材料成型基礎(chǔ)之常用金屬塑性成形方法

第六章常用金屬塑性成形方法⑴定義：自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬材料在上下兩個砧鐵之間或錘頭與砧鐵之間產(chǎn)生變形，從而獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的鍛件成形過程。自由鍛6.1自由鍛與模鍛自由鍛優(yōu)點(diǎn)自由鍛造自由鍛缺點(diǎn)自由鍛造⑵自由鍛工藝規(guī)程

自由鍛造零件圖--繪制鍛件圖--坯料質(zhì)量和尺寸計(jì)算—選擇鍛造工序--加熱坯料、鍛打--檢驗(yàn)--鍛件⑵自由鍛成形過程

1）繪制鍛件圖

繪制鍛件圖時要考慮:加工余量鍛件公差

敷料（工藝余塊）自由鍛造鍛件加工余量：

與零件的形狀、尺寸、加工精度、表面粗糙度等因素有關(guān)，通常自由鍛鍛件的加工余量為4～6mm，它與生產(chǎn)的設(shè)備、工裝精度、加熱的控制和操作技術(shù)水平有關(guān)，零件越大，形狀越復(fù)雜，則余量就大。鍛件公差：鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動量，因?yàn)殄懺觳僮髦姓莆粘叽缬幸欢ɡщy，外加金屬的氧化和收縮等原因，使鍛件的實(shí)際尺寸總有一定的誤差。規(guī)定鍛件的公差，有利于提高生產(chǎn)率。自由鍛鍛件的公差一般為±（1～2）mm。自由鍛造3）坯料質(zhì)量和尺寸計(jì)算

①確定坯料質(zhì)量：

G坯=G鍛+G燒+G切式中：G坯——坯料質(zhì)量。

G鍛——鍛件質(zhì)量。

G燒——加熱時坯料因表面氧化而燒損的質(zhì)量，第一次加熱取被加熱金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%~3%，以后各次加熱取1.5%~2.0%；

G切——鍛造過程中被沖切掉的鋼材質(zhì)量。

自由鍛造②確定坯料尺寸

首先根據(jù)材料的密度和坯料質(zhì)量計(jì)算出坯料相應(yīng)的體積；根據(jù)體積不變原則和采用的基本工序類型（如拔長、鐓粗等）的鍛造比、高度與直徑之比等；然后計(jì)算出坯料橫截面積、直徑或邊長等尺寸。

自由鍛造當(dāng)鍛造件的第一工序?yàn)榘伍L時，則：

F1≥Y鍛F鍛式中:F1—坯料的截面積；

Y鍛—鍛造比，對于圓鋼Y鍛=1.3—1.5左右；

F鍛—鍛件的最大截面積。注意：圓鋼直徑大小是標(biāo)準(zhǔn)的，如計(jì)算的坯料直徑與圓鋼標(biāo)準(zhǔn)直徑不符，則應(yīng)將坯料直徑就近取成圓鋼直徑，然后再重新計(jì)算坯料高度H或長度L。自由鍛造典型鍛件的鍛造比鍛件名稱計(jì)算部位

鍛造比鍛件名稱計(jì)算部位鍛造比碳素鋼軸類零件

最大截面

2.0~2.5

錘頭最大截面≥2.5合金鋼軸類零件最大截面2.5~3.0水輪機(jī)主軸軸身≥2.5熱軋輥輥身2.5~3.0水輪機(jī)立柱最大截面≥3.0冷軋輥輥身3.5~5.0模塊最大截面≥3.0齒輪軸最大截面2.5~3.0航空用大型鍛件

最大截面6.0~8.0自由鍛造4）選擇鍛造工序、確定鍛造溫度和冷卻規(guī)范等。①選擇鍛造工序分為基本工序、輔助工序、精整工序三類。

基本工序：鐓粗、拔長、沖孔等

自由鍛造盤類鍛件軸及桿類鍛件可采用鐓粗、沖孔、壓肩、整修可采用拔長、壓肩、整修自由鍛造筒及環(huán)類鍛件彎曲類鍛件可采用鐓粗、沖孔、拔長、整修可采用拔長、彎曲

自由鍛造曲拐軸類鍛件其他復(fù)雜鍛件可采用拔長、分段、錯移、整修可采用拔長、分段、鐓粗、沖孔、整修

自由鍛造輔助工序：壓肩、倒棱、壓鉗口等。精整工序：整形、清出表面氧化皮等。自由鍛造②鍛造溫度范圍及加熱冷卻范圍常用金屬材料的鍛造溫度范圍

自由鍛造合金種類始鍛溫度/℃終鍛溫度/℃碳素鋼15，25，301200～1250750～80035，40，45120080060，65，T8,T101100800合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼1150～1200800～850低合金工具鋼1100～1150850高速鋼1100～1150900有色金屬H68850700硬鋁470380鍛后鍛件的冷卻：

鍛件仍有較高的溫度，冷卻時由于表面冷卻快，內(nèi)部冷的慢，鍛件表里收縮不一，可能使一些塑性較低的或大型復(fù)雜鍛件產(chǎn)生變形或開裂等缺陷。自由鍛造鍛件冷卻方式常有下列3種：1）直接在空氣中冷卻（空冷），此種多用于碳含量小于0.5%的碳鋼和碳含量小于0.3%的低合金鋼中小型鍛件。2）在爐灰或干砂中緩冷對用于中碳鋼、高碳鋼和大多數(shù)低合金鋼中的中型鍛件。3）隨爐緩冷鍛后隨即將鍛件放入500到700攝氏度的爐中隨爐緩冷，用于中碳鋼和低合金鋼的大型鍛件以及高合金鋼的重要鍛件。

