第六章 壓力加工

第六章壓力加工教學(xué)重點自由鍛特點、工序及應(yīng)用，模鍛特點、方法及應(yīng)用，板料沖壓特點、工序及應(yīng)用。教學(xué)難點本課題重點與難點金屬塑性成形原理，繪制自由鍛件圖。6.1鍛壓工藝基礎(chǔ)1、金屬塑性加工方法6.1鍛壓工藝基礎(chǔ)

1、金屬塑性加工方法軋制

使金屬坯料在旋轉(zhuǎn)軋輥的壓力作用下，產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，改變其性能，獲得所要求的截面形狀的加工方法。2)擠壓將金屬坯料置于擠壓筒中加壓，使其從擠壓模的?？字袛D出，橫截面積減小，獲得所需制品的加工方法。

6.1鍛壓工藝基礎(chǔ)

1、金屬塑性加工方法3)拉拔坯料在牽引力作用下通過拉拔模的?？桌?，產(chǎn)生塑性變形，得到截面細(xì)小、長度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷態(tài)下進(jìn)行。4)自由鍛用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧間，使坯料受沖擊力作用而變形，獲得所需形狀的鍛件的加工方法。6.1鍛壓工藝基礎(chǔ)

1、金屬塑性加工方法5)模鍛利用模具使金屬坯料在模膛內(nèi)受沖擊力或壓力作用，產(chǎn)生塑性變形而獲得鍛件的加工方法。

6)板料沖壓用沖模使板料經(jīng)分離或成形得到制件的加工方法。

在上述的六種金屬塑性加工方法中，軋制、擠壓和拉拔主要用于生產(chǎn)型材、板材、線材、帶材等；自由鍛、模鍛和板料沖壓總稱鍛壓，主要用于生產(chǎn)毛坯或零件。2、鍛壓加工特點(1)改善金屬組織，提高金屬的力學(xué)性能；

(2)適用范圍廣，生產(chǎn)效率高；

(3)節(jié)省材料，減少切削加工工時。

鍛壓的缺點，與鑄造相比難以獲得形狀較為復(fù)雜的零件。

6.2金屬的塑性變形1、金屬塑性變形的實質(zhì)當(dāng)作用在金屬上的外力超過屈服點時，外力撤去后，金屬的變形不能完全恢復(fù)，還有一部分永久變形，稱為金屬的塑性變形。塑性變形的產(chǎn)生是由于組成金屬的晶粒本身及晶粒之間產(chǎn)生了滑移或雙晶的結(jié)果。單晶體變形示意圖

6.2金屬的塑性變形2、塑性變形對金屬組織和性能的影響金屬塑性變形分為冷變形和熱變形。(1)冷變形對金屬組織和性能的影響

冷變形是再結(jié)晶溫度以下的變形。組織變化冷變形強(qiáng)化.jpg產(chǎn)生殘余應(yīng)力(3)熱變形對金屬組織和性能的影響

熱變形是再結(jié)晶溫度以上的變形。改善金屬的組織和性能使金屬性能各向異性(2)冷變形金屬在加熱時組織和性能的變化。

回復(fù)與再結(jié)晶(圖1、2）6.2金屬的塑性變形6.2金屬的塑性變形3、金屬的鍛壓性能

金屬的鍛壓性能是指金屬鍛壓變形難易程度的一種工藝性能。

鍛壓性能常用塑性和變形抗力兩個指標(biāo)來綜合衡量。塑性越好，變形抗力越小，則金屬的鍛壓性能越好。6.2金屬的塑性變形3、金屬的鍛壓性能

(2)變形條件對鍛壓性能的影響a.溫度b.變形速度c.壓應(yīng)力與拉應(yīng)力數(shù)目(1)化學(xué)成分與組織對鍛壓性能的影響a.純金屬與合金b.含碳量c.固溶體與金屬化合物d.單相與多相e.細(xì)晶與粗晶6.2金屬的塑性變形4、金屬鍛造的加熱與冷卻(1)坯料的加熱

1)加熱的目的加熱的目的是為了提高坯料的塑性、降低變形抗力，改善鍛壓性能。6.2金屬的塑性變形4、金屬鍛造的加熱與冷卻(1)坯料的加熱

2)鍛造溫度范圍鍛造溫度范圍是鍛件由始鍛溫度到終鍛溫度的溫度區(qū)間。①始鍛溫度：開始鍛造時坯料的溫度即始鍛溫度。②終鍛溫度:坯料停止鍛造的溫度即終鍛溫度。6.2金屬的塑性變形1)空冷空冷是將熱態(tài)鍛件放在靜止空氣中冷卻。2)坑冷或灰砂冷坑冷是將熱態(tài)鍛件埋在地坑或鐵箱中緩慢冷卻的方法?；疑袄涫菍釕B(tài)鍛件埋入爐渣、灰或砂中緩慢冷卻的方法。3)爐冷

