材料成形技術(shù)基礎(chǔ)第三章

1、第三章 固態(tài)材料塑性成型過(guò)程主講教師 賴(lài)世強(qiáng)31 概述 v一、金屬固態(tài)塑性成形過(guò)程的概念及特點(diǎn)v1、概念金屬塑性變形是利用金屬材料塑性變形規(guī)律，施加外力使之產(chǎn)生塑性變形而獲得所需形狀、尺寸和力學(xué)性能的零件或毛坯的加工工藝。v定義要點(diǎn)：（1） 金屬塑性變形是有規(guī)律的。（2）工藝目的不但包含形狀和尺寸，同時(shí)包含力學(xué)性能。v2、塑性成形特點(diǎn)：（1）能改善金屬的組織；（2）可提高材料利用率；（3）加工精度較高；（4）生產(chǎn)率較高。 s彈性變形彈性變形塑性變形塑性變形 v二、金屬塑性成形過(guò)程應(yīng)滿足的基本條件v要實(shí)現(xiàn)金屬材料的塑性成形，必須要有兩個(gè)基本成形條件，即(1)被成形的金屬材料具備一定的塑性。(2)

2、要有外力作用于固態(tài)金屬材料上。v另外，外界條件(如溫度等)對(duì)內(nèi)外因素有相當(dāng)大的影響，且成形過(guò)程中兩因素相互影響。三、工業(yè)中常用的金屬塑性成形方法概述 v1、軋制 將金屬通過(guò)軋機(jī)上兩個(gè)相對(duì)回轉(zhuǎn)軋輥之間的空隙，進(jìn)行壓延變形成為型材(如鋼板、圓鋼、角鋼、槽鋼等)的加工方法。v2、擠壓 將金屬置于一封閉的擠壓模內(nèi)，用強(qiáng)大的擠壓力將金屬?gòu)哪？字袛D出成形的方法。擠壓過(guò)程中金屬坯料的截面依照模孔的形狀減小，坯料長(zhǎng)度增加。擠壓可以獲得各種復(fù)雜截面的型材或零件。 v3、拉拔 將金屬坯料拉過(guò)拉拔模?？?，而使金屬拔長(zhǎng)、其斷面與模孔相同的加工方法。它主要用于生產(chǎn)各種細(xì)線材、薄壁管和一些特殊截面形狀的型材。v4、自由鍛

3、造 將加熱后的金屬坯料置于上下砧鐵間受沖擊力或壓力而變形的加工方法。v5、模型鍛造(又叫模鍛) 將加熱后的金屬坯料置于具有一定形狀的鍛模模膛內(nèi)受沖擊力或壓力而變形的加 工方法。v6、板料沖壓 金屬板料在沖壓模之間受壓產(chǎn)生分離或變形而形成產(chǎn)品的加工方法。v四、金屬固態(tài)成形的分類(lèi)v按金屬固態(tài)成形時(shí)的溫度，其成形過(guò)程分為兩大類(lèi)：v冷變形T塑T再結(jié)晶v1、加工硬化金屬在室溫下塑性變形，由于內(nèi)部晶粒沿變形最大方向伸長(zhǎng)并轉(zhuǎn)動(dòng)、晶格扭曲畸變以及晶內(nèi)、晶間產(chǎn)生碎晶的綜合影響，增加了進(jìn)一步滑移變形的阻力，從而引起金屬的強(qiáng)度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化。亦稱(chēng)為冷作硬化。加工硬化是強(qiáng)化金屬的重要方法

4、之一。純金屬及某些不能通過(guò)熱處理方法強(qiáng)化的合金，如低碳鋼、純銅、防銹鋁、奧氏體不銹鋼、高錳鋼等，可通過(guò)冷拔、冷軋、冷擠壓等工藝來(lái)提高其強(qiáng)度和硬度。v加工硬化對(duì)金屬組織性能的影響：v 壓力加工中，加工硬化增大了材料繼續(xù)變形的阻力。v 通過(guò)加工硬化可以提高金屬?gòu)?qiáng)度、硬度和耐磨性。v 加工硬化是一種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。v2、回復(fù)與再結(jié)晶v加工硬化是一種不穩(wěn)定現(xiàn)象，具有自發(fā)地回復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)的傾向。但在常溫下，多數(shù)金屬的原子擴(kuò)散能力很低，加工硬化不會(huì)自發(fā)消除。而將硬化金屬加熱后，將相繼發(fā)生回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，金屬的組織和性能也隨之變化。v回復(fù)v隨著溫度的升高，已產(chǎn)生加工