自由鍛造⑷自由鍛典型過程舉例

—軸類、盤類、環(huán)類、筒類、彎曲類等①軸類件自由鍛工序自由鍛造鍛件名稱：齒輪軸坯料質(zhì)量：2.8kg坯料規(guī)格：ф90x59mm鍛件材料：40Cr鍛造設(shè)備：150kg空氣錘鍛件圖：火次溫度（℃）操作說明簡圖11200～800鐓粗拔長、打圓壓肩拔長、打圓自由鍛造②盤類件自由鍛工序自由鍛造鍛件名稱：雙聯(lián)齒輪坯料質(zhì)量：2.1kg坯料規(guī)格：ф65x83mm鍛件材料：45鋼鍛造設(shè)備：150kg空氣錘

鍛件圖：火次溫度（℃）操作說明簡圖11200～800鐓粗壓肩拔長、打圓

自由鍛造③環(huán)類件自由鍛工序

自由鍛造④筒類件自由鍛工序自由鍛造⑤彎曲件自由鍛工序

自由鍛造鍛造設(shè)備：中小型鍛件所采用的主要是空氣錘，空氣錘的噸位選擇見下表或查鍛造手冊。

自由鍛造錘的噸位/kg150250400560鍛件質(zhì)量/kg6102640⑸自由鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征①自由鍛件上應(yīng)避免錐體、曲線或曲線交接以及橢圓形、工字形截面等結(jié)構(gòu)

自由鍛造自由鍛造②自由鍛件上應(yīng)避免加強(qiáng)筋、凸臺等結(jié)構(gòu)。自由鍛造③當(dāng)鍛件的橫截面有急劇變化或形狀較復(fù)雜時，可將其設(shè)計(jì)成幾個簡單件構(gòu)成的組合件，用焊接或機(jī)械連接方法連成整體件。自由鍛造復(fù)雜件結(jié)構(gòu)成形性差的結(jié)構(gòu)成形性好的結(jié)構(gòu)

自由鍛造概念：在自由鍛造設(shè)備上使用不固定在設(shè)備上的各種模具稱為胎模的單膛模具，將已加熱的坯料用自由鍛方法預(yù)鍛成接近鍛件形狀，然后用胎模終鍛成形的鍛造方法。胎模鍛造種類：扣模、套筒模（開式套筒模、閉式套筒模）、合模。1）扣模：用于鍛造非回轉(zhuǎn)體鍛件，具有敞開的模膛。鍛造時工件一般不翻轉(zhuǎn)，不產(chǎn)生毛邊，可用于制坯也可成形。胎模鍛造2）套筒模：套筒模主要用于回轉(zhuǎn)體鍛件如齒輪、法蘭等，有開式和閉式兩種。開式套筒模一般只有下模（套筒和墊塊），沒有上模（錘砧代替上模），優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，可以得到很小或不帶斜度的鍛件。取件時一般要翻轉(zhuǎn)180度;

缺點(diǎn)是對上下砧的平行度要求較嚴(yán)。閉式套筒模一般由上模、套筒等組成，鍛造中金屬處于模膛的封閉空間中變形，不形成毛邊。胎模鍛造3）合模：一般由上下模及導(dǎo)向裝置組成，見圖，用來鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，鍛造過程中多余金屬流入飛邊槽形成飛邊。胎模鍛造優(yōu)點(diǎn)：①與自由鍛相比，胎模鍛具有鍛件品質(zhì)較好（表面光潔、尺寸較精確、纖維分布合理）、生產(chǎn)率高和節(jié)約金屬等優(yōu)點(diǎn)。②與模鍛相比，胎模鍛具有操作比較靈活、胎模模具簡單、容易制造加工、成本低、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短等優(yōu)點(diǎn)。胎模鍛造缺點(diǎn)：①胎模鍛件比模鍛件表面品質(zhì)較差；②精度較低、所留的機(jī)加工余量大；③操作者勞動強(qiáng)度大、胎模壽命較低。

胎模鍛適用于中、小批量生產(chǎn)小型多品種的鍛件。胎模鍛造

模鍛定義：它是將坯料置于鍛模模腔內(nèi)，然后施加沖擊力或壓力使坯料發(fā)生塑性變形而獲得鍛件的成形過程。模型鍛造時坯料是整體塑性成形坯料三向受壓。與自由鍛相比，模鍛具有如下優(yōu)點(diǎn):①生產(chǎn)效率高。②能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理。③模鍛件的尺寸較精確，表面質(zhì)量好，加工余量較小。④節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量。在批量足夠的條件下，能降低零件成本。⑤模鍛操作簡單，勞動強(qiáng)度低。模鍛缺點(diǎn)：

模鍛設(shè)備噸位限制，鍛件質(zhì)量一般在150kg以下。設(shè)備投資較大，模具費(fèi)用高，工藝靈活性較差，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長。

適合于小型鍛件的大批、大量生產(chǎn)。

模鍛模鍛已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、機(jī)車、汽車、拖拉機(jī)、軍工、軸承等制造業(yè)中。最常見的零件是齒輪、軸、連桿、杠桿、手柄等，但模鍛常限制在150kg以下的零件。冷成形工藝（冷鐓、冷鍛）主要生產(chǎn)一些小型制品或零件，如螺釘、釘子、鉚釘、螺栓等，由于鍛模造價(jià)高，制造周期長，故模型鍛造僅適用于大批量生產(chǎn)。模鍛⑵模鍛過程模鍛⑵模鍛過程1)繪制模鍛件圖應(yīng)考慮分模面、加工余量、鍛件公差和敷料、模鍛斜度、模鍛件圓角半徑等。①分模面確定分模面位置原則：要保證模鍛件易于從模膛中取出，故通常分模面選擇在模鍛件最大截面上。所選定的分模面應(yīng)能使模膛的深度最淺，這樣有利于金屬充滿模膛，便于鍛件的取出和鍛模的制造。選定的分模面應(yīng)能使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致，這樣在安裝鍛模和生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)錯?，F(xiàn)象時，便于及時調(diào)整鍛模位置。

