第三篇金属压力加工.ppt

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1、本次课 2课时 内容： 1金属塑性变形的实质 2、塑性变形对金属组织和性能的影响 3、金属的可锻性 4、锻造方法 思考与分析： 1、金属压力加工的基本生产方式有哪几种？ 2、金属压力加工的优缺点有哪些？ 3、名词解释：压力加工、自由锻、模锻。,第三篇 金属压力加工 1、压力加工：利用金属在外力作用下所产生的塑性变形，来获得具有一定形状尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为金属压力加工，又称金属塑性加工。 2、金属压力加工的基本生产方式有以下几种： （1）轧制 金属坯料在两个回转轧辊的孔隙中受压变形，以获得各种产品的加工方法。 （2）拉拔 金属坯料被拉过拉拔模的模孔而变形的加工方法。

2、 （3） 挤压 金属坯料在挤压模内被挤出模也而变形的加工方法。 （4） 锻造 金属坯料在抵铁或锻模模膛内变形而获得产品的方法。 （5）板料冲压 金属板料在冲模间受外力作用而产生分离或变形的加工方法。 一般常用的金属型材、板材、管材和线材等原材料，大都是通过轧制、挤压、拉拔等方法制成的。机械制造业中的许多毛坯或零件，特别是承受重载荷的机件，如机床的主轴、重要齿轮、连杆、炮管和枪管等，通常采用锻件作毛坯。板料冲压广泛用于汽车、电器、仪表零件及日用品工业等方面。,3、金属压力加工的优缺点： （1）金属的力学性能得到提高 ： 金属经过塑性变形以后，晶粒细化，并使原始铸态的缺陷(微裂纹、气孔、缩松等)压

3、合，从而改善了金属的力学性能。 (2)生产效率高 ： 除自由锻外，其他塑性加工方法都具有较高的生产效率。 (3)节省金属 ： 金属塑性变形过程是使金属在固态下体积重新分配的过程，金属消耗小，有些方法加工的产品，其尺寸精度和表面粗糙度已接近成品零件，从而节省了金属。 (4)生产范围广：可以生产各种类型与不同重量的产品，从重不足一克的冲压件，到重达数百吨的大型锻件都可以生产。 缺点：锻压生产也存在着不足之处，例如设备费用较高与铸造、焊接比较，产品的形状比较简单 应当指出，必须具有一定塑性的金属方可进行压力加工。,第一章 金属的塑性变形 第一节 金属塑性变形的实质 1、弹性变形：金属在外力作用下，其

4、内部必将产生应力。此应力迫使原子离开原来的平衡位置，从而改变了原子间的距离，使金属发生变形，并引起原子位能的增高。但处于高位能的原子具有返回到原来低位能平衡位置的倾向。因而当外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。金属的这种变形称为弹性变形。 2、塑性变形：当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服点之后，即使外力停止作用，金属的变形也并不消失，这种变形称为塑性变形。 3、单晶体塑性变形： 金属塑性变形的实质是晶体内部产生滑移的结果。,单晶体内的滑移变形如图3-1所示。在切向应力作用下，晶体的一部分与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移（该面称滑移面），从而造成晶体的塑性变形。当外力继续作用或

5、增大时，晶体还将在另外的滑移面上发生滑移，使变形继续进行因而得到一定的变形量。 上述理论所描述的滑移运动，相当于滑移上下两部分晶体彼此以刚性整体作相对运动。要实现这种滑移所需的外力要比实际测得的数据大几千倍，这说明实际晶体结构及其塑性变形并不完全如此。,近代物理学证明，实际晶体内部存在大最缺陷。其中，以位错（图3-2a对金属塑性变形的影响最为明显。由于位错的存在，部分原子处于不稳定状态。在比理论值低得多的切应力作用下，处于高能位的原子很容易从一个相对平衡的位置上移动到另一个位置上（图3-2b），形成位错运动。位错运动的结果，就实现了整个晶体的塑性变形（图3-2c）。,4、多晶体的塑性变形：金属

6、都是由大量微小晶粒组成的多晶体。其塑性变形可以看成是由组成多晶体的许多单个晶粒产生变形（称为晶内变形）的综合效果。 由于构成晶体的晶粒位向不同，还有晶界的阻碍，在其滑移，变形时，分先后次序逐批进行。同时晶间的滑动和转动（称为晶间变形）。如图，每个晶粒内部都存在许多滑移面，因此整块金属的变形量可以比较大。低温时，多晶体的晶间变形不可过大，否则将引起金属的破坏。 由此可知，金属内部有了应力就会发生弹性变形。应力增大到一定程度后使金属产生塑性变形。当外力去除后，弹性变形将恢复，称“弹复”现象。,这种现象对有些压力加工件的变形和工件质量有很大影响，必须采取工艺措施来保证产品的质量,3、加工硬化原因：是