5、硬化的金屬其晶格的扭曲程度減小，內(nèi)應(yīng)力降低，但金屬組織還沒(méi)有顯著變化的現(xiàn)象。v T回=（0.250.3）T熔v回復(fù)的應(yīng)用：v經(jīng)冷拉的鋼絲卷成彈簧后的低溫回火（加熱到250300）,青銅絲彈簧加工后的回火處理(加熱到120125)。v再結(jié)晶v隨著溫度的進(jìn)一步升高，已發(fā)生回復(fù)的金屬開(kāi)始以某些碎晶或雜質(zhì)為核心形成新的晶粒，從而消除了加工硬化的現(xiàn)象。v T再=0.4T熔v3、冷變形(又叫冷成形過(guò)程)冷變形是指金屬在進(jìn)行塑性變形時(shí)的溫度低于該金屬的再結(jié)晶溫度。v冷變形的特征是：（1）金屬變形后具有加工硬化現(xiàn)象。即金屬的強(qiáng)度、硬度升高，塑韌度下降。（2）冷變形制成的產(chǎn)品尺寸精度高、表面質(zhì)量好。（3）對(duì)于那

6、些不能或不易用熱處理方法提高強(qiáng)度、硬度的金屬構(gòu)件，特別是薄壁細(xì)長(zhǎng)件，利用金屬在成形過(guò)程中的加工硬化來(lái)提高構(gòu)件的強(qiáng)度和硬度，則有效而經(jīng)濟(jì)。例如各類(lèi)冷沖壓件、冷軋冷擠型材、冷卷彈簧、冷拉線材、冷鐓螺栓等等，可見(jiàn)冷變形加工在各行各業(yè)中應(yīng)用廣泛。v4、熱變形(又叫熱成形過(guò)程)v熱變形是指金屬在進(jìn)行塑性變形時(shí)的溫度高于該金屬的再結(jié)晶溫度。v特征：金屬在熱變形中始終保持著良好的塑性，可使工件進(jìn)行大量的塑性變形。又因高溫下金屬的屈服強(qiáng)度較低，故變形抗力低，易變形。熱變形使金屬材料內(nèi)部的縮松、氣孔或空隙被壓實(shí)，粗大(樹(shù)枝狀)的晶粒組織結(jié)構(gòu)被再結(jié)晶細(xì)化，從而使金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)致密細(xì)小，力學(xué)性能(特別是韌性)明顯

7、改善和提高。成形后，材料的力學(xué)性能具有方向性。30號(hào)鋼鍛造狀態(tài)與鑄造狀態(tài)力學(xué)性能比較毛坯熱加工方法bMPasMPa%k(Jcm-2)鍛造5303102070鑄造500280153532 金屬塑性成形過(guò)程的理論基礎(chǔ) v一、金屬塑性變形的能力金屬塑性變形的能力又稱(chēng)為金屬的可鍛性，它指金屬材料在塑性成形加工時(shí)獲得優(yōu)質(zhì)毛坯或零件的難易程度。金屬的可鍛性好，表明該金屬適合于塑性加工成形；可鍛性差，說(shuō)明該金屬不宜于選用塑性成形加工?？慑懶猿Ｓ媒饘俚乃苄灾笜?biāo)(延伸系數(shù)和斷面減縮率)和變形抗力來(lái)綜合衡量，塑性指標(biāo)越高，變形抗力越低，則可鍛性越好。金屬可鍛性的優(yōu)劣受金屬本身性質(zhì)和變形加工條件的綜合影響。 v1、

8、金屬本身的性質(zhì)v（1）化學(xué)成分的影響 不同種類(lèi)的金屬以及不同成分含量的同類(lèi)金屬材料的塑性是不同的。鐵、鋁、銅、鎳、金、銀等的塑性好；一般情況下，純金屬的塑性比合金的好；低碳鋼的塑性比中高碳鋼的好；碳素鋼的塑性又比含碳量相同的合金鋼的好。v（2）內(nèi)部組織的影響 金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的不同，其可鍛性有較大的差異。純金屬及固溶體(如奧氏體)組成的單相組織比多相組織的塑性好，變形抗力低；均勻細(xì)小的晶粒比鑄態(tài)柱狀晶組織和粗晶組織的可鍛性好。v2、變形的加工條件v（1）變形溫度的影響 就大多數(shù)金屬材料而言，提高金屬塑性變形時(shí)的溫度，金屬的塑性指標(biāo)(延伸系數(shù)和斷面減縮率)增加，變形抗力降低，是改善或提高金屬可鍛

9、性的有效措施，故熱變形中，都要將金屬預(yù)先加熱到一定的溫度。熱變形中對(duì)金屬加熱還應(yīng)使金屬在加熱過(guò)程中不產(chǎn)生微裂紋、過(guò)熱(金屬內(nèi)晶粒急劇長(zhǎng)大的現(xiàn)象)、過(guò)燒(晶粒間低熔點(diǎn)物質(zhì)熔化，變形時(shí)金屬發(fā)生破裂)，及出現(xiàn)嚴(yán)重氧化等缺陷，而且溫度均勻，加熱時(shí)間較短和節(jié)約燃料等。 v為保證金屬在熱變形過(guò)程中具有最佳變形條件以及熱變形后獲得所要求的內(nèi)部組織，須正確制定金屬材料的熱變形加熱溫度范圍。 碳鋼的始鍛溫度(開(kāi)始鍛造溫度)比固相線溫度低200左右，過(guò)高會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱甚至過(guò)燒現(xiàn)象；終鍛溫度(停止鍛造溫度)約為800，過(guò)低會(huì)因出現(xiàn)加工硬化而使塑性下降，變形抗力劇增，變形難于進(jìn)行。v（2）變形速度的影響 變形速度指單位時(shí)