模鍛d）分模面最好是平面，且上下鍛模的模膛深度盡可能一致，便于鍛模制造。e)所選分模面盡可能使鍛件上所加的敷料最少，這樣既可提高材料的利用率，又減少了切削加工的工作量。第2種孔不能鍛。模鍛分模面選擇比較圖②加工余量、鍛件公差和敷料

模鍛件的加工余量和公差比自由鍛件的小得多。小型模鍛件的加工余量一般在2～4mm，鍛件公差一般為±0.5～±1mm。

模鍛對于孔徑d﹥25mm的模鍛件，孔應(yīng)鍛出，但須留沖孔連皮；沖孔連皮厚度與孔徑有關(guān)，當(dāng)孔徑為?30～80mm時，連皮厚度為4～8mm。

模鍛③模鍛斜度目的是便于從模膛中取出鍛件。常用模鍛斜度系列為：3°\5°\7°\10°\12°\15°

模鍛斜度與模膛深度有關(guān)，當(dāng)模膛深度與寬度的比值（h/b)越大時，取較大的斜度值。內(nèi)壁斜度應(yīng)比外壁斜度大2°～5°

在具有頂出裝置的鍛壓機(jī)械上，其模鍛件上的斜度比沒有頂出裝置的小一級。

模鍛④模鍛件圓角半徑

模鍛件上凡是面與面相交處均應(yīng)做成圓角。

目的:增大鍛件強(qiáng)度，利于鍛造時金屬充滿模膛，避免鍛模上的內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外尖角處的磨損，提高鍛模的使用壽命。

模鍛要求:

鋼質(zhì)模鍛件外圓角半徑取1.5～12mm，

內(nèi)圓角半徑比外圓角大2～3倍；模膛深度越深，圓角半徑取值越大。例一齒輪，材料為45鋼，產(chǎn)量為3000件/月，選用模鍛加工。

該件直徑25的孔不鍛出（因放在機(jī)加工余量后孔徑<25），外徑的加工余量放4mm（半徑上放2mm），高度上加工余量放2.5mm。分模面如圖所示，凡垂直分模面的立壁均放模鍛斜度5°。模鍛2）坯料質(zhì)量和尺寸計(jì)算模鍛件坯料質(zhì)量=模鍛件質(zhì)量+氧化燒損質(zhì)量+飛邊（連皮）質(zhì)量

飛邊質(zhì)量的多少與鍛件形狀和大小有關(guān)，一般按鍛件質(zhì)量的20%～25%計(jì)算。

氧化燒損按鍛件質(zhì)量和飛邊質(zhì)量總和的3%～4%計(jì)算，其他規(guī)則可參照自由鍛坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算。

模鍛3）模鍛工序確定盤類模鍛件：一般采用鐓粗和終鍛工序；對于一些高輪轂、薄輪輻的模鍛件，采用鐓粗-預(yù)鍛-終鍛工序。

模鍛②長軸類模鍛件工序選擇有：預(yù)鍛-終鍛滾壓-預(yù)鍛-終鍛拔長-滾壓-預(yù)鍛-終鍛拔長-滾壓-彎曲-預(yù)鍛-終鍛等模鍛模鍛件成形過程中工序的多少與零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、坯料形狀及制坯手段等有關(guān)。

如：彎曲連桿模鍛

模鍛鍛造截面變化較大的長軸類鍛件時，常采用斷面呈周期性變化的坯料見圖所示：（a）周期性軋制坯料（b）彎曲（c）預(yù)鍛（d）終鍛

模鍛或者用輥鍛機(jī)來軋制原坯料代替拔長和滾壓工序見圖，這樣可使模鍛過程簡化，生產(chǎn)效率高。

（a）原料（b）輥鍛（c）坯料1—扇形輥鍛模2—鍛輥

模鍛4）修整工序

①切邊與沖孔鍛成的模鍛件，通常其周邊都帶有飛邊，有通孔的鍛件還有連皮。須用切邊模和沖孔模將飛邊和連皮切除。

模鍛②校正在形狀復(fù)雜的鍛件切邊（沖連皮）之后進(jìn)行校正提高鍛件精度。

③熱處理目的是為了消除鍛件的過熱組織或加工硬化組織、內(nèi)應(yīng)力等，使模鍛件具有所需的組織和性能。

④清理清除氧化皮、油污及其他表面缺陷，以提高模鍛件的表面質(zhì)量。清理方法有：滾筒打光。噴丸清理、酸洗等。

模鍛對于要求精度高和表面粗糙度低的模鍛件，除進(jìn)行上述各修整工序外，還應(yīng)在壓力機(jī)上進(jìn)行精壓。模鍛5）鍛模模膛

分為模鍛模膛和制坯模膛兩大類：①模鍛模膛模鍛模膛分為終鍛模膛和預(yù)鍛模膛兩種。終鍛模膛作用：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。它的形狀與鍛件的形狀相同；因鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個收縮量，一般鋼件收縮量取1.2%～1.5%。

模鍛飛邊槽作用：促使金屬充滿模膛，增加金屬從模膛中流出的阻力，同時容納多余的金屬。飛邊槽的基本結(jié)構(gòu)形式

模鍛

預(yù)鍛模膛作用：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時金屬容易充滿終鍛模膛，同時也減小了終鍛模膛的磨損，延長使用壽命。預(yù)鍛模膛和終鍛模膛的主要區(qū)別是：前者的圓角和斜度較大，沒有飛邊槽

