第二章 塑性成形

第二章金屬塑性成形

第二章金屬塑性成形

2·1

金屬塑性變形基礎2·2

自由鍛2·3

模鍛2·4

板料沖壓2·5其它塑性成型方法2·6

常用塑性成型方法的選擇

重點：冷變形和熱變形的概念，熱變形后金屬的組織和性能；自由鍛的特點和應用范圍，自由鍛工藝過程；模鍛的特點、方法和應用范圍；模鍛件圖的繪制；自由鍛、模鍛零件結構設計的工藝性；板料沖壓的特點和應用范圍；板料沖壓基本工序的變形特點和用途。

難點：金屬塑性成形性及其影響因素；自由鍛工藝過程的制定；模鍛工步的選擇；板料沖壓工序的應用。

金屬塑性成形：利用金屬材料所具有的塑性變形規(guī)律，在外力作用下通過塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的零件或毛坯的加工方法。金屬塑性成形在工業(yè)生產(chǎn)中稱為壓力加工。自由鍛模鍛板料沖壓擠壓拉拔軋制金屬塑性成形分類第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形（1）改善金屬組織，提高金屬力學性能。壓力加工能消除金屬鑄錠內(nèi)部的氣孔、縮孔和樹枝狀晶等缺陷，得到致密的金屬組織，從而提高金屬的力學性能。(3)塑性成形加工具有較高的生產(chǎn)率。例如，利用多工位冷鐓工藝加工內(nèi)六角螺釘比用棒料切削加工工效提高約400倍以上

壓力加工的特點：鋼種σb（Mpa）σ0.2（Mpa）δ（%）45鍛鋼69041026ZG310-57057031015(2）可提高材料的利用率。(4)可獲得精度較高的毛坯或零件。

第二章金屬塑性成形§2.1金屬塑性變形基礎一、金屬塑性變形概念和規(guī)律二、影響金屬塑性變形的內(nèi)在因素三、影響金屬塑性變形的加工條件四、金屬塑性變形對組織和性能的影響五、常用合金的壓力加工性能第二章金屬塑性成形金屬的塑性：是指金屬材料在外力作用下，發(fā)生永久變形而不破壞其完整性的能力。

一、金屬塑性變形概念和規(guī)律（一）概念

金屬的塑性成形性能：金屬塑性成形是在外力作用下實現(xiàn)的，用來衡量壓力加工工藝性好壞的主要工藝性能指標。變形抗力：壓力加工時，作用在工具表面單位面積上變形力的大小。衡量金屬的塑性成形性能具體指標：金屬的塑性變形抗力第二章金屬塑性成形（二）、塑性變形基本規(guī)律根據(jù)體積不變規(guī)律，可以得到以下結論。(1)塑性變形時，只有形狀和尺寸的改變，而無體積的變化。(2)不論應變狀態(tài)如何，其中必有一個主應變的符號與其它兩個主應變的符號相反，且這個主應變的絕對值最大。(3)當已知兩個主應變的數(shù)值時，第三個主應變大小也可求出。1、最小阻力定律金屬在塑性變形過程中，如果金屬質點有向幾個方向移動的可能時，則金屬各質點將向阻力最小的方向移動。2、加工硬化及卸載彈性恢復定律金屬在常溫下隨著變形量的增加，變形抗力增大，塑性和韌度下降的現(xiàn)象稱為加工硬化。

表示變形抗力隨變形程度增大的曲線稱為硬化曲線。卸載后，彈性變形εt消失的現(xiàn)象，稱為彈性恢復。3、塑性變形時的體積不變規(guī)律金屬材料在塑性變形時，變形前與變形后的體積保持不變，稱為體積不變規(guī)律。第二章金屬塑性成形最小阻力定律的應用實例第二章金屬塑性成形表示變形抗力隨變形程度增大的曲線稱為硬化曲線第二章金屬塑性成形金屬塑性變形時三種主應變狀態(tài)：a)x,y向縮減，z向伸長；b)x,y向伸長，z向縮短；c)X向不變，y向縮短，z向伸長。根據(jù)體積不變規(guī)律推得:xyz第二章金屬塑性成形二、影響金屬塑性變形的內(nèi)在因素（一）化學成分1、純金屬的塑性成形性比合金的好。如鋼，隨[C]↑→ε↓，σ↑，塑性成形性能下降。2、合金元素：Me↑→ε↓，σ↑。W、Mo、V、Ti形成合金碳化物，使合金的塑性成形性能變差。3、雜質：P↑S↑→ε↓，使塑性成形性能下降。（二）金屬組織1、純金屬及單相固溶體的合金塑性成形性能較好；2、在常溫下具有均勻細小等軸晶粒的金屬，其塑性成形性能比晶粒粗大的柱狀晶粒好。第二章金屬塑性成形三、影響金屬塑性變形的加工條件（一）變形溫度

T變↑→ε↑σ↓。加熱是壓力加工的重要手段。但是，要防止：加熱溫度過高，會使晶粒急劇長大，導致金屬塑性減小，塑性成形性能下降，這種現(xiàn)象稱為“過熱”。加熱溫度接近熔點，使晶界氧化甚至熔化，導致金屬的塑性變形能力完全消失，這種現(xiàn)象稱為“過燒”。（二）變形速度（三）應力狀態(tài)實踐證明，在三向應力狀態(tài)下，壓應力的數(shù)目越多，則其塑性越好；拉應力的數(shù)目越多，則其塑性越差。（四）其它1、模具與工具的結構不；2、潤滑劑的應用。第二章金屬塑性成形1—抗力2—塑性圖2-5變形速度與變形抗力和金屬塑性的關系