7、由于滑移面上的碎晶块和附近晶格的强烈扭曲，增大了滑移阻力，使继续滑移难于进行所致。,第二节 塑性变形对金属组织和性能的影响 1、金属在常温下经过塑性变形后，内部组织将发生变化：（1）晶粒沿最大变形的方向伸长；（2）晶格与晶粒均发生扭曲，产生内应力；（3）晶粒间产生碎晶。 2、加工硬化：金属的力学性能随其内部组织的改变而发生明显变化。变形程度增大时，金属的强度及硬度升高，而塑性和韧性下降（图3-4）的现象称为冷变形强化，又称加工硬化。,4、回复：加工硬化是一种不稳定现象，具有自发地回复到稳定状态的倾向。但在室温下不易实现。当提高温度时，原子因获得热能，热运动加剧，使原子得以回复正常排列，消除了晶

8、格扭曲，致使加工硬化得到部分消除。这一过程称为“回复”（图3-5）。这时的温度称为回复温度，即T回=(0.25-0.3)T熔 式中：T回_以绝对温度表示的金属回复温度 T熔_以绝对温度表示的金属熔点温度。 5、再结晶：当温度继续升高到该金属熔点绝对温度的0.4倍时，金属原子获得更多的热能开始以某些碎晶或杂质为核心，按变形前的晶格结构结晶成新的晶粒，从而消除了全部冷变形强化现象。这个过程称为再结晶（图3-5c）。这时的温度称为再结晶温度，即T再=0.4T熔 式中：T再_以绝对温度表示的金属再结晶温度。,6、再结晶退火：在压力加工生产中，常采用加热的方法使金属发生再结晶，消除冷变形强化，从而再次获

9、得良好塑性。这种工艺操作称为再结晶退火。 7、连续变形：当金属在大大高于再结晶的温度下受力变形时，冷变形强化和再结晶过程同时存在。此时变形中的强化和硬化随即被再结晶过程所消除，可连续变形。 8、金属的塑性变形分为冷变形和热变形两种。 （1）冷变形：在再结晶温度以下的变形叫冷变形。 特点：变形过程中无再结晶现象，变形后的金属具有冷变形强化现象。所以冷变形的变形程度一般不宜过大，以避免产生存裂。冷变形能使金属获得较高的强度、硬度和低粗糙度值。是工业生产中强化金属材料的一种重要手段。 （2）热变形：在再结晶温度以上的变形叫热变形。 特点：变形后，金属具有再结晶组织、而无冷变形强化痕迹。金属只有在热变

10、形情况下，才能以较小的功达到较大的变形。同时能获得具有高力学性能的细晶粒再结晶组织。因此，金属压力加工生产多采用热变形来进行。,（3）纤维组织：金属在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状都发生了变形，它们都将沿着变形方向被拉长，呈纤维形状。这种结构叫纤维组织（图3-6）。,9、金属压力加工特点： （1）铸锭的特点：压力加工生产采用的最初坯料是铸锭，其内部组织很不均匀，晶粒较粗大，并存在气孔、缩松、非金属夹杂物等缺陷。 （2）加工特点：铸锭加热后经过压力加工，由于塑性变形及再结晶，从而改变了粗大、不均匀的铸态结构（图3-6a），获得细化了的再结晶组织。同时可以将铸锭

11、中的气孔、缩松等压合在一起，使金属更加致密，力学性能得到很大提高。,（4）纤维组织特点：使金属在性能上具有了方向性，对金属变形后的质量也有影响。纤维组织越明显，金属在从向（平行纤维方向）上塑性和韧性提高，而在横向（垂直纤维方向）上塑性和韧性降低。纤维组织的明显程度与金属的变形程度有关。变形程度越大，纤维组织越明显。压力加工过程中，常用锻造比（y）来表示变形程度。拔长时的锻造比为Y拔=A0/A；镦粗时的锻造比为Y镦=H0/H 式中：Ho、Ao_分别为坯料变形前的高度和横截面积 H、A_分别为坯料变形后的高度和横截面积。 纤维组织的稳定性很高，不能用热处理方法加以消除。只有经过锻压使金属变形，才能

12、改变其方向和形状。,例如，当采用棒料直接经切削加工制造螺钉时，螺钉头部与杆部的纤维被切断，不能连贯起来，受力时产生的切应力顺着纤维方向，故螺钉的承载能力较弱（图3-7a）当采用同样棒料经局部镦粗方法制造螺钉时（图3-7b），则纤维不被切断，连贯性好，纤维方向也较为有利，故螺钉质量较好。,（5）纤维组织的利用：在设计和制造零件时，都应使零件在工作中产生的最大正应力方向与纤维方向重合，最大切应力方向与纤维方向垂直并使纤维分布与零件的轮廓相符合，尽量使纤维组织不被切断。,第三节 金属的可锻性 1、金属的可锻性：是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的艺性能。 金属的可锻性好，表明该金属适合于