模鍛②制坯模膛對于形狀復(fù)雜的模鍛件為了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膛，須預(yù)先在制坯模膛內(nèi)制坯，然后再進(jìn)行預(yù)鍛和終鍛。

制坯模膛：拔長模膛、滾擠模膛、彎曲模膛、切斷模膛等。

模鍛拔長模膛—用來減少坯料某部分的橫截面積，以增加該部分的長度。

模鍛滾擠模膛—用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。它主要是使金屬按模鍛件形狀分布。

模鍛彎曲模膛—對于彎曲的桿類模鍛件，需用進(jìn)行彎曲制坯。

坯料可直接或先經(jīng)其他制坯工序后再放入彎曲模膛內(nèi)進(jìn)行彎曲變形。

模鍛切斷模膛

用來從坯料上切下鍛件或從鍛件上切下鉗口部金屬。

模鍛6）金屬在模膛內(nèi)的變形過程

其形變過程可分為三個階段。以錘上模鍛盤類鍛件為例：三個階段：

①充型階段；②形成飛邊和充滿階段；③鍛足階段。

模鍛①充型階段。在最初的幾次鍛擊時，金屬在外力作用下發(fā)生塑性變形，坯料高度減小，水平尺寸增大，并有部分金屬壓入模膛深處。這一階段直到金屬與模膛側(cè)壁接觸達(dá)到飛邊槽橋口為止如圖。②形成飛邊和充滿階段。在繼續(xù)鍛造時，由于金屬充滿模膛圓角和深處的阻力較大，金屬向阻力較小的飛邊槽內(nèi)流動，形成飛邊。由于飛邊在隨后急劇變冷以至金屬流入飛邊槽的阻力急劇增大，變形力也迅速增大，見圖（d）

模鍛③鍛足階段。由于坯料體積往往都偏多或者飛邊槽阻力偏大，因而，雖然模膛已經(jīng)充滿，但上下模還未合攏，需進(jìn)一步鍛足。特點(diǎn)：變形僅發(fā)生在分模面附近區(qū)域，以便向飛邊槽擠出多余的金屬，變形力也急劇增大，直至達(dá)到最大值p3為止，見圖（d）中p2p3線。

模鍛

模鍛飛邊的作用：強(qiáng)迫充填；容納多余的金屬；減輕上模對下模的打擊，起緩沖作用。

模鍛影響金屬充滿模膛的因素：①金屬的塑性和變形抗力。塑性高、變形抗力低的金屬容易充滿模膛。②飛邊槽的形狀和位置。

飛邊槽部寬度與高度之比（b/h）及槽部高度h是主要因素。b/h越大，h越小，則金屬在飛邊流動阻力越大。強(qiáng)迫充填作用越大，但變形抗力也增大。

模鍛③金屬模鍛時的溫度。金屬的溫度高，其塑性好、抗力低，易于充滿模膛。④鍛件的形狀和尺寸。具有空心、薄壁或凸起部分的鍛件難于鍛造、鍛件尺寸越大，形狀越復(fù)雜，則越難鍛造。⑤設(shè)備的工作速度。工作速度較大的設(shè)備其充填性較好。⑥充填方式。鐓粗比擠壓易于充型。⑦其他如鍛模有無潤滑、有無預(yù)熱等。

模鍛7）模鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征①模鍛零件必須具有一個合理的分模面，以保證模鍛件易于從鍛模中取出、敷料最少、鍛模制造容易。②零件外形力求簡單、平直和對稱，盡量避免零件截面間差別過大，或具有薄壁、高筋、高凸起等結(jié)構(gòu)，以便于金屬充滿模膛和減少工序。

模鍛③盡量避免有深孔或多孔結(jié)構(gòu)。④在可能的情況下，對復(fù)雜零件采用鍛-焊組合，以減少敷料，簡化模鍛過程。

模鍛1）鍛件成本及降低成本的主要途徑（1）鍛件成本由下列幾項(xiàng)組成①原材料費(fèi)用：主要是鋸割好的各類型材或坯料的費(fèi)用；②燃料費(fèi)用：即加熱爐用的燃油、煤氣等費(fèi)用；③動力費(fèi)用：包括電力、蒸汽和壓縮空氣；④生產(chǎn)工人工資和附加費(fèi)用；⑤專項(xiàng)費(fèi)用：如添置過程裝備費(fèi)用，購置鍛模等；⑥車間經(jīng)費(fèi)：包括管理和組織車間生產(chǎn)所發(fā)生的各項(xiàng)費(fèi)用；⑦企業(yè)管理費(fèi)：在計(jì)算時把上述的總和分?jǐn)偨o全月完成工時總量，得出單位小時生產(chǎn)費(fèi)用成本。

鍛造生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)(2)降低成本的主要途徑①提高鍛件品質(zhì)，減少廢品損失，提高勞動生產(chǎn)率。②盡量節(jié)省燃料和動力。

鍛造生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)2）鍛造生產(chǎn)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)①每一鍛工鍛件年產(chǎn)量（kg/人）；②每一生產(chǎn)工人鍛件年產(chǎn)量（kg/人）；③車間總面積年產(chǎn)量（kg/人）；④每104kN鍛壓設(shè)備能力年產(chǎn)量（kg/104）；⑤鍛件成品率；⑥鍛件千克成本（元/kg）。

鍛造生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)板料成形又叫板料沖壓,是利用壓力裝置和模具使板材產(chǎn)生分離或塑性變形，從而獲得成形件或制品的成形方法。3.4板料成形方法一般沖壓板厚<6mm，且通常在常溫下進(jìn)行，故又稱為冷沖壓，只有當(dāng)板厚超過8mm時才采用熱成形。優(yōu)點(diǎn)：