擠壓時金屬應力狀態(tài)

拉拔時金屬應力狀態(tài)第二章金屬塑性成形應力狀態(tài)對金屬塑性變形能力的影響第二章金屬塑性成形四、金屬塑性變形對組織和性能的影響

（一）變形程度的影響；（二）纖維組織的利用；金屬中的夾雜物（如FeS等），在金屬的塑性變形中，延加工方向被拉長或壓扁呈纖維狀。當金屬再結晶時，變形的晶?；謴蜑榈容S細晶粒，而夾雜物無再結晶能力，仍然以纖維狀保留下來，形成纖維組織。（三）冷變形與熱變形。冷變形：在再結晶溫度以下的塑性變形；熱變形：在再結晶溫度以上的塑性變形。鍛造比Y鍛：拔長Y鍛

=S0/S

鐓粗Y鍛

=H0/H第二章金屬塑性成形碳素工具鋼Y鍛=

2～3

合金工具鋼Y鍛=

3～4高合金工具鋼Y鍛=

5～12冷沖：相對彎曲半徑r/t、拉深系數(shù)m、翻邊系數(shù)k擠壓：擠壓斷面縮減率εp鑄錠鍛造比：鋼材鍛造時：Y鍛

=1.1~1.3第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形§2.2自由鍛自由鍛：利用沖擊力或壓力，使金屬在上、下砧鐵之間，產(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質量鍛件的一種加工方法。自由鍛分類：手工鍛造機器鍛造自由鍛特點：（1）工具簡單，通用性強，生產(chǎn)準備周期短，適應性廣泛；（2）尺寸精度低，加工余量大；（3）生產(chǎn)效率低；（4）適合于單件小批量生產(chǎn)。第二章金屬塑性成形一、自由鍛工序自由鍛工序（一）基本工序1．鐓粗沿工件軸向進行鍛打，使其長度減小、橫截面積增大的操作過程。2．拔長拔長是沿垂直于工件的軸向進行鍛打，以使其截面積減小，而長度增加的操作過程。3．沖孔利用沖頭在工件上沖出通孔或盲孔的操作過程。4．其它：彎曲、扭轉、錯移、切割等（二）輔助工序為使基本工序操作方便而進行的預變形工序稱為輔助工序。如：壓鉗口、壓鋼錠棱邊、切肩（三）修整工序用以減少鍛件表面缺陷而進行的工序，如校正、滾圓、平整等修整工序

第二章金屬塑性成形基本工序：使金屬坯料產(chǎn)生一定程度的塑性變形，以得到所需形狀、尺寸或改善材質性能的工藝過程。

鐓粗：沿工件軸向進行鍛打，使其長度減小、橫截面積增大的操作過程。拔長：拔長是沿垂直于工件的軸向進行鍛打，以使其截面積減小，而長度增加的操作過程。沖孔：利用沖頭在工件上沖出通孔或盲孔的操作過程。為使基本工序操作方便而進行的預變形工序稱為輔助工序

第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形

二、自由鍛工藝規(guī)程的制訂（一）、繪制鍛件圖鍛件圖：以零件圖為基礎，結合自由鍛工藝特點繪制而成的圖形。1敷料：為了簡化鍛件形狀以便于進行自由鍛造而增加的這一部分金屬稱為敷料。2鍛件余量：為改善鍛件的表面質量，需經(jīng)切削加工，因此在零件的加工表面上增加的供切削加工用的余量，稱之為鍛件余量。

3鍛件公差：鍛件名義尺寸的允許變動量。

※鍛件圖上用雙點畫線畫出零件主要輪廓形狀，并在鍛件尺寸線下面用括號標出零件尺寸。第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形（二）、計算坯料質量及尺寸

坯料質量:G坯料

=G鍛件＋G燒損＋G料頭

G燒損——加熱時表面氧化而燒損的質量。取2%～3%（第一次）或1·5%～2%（以后各次）。

G料頭——鍛造時沖掉或被切掉的質量。坯料體積：V=G坯料/ρ

第二章金屬塑性成形（三）選擇鍛造工序

盤類鍛件：選鐓粗（或拔長及鐓粗）、沖孔；軸類鍛件：選拔長（或鐓粗及拔長）、切肩、鍛臺階；筒類鍛件：選鐓粗（或拔長及鐓粗）、沖孔、在心軸上拔長；環(huán)類鍛件：選鐓粗（或拔長及鐓粗）、沖孔、在心軸上擴孔；彎曲類鍛件：選拔長、彎曲。第二章金屬塑性成形（四）、鍛造設備選擇空氣錘用于重量不大于100Kg的鍛件蒸汽—空氣錘用于重量不大于1.5t的鍛件液壓機能鍛300噸的鍛件（靜壓力）自由鍛設備鍛錘（沖機力）注：鍛錘的噸位是以落下部分的質量來表示的。第二章金屬塑性成形蒸汽—空氣錘：一般噸位為0.5－5t，用于重量不大于1.5t的鍛件。常用水壓機的壓力為5000--150000KN（500～15000t），可以鍛造質量為1－300t的鍛件第二章金屬塑性成形（五）、鍛造溫度范圍１、加熱目的：提高金屬的塑性，減小變形抗力，使之易于變形，并獲得良好的鍛后組織和力學性能。