10、間內(nèi)的變形程度。它對(duì)金屬可鍛性的影響是比較復(fù)雜的。（臨界值B）一方面因變形速度的增大，會(huì)使再結(jié)晶來(lái)不及克服加工硬化現(xiàn)象，金屬表現(xiàn)出塑性指標(biāo)和下降、變形抗力增大，可鍛性變壞。另一方面，金屬在變形過(guò)程中消耗于塑性變形的能量有一部分轉(zhuǎn)換成熱能，使金屬溫度升高(稱(chēng)為熱效應(yīng)現(xiàn)象)。若變形速度足夠大，熱效應(yīng)現(xiàn)象很明顯，又使金屬的塑性指標(biāo)和提高、變形抗力下降，可鍛性變好。塑塑性性變形速度變形速度Bv（3）應(yīng)力狀態(tài)的影響 金屬材料在經(jīng)受不同方法進(jìn)行變形時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和性質(zhì)(指壓應(yīng)力或拉應(yīng)力)是不同的。實(shí)踐證明，金屬塑性變形時(shí)，三個(gè)方向中壓應(yīng)力的數(shù)目越多，則金屬表現(xiàn)出的塑性越好；拉應(yīng)力的數(shù)目多，則金屬的塑

11、性就差。壓應(yīng)力狀態(tài)下塑性變形，金屬內(nèi)摩擦加劇，變形抗力增大；金屬材料塑性較低時(shí)，盡量在壓應(yīng)力狀態(tài)下進(jìn)行變形。二、金屬塑性變形的基本規(guī)律v1、體積不變定理金屬固態(tài)成形加工中金屬變形后的體積等于變形前的體積，稱(chēng)為體積不變定理(又叫質(zhì)量恒定定理)。因此在每一工序中，坯料一個(gè)方向尺寸減小，必然在其他方向尺寸有所增加。v2、最小阻力定律金屬在塑性變形過(guò)程中，其質(zhì)點(diǎn)都將沿著阻力最小的方向移動(dòng)，稱(chēng)為最小阻力定律。因此，金屬有可能向各個(gè)方向變形時(shí)，則最大的變形將向著大多數(shù)質(zhì)點(diǎn)遇到的最小阻力的方向。331 自由鍛v常用的鍛造方法有自由鍛、模鍛和胎模鍛造。v自由鍛造(又稱(chēng)自由鍛)是利用沖擊力或壓力使金屬材料在上下

12、兩個(gè)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)性能的鍛件的成形過(guò)程。 一、自由鍛成形的過(guò)程特征v成形過(guò)程中坯料的整體或局部發(fā)生塑性成形，金屬坯料在水平方向可自由流動(dòng)，不受限制。自由鍛要求被成形材料(黑色金屬或有色金屬)在成形溫度下具有良好的塑性。自由鍛鍛件的形狀取決于操作者的技術(shù)水平。工具簡(jiǎn)單，操作方便，通用性大。自由鍛存在生產(chǎn)率低、金屬損耗大和勞動(dòng)條件較差等缺點(diǎn)。適用于形狀簡(jiǎn)單的單件小批量毛坯成形，特別是重、大型鍛件的生產(chǎn)。v二、鍛壓設(shè)備v自由鍛可使用多種鍛壓設(shè)備(如空氣錘、蒸氣錘、電液錘、機(jī)械壓力機(jī)和液壓機(jī)等)，鍛造工具簡(jiǎn)單且通用性大，操作方便。v1、空氣錘v空氣錘的噸

13、位(錘頭重量）一般為65-750Kg。它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)容易，設(shè)備投資少，噸位不大，適用于生產(chǎn)小型鍛件。v2、蒸汽-空氣錘v它是利用0.70.8 MPa壓力的蒸汽或0.60.8MPa 的壓縮空氣來(lái)工作的。 3、水壓機(jī)、水壓機(jī) 水壓機(jī)也是特大型鍛件自由鍛造的主要設(shè)水壓機(jī)也是特大型鍛件自由鍛造的主要設(shè)備。常用水壓機(jī)的壓力為備。常用水壓機(jī)的壓力為5000-150000KN（50015000 t），可以鍛造質(zhì)量為），可以鍛造質(zhì)量為1300t的鍛件。的鍛件。 v三、自由鍛成形過(guò)程v自由鍛成形過(guò)程的流程如下： 1、繪制鍛件圖 繪制鍛件圖是進(jìn)行自由鍛生產(chǎn)必不可少的技術(shù)準(zhǔn)備工作，鍛件圖是組織