13、采用压力加工成形；可锻性差，表明该金属不宜于选用压力加工方法成形。 可锻性常用金属的塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越好，变形抗力越小，则金属的可锻性好，反之则差。 金属的塑性用金属的断面收缩率、伸长率等来表示。变形抗力系指出在压力加工过程中变形金属作用于施压工具表面单位面积上的压力。变形抗力越小，则变形中所消耗的能量也越少。 2、影响金属的可锻性因素有金属的本质和加工条件。,一：金属的本质 1、化学成分的影响 不同的化学成分的金属其可锻性不同。一般情况下，纯金属的可锻性比合金好；碳钢的含碳量越低，可锻性越好；钢中含有形成碳化物的元素（如铬、钼、钨、钒等）时，其可锻性显著下降。 2、金属组织的影

14、响 金属内部的组织结构不同，其可锻性有很大差别。纯金属及固溶体（如奥氏体）的可锻性好，而碳化物（如渗碳体）的可锻性差。铸态柱状组织和粗晶粒结构不如晶粒细小而又均匀的组织的可锻性好。,二、加工条件 1、变形温度的影响 提高金属变形时的温度，是改善金属可锻性，提高生产率、产品质量及金属有效利用率的有效措施。 金属在加热中，随温度的升高、金属原子的运动能力增强（热能增加，处于极为活泼的状态中），很容易进行滑移，因而塑性提高，变形抗力降低，可锻性明显改善更加适宜进行压力加工。但温度过高，对钢而言，必将产生过热、过烧、脱碳和严重氧化等缺陷，甚至使锻件报废，所以应该严格控制锻造温度。 锻造温度范围系指始锻

15、温度（开始锻造的温度）和终锻温度（停止锻造的温度）间的温度区间。锻造温度范围的确定以合金状态图为依据。,碳钢的锻造温度范围如图3-8所示，其始锻温度比AE线低200 oC左右，终锻温度为800 oC左右。终锻温度过低，金属的可锻性急剧变差，使加工难于进行，若强行锻造，将导致锻件破裂报废。,（2）当金属变形速度超过某一临界值时，消耗于塑性变形的能量有一部分转化为热能（称为热效应现象），变形速度越大，热效应现象越明显，使金属的塑性提高、变形抗力下降（图3-9中a点以右），可锻性变得更好。热效应现象一班在高速锤等设备的锻造中较明显。,2、变形速度的影响 变形速度即单位时间的变形程度。 （1）随着变形

16、速度的增大，回复和再结晶不能及时克服冷变形强化现象，金属则表现出塑性下降、变形抗力增大（图3-9中a点以左），可锻性变差。,3、应力状态的影响 金属在经受不同方法变形时，所产生的应力性质（压应力或拉应力）和大小是不同的。 （1）挤压变形时（图3-10）为三向受压状态。 （2）拉拔时（图3-11）则为两向受压、一向受拉的状态,实践证明，三个方向的应力中，压应力的数目越多，则金属的塑性越好；拉应力的数目越多，则金属的塑性越差。同号应力状态下引起的变形抗力大于异号应力状态下的变形抗力。 拉应力使金属原子间距增大，尤其当金属的内部存在气孔、微裂纹等缺陷时，在拉应力作用下，缺陷处易产生应力集中，使裂纹扩

17、展，甚至达到破坏报废的程度。 压应力使金属内部原子间距离减小，不易使缺陷扩展，故金属的塑性会增高。但压应力使金属内部摩擦阻力增大，变形抗力亦随之增大。 综上所述，金属的可锻性既取决于金属的本质，又取决于变形条件在压力加工过程中，应力求创造最有利的变形条件，充分发挥金属的塑性，降低变形抗力，使功耗最少，变形进行得充分，达到加工目的。,第二章 锻造 锻造：是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯了产生局部或全部变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。 第一节 锻造方法 一、自由锻 1、自由锻：只用简单的通用性工具或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形，获得所需的几伺形状及内部质量锻件的

18、锻造方法称为自由锻。 2、自由锻的特点：所用工具、设备简单，通用性大；工艺灵活，锻件可大可小，小至不足千克，大的数百吨；锻件的精度不高，加工余量大，生产率低，劳动强度大，工人操作技术要求高。自由锻适用于单件小批量生产锻件，还是大型件唯一的锻造方法。 3、自由锻分为手工自由锻和机器自由锻两种。 （1）手工自由锻：使用锻锤，依靠产生的冲击力使金属坯料变形，由于能力有限，只用来锻造中，小型锻件。,（2）机器自由锻：使用液压机，依靠产生的压力使金属坯料变形。其中，水压机可产生很大的作用力，能锻造质量达300t的锻件，是重型机械厂锻造生产的主要设备。 4、自由锻工序：分为基本工序、辅助工序和精整工序三大

19、类。 （1）基本工序 它是使金属坯料实现主要的变形要求，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸的工序。主要有以下几个： 1）、镦粗：是使坯料高度减小，横截面积增大的工序。它是自由锻生产中最常用的工序，适用于饼块，盘套类锻件的生产。 2）、拔长 ： 是使坯料横截面积减小，长度增大的工序。它适用于轴类，杆类锻件的生产。为达到规定的锻造比和改变金属内部组织结构，锻制以钢锭为坯料的锻件时，拔长经常与镦粗交替反复使用。,3）、冲孔： 是使坯料具有通孔或盲孔的工序。对环类件，冲孔后还应进行扩孔工作。 4）、弯曲 ： 是使坯料轴线产生一定曲率的工序。 5）、扭转 ： 是使坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定