(1)沖壓件精度高，表面光潔，無切削，互換性好；

(2)沖壓件質(zhì)量輕、強(qiáng)度、剛性較高；

(3)操作簡便，生產(chǎn)率高，易于自動化；

(4)廢料少，成本低；3.4板料成形方法缺點(diǎn)：

(1)變形沖壓件的材料應(yīng)有足夠塑性與較低變形抗力；

(2)有加工硬化現(xiàn)象，嚴(yán)重時使金屬失去近一步變形的能力；

(3)模具費(fèi)用高，不宜單件小批生產(chǎn)。3.4板料成形方法

沖壓設(shè)備（1）沖床3.4板料成形方法⑵剪床完成剪切工序，為沖壓準(zhǔn)備原材料的主要設(shè)備。3.4板料成形方法3.4.1板料分離過程分離過程是使坯料一部分相對于另一部分分離而得到工件或者坯料，如落料，沖孔，切斷，修整等。⑴落料與沖孔

落料是從板料上沖出一定外形的零件或坯料，沖下部分是成品。

沖孔是在板料上沖出孔，沖下部分是廢料。1）金屬板料沖裁成形過程彈性變形階段、塑性變形階段、斷裂分離階段。3.4.1板料分離過程2）凸凹模間隙

單邊間隙用C表示，雙邊間隙用Z表示。3.4.1板料分離過程間隙大小對沖裁件斷面質(zhì)量的影響3.4.1板料分離過程

當(dāng)沖裁件斷面品質(zhì)要求較高時，應(yīng)選取較小的間隙值。沖裁件斷面品質(zhì)無嚴(yán)格要求時，應(yīng)盡可能加大間隙，以利于提高沖模壽命。

合理間隙Z的數(shù)值按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Z=mt其中t—材料厚度；

m—與材質(zhì)及厚度有關(guān)的系數(shù)。3.4.1板料分離過程板材較薄時，m可按如下數(shù)據(jù)選用：低碳鋼、純鐵m=0.06～0.09

銅、鋁合金m=0.06～0.10

高碳鋼m=0.08～0.12

當(dāng)板料厚度t>3mm時，因沖裁力較大，應(yīng)適當(dāng)放大系數(shù)m。對沖裁件斷面無特殊要求時，系數(shù)m可放大1.5倍。3.4.1板料分離過程3）凸、凹模刃口尺寸確定⑴落料模凹模尺寸=落料件尺寸凸模尺寸=凹模尺寸—最小合理間隙值因凹模磨損后增大了落料尺寸，因此，凹模設(shè)計(jì)應(yīng)接近落料件最小極限尺寸。3.4.1板料分離過程⑵沖孔?！敉鼓３叽?沖孔尺寸，以凸模為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)?！舭寄３叽?凸模尺寸+最小合理間隙值凸模磨損后減小沖孔尺寸，因此，凸模設(shè)計(jì)應(yīng)接近沖孔最大極限尺寸。3.4.1板料分離過程4）沖裁力計(jì)算沖裁力是選用設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的一個重要依據(jù)。對于平刃沖模的沖裁力按下式計(jì)算：式中P—沖裁力；

L—沖裁周邊長度；

S—板料厚度；

k—系數(shù)；一般取k=1.3—材料抗剪切強(qiáng)度。3.4.1板料分離過程（2）切斷

切斷是指用剪刀或沖模將坯料或其他型材沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。斷用于制取形狀簡單，精度要求不高的平板類工件或下料。3.4.1板料分離過程（3）修整

如零件的精度和表面粗糙度的要求較高，則需要用修整工序。3.4.1板料分離過程3.4.2板料成形過程

成形過程是使坯料發(fā)生塑性變形而形成一定形狀和尺寸的工件，主要有拉深、彎曲、翻邊、成形、收口等。（1）拉深拉深：是將平板料放在凹模上，沖頭把材料拉入凹模而形成空心形狀工件的過程。拉深變形過程：凸緣為主要變形區(qū)，如是圓形零件,圓形坯料外徑直徑隨拉深變形而減小，轉(zhuǎn)化為零件側(cè)壁。凸緣區(qū)徑向受拉產(chǎn)生拉應(yīng)變，切向（周向）受壓產(chǎn)生壓應(yīng)變。3.4.2板料成形過程

在拉深過程中，工件的底部并未發(fā)生變形，而工件的直壁部分則經(jīng)歷了很大程度的塑性變形，引起了加工硬化作用。當(dāng)坯料直徑D與工件直徑d相差越大（d/D越小），則變形區(qū)越寬，變形程度就大。從底向上金屬的加工硬化作用就越強(qiáng)，拉深的變形阻力就越大，甚至有可能把工件直壁底部拉裂。3.4.2板料成形過程d/D的比值m稱為拉深系數(shù)一般取m=0.5～0.8。根據(jù)不同的材料可以查手冊和書上的表。若產(chǎn)品的拉深系數(shù)m小于相應(yīng)材料最小極限拉深系數(shù)m極限，則應(yīng)采用多次拉深。產(chǎn)品m總=m1×m2×m3…mn3.4.2板料成形過程拉深主要缺陷：拉裂和起皺3.4.2板料成形過程（2）彎曲與卷邊

彎曲：是用模具把坯料彎成所需要形狀的過程，可以在各種機(jī)械或液壓壓力機(jī)上進(jìn)行。3.4.2板料成形過程彎曲工序主要有3.4.2板料成形過程彎曲變形主要發(fā)生在彎曲中心角范圍，板料內(nèi)層受壓縮短，外層受拉伸長。3.4.2板料成形過程中性層—變形區(qū)厚度方向，切向伸長與壓縮變形區(qū)間，有一層金屬不變形。稱為中性層。用于計(jì)算展開長度。