14、生產(chǎn)過(guò)程、制定操作規(guī)范、控制和檢查產(chǎn)品品質(zhì)的依據(jù)。 繪制鍛件圖要考慮下列因素：（1）敷料 敷料是為了簡(jiǎn)化鍛件形狀便于鍛造而增添的金屬部分。零件上一些較小的凹擋、臺(tái)階、凸肩、小孔、斜面、錐面等都應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，以減少鍛造的困難，提高生產(chǎn)率。v（2）加工余量 由于自由鍛鍛件的尺寸精度低、表面品質(zhì)較差，需再經(jīng)切削加工才能成為零件，所以，應(yīng)在零件的加工表面上增加供切削加工用的金屬部分，稱(chēng)為加工余量。鍛件加工余量的大小與零件的形狀、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46mm。v（3）鍛件公差 鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動(dòng)量。規(guī)定鍛件的公差，有利于提高生產(chǎn)率。自由鍛鍛件

15、的公差一般為12mm。v自由鍛鍛件機(jī)加工余量和自由鍛鍛件公差的具體值可查鍛造手冊(cè)。 v為了使鍛工了解零件的形狀和尺寸，有些工廠或企業(yè)直接在零件圖上繪制鍛件圖，有些則另繪制鍛件圖并在鍛件圖上用雙點(diǎn)劃線畫(huà)出零件主要輪廓形狀和在鍛件尺寸線下面用括弧標(biāo)注出零件的名義尺寸。v例如下圖所示的雙聯(lián)齒輪，批量為10件月，材料為45號(hào)鋼。v該雙聯(lián)齒輪屬小批量生產(chǎn)，故采用自由鍛。但因25mm的孔放機(jī)加工余量后小于20mm，無(wú)法鍛出(即用敷料)，退刀槽用敷料，半徑上機(jī)加工余量放3.5mm，高度上機(jī)加工余量放3mm，鍛件公差取1mm。雙聯(lián)齒輪 鍛件圖 v2、坯料質(zhì)量及尺寸計(jì)算v坯料質(zhì)量可按下式計(jì)算：v G坯料=G鍛件

16、+G燒損+G料頭v式中：G坯料坯料質(zhì)量；G鍛件鍛件質(zhì)量；G燒損加熱時(shí)因坯料表面氧化而燒損的質(zhì)量。通常，第一次加熱取被加熱金屬的23，以后各次加熱取1.52；G料頭指在鍛造中被切掉或沖掉的那部分金屬質(zhì)量。如用鑄錠(如鋼錠)時(shí)，則要考慮切掉鋼錠頭部和尾部的質(zhì)量。v對(duì)于中、小型鍛件，都用型材(使用最多的是圓鋼)，這樣可不考慮料頭因素，故可將上式簡(jiǎn)化為：vG坯料(1十K) G鍛件vK是一個(gè)與鍛件形狀有關(guān)的系數(shù)。對(duì)于實(shí)心盤(pán)類(lèi)鍛件，K23；對(duì)于階梯軸類(lèi)鍛件，K810；對(duì)于空心類(lèi)鍛件，K1012；對(duì)于其他形狀的鍛件，可視其復(fù)雜程度參照上述三類(lèi)鍛件取K值。v鍛件的質(zhì)量是根據(jù)鍛件的名義尺寸來(lái)計(jì)算的。v即 G鍛件

17、= V鍛件v式中： 金屬的密度； V鍛件鍛件體積。v在坯料質(zhì)量求出后，需計(jì)算坯料的尺寸。對(duì)于圓型材料(如圓鋼)：v（1）當(dāng)鍛件鍛造的第一工序?yàn)殓叴謺r(shí)，則 這是因?yàn)樵隗w積一定的情況下，坯料高度過(guò)大，則直徑較小，鐓粗時(shí)易鐓彎；而直徑過(guò)大，則下料困難且鍛造效果不好。要注意的是，圓鋼直徑的大小是有標(biāo)準(zhǔn)的，如25，30，35，40，如計(jì)算的坯料直徑D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(zhǎng)度L。 齒輪軸的鍛件坯料質(zhì)量和尺寸計(jì)算 3、選擇鍛造工序、確定鍛造溫度和冷卻規(guī)范等v（1）選擇鍛造工序 自由鍛中可進(jìn)行的工序較多，通常分為基本工序、輔助工序和精整工序三大類(lèi)。自由

18、鍛的基本工序是使坯料產(chǎn)生一定程度的熱變形，逐漸形成鍛件所需形狀和尺寸的成形過(guò)程?；竟ば蛴戌叴?坯料高度減小而截面增大)、拔長(zhǎng)(坯料截面減小而長(zhǎng)度增大)、沖孔、切割、彎扭和錯(cuò)移等。輔助工序是為了基本工序便于操作而進(jìn)行的預(yù)先變形工序，如壓肩、倒棱等。精整工序是用以改善鍛件表面品質(zhì)而進(jìn)行的工序，如整形、清除表面氧化皮等。精整工序用于要求較高的鍛件，它是在終鍛溫度以下進(jìn)行。鍛件分類(lèi)及鍛造用工序 v（2）鍛造溫度范圍及加熱冷卻規(guī)范 金屬的鍛造是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的。一些常用金屬材料的鍛造溫度范圍見(jiàn)下表 合金種類(lèi)始鍛溫度0C終鍛溫度0C 15，25，30碳素鋼：35，40，45 60，65，T8，T1