20、角度的工序。 6）、错移 是使坯料的一部分相对于另一部分平移错开的工序，是生产曲拐或曲轴类铸件所必须的工序。 7）、切割：是分割坯料或去除锻件余量的工序。 （2）辅助工序 ： 是指进行基本工序之前的预变形工序。如压钳口、倒棱、压肩等。 （3）精整工序 它是在完成基本工序之后，用以提高锻件尺寸及位置精度的工序。,2、锻件大致可分为六类，形状特征及主要变形工序如表,3、模锻分类：有固定模锻与胎模锻，固定模锻按使用的设备不同分为：锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻等。,二、模锻 1、模锻:利用模具使坯料变形，获得锻件的锻造方法，称为模锻。其实质是金属的变形受到锻模模膛限制。 2、模锻特点：

21、与自由锻比较,锻件的精度高，表面粗糙度精度高，加工余量小，生产率高，可以锻制形状比较复杂的锻件，如图。模锻要求锻造设备的精度高，吨位大，生产周期比较长，生产成本较高，模锻适用于大批量，中，小型锻件的生产。,1、锤上模锻 锤上模锻所用设备为“模锻锤”，由它产生的冲击力使金属变形。图3-12所示,为一般工厂中常用的蒸汽-空气模锻锤。该种设备上运动副之间的间隙小，运动精度高，可保证锻模的合模准确性。模锻锤的吨位（落下部分的重量）为1-16t，可锻制150kg以下的锻件。,（2）、锤上模锻生产所用的锻模： 如图3-13所示。上模2和下模4分别用楔铁10、7固定在锤头1和模垫5上，模垫用楔铁6固定在砧座

22、上，上模随锤头作上下往复运动。9为模膛，8为分模面，3为飞边槽。,（2）模膛根据功用的不同，分为模锻模膛和制坯模膛。 1）模锻模膛：金属在此种模膛中发生整体变形，故作用在锻模上的抗力较大。模锻模膛又分为终锻模膛和预锻模膛两种。 1、终锻模膛：终锻模膛的作用是使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。 特点：1”形状应和锻件的形状相同。 2“终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量。钢件收缩率取1.5%。 3”沿模膛四周有飞边槽，用以增加金属从模膛中流出的阻力，促使金属更好地充满模膛，同时容纳多余的金属。 4“有通孔的锻件，由于不可能靠上、下模的突起部分把金属完全挤压到旁边去故终锻后在孔内留有一薄

23、层金属称为冲孔连皮（图3-14）。因此，把冲孔连皮和飞边冲掉后，才能得到具有通孔的模锻件。,2预锻模膛 ： 预锻模膛的作用是使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，再进行终锻时，金属容易充满终锻模膛。同时减小了终锻模膛的磨损，延长锻模的使用寿命。 预锻模膛与终锻模膛的主要区别是圆角和斜度较大，没有飞边槽。对于形状简单或批量不够大的模锻件也可以不设预锻模膛。 （2）制坯模膛 对于形状复杂的模锻件，为了使坯料形状基本接近模锻件形状使金属能合理分布和很好地充满模锻模膛，就必须预先在制坯模膛内制坯。制坯模膛有以下几种：,1拔长模膛： 用来减小坯料某部分的横截面积，以增加该部分的长度（图3-15）。当模锻件

24、沿轴向横截面积相差较大时，常采用这种模膛进行拔长。拔长模膛分为开式（图3-15a）和闭式（图3-15b）两种。一般情况下，把它设置在锻模的边缘处。生产中进行拔长操作时，坯料除向前送进外并需不断翻转。,2滚压模膛 在坯料长度基本不变的前提下用它来减小坯料某部分的横截面积，以增大另一部分的横截面积（图3-16）。滚压模膛分为开式（图3-16a）和闭式（图3-16b）两种。当模锻件沿轴线的横截面积相差不很大或对拔长后的毛坯作修整时，采用开式滚压模膛。当模锻件的截面相差较大时，则应采用闭式滚压模膛。滚压操作时需不断翻转坯料，但不作送进运动。,3弯曲模膛： 对于弯曲的杆类模锻件，需采用弯曲模膛来弯曲坯料

25、（图3-17a），坯料可直接或先经其它制坯工步后放入弯曲模膛进行弯曲变表。弯曲后的坯料需翻转90度再放入模锻模膛中成形。 4切断模膛 ： 它是在上模与下模的角部组成的一对刃口，用来切断金属（图3-17b）。单件锻造时，用它从坯料上切下锻件或从锻件上切下钳口；多件锻造时，用它来分离成单个锻件。 （3）根据模锻件的复杂程度不同，可将锻模设计成单膛锻模或多膛锻模。 1单膛锻模：是在一副锻模上终锻成形。如齿轮坯模锻件，可将截下的圆柱形坯料直接放入单膛锻模中一次终锻成形。,2多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模。如弯曲连杆模锻件的锻模即为多膛锻模（图3-18）。 锤上模锻虽具有设备投次较少，锻件