金屬坯料在凸模的壓力作用下，按凸凹模的形狀發(fā)生整體彎曲變形，工件彎折部分的內(nèi)側(cè)被壓縮，外側(cè)被拉伸。這種塑性變形程度的大小與彎曲半徑r的大小有關(guān)，r越小，變形程度越大，金屬的加工硬化作用越強(qiáng)。r太小就有可能在工件彎曲的部分外側(cè)開裂。3.4.2板料成形過程彎曲變形極限用最小彎曲半徑表示。最小彎曲半徑：板厚一定，彎曲半徑r減小，板料外側(cè)伸長，保證不彎裂的最小半徑。當(dāng)彎曲變形完畢后，凸?；爻虝r，工件所彎的角度會因金屬彈性變形的恢復(fù)而略有曾加，稱為回彈現(xiàn)象。卷邊也是彎曲的一種。3.4.2板料成形過程回彈主要與材質(zhì)有關(guān)，某些材質(zhì)的回彈角度甚至高達(dá)10°，設(shè)計(jì)模具時應(yīng)考慮它的影響。減少回彈的措施(1)改進(jìn)彎曲件局部結(jié)構(gòu)和選用合適的材料如設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋選δs↓,E↑的材料或退火處理.(2)補(bǔ)償法

根據(jù)回彈趨勢修正凸?；虬寄?。工廠用的最多。3.4.2板料成形過程(3)校正法

適合t＞0.8r又不大時,可在變形區(qū)整形。

原理：校正力迫使彎曲內(nèi)層金屬產(chǎn)生切向伸長應(yīng)變,校正后,內(nèi)外層金屬都處于被伸長狀態(tài),卸載后，內(nèi)外回彈趨勢相反，回彈量抵消。

校正壓縮量為t的2-5%.(4)拉彎法適用于料很薄，且半徑很大的工件。同校正彎曲原理，內(nèi)外層回彈相互抵消。3.4.2板料成形過程（3）翻邊

在帶孔的坯料上通過凸模獲得豎立的凸緣的過程。當(dāng)工件所需的凸緣較高，用一次翻邊成形可能會使孔的邊緣造成破裂，這時可以采用先拉深，后沖孔，再翻邊成型的過程來實(shí)現(xiàn)。3.4.2板料成形過程（4）成形和收口

成形是利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的過程。主要用于成形剛性筋條，或增大半成品的局部半徑等。3.4.2板料成形過程收口是使工件口部縮小，高度增加的過程。3.4.2板料成形過程（5）滾彎（含卷板）

滾彎是板料（工件）送入可調(diào)上輥與兩個固定下輥間、根據(jù)上下輥的相對位置不同，對板施加連續(xù)的塑性彎曲成形，改變上輥的位置可改變板材的滾彎的曲率。還有一種滾彎是將板料一次通過若干對上下輥，每通過一對上下輥產(chǎn)生一定的變形，最終使板料成形為具有一定形狀的截面。3.4.2板料成形過程

滾彎用于生產(chǎn)直徑較大的圓柱、圓環(huán)、容器及各種各樣的波紋板以及高速公路護(hù)欄等，尤其是厚壁件。要求材料有足夠的塑性，使工件外表面不超過斷裂應(yīng)變，精度一般符合要求，表面品質(zhì)主要取決于原材料，且設(shè)備用專門的滾彎機(jī)。3.4.2板料成形過程

利用板料制造各種沖壓產(chǎn)品零件時，各種過程的選擇，過程順序的安排和各過程應(yīng)用次數(shù)，都是以產(chǎn)品零件的形狀和尺寸及每道工序中材料所允許的變形程度為依據(jù)。形狀比較復(fù)雜或者特殊的零件，往往要用幾個基本過程多次沖壓才能完成。變形程度較大時，還要進(jìn)行中間退火。圖3.50為一零件沖壓過程，材質(zhì)為Q235，圖3.51是黃銅彈殼的沖壓過程，工件壁厚要經(jīng)過多次減薄拉深，由于變形程度較大，工序間要進(jìn)行多次退火。3.4.2板料成形過程某零件材質(zhì)為Q235的沖壓過程：1—落料2—拉深3—第二次拉深4—沖孔5—翻邊3.4.2板料成形過程黃銅彈殼的沖壓過程：

1—落料2—拉深3—第二次拉深4—多次拉深5—成形6—收口工件壁厚要經(jīng)過多次減薄拉深，由于變形程度較大，工序間要進(jìn)行多次退火。3.4.2板料成形過程3.4.3沖模的分類及構(gòu)造

沖模是沖壓生產(chǎn)中必不可少的模具。沖模結(jié)構(gòu)是否合理對沖壓生產(chǎn)的效率和模具壽命都有很大影響。

沖模按基本構(gòu)造可分為簡單模，連續(xù)模和復(fù)合模三類。⑴簡單模簡單模是指在曲柄壓力機(jī)的一次行程中只能完成一個工序的沖模。3.4.3沖模的分類及構(gòu)造（2）連續(xù)模

沖壓設(shè)備在一次行程內(nèi)在模具不同的工位可以完成兩個或兩個以上工序的沖模。3.4.3沖模的分類及構(gòu)造特點(diǎn)：

①生產(chǎn)效率高，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化，適用于大批量生產(chǎn)，操作方便安全。