19、01200125012001100750800800800合金結(jié)構(gòu)鋼合金鋼：低合金工具鋼高速鋼115012001100115011001150800850850900有色金屬：H68黃銅硬鋁850470700380v加熱設(shè)備加熱設(shè)備：箱式加熱爐、電加熱爐v加熱規(guī)范加熱規(guī)范：對(duì)塑性良好的中小型低碳鋼坯料，可把冷的坯料直接送入高溫的加熱爐中，盡快加熱到始鍛溫度。這樣不僅可提高生產(chǎn)率，而且可以減少坯料的氧化和鋼的表面脫碳，并防止過(guò)熱。對(duì)熱導(dǎo)率和塑性較低的大型合金鋼坯料，常采用分段加熱，即先將坯料隨爐升溫至800左右，并適當(dāng)保溫以待坯料內(nèi)部組織和內(nèi)外溫度均勻。然后再快速升溫至始鍛溫度并在此溫度下保溫，

20、待坯料內(nèi)外溫度均勻后出爐鍛造。v鍛件冷卻方式常用下列三種：直接在空氣中冷卻(簡(jiǎn)稱(chēng)空冷)。此法多用于WC0.5%的碳鋼和WC 0.3%的低合金鋼中小鍛件。在爐灰或干砂中緩冷。多用于中碳鋼、高碳鋼和大多數(shù)低合金鋼的中型鍛件。隨爐緩冷。鍛后隨即將鍛件放入500700的爐中隨爐緩冷，多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。v4、自由鍛典型過(guò)程舉例v齒輪軸自由鍛過(guò)程 鍛件名稱(chēng)：齒輪軸坯料質(zhì)量：2.8kg坯料規(guī)格：90mm59mm鍛件材料：40Cr鍛造設(shè)備：150kg空氣錘鍛件圖：火次溫度0C操作說(shuō)明簡(jiǎn) 圖11200800壓肩拔長(zhǎng)，打圓壓肩拔長(zhǎng)，打圓v四、自由鍛件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征v自由鍛件的幾

21、何形狀受到很大限制。因此，在保證使用性能的前提下，為簡(jiǎn)化鍛造過(guò)程，保證鍛件品質(zhì)，提高生產(chǎn)率，在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量滿足自由鍛的技術(shù)特征要求。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下原則： v1、自由鍛件上應(yīng)避免錐體、曲線或曲面交接以及橢圓形、工字形截面等結(jié)構(gòu)。因?yàn)殄懺爝@些結(jié)構(gòu)須制備專(zhuān)用工具，鍛件成形也比較困難，使鍛造過(guò)程復(fù)雜，操作極不方便。 (a)成形性好的結(jié)構(gòu) (b)成形性差結(jié)構(gòu)v2、自由鍛件上應(yīng)避免加強(qiáng)筋、凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)難以用自由緞獲得。若采用特殊工具或技術(shù)措施來(lái)生產(chǎn)，必將大大增加鍛件成本，降低生產(chǎn)率。 (a)成形性差的結(jié)構(gòu) (b)成形性好的結(jié)構(gòu)v3、當(dāng)鍛件的橫截面有急劇變化或形狀較復(fù)雜時(shí)，可采

22、用特別的技術(shù)措施或工具；或者將其設(shè)計(jì)成幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的組合件，鍛造后再用焊接或機(jī)械連接方法將幾個(gè)簡(jiǎn)單鍛件連成整體件。 332 模型鍛造v模型鍛造包括模鍛和鐓鍛，是將加熱或不加熱的坯料置于鍛模模膛內(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(guò)程。v一、模型鍛造成形過(guò)程特征v模型鍛造時(shí)坯料是整體塑性成形，坯料三向受壓。坯料放于固定鍛模模膛中，當(dāng)動(dòng)模作合模運(yùn)動(dòng)時(shí)(一次或多次)，坯料發(fā)生塑性變形并充滿模膛，隨后，模鍛件由頂出機(jī)構(gòu)頂出模膛。熱成形要求被成形材料在高溫下具有較好的塑性，而冷成形則要求材料具有足夠的室溫塑性。熱成形過(guò)程主要是模鍛，可生產(chǎn)各種形狀的鍛件，鍛件形狀僅受成形過(guò)程、模具