26、质量较好，适应性强，可以实现多种变形工步，锻制不同形状的锻件等优点，但由于锤上模锻震动大、噪声大，完成一个变形工步往往需要经过多次锤击，故难以实现机械化和自动化，生产率在模锻中相对较低。,2、曲柄压力机上模锻 曲柄压力机是一种机械式压力机，其传动系统如图3-19。当离合7合在结合状态时，电动机1的转动通过带轮2、3、传动轴4和齿轮5、6传给曲柄8，再经过曲柄连杆机构使滑块10做上下往复直线运动。离合器处在脱开状态时，带轮3（飞轮）空转，制动器15使滑块停在确定的位置上。锻模分别安装在滑块10和工作台11上。顶杆12用来从模膛中推出锻件，实现自动取件。,曲柄压力机的吨位一般是2000-12000

27、0kN 曲柄压力机上模锻的特点： （1）作用于金属上的变形力是静压力，且变形抗力由机架本身承受，不传给地基。因此曲柄压力机工作时无震动，噪声小。 （2）滑块行程固定，每个变形工步在滑块的一次行程中即可完成。 （3）曲柄压力机具有良好的导向装置和自动顶件机构，因此锻件的余量、公差和模锻斜度都比锤上模锻的小。 （4）坯料表面上的氧化皮不易被清除掉，影响锻件质量曲柄压力机上也不宜进行拔长和滚压工步。如果是横截面变化较大的长轴类锻件，可采用周期轧制坯料或用辊锻机制坯来代替这两个工步。,（5）曲柄压力机上所用锻模都设计成镶块式模具（图3-20）。模膛由镶块4、5构成。镶块用螺栓8和压板9固定在模块6、7

28、上，导柱3用来保证上下模之间的最大合模精度。顶杆1和2的端面形成模膛的一部分。这种组合模制造简单，更换容易，节省贵重的模具材料。,(6)曲柄压力机模锻方法具有锻件精度高，生产率高，劳动条件好和节省金属等优越性，故适合于大批量生产条件下锻制中，小型锻件。但由于曲柄压力机造价高，其应用受到限制，我国仅有大型工厂使用。,本次课 2课时 内容： 1、锻造工艺规程的制订 2、锻件结构的工艺性 3、分离工序 4、变形工序 思考与分析： 1、名词解释：胎模锻、敷料、余量、模锻斜度、模锻圆角、冲孔连皮。 2、板料冲压具有哪些优点？ 3、变形工序有哪些？ 4、分析分离工序凸凹模间隙过大、过小有何不利。,3、摩擦

29、压力机上模锻 (1)工作原理:如图3-21,锻模分别安装在滑块7和机座10上。滑块与螺杆1相连，沿导轨9上下滑动。螺杆穿过固定在机架上的螺母2，其上端装有飞轮3。两个摩擦盘4同装在一根轴上，由电动机5经皮带6使摩擦盘轴旋转。改变操纵杆位置可使摩擦盘轴沿轴向串动，会把某一个摩擦盘靠紧飞轮边缘，带动飞轮转动。飞轮分别与两个摩擦盘接触，产生不同方向的转动，螺杆也就随飞轮做不同方向的转动。在螺母的约束下，螺杆的转动变为滑块的上下滑动，实现模锻生产。,吨位:350000kN的使用较多，最大吨位可达1000T。 (2)摩擦压力机上模锻的特点： 1）滑块行程不固定，并具有一定的冲击作用因而可实现轻打、重打，

30、可在一个模膛内对金属进行多次锻击。这不仅能满足实现各种主要成形工序的要求，还可以进行弯曲、压印、热压、精压、切飞边，冲连皮及校正等工序。 2）滑块运动速度低，金属变形过程中的再结晶可以充分进行,特别适合于锻造低塑性合金钢和非铁金属（如铜合金）等。但生产率较低。 3）滑块打击速度不高，设备本身具有预料装置，故可以采用整体式锻模，也可以采用特殊结构的组合式模具，使模具设计和制造简化、节约材料、降低成本。可以锻制出形状更为复杂，敷料和模锻斜度都较小的锻件。还可将轴类锻件直立起来进行局部镦粗。,4）摩擦压力机承受偏心载荷的能力差，通常只适用于单膛锻模进行模锻。对于形状复杂的锻件，需要在自由锻设备或其它

31、设备上制坯。 摩擦压力机上模锻适合于中小型锻件的小批或中批量生产，如铆钉、螺钉、螺母、配汽阀、齿轮、三通阀等。 综上所述，摩擦压力机具有结构简单造价低，投资少，使用及维修方便，基建要求不高，工艺用途广泛等优点，所以我国中小型锻造车间大多拥有这类设备。 4、胎模锻 胎模锻是在自由锻设备上使用胎模生产模锻件的的工艺方法。胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后在胎模中成形。 胎模的种类较多，主要有摔模、扣模、筒模及合模三种。,（2）扣模 如图3-22（P104页）所示。扣模用来对坯料进行全部或局部扣形，以生产长杆类非回转体锻件。也可以为合模锻造进行制坯。用扣模锻造时坯料不转动。,(1)摔模（摔子）用来锻