２、鍛造溫度范圍即始鍛溫度與終鍛溫度間的溫度范圍。始鍛溫度：固相線以下100～200℃終鍛溫度：高于金屬再結晶溫度50～100℃見下圖第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形(六)、填寫工藝卡表2—5第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形三、自由鍛件的結構工藝性

1．盡量避免錐體或斜面結構

第二章金屬塑性成形2．避免幾何體的交接處形成空間曲線第二章金屬塑性成形3.避免加強肋、凸臺，工字形、橢圓形或其它非規(guī)則截面及外形第二章金屬塑性成形4．合理采用組合結構第二章金屬塑性成形§2.3模鍛在模鍛設備上，利用高強度鍛模，使金屬坯料在模膛內(nèi)受壓產(chǎn)生塑性變形，而獲得所需形狀、尺寸以及內(nèi)部質量鍛件的加工方法稱為模鍛。

特點：生產(chǎn)率高；尺寸精度高、加工余量小、節(jié)約材料；鍛件形狀比自由鍛的復雜；生產(chǎn)批量大，但質量不能大于150Kg；模具費用大，準備時間長。用途：小型鍛件的大批量生產(chǎn)。錘上模鍛壓力機上模鍛胎模鍛分類契式熱模鍛壓力機頂出機構傳動楔塊連桿曲軸滑塊固定凹?；顒影寄Ｖ骰瑝K副滑塊沖頭第二章金屬塑性成形一、錘上模鍛的工藝特點錘上模鍛：將上模固定在錘頭上，下模緊固在模墊上，通過隨錘頭作上下往復運動的上模，對置于下模中的金屬坯料施以直接鍛擊，來獲取鍛件的鍛造方法。錘上模鍛工藝特點：。(1)金屬在模膛中形成鍛件。(2)錘頭的行程、打擊速度均可調(diào)節(jié)，可進行制坯工作。(3)由于慣性作用，金屬在上模模膛中具有更好的充填效果(4）錘上模鍛的適應性廣，可生產(chǎn)多種類型的鍛件，可以單膛模鍛，也可以多膛模鍛。

第二章金屬塑性成形二、錘上模鍛的鍛模結構圖2-8錘上鍛模1-錘頭2-上模3-飛邊槽4-下模5-模墊6、7、1O-緊固楔鐵8-分模面9-模膛第二章金屬塑性成形模鍛模膛制坯模膛模鍛模膛1．拔長模膛開式拔長模膛閉式拔長模膛2．滾擠模膛開式滾擠模膛閉式滾擠模膛3．彎曲模膛用它來使坯料彎曲。4．切斷模膛用來切斷金屬。1．終鍛模膛其作用是使金屬坯料最終變形到所要求的形狀與尺寸2．預鍛模膛用于預鍛的模膛稱為預鍛模膛。第二章金屬塑性成形1．拔長模膛其作用是用來減小坯料某部分的橫截面積，以增加其長度。拔長模膛分為開式和閉式兩種，開式拔長模膛邊緣開通，閉式拔長模膛邊緣封閉。3．彎曲模膛用它來使坯料彎曲，2．滾擠模膛用它來減小坯料某部分的橫截面積，以增大另一部分的橫截面積。4．切斷模膛在上模與下模的角部組成一對刃口，用來切斷金屬，終鍛模膛其作用是使金屬坯料最終變形到所要求的形狀與尺寸，因此，它與終鍛件的形狀、尺寸相同第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形三、錘上模鍛工藝規(guī)程的制定（一）繪制模鍛件圖用于制造鍛模、計算坯料以及檢驗模鍛件。繪制模鍛件圖應考慮的問題：1．分模面

即上下鍛模的分界面。分模面確定的原則：(1)確保模鍛件能從模膛中取出；如圖2-27所示。(2)分模面處，上下模膛的輪廓一致；如圖2-27所示，若選c-c面為分模面，就不符合此原則。(3）分模面盡量為一個平面，上下鍛模的模膛深度盡量相近，差別不宜過大，以便于均勻充型。(4)盡量使敷料最少；如圖2-27所示，若將b-b面選作分模面，其敷料最多。(5)使模膛深度最淺，便于充型和取件，有利于鍛模的制造，如圖2-27所示的b-b面就不適合做分模面。第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形2．加工余量和鍛件公差加工余量（1～4mm）和公差（±0·3～3mm）比自由鍛小。敷料（當孔徑＞25時，應鍛出，并留有沖孔連皮）。設計原則：既起模方便，又節(jié)省材料和機加工工時。大?。阂话?～15°；外壁斜度比內(nèi)壁（鍛件與模壁夾緊的面）小2～5°。為便于從模膛中取出鍛件，模鍛件上平行于錘擊方向的表面必須具有斜度，稱為模鍛斜度3.模鍛斜度第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形4、模鍛圓角半徑模鍛件上所有兩平面轉接處均需圓弧過渡，此過渡處稱為鍛件的圓角。外圓角：在鍛件凸部呈圓弧連接的部位。內(nèi)圓角：在鍛件凹部呈圓弧連接的部位。分類①利于金屬變形流動，易于金屬充滿型腔；②避免在鍛模內(nèi)角處產(chǎn)生裂紋；③減緩鍛模外角處的磨損，提高鍛模壽命。作用：外角半徑r=1.5～12mm(外圓角脫離鍛模)內(nèi)角半徑R=(2～3)r(內(nèi)圓角不易起模)大小：第二章金屬塑性成形r—外圓角R—內(nèi)圓角第二章金屬塑性成形5．沖孔連皮對于具有通孔的鍛件，由于錘上模鍛時不能靠上、下模的突起部分把金屬完全排擠掉，因此不能鍛出通孔，終鍛后，孔內(nèi)留有金屬薄層，稱為沖孔連皮（圖2-30)連皮厚度t通常在4-8mm作用：緩沖作用，避免鍛模損壞；使金屬易于充型，減小打擊力。尺寸：厚度t=4～8mm