23、條件和鍛造力的限制。v熱成形模鍛件的精度和表面品質(zhì)除鍛模的精度和表面品質(zhì)外，還取決于氧化皮的厚度和潤(rùn)滑劑等，一般都符合要求，但要得到零件配合面最終精度和表面品質(zhì)還須再進(jìn)行精加工(如車(chē)削、銑削、刨削等)；v冷成形件則可獲得較好的精度(0.2mm)與表面品質(zhì)，幾乎可以不再進(jìn)行或少進(jìn)行機(jī)械加工。v模鍛可使用多種鍛壓設(shè)備(蒸汽錘、機(jī)械壓力機(jī)、液壓機(jī)、臥式機(jī)械鐓鍛機(jī)等)，所需設(shè)備要根據(jù)生產(chǎn)量和實(shí)際采用的成形過(guò)程來(lái)選擇。v模鍛廣泛用于飛機(jī)、機(jī)車(chē)、汽車(chē)、拖拉機(jī)、軍工、軸承等制造業(yè)中，最常見(jiàn)的零件是齒輪、軸、連桿、杠桿、手柄等。但模鍛常限于150kg以下的零件。由于鍛造造價(jià)高，制造周期長(zhǎng)，故模型鍛造僅適宜于大

24、批量生產(chǎn)。v二、模鍛過(guò)程v模鍛生產(chǎn)過(guò)程的流程如下：v1、繪制模鍛件圖 模鍛件圖(又叫模鍛過(guò)程圖)是生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的指導(dǎo)性技術(shù)文件。在制訂模鍛件圖時(shí)應(yīng)考慮的因素有：v（1）分模面 分模面指上、下鍛模在鍛件上的分界面。v鍛件分模面選擇的好壞直接影響到鍛件的成形、鍛件出模、鍛模結(jié)構(gòu)及制造費(fèi)用、材料利用率、切邊等一系列問(wèn)題。在制訂模鍛件圖時(shí)，須遵照下列原則確定分模面位置。要保證模鍛件易于從模膛中取出。故通常分模面選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(cuò)

25、模現(xiàn)象時(shí)，便于及時(shí)調(diào)整鍛模位置。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。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。 v圖中c-c面滿足上述原則。 v（2）加工余量、鍛件公差和敷料 v模鍛件的尺寸精度較好，其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24mm，鍛件公差一般為0.51mm。模鍛件加工余量及模鍛件公差可查鍛造手冊(cè)或其他工程手冊(cè)。v對(duì)于孔徑d25mm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3080mm時(shí)，連皮厚度為48mm。 v（3）模鍛斜度： 模鍛件上凡平行于鍛壓方向的

26、表面(或垂直于分模面的表面)都須具有斜度，這樣便于從模膛中取出鍛件。常用的模鍛斜度系列為：3， 5，7，10，12，15。模鍛斜度與模膛深度有關(guān)，模膛深度與寬度的比值(h /b)越大，取較大的斜度值。內(nèi)壁斜度應(yīng)比外壁斜度大25。在具有頂出裝置的鍛壓機(jī)械上，其模鍛件上的斜度比沒(méi)有頂出裝置的小一級(jí)。v（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，這樣，可增大鍛件強(qiáng)度，利于鍛造時(shí)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。v鋼質(zhì)模鍛件：外圓角半徑r取1.512mm；內(nèi)圓角半徑比外圓角半徑大23倍。v模膛深度愈深，圓角半徑取值就要越大。v例

27、齒輪，材料為45鋼，產(chǎn)量為3000件月，故選用模鍛。v該件25的孔不鍛出(因放機(jī)加工余量后孔徑3mm時(shí)，因沖裁力較大，應(yīng)適當(dāng)放大系數(shù)m。對(duì)沖裁件斷面品質(zhì)無(wú)特殊要求時(shí)，系數(shù)m可放大1.5倍。3、凸、凹模刃口尺寸確定 設(shè)計(jì)落料時(shí)，凹模刃口尺寸即為落料件尺寸，然后用縮小凸模刃口尺寸來(lái)保證間隙值。設(shè)計(jì)沖孔模時(shí)，凸模刃口尺寸為孔的尺寸，然后用擴(kuò)大凹模刃口尺寸來(lái)保證間隙值。為保證零件的尺寸要求，提高模具的使用壽命，落料時(shí)取凹模刃口的尺寸應(yīng)靠近落料件公差范圍的最小尺寸；而沖孔時(shí)則取凸模刃口的尺寸靠近孔的公差范圍內(nèi)的最大尺寸。v4、沖裁力的計(jì)算 v沖裁力是選用設(shè)備噸位和檢驗(yàn)?zāi)＞邚?qiáng)度的一個(gè)重要依據(jù)。計(jì)算準(zhǔn)確，有