32、制回转体件如图,由于胎模结构较简单，可提高锻件的精度，不需昂贵的模锻设备，扩大了自由锻生产的范围。但胎模易损坏，较其它模锻方法生产的锻件精度低，劳动强度大，故胎模锻只适用于没有模锻设备的中小型工厂中生产中小批量锻件。,（3）筒模 （套模） 如图3-23。筒模主要用于锻造齿轮、法兰盘等盘类锻件。组合筒模（图3-23c）由于有两个半模（增加一个分模面）的结构，可锻出形状更复杂的工件，扩大了胎模锻的应用范围。,（4）合模 如图3-24（P104页）所示。合模由上模和下模组成，并有导向结构，可生产形状复杂精度较高的非回转体锻件。,常用锻造方法的综合比较见表3-2（P104页）。,第二节 锻造工艺规程的

33、制订 制订工艺规程、编写工艺卡片是进行锻造生产必不可少的技术准备工作，是组织生产过程、规定操作规范、控制和检查产品质量的依据。制订锻造工艺规程时，其主要内容如下。 一、绘制锻件图 锻件图是以零件图为基础结合锻造工艺特点绘制而成。绘制锻件图应考虑如下几个内容： 1、敷料、余量及公差 （1）敷料：为了简化零件的形状和结构、便于锻造而增加的一部分金属，称为敷料。如消除零件上的键槽、窄环形沟槽、齿谷或尺寸相差不大的台阶结构而增加的金属均属敷料。 （2）余量：在零件的加工表面上为切削加工而增加的尺寸称为余量。余量的大小与零件的形状、尺寸、结构的复杂程度和锻造方法有关。其具体数值可查表确定。,（3）锻件公

34、差是锻件名义尺寸的允许变动量。其数值按锻件形状、尺寸、锻造方法等因素查表确定。 当零件毛坯采用自由锻方法制做时，确定了敷料、余量和公差后，即可绘制出自由锻锻件图（图3-25）（P106）。图中双点画线为零件轮廓,2、分模面 分模面是指上下锻模在模锻件上的分界面。它在锻件上的位置是否合适，关系到锻件成形、锻件出模、材料利用率及锻模加工等一系列问题。选定分模面的原则是：,（1）应保证模锻件能从模膛中取出来。如图3-26所示轮形件，把分模面选定在a-a面时，已成形的模锻件就无法取出。一般情况，分模面应选在模锻件的最大截面处。,（2）按选定的分模面制成锻模后，应使上下两模沿分模面的模膛轮廓一致，以便在

35、安装锻模和生产中容易发现错模现象，及时而方便地调整锻模位置。图3-26中的c-c面被选定为分模面，就不符合此原则。 （3）分模面应选在能使模膛深度最浅的位置上。这样有利于金属充满模膛，便于取件，并有利于锻模的制造。图3-26中的b-b面，就不适合作分模面。 （4）选定的分模面应使零件上所加的敷料最少。图3-26中的b-b面被选作分模面时，零件中间的孔不能锻出来，孔部金属都是敷料，既浪费金属，又增加了切削加工的工作量。所以该面不宜作分模面。 （5）分模面最好是一个平面，以便于锻模的制造，并防止锻造过程中上下锻模错动。 按上述原则综合分析，图3-26中的d-d面是最合理的分模面。,模锻斜度与模膛深

36、度和宽度有关。当模膛深度（h）与宽度（b）的比值（h/b）越大时，取较大的斜度值。图中的a2为内壁（即当锻件冷却时，锻件与模壁夹紧的表面）斜度，其值比外壁（即当锻件冷却时，锻件与模壁离开的表面）斜度a1大2-5度。,3、模锻斜度 模锻件上平行于锤击方向（垂直于分模面）的表面必须具有斜度（图3-27）以便于从模膛中取出锻件。对于锤上模锻，模锻斜度一般为5-15度。,3减缓锻件外尖角处的磨损；从而提高锻模的使用寿命 4增大锻件的强度。 （2）圆角的大小：钢质模锻件外圆角半径（r）取1.5-12mm,内圆角半径（R）比外圆角半径大2-3倍，模膛越深圆角半径的以值就越大。,4、模锻圆角半径 在模锻件上

37、两平面的交角均需做成圆角（图3-28） （1）圆角结构的作用： 1金属易于充满模膛。 2避免锻模的尖角处产生裂纹。,5、冲孔连皮 许多模锻件都具有孔形，当模锻件的孔径大小25mm时，应将该孔形锻出。但由于模锻无法锻出通孔，需在孔中留出冲孔连皮（图3-14），其厚度依孔径而定。当孔径为25-80mm时，冲孔连皮的厚度取4-8mm。 图3-29（P107页）为齿轮坯的模锻锻件图。分模面选在锻件高度方向的中部。零件的轮辐部分不加工，故不留加工余量。图中内孔中部的两条水平直线为冲孔连皮切除后的痕迹线。,二、坯料重量和尺寸的确定 1、坯料重量计算式： G坯料=G锻件+G烧损+G料头式中：G坯料：坯料重量