t=0.45(d-0.25h-5)0.5+0.6h0.5

薄—效果差過厚—浪費金屬；沖除時鑄件易變形

圓角半徑R1：R1=R+0.1h+2R—鍛件內(nèi)圓角半徑孔徑d﹤25mm或h﹥3d時，只在沖孔處壓出凹穴。第二章金屬塑性成形圖2-31齒輪坯模鍛件圖第二章金屬塑性成形（二）、坯料質量及尺寸計算（同自由鍛）

質量=鍛件+飛邊+沖孔連皮+鉗口料頭+氧化皮（三）、確定模鍛工序模鍛工序（按進程）分類：制坯工序模鍛工序修整工序滾擠終鍛彎曲卡壓拔長鐓粗預鍛切斷、切邊沖孔校正精壓清理第二章金屬塑性成形（三）、確定模鍛工序

1.長軸類模鍛件基本工序：拔長→滾壓→彎曲→預鍛→終鍛。見圖

2.盤類鍛件基本工序：鐓粗→預鍛（復雜形狀）

→終鍛（簡單形狀）。3.修整工序①切邊和沖孔方法：熱切（沖）：模鍛結束后立即切邊和沖孔沖切力小，鍛件不易裂紋，但易走樣。用于中大型鍛件，高碳、高合金鋼。冷切（沖）：勞動條件好。沖切力大，鍛件易裂紋，不易走樣。

用于C﹤0.45%、低合金鋼、非鐵碳合金，尺寸較小、精度要求較高的鍛件第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形（2）校正

熱校：熱切（沖）后，在終鍛模膛內(nèi)進行。適于大型鍛件，形狀復雜件。冷校：在熱處理、清理工序之后進行，采用專門校正模。適于中小型鍛件。（3）熱處理

目的：消除過熱組織或加工硬化組織，消除殘余應力。工藝：退火或正火（4）清理（去除表面的氧化層和毛刺，可用拋丸、打磨等方法）（5）精壓目的：提高鍛件尺寸精度，降低Ra種類：平面精壓、體積精壓第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形（四）、選擇鍛造設備同自由鍛（五）、確定鍛造溫度范圍同自由鍛第二章金屬塑性成形四、模鍛件結構工藝性

（1）應有一個合理的分模面，便于鍛件的充型、取出、敷料少、鍛模易于制造；（2）除與其它零件配合的表面外，均應設計為非加工表面；非加工表面之間形成的角應設計模鍛圓角；與分模面垂直的非加工表面，應設計出模鍛斜度

；（3）外形應力求簡單、平直、對稱，避免截面急劇變化、薄而高的凸緣、深而窄的凹陷，避免扁薄鍛件；（4）盡量避免深孔或多孔結構；（5）復雜件可采用組合工藝結構。第二章金屬塑性成形凸緣太高、太薄中間下凹太深零件過于扁薄凸緣高而薄第二章金屬塑性成形不易鍛出第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形五、其它模鍛方法（一）壓力機上模鍛1、摩擦壓力機（螺旋壓力機）上模鍛

工作原理模鍛壓力機的種類有：摩擦壓力機、曲柄壓力機、平鍛機、水壓機等。2、曲柄壓力機上模鍛工作原理摩擦壓力機工作原理圖第二章金屬塑性成形1-螺桿、

2-螺母3-飛輪、

4-圓輪5-電動機6-皮帶、

7-滑塊8-導軌、

9-機座

摩擦壓力機的最大噸位可達80000kN，常用的在100000kN以下。第二章金屬塑性成形摩擦壓力機上模鍛的特點：

①、滑塊行程不固定，并有一定的沖擊力，可實現(xiàn)輕打、重打，可在一個模膛中進行多次鍛打?？蓪崿F(xiàn)模鍛的各種的工序。②、滑塊速度低，模鍛速度比錘上模鍛的低，變形中的再結晶現(xiàn)象可以充分進行。適合低塑性合金鋼和有色金屬。③、有頂出裝置，可鍛出形狀復雜、斜度小的鍛件。④、承受偏心載荷的能力差，通常只使用于單模膛的模鍛。⑤、適合中小型鍛件。摩擦壓力機上模鍛件第二章金屬塑性成形曲柄壓力機工作原理圖第二章金屬塑性成形1-電動機2-皮帶輪3-飛輪4-軸5、6-傳動齒輪7-離合器8-曲柄9-連桿10-滑塊11-工作臺12-頂桿13-斜楔14-拉桿15-制動器16-凸輪2、曲柄壓力機上模鍛

工作原理曲柄壓力機上模鍛的特點

1·

滑塊行程固定，并具有良好的導向裝置和頂件機構，

故鍛件的公差、余量和模鍛斜度小。但氧化皮不易去

掉。還不能進

行拔長、滾鍛等預鍛工序。2·

作用力是靜壓力，故鍛模可作成鑲塊，便于鍛模的制

造加工。3·由于是一次成形，金屬變形量過大，不易使金屬充滿終

鍛模膛。故變形要逐步進行，終鍛前常采用預鍛工步。

見圖

4·

對于截面變化大的長軸類鍛件，可配套輥鍛機或軋制機

先制坯。5·曲柄壓力機的噸位一般是2000~120000kN。設備造價高，

適合大批大量生產(chǎn)。第二章金屬塑性成形曲柄壓力機用的鍛模第二章金屬塑性成形曲柄壓力機上模鍛齒輪工步第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形（二）、胎模鍛

在自由鍛設備上用胎模生產(chǎn)模鍛件的工藝方法適于中小批量生產(chǎn)1、特點：兼有自由鍛和模鍛的特點，可采用多個模具，因而可鍛出不同外形、不同復雜程度的模鍛件2、工藝：自由鍛制坯+胎膜成形

3、胎膜種類：胎模按照結構型式不同可分為：

（1）摔模D03-13;

（2）拼分套模D03-15;

（3）切邊模D03-16;

（4）彎曲模D03-17.第二章金屬塑性成形第三節(jié)模鍛筒模用于鍛造齒輪、法蘭盤等盤類零件。組合筒模可鍛出形狀復雜的零件。合模由上下模組成，有導向結構，可生產(chǎn)形狀復雜精度要求高的非回轉體鍛件。第二章金屬塑性成形筒模1-筒模2-右半模3-沖頭4-左半模5-鍛件合模第二章金屬塑性成形例題一錘上模鍛：大批量生產(chǎn)分型面為a-a工序：下料—鐓粗制坯

—模鍛—沖孔連皮—切飛邊第二章金屬塑性成形自由鍛：單件或很小批量工序：下料—鐓粗—環(huán)墊鐓粗—沖孔—局部鐓粗

—修整

工件較矮,法蘭直徑小而矮。不易鐓彎第二章金屬塑性成形胎模鍛：中小批量生產(chǎn)

工序：下料—鐓粗—閉式套模成形—沖孔連皮第二章金屬塑性成形例題二自由鍛工藝：切肩—拔長—局部鐓粗—沖孔—鍛凸肩—修整工件較高，法蘭直徑較大。若采用“例一”工藝，易鐓彎。第二章金屬塑性成形例題三錘上模鍛分型面：a—a工序：下料—拔長—

滾擠—預鍛—終鍛—沖孔—切邊aaΦ25孔不能鍛造成型第二章金屬塑性成形aa錘上模鍛分型面：a—a工序：下料—拔長—滾擠—彎曲—預鍛

—終鍛—切飛邊

Φ20、10的孔不能鍛造成型第二章金屬塑性成形aa錘上模鍛分型面：a—a工序：下料—拔長—滾擠—彎曲—預鍛

—終鍛—沖孔

—切邊

Φ25孔不能鍛造成型第二章金屬塑性成形自由鍛（a）圖D較大，L較短。工藝：下料—切肩—拔長（局部）

—鐓粗頭部—修整（b）圖D較小，L較長。工藝：下料—鐓粗—切肩

—拔長桿部—修整（a）（b）例題四第二章金屬塑性成形例題五單件：自由鍛

工序：下料—鐓粗—沖孔—芯軸上拔長—鍛臺階—修整小批量：胎模鍛工序：下料—鐓粗—閉式筒模鐓粗成型—沖孔連皮大批量：錘上模鍛工序：下料—拔長—終鍛—

切飛邊（42孔不能成型）第二章金屬塑性成形例題六單件：自由鍛

工序：下料—切肩—局部拔長

—局部鐓粗—沖孔—修整小批量：自由鍛+胎模鍛工序：下料—鐓粗—閉式筒模鐓粗成型—沖孔連皮大批量：錘上模鍛工序：下料—鐓粗—預鍛—終鍛

—沖孔連皮—切飛邊第二章金屬塑性成形例題七Φ140

Φ70

Φ110

22

60

單件生產(chǎn)：自由鍛工序：下料—鐓粗—環(huán)墊鐓粗

—沖孔—修整小批量生產(chǎn):自由鍛+胎模鍛工序：下料—鐓粗—閉式筒模鐓粗成型—沖孔連皮第二章金屬塑性成形Φ140

Φ70

Φ140

22

60

大批量：錘上模鍛工序：下料—鐓粗—終鍛

—沖孔連皮—切飛邊aa第二章金屬塑性成形例題八單件：自由鍛

工序：下料—鐓粗—沖孔—

擴孔小批量：自由鍛+胎模鍛工序：下料—鐓粗—閉式筒模鐓粗成型—沖孔連皮大批量：錘上模鍛工序：下料—終鍛—切飛邊—

沖孔連皮第二章金屬塑性成形§2.4板料沖壓板料沖壓：利用沖模在壓力機上使板料分離或變形，從而獲得沖壓件的加工方法。也叫冷沖壓。坯料厚度＜4mm，當t＞8～10mm時，應采用熱沖壓。板料沖壓的特點：（1）操作過程簡單，便于實現(xiàn)機械化和自動化。（2）產(chǎn)品的精度高、互換性好；（3）可獲得重量輕、強度高、剛度好的零件；（4）適合在大批量生產(chǎn)。沖壓設備剪床沖床閉式?jīng)_床開式?jīng)_床圖2-40開式?jīng)_床l-腳踏板2-工作臺3-滑塊4-連桿5-偏心套6-制動器7-偏心軸8-離合器9-帶輪10-電動機11-床身12-操作機構

13-墊板一、沖壓工序及沖壓件結構工藝性§2.4板料沖壓分離工序變形工序切斷：（剪切、切邊、切口、剖切）使板料按不封閉輪廓線分離的工序叫切斷。

拉深：使平面板料成形為中空形狀零件的沖壓工序彎曲：將金屬材料彎曲成一定角度和形狀的工藝方法

沖壓工序沖裁：（落料/沖孔）使板料沿封閉輪廓線產(chǎn)生分離的工序；

翻邊：用擴孔方法使帶孔件的孔口周圍沖制出豎直邊緣的沖壓工序；旋壓：拉伸以旋壓方式完成?！?.4板料沖壓（一）、分離工序落料：沖落部分為成品，余料為廢品。沖孔：沖落部分為廢品。余料為成品。

沖裁：使坯料按封閉輪廓分離的工序。切斷：使坯料按不封閉輪廓分離的工序。1、沖裁變形過程（1）彈性變形階段：σ＜σs,彈性壓縮、彎曲、拉伸變形；（2）塑性變形階段:σs＜σ＜σb,發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生圓角帶、光亮帶；（3）剪裂分離階段：σ＞σb，發(fā)生裂紋，產(chǎn)生剪裂帶。沖裁§2.4板料沖壓圖2-41沖裁變形過程1、a—圓角帶2、b—光亮帶3、c—剪裂帶4、c毛刺§2.4板料沖壓2、沖裁工藝設計沖裁件結構工藝性分析、沖裁間隙選擇、沖裁模精度確定及刃口尺寸計算、沖裁力計算和排樣設計等⑴、沖裁間隙選擇

Z=2CtZ：凸凹模間的雙面間隙（mm）C：與材料厚度、性能有關的系數(shù)。表2—10

t：板料厚度（mm）§2.4板料沖壓間隙過大：圓角帶、毛刺帶增大，光面減小，板料翹曲大。間隙過?。簺_裁力增加。導致模具壽命下降，形成二次光亮帶。

兩光亮帶之間夾有裂紋§2.4板料沖壓⑵、刃口尺寸計算刃口尺寸的計算原則：1)落料時，以凹模設計為基準；沖孔時，以凸模設計為基準。凸、凹模配制時應保證沖裁的合理間隙。2)

凹模的刃口基本尺寸應接近落料件的最小極限尺寸；凸模刃口基本尺寸應趨向于孔的最大極限尺寸?！獜哪p考慮。3)當凸、凹模采用配制加工時：Z≤（1/3一1/4）δ件；

當凸、凹模分別加工時：(δ凸+δ凹）≤│Zmax-Zmin│。4）沖裁件的形狀簡單時，其模具采用分別加工法計算；沖裁件的形狀復雜時，其模具用配制法計算。第二章金屬塑性成形⑶、沖裁力的計算

沖裁力F

=

kLtτ或F

=

Ltσb（N）

L——沖裁周邊長度，mm。t——坯料厚度，mm。τ——材料抗剪強度，Mpa。k——系數(shù)，一般取1.3

σb—板料抗拉強度第二章金屬塑性成形內(nèi)容選擇排樣方法及布置方法確定搭邊值、計算送料步距、條料寬度畫排樣圖(4)排樣設計第二章金屬塑性成形①、排樣方法b少廢料排樣法

a有廢料排樣法沖裁質量好（毛刺少，且在同一平面上）；沖裁件尺寸精確；模具壽命高；材料利用率低。

c無廢料排樣法沖裁質量差（毛刺不在同一平面上）；沖裁件尺寸不易控制；模具壽命不高；材料利用率高。第二章金屬塑性成形布置方法有直排、斜排、對排、混合排等不同排樣方式材料消耗對比

（每一沖裁件所需板材的面積）第二章金屬塑性成形②、搭邊設計

搭邊的作用：保證沖裁時刃口受力均勻和條料正常送進

大小：0.5～5mm③、排樣圖位置:模具裝配圖的右上角要求:標明條料寬度B及其公差沖壓加工工序沖壓模具的壓力中心位置送料步距A

搭邊值a。第二章金屬塑性成形排樣圖第二章金屬塑性成形3、沖裁件的結構工藝性⑴、形狀應力求簡單、對稱。有利于排樣時合理利用材料，提高材料的利用率。⑵、沖裁件轉角處應盡量避免尖角，以圓角過渡

。減少模具磨損。⑶、避免長槽與細長懸臂結構；孔的最小尺寸和孔距應應符合要求。（否則模具制造困難，降低模具壽命）⑷、件的尺寸精度應與沖壓工藝相適應。第二章金屬塑性成形不合理的落料件外形第二章金屬塑性成形4、整修與精密沖裁——整修目的:提高沖裁件的斷面質量和精度。修整后沖裁件的公差達IT6～IT7,Ra為0.8～1.6μm。整修余量：0.1～0.4mm。a、外緣整修b、內(nèi)孔整修刃口刃口第二章金屬塑性成形4、整修與精密沖裁——精密沖裁：又稱無間隙沖裁原理、特點a、帶齒圈壓板精沖

b、普通沖裁1—凸模2—齒圈壓板3—坯料4—凹模5—頂板第二章金屬塑性成形（二）、彎曲工序

彎曲：將金屬材料彎曲成一定角度和形狀的工藝方法

。分類壓彎拉彎折彎滾彎第二章金屬塑性成形1、彎曲變形過程與特點第二章金屬塑性成形彎曲變形特點⑴、彎曲變形區(qū)變形主要發(fā)生在彎曲中心角Φ

對應范圍內(nèi)。

凸模一側板料在長度方向發(fā)生壓縮變形。

凹模一側板料在長度方向發(fā)生拉伸變形。第二章金屬塑性成形⑵、最小彎曲半徑

材料存在一個不會產(chǎn)生彎裂的最小相對彎曲半徑

rmin/t=

0.1～2。

影響rmin/t因素⑶、中性層是計算彎曲件展開長度的依據(jù)

⑷、回彈影響彎曲件的精度通常設計彎曲模時，模具的彎曲角α應減小一個回彈量Δα

第二章金屬塑性成形2、彎曲工藝設計⑴、計算毛坯尺寸（中性層尺寸）

L=∑l直

+∑l0

l0

=πФ（r+xt）/180

Ф—彎曲區(qū)中心角

x—中心層系數(shù)查表⑵、彎曲力一般只計算校正力（比彎曲力大得多）

F校=sp⑶、彎曲工序V、U、Z、L形等形狀簡單零件，一次彎曲成型復雜件：多次彎曲成型。一般先彎兩頭，再彎中間部分第二章金屬塑性成形3、彎曲件結構工藝性⑴、彎曲半徑r≮最小彎曲半徑rmin。若r﹥rmin，應減薄彎曲區(qū)的厚度。但r過大，回彈過大，彎曲精度下降。⑵、彎曲件盡量對稱（防止彎曲時發(fā)生工件偏移）；彎曲邊高度H＞2t；

孔應遠離變形區(qū)L≥(1～2)t。⑶、盡量沿纖維方向彎曲（彎曲線與纖維垂直）；多向彎曲時，應先沖工藝孔或切槽。第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形

彎曲線應與纖維方向垂直。彎曲時的纖維方向合理不合理（三）、拉深1、拉深過程利用模具使落料后得到的平板坯料變形成開口空心零件的成形工序。1—凸緣區(qū)主要變形區(qū)2—變形區(qū)側壁3—不變形區(qū)底部直壁與底之間的過渡圓角處拉薄最嚴重。第二章金屬塑性成形2、拉深過程的主要缺陷起皺拉裂

第二章金屬塑性成形⑴、起皺原因：較大的切向壓應力使板料失穩(wěn)造成的。危害：嚴重起皺時，法蘭部分金屬難以通過凸凹模間隙，致使坯料被拉斷而報廢輕微起皺時，法蘭部分金屬勉強通過間隙，但會在側壁留下起皺痕跡，影響產(chǎn)品質量影響因素：毛坯的相對厚度（δ/D）、拉深系數(shù)m。

δ/D越小；m越小。越易起皺。措施：加壓邊圈第二章金屬塑性成形1-凸模2-壓邊圈3-坯料4-凹模有壓邊圈的拉深第二章金屬塑性成形⑵、拉裂出現(xiàn)位置:一般出現(xiàn)在直壁與底部的過渡圓角處

.原因:σ拉＞σb.防止拉裂的措施:①、拉深系數(shù)拉深系數(shù)m

=

拉深件直徑d/毛坯直徑Dm越小，變形程度越大，拉深應力越大，易產(chǎn)生拉裂。極限拉深系數(shù)：能保證拉深正常進行的最小拉深系數(shù)。②、凸、凹模圓角半徑過小，易拉穿一般凹模圓角半徑R凹=（5～10）t，

凸模圓角半徑R凸=（0.7～1）t。。

③、合理的凸凹模間隙過小：模具與工件的摩擦力增大，易拉穿和擦傷工件表面，降低模具壽命。過大：拉深件易起皺一般單邊間隙Z=（1～1.2）tmax④、減小拉深時阻力壓邊力不宜過大；模具工作表面光滑；凹模表面涂潤滑劑。

第二章金屬塑性成形第二章金屬塑性成形2、筒形件的拉深工藝⑴、毛坯尺寸計算

D

=

√d2

+

4dh

-

1.72dr

-

0.56r2

d-工件直徑。(當t≥1mm時，按拉深件中線尺寸)

h—工件高度mm，(包括修邊余量δ。)

r—工件底部的圓角半徑。修邊余量δ：為補償變形時由于材料各向異性引起的變形不均勻而加上的余量。

dhδ

⑵、拉深次數(shù)確定原則:每道次的拉深系數(shù)應大于極限拉深系數(shù)。

m1=

d1/D、m2=

d2/d1、…、mn

=

dn/dn-1d1、d2、…、dn-1為中間個道次拉深坯的直徑；最后一次d

=

dn。

工件總拉深系數(shù)m

=

m1m2m3…mn多次拉深，加工硬化嚴重。在一兩次拉深后，應安排工序間的退火處理。第二章金屬塑性成形多次拉深工藝圖多次拉深時圓筒直徑的變化

各次拉深圓角半徑

R凹=0.8√（D

-

d）t第一次：D

→d1第二次：d1→d2…第n次：dn-1→dn各次半成品高度

H

=

0.25(D2/d-d)+0.43r1/d(d+0.32r1)+t/2第二章金屬塑性成形3、拉深件的結構工藝性⑴、外形簡單、對稱（圓形最易、方形其次、復雜曲面較難）。⑵、盡量避免直徑小而深度過大。⑶、留有足夠的圓角。

R﹥rd，rd≥2t，R≥（2～4）t；方形件r≥3t。

注意底部或凸緣上的孔到側壁的距離。

B≥rd+

0.5t或B≥R

+

0.5t⑷、不應對拉深件提出過高的精度或表面質量要求.第二章金屬塑性成形拉深件的尺寸要求第二章金屬塑性成形其它變形工序1、翻邊

翻邊是將工件上的孔或邊緣翻出豎立或有一定角度的直邊。

。見圖

翻邊系數(shù)

K

=

d0/D

酸洗鋼K≥0·68～0·72；鍍錫鐵皮K≥0·65～0·7。第二章金屬塑性成形翻邊

第二章金屬塑性成形翻邊加工舉例

凸緣高度較大，直接成形無法實現(xiàn)。先拉深，后沖孔，再翻邊。第二章金屬塑性成形管坯脹形1—凸模；2—凹模；3；坯料；4；橡膠；5—外套2、脹形脹形是利用模具使空心件或管狀件由內(nèi)向外擴張的成形方法。第二章金屬塑性成形3、縮口縮口是利用模具使空心件或管狀件的口部直徑縮小的局部成形工藝。第二章金屬塑性成形二、冷沖壓模具1、簡單沖模一個沖壓行程只完成一道工序1—固定卸料板2—導料板3—擋料板4—凸模5—凹模6—模柄7—上模板8—凸模固定板9—凹模固定板10—導套11—導柱12—下模座第二章金屬塑性成形2、連續(xù)沖模一副模具上有多個工位，一個沖壓行程可同時完成多道工序連續(xù)沖模圖如下見次頁。第二章金屬塑性成形1—模柄2—上模座3—導套4、5—沖孔凸模6—固定卸料板7—導柱8—下模座9—凹模10—固定擋料銷11—導正銷12—落料凸模13—凸模固定板14—墊板15—螺釘排樣圖第二章金屬塑性成形3、復合沖模一副模具只有一個工位，在一個沖壓行程可同時完成多道工序1—彈性壓邊圈2—拉深凸模3—落料、拉深凸凹模4—落料凹模5—頂件板第二章金屬塑性成形三、沖壓工藝過程實例分析1、沖壓工藝過程制定步驟⑴、分析沖壓件結構工藝性⑵、擬定沖壓件的總體工藝方案⑶、確定毛坯形狀、尺寸、下料方式⑷、擬定沖壓工序的性質、數(shù)目、順序⑸、確定沖模類型和結構形式⑹、選擇沖壓設備⑺、編寫沖壓工藝文件例一2、舉例

托架，08F鋼，年產(chǎn)量2萬件解：⑴、結構工藝性分析

5個孔公差均為IT9，精度要求不高；

08F鋼塑性好，各彎曲半徑﹥rmin=（0.1～2）t

=0.015～3

塑性好,r可取最小值該件滿足沖壓加工成形

⑵、擬定工藝方案基本工序：落料、沖孔、彎曲彎曲工藝方案：三種方案一

工序：復合沖Φ10孔與落料彎兩邊外角和中間

45°角

彎中間兩角沖4×Φ5孔特點⑴、模具結構簡單，壽命長，制造周期短，投產(chǎn)快。⑵、彎曲回彈易控制，尺寸、形狀準確，表面質量高。⑶、彎曲、沖孔時定位基準與設計基準重合。⑷、操作方便⑸、工序分散。勞動量大。方案二工序：復合沖Φ10孔與落料彎兩邊外角彎中間兩角沖4×Φ5孔特點：⑴、彎中間兩角時，回彈難以控制。⑵、工序分散方案三工序：復合沖Φ10孔與落料彎四角沖4×Φ5孔特點：⑴、工序集中;⑵、模具壽命低;⑶、回彈不易控制,工件易劃傷。方案四帶料連續(xù)沖壓成形特點：⑴、工序集中，生產(chǎn)率高。適于大批量生產(chǎn)。⑵、模具結構復雜。綜上所述，由于工件精度要求較高，批量不大，故采用方案一。⑶、毛坯形狀、尺寸，下料方式

毛坯：長104寬30厚1.5

畫排樣圖:取搭邊值件與條料邊取2;件之間1.5。條料：108×900

下料方式：1800×900板料橫裁（纖微組織方向）⑷、沖壓工藝、數(shù)目、順序

沖孔落料彎曲沖孔⑸、沖模類型和結構形式?jīng)_孔落料：連續(xù)模彎曲：彎曲模