②結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度高，周期長，成本高。③由于定位積累誤差，所以內(nèi)外形同心度高的零件不適合這種模具。3.4.3沖模的分類及構(gòu)造（3）復(fù)合模在沖壓設(shè)備的一次行程中，在模具的同一工位同時完成數(shù)道沖壓工序的沖模。3.4.3沖模的分類及構(gòu)造特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)緊湊，沖出的制件精度高，生產(chǎn)率也高，適合大批量生產(chǎn)，尤其是孔與制件外形的同心度容易保證，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難。適用于產(chǎn)量大、精度高的沖壓件。3.4.3沖模的分類及構(gòu)造

⑴沖壓件的精度和表面品質(zhì)在滿足需要的情況下盡可能降低要求，以降低成本，提高生產(chǎn)率。沖壓一般精度:落料不超過IT10，沖孔不超過IT9，彎曲不超過IT9～I(xiàn)T10。拉深件直徑在IT9～I(xiàn)T10,高度尺寸為IT8～I(xiàn)T10。對沖壓件表面品質(zhì)要求，盡可能不高于原材料的所具有的表面品質(zhì)。否則將要增加切削加工等工序，增加成本。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征⑵沖壓件的形狀和尺寸①落料件的外形應(yīng)能使排樣合理，廢料最少。（a）中少無搭邊排樣的形狀較（b）合理。避免長槽與細(xì)長懸臂結(jié)構(gòu)，因這些結(jié)構(gòu)模具制造困難、模具壽命低。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征②落料和沖孔的形狀和大小應(yīng)使凸、凹模工作部分具有足夠的強(qiáng)度。

孔與孔的間距不能太??；工件周邊的凹凸部分不能太窄太深；轉(zhuǎn)角都應(yīng)有一定的圓角等。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征③彎曲件形狀應(yīng)盡量對稱，工作過程防止材料偏移。彎曲半徑不能小于材料允許的最小彎曲半徑。

彎曲件沖孔的位置臨近圓弧之處時，如孔的形狀和位置精度要求較高，應(yīng)在成形后再沖孔。拉深件上有孔應(yīng)在成形后再沖，除非是大平底部中間小孔不影響成形。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征④拉深件的外形應(yīng)力求簡單對稱且不宜太高，以便易于成形和減少拉深次數(shù)。圓角半徑r1>2t;R=3t;rd>3t;r>0.15H3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征⑶結(jié)構(gòu)件應(yīng)盡量簡化成形過程和節(jié)約材料

①在使用功能不變的情況下，應(yīng)盡量簡化結(jié)構(gòu)，以減少工序，節(jié)省材料，降低成本。

如消聲器后蓋零件，原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須由8道工序完成；改進(jìn)后只需3道工序且材料節(jié)省50%。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征②采用沖口，以減少一些組合件如圖原設(shè)計(jì)用三個件鉚接或焊接組合而成，現(xiàn)采用沖口（切口—彎曲）制成整體零件，節(jié)省了材料，也簡化了成形過程，提高了生產(chǎn)率。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征③采用沖焊結(jié)構(gòu)。

對于某些形狀復(fù)雜或特別的沖壓件，可設(shè)計(jì)成若干個簡單的沖壓件，然后再焊接或用其他連接方法形成整體件。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征④沖壓件的厚度

在強(qiáng)度、剛度允許的情況下，應(yīng)盡量采用厚度較薄的材料來制作，以減少金屬的消耗、減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量。對局部剛度不夠的地方，可采用加強(qiáng)筋。3.4.4板料沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征3.5其他塑性成形簡介3.5.1擠壓成形金屬坯料受三向壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生塑性變形，從模具空口擠出或充滿型腔成形，獲得制品。1）零件的擠壓方式3.5.1擠壓成形2）擠壓特點(diǎn)擠壓分為冷擠壓、溫?cái)D壓和熱擠壓1）冷擠壓室溫下的擠壓，其特點(diǎn)：①三向壓應(yīng)力使材料的晶粒組織更加致密、充分提高金屬塑性，使擠壓件強(qiáng)度、硬度及耐疲勞性能顯著提高、可加工難鍛金屬。②可生產(chǎn)管、棒等型材，也可生產(chǎn)斷面復(fù)雜或具有深孔、薄壁及變斷面零件。3.5.1擠壓成形③制品精度較高，尺寸精度可達(dá)IT7～I(xiàn)T6、表面粗糙度Ra=1.6-0.2，實(shí)現(xiàn)少無切屑加工。④材料利用率、生產(chǎn)率高；生產(chǎn)方便靈活，易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動化。⑤冷擠壓變形力大，限制了冷擠壓件的尺寸和質(zhì)量；冷擠壓模具材質(zhì)要求高，坯料常進(jìn)行軟化、去氧化皮和特殊潤滑處理。3.5.1

擠壓成形縫紉機(jī)梭心套殼（材料2Cr13）冷擠壓3.5.1擠壓成形2）溫?cái)D壓坯料溫度高于室溫，低于再結(jié)晶溫度的擠壓。其特點(diǎn)：①坯料可不進(jìn)行預(yù)先軟化處理、潤滑處理和中間退火等。②與冷擠壓相比，降低了變形抗力，增加每個工序的變形程度，提高了模具的使用壽命。③溫?cái)D壓零件的精度和力學(xué)性能低于冷擠壓零件。④對于一些冷擠壓難以塑性成形的材料，均可采用溫?cái)D壓。3.5.1擠壓成形微型電機(jī)外殼的材料為不銹鋼，坯料尺寸為φ25.8X14mm，若采用冷擠壓則需要多次擠壓才能成形，生產(chǎn)率低，但若將坯料加熱到260°，采用溫?cái)D壓，則只需要兩次擠壓即可成形。