38、； G锻件：锻件重量； G烧损：加热中坯料表面因氧化而烧损的重量（第一次加热取被加热金属重量2%-3%，以后各次加热的烧损量取1.5%-2.0%）G料头：在锻造过程中冲掉或被切掉的那部分金属的重量。如冲孔时坯料中部被冲落的料芯，修切端部切除的金属及模锻生产中连皮和飞边的重量等；采用钢锭做坯料时，料头还包括所切掉的钢锭头部和尾部的金属量 2、坯料的尺寸根据坯料重量和几何形状确定，还应考虑坯料在锻造中所必须的变形程度，即锻造比的问题。对于以钢锭作为坯料并采用拔长方法锻制的锻件，锻造比一般不小于2.5-3。对性能要求高的锻件，锻造比值还可以大些。如采用轧材作坯料，则锻造比可取1.3-1.5。,（1）

39、长轴类模锻件： 锻件的长度与宽度之比较大，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等（图3-30）。此类锻件在锻造过程中，锤击方向垂直于锻件的轴线。终锻时，金属沿高度与宽度方向流动，而沿长度方向没有显著的流动。因此，常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。,三、锻造工序（工步）的确定 锻造工序（工步）都是根据工序（工步）特点和锻件类型来确定的。采用自由锻生产锻件时，工序参阅表3-1（P98页）选定。采用模锻生产模锻件时，其工步根据模锻件的形状和尺寸确定。 1、模锻件按形状和结构分为两大类：,对于小型长轴类锻件，为了减少钳口料和提高生产率，常采用一根棒料同时锻造出几个锻件的方法因此应增设切断工步，将已锻

40、好的模锻件分离开。 有一些模锻件选用周期轧制材料作坯料时（图3-31）（P108页），可以省去拔长、滚压等工步，简化模锻过程，并可显著提高生产率。,2）短轴类模锻件 在分模面上的投影为圆形或长度接近于宽度或直径的锻件，如齿轮，法兰盘等（图3-32）。此类模锻件在锻造过程中，锤击方向与坯料轴线相同。终锻时金属沿高度、宽度及长度方向均产生流动。因此常选用镦粗、预锻、终锻等工步。,四、锻造工艺规程中的其它内容 1、热变形进行锻造时，必须按锻件材质及其合金状态图确定始锻温度和终锻温度。 2、应确定加热规范（如加热速度、保温速度和时间等）和冷却规范（如冷却方式等）。这对高合金钢锻件尤为重要，以防止因热应

41、力引起变形或开裂而报废。 3、必须根据锻件重量、锻造方法等因素，选定相应的设备（如加热设备、锻造设备等）和确定锻后所必须的辅助工序（如校正、切飞边、冲连皮、清理、热处理等）。,1、自由锻锻件若有锥体或斜面结构（图3-33a），将使锻造工艺复杂，操作不方便，降低设备的使用效率。应改进设计，如图3-33b所示。,第三节 锻件结构的工艺性 设计锻造成形的零件时，除应满足使用性能要求外，还必须考虑锻造工艺的特点，即锻造成形的零件结构要具有良好的工艺性。这样可使锻造成形方便，节约金属保证质量和提高生产率。 一、自由锻件的结构工艺性,2、锻件若由数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空间曲线。图3

42、-34a所示结构，采用自由锻方法极难成形，应改成平面与圆柱、平面与平面相接的结构图3-34b。,3、自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线形表面（图3-35a）（P110页），应将锻件结构改成如图3-35b所示结构。,4、自由锻锻件的横截面若有急剧变化或形状较复杂时（图3-36a），应设计成由几个简单件构成的组合体。每个简单件锻制成后，再用焊接或机械连接方式构成整体件（图3-36b）,二、模锻件的结构工艺性 1、模锻件上必须具有一个合理的分模面，以保证模锻成形后，容易从锻模中取出。并且，应使敷料最少，锻模容易制造。 2、由于模锻件尺寸精度较高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与

43、其它机件配合的表面才需进行机械加工，其它表面均应设计为非加工表面。模锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设计出模锻斜度。两个非加工表面形成的角（包括外角和内角）都应按模锻圆角设计。 3、为了使金属容易充满模膛和减少工序，模锻件外形应力求简单、平直和对称。尽量避免模锻件截面间差别过大，或具有薄壁、高筋、高台等结构。,（1）图3-37a所示，零件的小截面直径与大截面直径之比为0.5，就不符合模锻生产的要求。 （2）图3-37b所示模锻件扁而薄，模锻时，薄部金属冷却快，变形抗力剧增，易损坏锻模。 （3）图3-37c所示零件有一个高而薄的凸缘，金属难以充满模膛，且使锻模制造和成形后取出锻件较为困难，应改

44、进，设计成图3-37d所示形状使之易于锻制成形。,4、模锻件的结构中应避免深孔或多孔结构。图3-38所示零件的轴孔（60mm）属深孔结构，不能锻出。应将轮毂高度减小。四个非加工孔， 440应孔改用机械加工方法制出。 5、模锻件的整体结构应力求简单。当整体结构在成形中需增加较多敷料时，可采用组合工艺制做。图3-39所示零件先采用模锻方法单个成形，然后采用焊接工艺组合成一个整体零件。,第三章 板料冲压 一概述 1、板料冲压：是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。这种加工方法通常是在冷态下进行的，所以又叫冷冲压。当板料厚度超过8-10mm时，采用热冲压。 2、应用：几乎在一切制造金属成品的工业部

45、门中，都广泛地应用着板料冲压。特别是在汽车、拖拉机、航空、电器、仪表及国防等工业中，占有极其重要的地位。 3、板料冲压具有下列优点： （1）可以冲压出形状复杂的零件，且废料较少。 （2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度值，冲压件的互换性较好。 （3）能获得重量轻、材料消耗少、强度和刚度都较高的零件。,（4）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率很高。故零件成本低。 4、缺点：冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才显得突出。 5、板料冲压所用原材料：特别是制造中空杯状和钩环状等成品时，必须具有足够的塑性。板料冲压常用的金属材料有低碳钢、铜合金、铝合金、镁合金及塑

46、性好的合金钢等。从形状上分，金属材料有板料、条料及带料等。 6、冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。剪床用来把板料剪切一定宽度的条料，以供下一步的冲压工序用。冲床用来实现冲压工序，以制成所需形状和尺寸的成品零件。 7、冲压生产的基本工序有分离工序和变形工序两大类。,二、冲压设备 1、剪床（剪板机）是利用剪切的方法使板料分离的。是冲压备料的主要设备。按传动形式分为机械式和液压式。 如图为机械剪板机的外形及工作原理。它是双曲柄连杆机构上刀片1装在滑块上，工作台2上装有下刀片。当剪切宽而薄的板抖时，为减小剪切力，上刀刃采用，6一9度的斜刃；而剪切厚而窄的坯料时，为防止坯料剪断后弯曲采用平刃为宜,2、冲

47、床 冲床是冲压生产的主要设备，有多种类型。图为开式双柱可倾式冲床的外形及工作原理。其吨位以产生的公称压力表示，最小的为6.3t,大的400t、600t、1250t等。,1、冲裁变形过程 冲裁时板料的变形和分离过程对冲裁件质量有很大影响。其过程可分为如下三个过程（图3-40）弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段 。,第一节 分离工序 分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如落料、冲孔、切断和修整等。 一、落料及冲孔（统称冲裁） 冲裁是使坯料按封闭轮廓分离的工序。落料时，冲落部分为成品，而余料为废料；冲孔是为了获得带孔的冲裁件，而冲落部分是废料。,（1）弹性变形阶段 冲头（凸模）接

48、触板料继续向下运动的初始阶段，将使板料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形。板料中的应力值迅速增大，此时，凸模下的板料略有弯曲，凸模周围的板料则上翘。间隙c的数值越大，弯曲和上翘越明显。 （2）塑性变形阶段 冲头继续向下运动，板料中的应力值达到屈服极限，板料金属产生塑性变形。变形达到一定程度时，位于凸、凹模式刃口处的金属硬化加剧，出现微裂纹。 （3）断裂分离阶段 冲头继续向下运动，已形成的上下裂纹逐渐扩展。上下裂纹相遇重合后，板料被剪断分离。 冲裁件分离面的质量主要与凸凹模间隙、刃口锋利程度有关，同时也受模具结构、材料性能及板料厚度等因素影响。,2、凸凹模间隙 凸凹模间隙不仅严重影响冲裁件的断面质量

49、，也影响着模具寿命，卸料力、推件力、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。 （1）间隙过大，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向里错开一段距离，难以与凹模刃口附近的裂纹汇合，冲裁件被撕开，边缘粗糙。 （2）间隙过小时，凸模刃口附近的剪裂纹较正常间隙时向外错开一段距离，上下裂纹也不能很好重合。只有间隙值控制在合理范围内，上下裂纹才能重合于一线，冲裁断口质量最好。 间隙的大小也影响模具的寿命。间隙越小，摩擦越严重，模具的寿命将降低。间隙对卸料力、推件力也有较明显的影响。间隙越大，则卸料力和推件力越小。,（3）正确选择合理的间隙值 当冲裁件断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值。对冲裁件断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙，以利于提高冲模寿命。 单边间隙（c）的合理数值可按下述经验公式计算： C=m 式中 ：板料厚度， mm； M：与板料性能及厚度有关的系数。 实用中，板料较薄时，m可以选用如下数据，低碳钢、纯铁 m=0.06-0.09；铜、铝合金 m=0.06-0.1；高碳钢 m=0.08-0.12。 当板料厚度3mm时，由于冲裁力较大，应适当把系数m放大。对冲裁件断面质量没有特殊要求时，系数 m可放大1.5 倍。,3、凸凹模刃口尺寸的确定 凸模和凸模刃口尺寸