28、利于發(fā)揮設(shè)備的潛力。計(jì)算不準(zhǔn)確，則有可能使設(shè)備超載而損壞，嚴(yán)重時(shí)造成事故。v對(duì)于平刃沖模的沖裁力可按下式計(jì)算：Pk LS式中 P沖裁力； L沖裁周邊長(zhǎng)度； S板料厚度； 材料抗剪切強(qiáng)度； k系數(shù)。v系數(shù)k是考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的各種因素而給出的一個(gè)修正系數(shù)。這些因素有：模具間隙的波動(dòng)和不均勻、刃口的鈍化、板料力學(xué)性能及厚度的變化等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般取k=1.3。二、切斷v切斷是指用剪刃或沖模將板料或其他型材沿不封閉輪廓進(jìn)行分離的工序。v切斷用以制取形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的平板類(lèi)工件或下料。v 三、修整三、修整如果零件的精度和表面粗糙要求較高，則需用修整工序?qū)_裁后的孔或落料件的周邊進(jìn)行修整，以切掉普通

29、沖裁時(shí)在沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，以提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。修整所切除的余量很小，一般每邊約為0.050.2mm，粗糙度可達(dá)Ra1.60.8mm，精度可達(dá)IT7IT6。實(shí)際上，修整工序的實(shí)質(zhì)屬于切削過(guò)程，但比機(jī)械加工的生產(chǎn)率高得多。 343 板料成形過(guò)程 成形過(guò)程是使坯料發(fā)生塑性變形而成一定形狀和尺寸的工件。主要有拉深、彎曲、翻邊和成 形等。v 一、拉深 拉深是將平板板料放在凹模上，沖頭推壓金屬料通過(guò)凹模形成杯形工件的過(guò)程。v1、過(guò)程特點(diǎn) 一維成形，拉伸應(yīng)力狀態(tài)。一般可獲得較好的精度(公差0.5D)和接近原材料的表面品質(zhì)。v2、材料要求 具有足夠的塑性。如果變形較大，工件進(jìn)

30、行中間退火。v3、機(jī)械設(shè)備 廣泛使用的是液壓機(jī)，也可使用機(jī)械壓力機(jī)。v4、應(yīng)用 冷拉深廣泛用于生產(chǎn)各種殼、柱狀和棱柱狀杯等，例如：瓶蓋、儀表蓋、罩、機(jī)殼、食品容器等；熱拉深通常用于生產(chǎn)厚壁筒形件，如：氧氣瓶、炮彈殼、桶蓋、短管等。5、拉深用的模具v拉深用的模具構(gòu)造與沖裁模相似，主要區(qū)別在于工作部分凸模與凹模的間隙不同，拉深的凸凹模上沒(méi)有鋒利的刃口。v凸模與凹模之間的間隙Z應(yīng)大于板料厚度S，一般Z(1.11.3)S。vZ過(guò)小，模具與拉深件間的摩擦增大，易拉裂工件，擦傷工件表面，降低模具壽命；vZ過(guò)大，又易使拉深件起皺，影響拉探件精度。凸凹模端部的邊緣都有適當(dāng)?shù)膱A角,圓角過(guò)小，則易拉裂產(chǎn)品。v6、

31、拉深時(shí)容易出現(xiàn)的問(wèn)題:v（1）起皺v防止：加壓邊圈(控制變形程度)。v當(dāng)板料厚度與坯料直徑D，即/D1002時(shí)，必須應(yīng)用壓邊圈，否則坯料外緣會(huì)起皺，造成廢品。v（2）拉裂在直壁底部（凸模傳力處，變形程度大）易拉裂。v防止：控制變形程度。計(jì)算拉深系數(shù)=dn/(dn-1) mmin ,vdn 拉深后筒形直徑vdn-1拉深前筒形（毛坯）直徑一般m0.50.8。拉深塑性高的金屬，拉深系數(shù)m可以取較小值。在拉深系數(shù)的限制下，較大直徑的坯料不能一次被拉成較小直徑的工件，則應(yīng)采用多次拉深。v7、最大拉深力的計(jì)算 選擇設(shè)備時(shí)，應(yīng)結(jié)合拉深件所需的拉深力來(lái)確定。設(shè)備能力(噸位)應(yīng)比拉深力大。 v對(duì)于坯料尺寸的計(jì)算

32、，可按拉深前后的面積不變?cè)瓌t進(jìn)行。v具體計(jì)算中可把拉深件劃分成若干容易計(jì)算的幾何體，分別求出各部分的面積，相加后即得所需坯料的總面積，然后再求出坯料直徑。v二、彎曲與卷邊v1、 彎曲彎曲是用模具把金屬坯料彎折成所需形狀的過(guò)程。彎曲可以在各類(lèi)機(jī)械或液壓壓力機(jī)上進(jìn)行。 彎曲過(guò)程簡(jiǎn)圖1-凸模；2-工件；3-凹模v（1）變形特點(diǎn)及應(yīng)力分析v彎曲時(shí)毛坯上曲率發(fā)生變化的部分是變形區(qū)。 靠近曲率中心一側(cè)(內(nèi)層)：切向受壓應(yīng)力，產(chǎn)生壓縮變形； 遠(yuǎn)離曲率中心一側(cè)(外層)：切向受拉應(yīng)力，產(chǎn)生伸長(zhǎng)變形。 中性層不變(切向應(yīng)力為0)。v彎曲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

33、越強(qiáng)。r太小，就有可能在工件彎曲部分的外側(cè)發(fā)生開(kāi)裂。v因此規(guī)定r值應(yīng)大于(0.251)S。v（2）回彈(彈復(fù)): 當(dāng)外力去除后,毛坯的塑性變形保留下來(lái),而彈性變形完全消失,使其形狀和尺寸都發(fā)生與加載時(shí)變形方向相反的變化。這種現(xiàn)象稱(chēng)為回彈?；貜棿笮∨c彎曲半徑R、料厚t、材料等因素有關(guān)?；貜椊且话愣荚?100。v克服:反變形法：模具角度設(shè)計(jì)應(yīng)比所需制件角度小一點(diǎn)(小幾度左右)。v2、卷邊 v卷邊也是彎曲的一種。板材經(jīng)卷邊成形可做成鉸接耳，起加固和增強(qiáng)作用且美觀。 v三、翻邊v翻邊是在帶孔的坯料上獲得凸緣的過(guò)程。v當(dāng)工件所需凸緣的高度較大，用一次翻邊成形可能會(huì)使v孔的邊緣造成破裂，則可采用先拉深、后

34、沖孔、再翻邊成形的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。翻邊簡(jiǎn)圖1-凸模；2-工件；3-凹模v四、成形、收口v成形是利用局部變形使坯料或半成品改變形狀的過(guò)程。主要用于成形剛性筋條，或增大半成品的局部半徑等。v收口是使中空件口部縮小的過(guò)程。 成形簡(jiǎn)圖 收口簡(jiǎn)圖 五、滾彎(含卷板)滾彎是板料(工件)送入可調(diào)上輥與兩個(gè)固定下輥間，根據(jù)上下輥的相對(duì)位置不同，對(duì)板施以連續(xù)的塑性彎曲成形。改變上輥的位置可改變板材滾彎的曲率。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，尤其厚壁件。 滾彎簡(jiǎn)圖 典型零件的沖壓工藝過(guò)程： 黃銅彈殼的沖壓過(guò)程 盤(pán)類(lèi)零件的沖壓過(guò)程344 沖模的分類(lèi)及構(gòu)造v沖模按基本構(gòu)造可分為

35、簡(jiǎn)單模、連續(xù)模和復(fù)合模三類(lèi)。v一、簡(jiǎn)單模v簡(jiǎn)單模是指在曲柄壓力機(jī)(又叫沖床)的一次行程中只能完成一個(gè)過(guò)程的沖模。 固定卸料板固定卸料板導(dǎo)料板導(dǎo)料板擋料銷(xiāo)擋料銷(xiāo)凸模凸模凹模凹模模柄模柄上模座上模座凸模固定板凸模固定板凹模固定板凹模固定板導(dǎo)套導(dǎo)套導(dǎo)柱導(dǎo)柱下模座下模座簡(jiǎn)單沖模圖簡(jiǎn)單沖模圖v二、連續(xù)模v把兩個(gè)以上沖壓工序安排在一塊模扳上，沖壓設(shè)備在一次行程內(nèi)可完成兩個(gè)或兩個(gè)以上的沖壓工序的沖模。這v種沖模提高了生產(chǎn)率。 1-落料凸模；2-定位銷(xiāo)；3-沖孔凸模；4-卸料板；5-坯料；6-落料模腔；7-沖孔模腔；8-成品；9-廢料v三、復(fù)合模在沖壓設(shè)備的一次行程中，在模具同一部位同時(shí)完成數(shù)道沖壓工序的沖模

36、。此類(lèi)模具的最大特點(diǎn)是有一個(gè)凹凸模，凹凸模的外端為落料的凸模刃口，而內(nèi)孔則為沖孔的凹模。因此沖床一次行程內(nèi)可完成落料和沖孔。 落料及沖孔復(fù)合模 1-模板；2-凸凹模；3-坯料；4-壓板(卸件器)； 5-落料凹模；6-沖孔凸模；7-零件345 板料沖壓件結(jié)構(gòu)技術(shù)特征v板料沖壓件通常都是大批量生產(chǎn)的，因此沖壓件的設(shè)計(jì)不僅要保證它的使用性能要求，且還應(yīng)具有良好的沖壓結(jié)構(gòu)技術(shù)特征。這樣才能易于保證沖壓件品質(zhì)，減少板料的消耗，延長(zhǎng)模具使用壽命，降低成本及提高生產(chǎn)率等。沖壓件的設(shè)計(jì)應(yīng)注意下列事項(xiàng)：一、沖壓件的精度和表面品質(zhì)對(duì)沖壓件的精度要求，不應(yīng)超過(guò)沖壓過(guò)程所能達(dá)到的一般精度，并應(yīng)在滿足需要的情況下盡可能降低要求，不然將增加過(guò)程的工序，提高沖壓件成本，降低生產(chǎn)率。沖壓過(guò)程的