微型電機(jī)外殼溫?cái)D壓過程（a）坯料（b）復(fù)合擠壓（c）正擠壓3.5.1擠壓成形3）熱擠壓再結(jié)晶溫度以上，與鍛造溫度相同。其特點(diǎn)：①變形抗力小、塑性好。②由于加熱溫度高，氧化脫碳及熱脹冷縮等問題會大大降低產(chǎn)品的尺寸精度和表面品質(zhì)。③一般用于高強(qiáng)（硬）度金屬材料的毛坯成形，如：高碳鋼、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、高速鋼、耐熱鋼等。3.5.1擠壓成形3.5.2輥軋成形常見輥軋有：輥鍛、橫軋、斜軋等。⑴輥鍛：使坯料通過裝有圓弧形模塊的一對相對旋轉(zhuǎn)的軋輥時，受壓而變形的生產(chǎn)方法。它與軋制不同的是這對模塊可裝拆更換，以便生產(chǎn)不同形狀的毛坯或零件。輥鍛不僅可作為模鍛前的制坯工序，還可直接輥鍛出制品，如各種扳手、鋼絲鉗、鐮刀、鋤頭、犁鏵、麻花鉆、連桿、葉片、刺刀、鐵道道岔等。3.5.2輥軋成形⑵輥環(huán)軋制（擴(kuò)孔）輥環(huán)軋制是用來擴(kuò)大坯料的外徑和內(nèi)徑，以得到各種環(huán)狀毛坯或零件的軋制過程，用它代替鍛造方法生產(chǎn)環(huán)形鍛件，可節(jié)省金屬15%左右。生產(chǎn)出來的環(huán)類件，其橫截面可以是多種形狀的，如火車輪箍、大型軸承圈、齒圈、法蘭等。輥環(huán)軋制示意圖1—驅(qū)動輥2—毛坯3—從動輪4—導(dǎo)向輥5—信號輥3.5.2輥軋成形⑵橫軋

軋輥軸線與坯料軸線互相平行的軋制方法。1）齒輪齒形軋制將帶齒形的軋輪做徑向進(jìn)給，迫使軋輪與坯料對輾，在對輾過程中，坯料上一部分金屬受壓形成齒谷，相鄰部分的金屬被軋輪齒部“反擠”而形成齒頂。直齒和斜齒均可用熱軋成型。

3.5.2輥軋成形2）螺旋斜軋：帶螺旋槽的軋輥軸線相互交叉，同向旋轉(zhuǎn)，軋坯作螺旋運(yùn)動（繞自身軸反轉(zhuǎn)，并軸向向前），同時受壓塑性變形，獲得制品。3.5.2輥軋成形3）橫楔軋：橫楔軋是用兩個外表面鑲有楔形凸塊，并作同向旋轉(zhuǎn)的平行軋輥對沿軋輥軸向送進(jìn)的坯料進(jìn)行軋制成形的方法。3.5.2輥軋成形楔橫軋的變形過程主要是靠軋輥上的楔形凸塊壓延坯料，使坯料徑向尺寸減小，長度尺寸增加。它具有產(chǎn)品精度和品質(zhì)較好，生產(chǎn)效率高，節(jié)省材料，模具壽命高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化等特點(diǎn)。但楔橫軋限于制造階梯類等回轉(zhuǎn)體毛坯或零件。3.5.2輥軋成形3.5.3超塑性成形⑴指金屬或合金在低變形速率、一定變形溫度和均勻細(xì)晶粒度條件下，伸長率超過100%的塑性變形。⑵特點(diǎn)①超塑性狀態(tài)下的金屬在拉伸變形過程中不產(chǎn)生縮頸現(xiàn)象，變形應(yīng)力可比常態(tài)下金屬的變形應(yīng)力降低幾倍至幾十倍。②可獲得形狀復(fù)雜、薄壁的工件，且工件尺寸精確。③超塑性成形后的工件，具有較均勻而細(xì)小的晶粒組織，力學(xué)性能均勻一致；具有較高的抗應(yīng)力腐蝕性能；工件內(nèi)不存在殘余應(yīng)力。3.5.3超塑性成形④在超塑性狀態(tài)下，金屬材料的變形抗力小，可充分發(fā)揮中、小型設(shè)備的作用。⑤超塑性成形前或過程中需對材料進(jìn)行超塑性處理，還要在超塑性成形過程中保持較高的溫度。3.5.3超塑性成形⑶超塑性成形的應(yīng)用板料深沖：如圖（a）所示，零件直徑小但很長，若用普通拉深，則需多次拉深及中間退火，若用鋅鋁合金等超塑性材料則可一次拉深成形，且產(chǎn)品品質(zhì)好，性能無方向性。3.5.3超塑性成形超塑性擠壓

超塑性擠壓主要用于鋅鋁合金、鋁基合金及銅基合金。超塑性模鍛

超塑性模鍛主要用于鎳基高溫合金及鈦合金。3.5.3超塑性成形擺動輾壓，是用一具有一定圖形母線的上模，上模中線與擺輾機(jī)主軸中心線相交成ɑ角（擺角）。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，上模又繞主軸作軌跡運(yùn)動，滑塊在油缸作用下上升對坯料施壓，上模母線在坯料表面連續(xù)不斷地滾壓，使坯料表面由連續(xù)的局部塑性變形而達(dá)到整體變形，從而得到所需形狀和尺寸的零件或制品。3.5.4擺輾樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。12月-2412月-24Saturday,December28,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。13:53:4113:53:4113:5312/28/20241:53:41PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2413:53:4113:53Dec-2428-Dec-24加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。13:53:4113:53:4113:53Saturday,December28,2024安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2412月-2413:53:4113:53:41December28,2024踏實(shí)肯干，努力奮斗。2024年12月28日1:53下午12月-2412月-24追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。28十二月20241:53:41下午13:53:4112月-24嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月241:53下午12月-2413:53December28,2024作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2024/12/2813:53:4113: