xiàn)T9整形后精度—IT7～I(xiàn)T6零件表面質(zhì)量不能高于原料表面質(zhì)量（粗糙度）對沖壓件的表面質(zhì)量要求，一般盡可能不要高于原材料所具有的表面質(zhì)量。四、沖壓件的精度和表面質(zhì)量54思考題1.簡述自由鍛的工藝方法2.簡述模樣的設(shè)計(jì)方法3.試根據(jù)所學(xué)知識，確定直齒，斜齒輪的鍛造方法思考題1.簡述自由鍛的工藝方法2.簡述模樣的設(shè)計(jì)方法3.試根55任務(wù)五鍛造成形任務(wù)五鍛造成形56教學(xué)內(nèi)容1.自由鍛工藝2.模鍛工藝3.板料沖壓工藝學(xué)習(xí)要求1.掌握金屬塑性變形、鍛造方法2.理解模鍛的原理3.自由鍛、板料沖壓的工藝方法能力要求初步具有材料可鍛性分析及工藝設(shè)計(jì)能力教學(xué)內(nèi)容1.自由鍛工藝2.模鍛工藝3.板料沖壓工藝學(xué)習(xí)要求157課前案例分析課前案例分析58鍛壓

利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形，來獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的生產(chǎn)方法稱為金屬壓力加工。壓力加工的種類有：

軋制、拉拔、擠壓、鍛造、板料沖壓（見附圖）鍛壓利用外力使金屬產(chǎn)生塑性變形，來獲得59鍛造教育課件60

金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)●彈性變形在外力作用下，材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力迫使原子離開原來的平衡位置，改變了原子間的距離，使金屬發(fā)生變形。并引起原子位能的增高，但原子有返回低位能的傾向。當(dāng)外力停止作用后，應(yīng)力消失，變形也隨之消失。

金屬的塑性變形金屬塑性變形的實(shí)質(zhì)●彈性變形金屬的塑性變形61●塑性變形內(nèi)應(yīng)力超過金屬的屈服點(diǎn)后，外力停止作用后，金屬的變形并不完全消失。●滑移面在切向應(yīng)力作用下，晶體的一部分相對于另一部分，沿著一定的晶面產(chǎn)生相對滑移，該面稱為滑移面?！裎诲e運(yùn)動引起塑性變形近代物理學(xué)證明，晶體不是在滑移面上，原子并不是整體的剛性運(yùn)動而是以位錯引起金屬塑性變形。位錯：沿滑移面舊原子對破壞，新原子對形成，圖3-2

●塑性變形62鍛造教育課件63●多晶體的塑性變形（晶內(nèi)和晶間變形）

晶內(nèi)變形：外力作用下，某一晶粒的塑性變形。

晶間變形：晶粒之間的相互位移或轉(zhuǎn)動。在外力作用下，有的晶粒處于利于塑性變形位置，則首先塑性變形。有的處于不利于塑性變形的位置，則暫時不變形。晶粒間會移動、轉(zhuǎn)動，這種利與不利位置在變化，塑性變形不斷進(jìn)行。圖3-3●多晶體的塑性變形（晶內(nèi)和晶間變形）64

塑性變形對金屬組織和性能影響●金屬在常溫下經(jīng)塑性變形后，內(nèi)部組織將發(fā)生變化。

⑴晶粒沿最大變形的方向伸長；

⑵晶格與晶粒發(fā)生扭曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力；⑶晶粒產(chǎn)生碎晶?！窭渥饔不?見圖3－4)

＊現(xiàn)象：強(qiáng)度、硬度上升，而塑性、韌性下降。

＊原因：滑移面附近的晶粒碎晶塊，晶格扭曲畸變，增大滑移阻力，使滑移難以進(jìn)行。塑性變形對金屬組織和性能影響●金屬在常溫下經(jīng)塑性變形65●回復(fù)與再結(jié)晶

＊回復(fù)：冷作硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。室溫下不易實(shí)現(xiàn)。當(dāng)提高溫度時，原子獲得熱能，熱運(yùn)動加劇，當(dāng)加熱溫度T回(用K氏溫標(biāo))

T回=（0.25—0.3）T熔

使原子回復(fù)到正常排列，消除了晶格扭曲，使加工硬化得到部分消除?！窕貜?fù)與再結(jié)晶66＊再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度T再：T再=0.4T熔原子獲得更多熱能，開始的某些碎晶或雜質(zhì)為核心構(gòu)成新晶粒，因?yàn)槭峭ㄟ^形核和晶核長大方式進(jìn)行的，故稱再結(jié)晶。再結(jié)晶后清除了全部加工硬化。再結(jié)晶后晶格類型不變，只改變晶粒外形?！窦庸び不睦谩⑾茫豪浼庸ず笫共牧蠌?qiáng)度↑硬度↑。如冷拉鋼，不能熱處理強(qiáng)化的金屬材料。＊消除：再結(jié)晶退火（P29）650—750℃＊再結(jié)晶：67●冷變形和熱變形

＊冷變形在再結(jié)晶溫度以下的變形；冷變形后金屬強(qiáng)度、硬度較高，低粗糙度值。但變形程度不宜過大，否則易裂。＊熱變形再結(jié)晶溫度以上變形。變形具有強(qiáng)化作用，再結(jié)晶具有強(qiáng)化消除作用。在熱變形時無加工硬化痕跡。金屬壓力加工大多屬熱變形，具有再結(jié)晶組織。

熱加工后組織性能變化：

⒈粗大晶粒被擊碎成細(xì)晶粒組織，改善了機(jī)械性能。⒉鑄態(tài)組織中的疏松、氣孔經(jīng)熱塑變形后被壓實(shí)或焊合。

⒊晶粒被拉長，非金屬雜物被擊碎，沿被拉長的晶粒界分布，形成纖維組織（流線）。

●冷變形和熱變形68變形程度越大，纖維組織越明顯。壓力加工中常用鍛造比y來表示變形程度。拔長時鍛造比y拔=A0/A

鐓粗時鍛造比y鐓=H0/H

纖維組織很穩(wěn)定，不能（難以）用熱處理方法來消除。只有經(jīng)過鍛壓來改變其方向、形狀。變形程度越大，纖維組織越明顯。69在設(shè)計(jì)和制造零件時，應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合，最大切應(yīng)力的方向于纖維方向垂直。盡量使纖維組織不被切斷。在設(shè)計(jì)和制造零件時，應(yīng)使最大正應(yīng)力的方向于纖維方向重合，70

金屬的可鍛性●金屬的可鍛性：材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能?！窨慑懶缘暮饬浚核苄裕〝嗝媸湛s率ψ，伸長率δ），變形抗力。塑性好，變形抗力小則可鍛性好?！窨慑懶匀Q于：金屬本質(zhì)和加工條件。金屬的可鍛性●金屬的可鍛性：材料經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制71一、金屬的本質(zhì)

⒈化學(xué)成分的影響純金屬的可鍛性比合金好；有些元素可使可鍛性顯著下降（如鉻，鎢，釩等）。鋼的含碳量越低，可鍛性越好，⒉金屬組織的影響

＊組織不同，可鍛性有很大差異：

＊純金屬、固溶體（如奧氏體）可鍛性好；碳化物可鍛性差；＊鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒不如晶粒細(xì)小均勻。一、金屬的本質(zhì)72二、加工條件⒈變形溫度的影響

＊溫度↑→原子的運(yùn)動能力↑→容易滑移→塑性↑→變形抗力↓→可鍛性改善.過熱：超過一定溫度，晶粒急劇長大，鍛造性能↓，機(jī)械性能↓。已過熱工件可通過鍛造，控制冷卻速度，熱處理，使晶粒細(xì)化。

過燒：接近材料熔化溫度，晶間的低熔點(diǎn)物質(zhì)開始熔化，且晶界上形成氧化層。金屬失去鍛造性能，一擊便碎，無法挽回。

二、加工條件73＊鍛造溫度：始鍛溫度：碳鋼比AE線低200C°左右終鍛溫度：800C°過低難于鍛造，若強(qiáng)行鍛造，將導(dǎo)致鍛件破裂報(bào)廢。圖3-8＊鍛造溫度：74⒉變形速度的影響

變形速度--單位時間的變形程度

＊變形速度u=dε/dtε—變形程度

＊變形速度u↑

⒊應(yīng)力狀態(tài)影響三向應(yīng)力中，壓力應(yīng)力數(shù)目愈多，則塑性越好。塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑，變形抗力↓⒉變形速度的影響塑性↓.變形抗力↑熱能↑→塑性↑，變形抗力↓75鍛造教育課件76

一、自由鍛

＊自由鍛是利用沖擊力或壓力使金屬在上、下兩個抵鐵之間變形。從而獲得所需形狀及尺寸的鍛件。在重型機(jī)械中，自由鍛是生產(chǎn)大型鍛件和特大型鍛件唯一成型的方法。

＊金屬沿變形方向可以自由流動，不受限制。

＊自由鍛設(shè)備：鍛錘依靠沖擊力使金屬變形，只能鍛造中小鍛件。液壓機(jī)：依靠靜壓力使金屬變形，可加工大型鍛件。其中水壓機(jī)可產(chǎn)生很大作用力，是重型機(jī)械廠鍛造生產(chǎn)的主要設(shè)備。

鍛造方法一、自由鍛鍛造方法77⒈自由鍛工序⑴基本工序鐓粗：適于餅塊類，盤套類拔長：適于軸類、桿類拔長、鐓粗經(jīng)常交替反復(fù)使用。有時一頭鐓粗，另一頭拔長。（通孔、盲孔）沖孔，常用方法：鐓粗—沖孔鐓粗—沖孔—擴(kuò)孔彎曲：工件軸線產(chǎn)生一定曲率。扭轉(zhuǎn)：某一部分相對于另一部分轉(zhuǎn)一定角度。錯移：坯料的一部分相對于另一部分平移錯開的工序，例如曲軸。切割：分割坯料，或去除鍛件余量的工序。

⑵輔助工序：在基本工序之前的預(yù)變形工序如壓肩、壓鉗口等。⑶精整工序：完成基本工序之后，用以提高鍛件尺寸和形狀精度的工序。

⒉鍛件分類及基本工序方案（表3-1鍛件分類及所需鍛造工序）⒈自由鍛工序78二、模鍛

＊在壓力或沖擊力作用下，金屬坯料在鍛模模膛內(nèi)變形，從而獲得鍛件的工藝方法。此法生產(chǎn)的鍛件尺寸精確、加工余量較小，結(jié)構(gòu)也可較復(fù)雜，生產(chǎn)率高。

＊按使用設(shè)備不同分為：錘上模鍛、胎模鍛等。

(見下頁圖)

⒈錘上模鍛

＊錘上模鍛所用設(shè)備為模鍛錘。通常為蒸氣-空氣錘。對形狀復(fù)雜鍛件，先在制坯模膛內(nèi)初步成形，然后在模鍛模膛內(nèi)鍛造。

二、模鍛79⑴模鍛模膛

i)終鍛模膛

—作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀、尺寸。

—尺寸比鍛件尺寸放大一個收縮量，鋼件約為1.5%。

—四周有飛邊槽，用以增加金屬從模膛中流出阻力，促使金屬充滿模膛，容納多余的金屬?！獩_孔連皮：無法加工通孔而留下的一薄層金屬。ii)預(yù)鍛模膛

—作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀尺寸，使終鍛時，金屬容易充滿終鍛模膛。延長終鍛模膛的使用壽命。

—批量不大，形狀簡單時可不設(shè)預(yù)鍛模膛。

—區(qū)別：預(yù)鍛模膛的圓角、斜度較大，沒有飛邊槽。終鍛模膛的圓角、斜度較小，有飛邊槽。⑴模鍛模膛80鍛造教育課件81⑵制坯模膛＊對形狀復(fù)雜的模鍛件,為使坯料形狀基本接近模鍛件形狀,使金屬能合理分布和很好地充滿模鍛模膛，就必須預(yù)先在制坯模鏜內(nèi)制坯，因而設(shè)制坯模膛。

i)拔長模膛增加某一部分長度。

ii)滾壓模膛減小某部分橫截面積,以增大另一部分橫截面積，坯料長度基本不變。

iii)彎曲模膛彎曲工件。

iv)切斷模膛切斷金屬。此外還有成型模鏜，鐓粗臺，擊扁面等制坯模鏜。

⑵制坯模膛82

＊模膛可分為單膛及多膛，圖3-18是多鏜模鍛。⒉曲柄壓力機(jī)上模鍛＊模膛可分為單膛及多膛，圖3-18是多鏜模鍛。83⒊摩擦壓力機(jī)上模鍛⒊摩擦壓力機(jī)上模鍛84⒋胎模鍛

＊胎模鍛是在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法，一般采用自由鍛方法制坯，然后在胎模中成型。⑴扣模圖3-22⑵筒模圖3-23⑶合膜圖3-24⒋胎模鍛85

鍛造工藝規(guī)程的制訂一、繪制鍛件圖繪制鍛件圖是以零件圖為基礎(chǔ)，結(jié)合鍛造工藝特點(diǎn)繪制而成的。⒈敷料、余量及公差＊敷料：為簡化零件的形狀和結(jié)構(gòu)，便于鍛造而增加的一部分金屬為敷料。＊余量：零件表面為切削加工而增加的尺寸稱余量。

＊鍛件公差：是鍛件名義尺寸的允許變動量。查表而定。＊自由鍛鍛件圖：圖2-25

⒉分模面

＊分模面：上下模鍛在模鍛件上的分界面，關(guān)系到鍛件成型，鍛件出模，材料利用率，鍛模加工等一系列問題。

＊選分模面原則：

1)應(yīng)保證模鍛件能從模腔中取出來。圖3-26a-a2)應(yīng)使上、下兩模沿分模面的模腔輪廓一致。圖3-26b-b3)分模面應(yīng)選在能使模腔深度最淺的位置上。圖3-26b-b4)使敷料最少。

5)分模面最好是一個平面。圖3-26中d-d面最合理。鍛造工藝規(guī)程的制訂一、繪制鍛件圖86⒊模鍛斜度＊模鍛件上平行于錘擊方向（垂直于分模面）的表面必須有斜度，以便取出鍛件。模鍛斜度與模鏜深度和寬度有關(guān)。內(nèi)側(cè)斜度比外側(cè)稍大些。圖3-27模鍛斜度⒋模鍛圓角半徑＊所有交角均做成圓角，可以易于充滿模膛，避免尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛件外尖角處的磨損。＊鍛件內(nèi)圓角R，鍛件外圓角r見圖。圖3-28圓角半徑＊圓角半徑為1，1.5，2，3，4，5，6，8，10，12，15，20等標(biāo)準(zhǔn)值。⒌沖孔連皮＊孔徑大于25mm,該孔應(yīng)鍛出；孔徑為25~80時,沖孔連皮厚度取4~8mm。＊孔徑小于25mm或孔深大于沖頭直徑3倍時,只壓出凹穴。圖3-29⒊模鍛斜度87二、坯料重量和尺寸的確定

＊坯料重量G坯

G坯=G鍛+G燒損+G料頭式中：G鍛—鍛件重量

G燒損—坯料因加熱氧化而燒損

G料頭—在鍛造過程中被沖掉或被切掉的金屬＊鍛造比對于以鋼錠為坯料時,并采用拔長時,鍛造比不小于2.5~3。軋材為坯料時，鍛造比可取1.3~1.5。三、鍛造工序（工步）的確定

＊自由鍛、按P98表3-1定

＊模鍛

—長軸：常用拔長、滾壓、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等，小型長軸常采用一根棒料鍛幾個鍛件，模鍛件采用周期軋制材料作坯料時可省去拔長滾壓等工步。圖3-30圖3-31用軋制坯料模鍛

—短軸：常用鐓粗、預(yù)鍛、終鍛等。圖3-32四、鍛造工藝規(guī)程中的其它內(nèi)容

＊始鍛溫度和終煅溫度(P95圖3-8)

＊加熱規(guī)范、冷卻規(guī)范、對高合金鋼尤為重要，以防因熱應(yīng)力引起變形或開裂。二、坯料重量和尺寸的確定88

鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性自由鍛件不要有錐體，或斜面結(jié)構(gòu)圖3-33軸類鍛件結(jié)構(gòu)

幾何體的交接處不應(yīng)形成空間曲線圖3-34桿類鍛件結(jié)構(gòu)

鍛件結(jié)構(gòu)的工藝性一、自由鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性89自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺、工字形截面或空間曲線形表面圖3-35盤類鍛件結(jié)構(gòu)自由鍛件橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時，應(yīng)設(shè)計(jì)成有幾個簡單件構(gòu)成的組合體，再焊接或機(jī)械連接方法連接。圖3-36復(fù)雜件結(jié)構(gòu)自由鍛件上不應(yīng)設(shè)計(jì)出自由鍛件橫截面若有急劇變90二、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性＊模鍛件有一合理分模面，使工件容易取出，應(yīng)使敷料少，鍛模容易制造。＊零件上與其它零件配合時要機(jī)加工，其他面均應(yīng)設(shè)計(jì)成非加工面。因此，要注意設(shè)計(jì)出模鍛斜度，模鍛圓角。＊鍛件外形應(yīng)力求簡單、平直、對稱，避免直徑相差過大或具有薄壁、高筋、高臺、深孔、多孔二、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性91板料沖壓

＊板料沖壓又叫冷沖，但δ>8～10mm時用熱沖＊特點(diǎn)：

(1)可沖形狀復(fù)雜的零件，且廢料少。 (2)高精度，低粗糙度，零件互換性好。

(3)重量輕，耗材少，強(qiáng)度剛度較好。(4)操作簡單，生產(chǎn)率高。

＊常用的材料：低碳鋼、銅合金、鋁合金等塑性好的材料。＊常用設(shè)備：剪床和沖床。＊基本工序：1、分離工序

2、變形工序。

板料沖壓＊板料沖壓又叫冷沖，但δ>8～10mm時用92一、落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）＊落料——落下部分為成品。＊沖孔——落下部分為廢品。1、沖裁變形過程

(1)彈性變形階段

分離工序

一、落料及沖孔（統(tǒng)稱沖裁）分離工序93(2)塑性變形階段板料中的應(yīng)力值達(dá)到屈服極限，板料金屬產(chǎn)生塑性變形，產(chǎn)生硬化，凹凸模刃口處硬化加劇，出現(xiàn)裂紋。(3)斷裂分離階段上下裂縫重合，板料分離。分離面的質(zhì)量主要和下列有關(guān)：a.間隙有關(guān)b.刃口鋒利c.模具有關(guān)d.材料有關(guān)e.板厚有關(guān)……2、凹凸模間隙間隙影響：斷面質(zhì)量，模具壽命，卸料力，推件力，沖裁力，工件尺寸精度間隙過大：裂縫錯開，邊緣粗糙。卸料力，推件力小。間隙過?。荷舷铝芽p錯開，邊緣粗糙。磨損嚴(yán)重。間隙可按下式計(jì)算: c=mδ δ---板料厚度。m----系數(shù)，p115。鍛造教育課件943、凹凸模刃口尺寸的確定落料—以凹模刃口尺寸作為基準(zhǔn)，根據(jù)間隙的大小確定凸模尺寸。（凹模尺寸等于零件的尺寸）沖孔—以凸模為基準(zhǔn)，有間隙確定凹模的尺寸，即凸模尺寸同零件尺寸?？紤]磨損：落料凹模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最小尺寸沖孔凸模尺寸靠近零件公差范圍內(nèi)的最大尺寸4、沖裁件的排樣排樣應(yīng)使廢料最少。排料有‘無搭邊和有搭邊’兩種類型。

noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小，且在同一平面上，尺寸準(zhǔn)確。b、D圖“無搭邊”毛刺不在同一平面上。尺寸不易準(zhǔn)確。noticea、前三圖是“有搭邊”優(yōu)點(diǎn)是毛刺小，且在同一平面95二、修整修整——沿外緣或內(nèi)孔刮削一層金屬。機(jī)理與切削相似，與沖裁不同。精度——IT6～I(xiàn)T7，粗糙度Ra0.8～1.6。修整量——單邊修整量一般為板厚δ的10%，小間隙沖裁件為δ的8%修整量較多時，或板厚δ>3mm，均需要多次修整。模具間隙——單邊取0.001～0.01mm.也可為負(fù)間隙。三、切斷

切斷——是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉的輪廓進(jìn)