爐冷是將鍛后的鍛件放入爐中緩慢冷卻的方法。

為什么？（變形、硬度過高、裂紋）相反的情況？(2)鍛件的冷卻6.3自由鍛造

自由鍛是只用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的方法。

6.3自由鍛造6.3.1自由鍛的分類、特點及應(yīng)用

自由鍛的適應(yīng)性強(qiáng)，靈活性大，生產(chǎn)周期短，成本低。缺點是鍛件尺寸精度低，加工余量大，金屬材料消耗多，生產(chǎn)率低，勞動強(qiáng)度大、條件差，要求操作者的技術(shù)水平較高。

自由鍛適合于單件、小批和大型鍛件的生產(chǎn)。6.3自由鍛造6.3.2自由鍛設(shè)備

１）自由鍛常用設(shè)備空氣鍛錘1.5萬噸自由鍛造水壓機(jī)電液錘6.3自由鍛造2）自由鍛常用工具

6.3自由鍛造6.3.3自由鍛工序

自由鍛工序分為基本工序、輔助工序和精整工序。基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割等，見表6-4；輔助工序包括壓鉗口、倒棱、壓肩等；精整工序是對已成形的鍛件表面進(jìn)行平整，清除毛刺、校直彎曲、修整鼓形等。（二）自由鍛工藝規(guī)程的制定

1.繪制鍛件圖

典型的鍛件圖如下頁所圖示。（1）加工余量自由鍛件表面留有供機(jī)械加工用的金屬層，稱為加工余量。（2）鍛造公差在實際生產(chǎn)中，由于各種因素的影響，鍛件的實際尺寸不可能達(dá)到鍛件的公稱尺寸，允許有一定限度的誤差，叫做鍛造公差。

（3）余塊為了簡化鍛件外形或根據(jù)鍛造工藝需要，在零件的某些地方添加一部分大于余量的金屬，這部分附加的金屬叫做鍛造余塊，簡稱余塊。

第二節(jié)金屬塑性成形方法自由鍛件圖：機(jī)加工余量、余塊及公差表示方法3.計算毛坯重量和尺寸

(1)計算毛坯重量

毛坯重量為鍛件重量與鍛造時各種金屬損耗的重量之和。計算公式如下：

m坯=m鍛+m損=m鍛+m燒+m芯+m切式中的m坯、、m燒、m芯、m切分別是坯料、鍛件、加熱時坯料表面氧化而燒損、沖孔時芯料和修切部分的重量。m鍛等于鍛件的體積與金屬比重的乘積。第二節(jié)金屬塑性成形方法2.確定鍛造成形工藝方案（2）確定毛坯尺寸1）高徑比的考慮采用鐓粗方法鍛造時，為避免鐓粗時產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象，毛坯高徑比（Ho／Do）不得超過2.5，同時為了在下料時便于操作，毛坯高徑比（Ho／Do）還應(yīng)大于1.25，即：

1.25Do≤Ho≤2.5Do（5-3）由于毛坯重量已知，便可算出毛坯體積V坯

V坯=G坯／ρ（5-4）式中ρ——鋼的密度（kN／m3）。第二節(jié)金屬塑性成形方法（2）確定毛坯尺寸2）鍛造比的考慮

在塑性成形時，常用鍛造比(Y)來表示變形程度。鍛造比的計算公式與變形方式有關(guān)，通常用變形前后的截面比、長度比或高度比來表示：拔長時的鍛造比：Y拔=F0／F（5-1）鐓粗時的鍛造比：Y鐓=H0／H（5-2）

式中F0、F--毛坯變形前后的截面積；H0、H--毛坯變形前后的高度。第二節(jié)金屬塑性成形方法4.確定鍛造溫度范圍

5.制訂自由鍛工藝規(guī)程卡第二節(jié)金屬塑性成形方法6.3自由鍛造6.3.5自由鍛零件的結(jié)構(gòu)工藝性簡介

設(shè)計自由鍛零件時，必須考慮鍛造工藝是否方便、經(jīng)濟(jì)和可能；零件的形狀應(yīng)盡量簡單和規(guī)則。零件的結(jié)構(gòu)不合理，將使鍛造操作困難，降低生產(chǎn)率和造成金屬的浪費。

一、鍛造的基本工藝特點鍛造是塑性成形，固態(tài)金屬的流動能力差，對復(fù)雜件的允許程度不如鑄件。鍛件金屬的晶粒的細(xì)化，因而使金屬的力學(xué)性能得到了提高。不同鍛造方法，適應(yīng)的鍛件復(fù)雜程度各不相同。如果鍛件太薄，鍛造時冷卻過快和難變形錐區(qū)的重合，使可鍛性變差。二、自由鍛的鍛件結(jié)構(gòu)工藝性設(shè)計自由鍛的鍛件結(jié)構(gòu)時，必須考慮自由鍛的工藝特點。如果結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，會給實際鍛造帶來困難。自由鍛的鍛件結(jié)構(gòu)工藝性如圖所示。避免錐面或斜面結(jié)構(gòu)

斜面難以鍛出，應(yīng)避免錐面或斜面結(jié)構(gòu)。筋板難以鍛出帶筋的部位。去掉加強(qiáng)筋，適當(dāng)增加壁厚。過渡圓角、截交線無法鍛出圓柱與其它面截交所形成的曲線，改為圓柱與平面相交相貫線無法鍛出圓柱與其它面相貫所形成的曲線，改為圓柱與平面相交。減少內(nèi)部凸起、避免凸臺

避免叉形件的內(nèi)部凸起。避免凸臺。6.4模型鍛造6.4.1模鍛

1、模鍛的特點

模鍛是利用模具使坯料變形而獲得鍛件的方法。模鍛與自由鍛相比，具有以下特點：

1）生產(chǎn)率高、易于機(jī)械化，可成批大量生產(chǎn)。

2）鍛件尺寸精度高、表面粗糙度值小，可以減少機(jī)械加工余量和余塊的數(shù)量，節(jié)省金屬材料和加工工時。

但是，模具費用昂貴，需要能力較大的專用設(shè)備，所以只有在大批大量生產(chǎn)時采用模鍛才是經(jīng)濟(jì)合理的，模鍛件的重量一般在150kg以下。6.4模型鍛造2、錘上模鍛

模鍛根據(jù)所用設(shè)備的不同，可以分為錘上模鍛、曲柄壓力機(jī)上模鍛、平鍛機(jī)上模鍛和摩擦壓力機(jī)上模鍛。其中錘上模鍛是較為常用的模鍛方法，所用設(shè)備主要是蒸汽-空氣模鍛錘。形狀簡單的鍛件可在單模槽內(nèi)鍛造成形，稱單模槽模鍛，見圖；復(fù)雜的鍛件，必須在幾個模槽內(nèi)鍛造后才能成形，稱多模槽模鍛，見下圖：6.4模型鍛造6.4模型鍛造6.4.2胎模鍛

1、胎模鍛的特點

胎模鍛是介于自由鍛與模鍛之間的鍛造方法。

胎模鍛一般先用自由鍛制坯，再在胎膜中最后成形。

與自由鍛相比，胎模鍛生產(chǎn)率和鍛件尺寸精度高、表面粗糙度值小、節(jié)省金屬材料、鍛件成本低。

與模鍛相比，胎模制造簡單，成本低，使用方便；但所需鍛錘規(guī)格和操作者勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)率和鍛件尺寸精度不如錘上模鍛高。6.4模型鍛造2、胎模的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用

胎膜不固定在錘頭和砧座上，需要時放在下砧鐵上。按其結(jié)構(gòu)可大致分為扣模、合模和套模三種主要類型。

（１）扣模6.4模型鍛造（2）套模

6.4模型鍛造（3）合模

6.5板料沖壓6.5.1板料沖壓的特點及應(yīng)用

板料沖壓通常在室溫下進(jìn)行，所以又稱冷沖壓，簡稱沖壓。沖壓的特點是不需要對毛坯加熱，是節(jié)約能源的加工方法；生產(chǎn)操作簡單，生產(chǎn)率高，易實現(xiàn)自動化和機(jī)械化；可以制造形狀復(fù)雜零件，廢料較少；沖壓件結(jié)構(gòu)輕巧，強(qiáng)度、剛度和尺寸精度較高，質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好。

其缺點是沖壓模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高，制造費用高。

沖壓只有在大批量生產(chǎn)條件下，才能充分顯示優(yōu)越性。6.5板料沖壓6.5.2沖壓設(shè)備

剪床

剪床的用途是把板料切成一定寬度的條料，以供下一步?jīng)_壓工序之用。6.5板料沖壓6.5.2沖壓設(shè)備

沖床

沖床將完成除剪切以外的其他沖壓工作。6.5板料沖壓6.5.3沖壓模具

沖壓模具是沖壓生產(chǎn)中必不可少的工藝裝備，按沖壓工序的組合程度不同可分為簡單沖模、連續(xù)沖模和復(fù)合沖模三種。1、簡單沖模

簡單沖模在沖床一次行程中只完成一道工序

6.5板料沖壓2、連續(xù)沖模

連續(xù)沖模在沖床一次行程中，按著一定順序，在模具的不同位置上，同時完成數(shù)道沖壓工序。

6.5板料沖壓3、復(fù)合沖模

復(fù)合沖模在沖床一次行程中，在模具的同一位置上，完成兩道以上沖壓工序。6.5板料沖壓4、板料沖壓的基本工序

(1)分離工序剪切落料和沖孔整修切口(2)成形工序彎曲拉深縮口脹形翻邊起伏6.5板料沖壓6.5.5板料沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性

1、落料和沖孔工序?qū)α慵囊?/p>

（1）零件的形狀應(yīng)使排樣時有可能將廢料降低到最少。

（2）零件的外形應(yīng)避免長槽和細(xì)長懸臂零件（δ為板厚）。

（3）轉(zhuǎn)角處圓角半徑r與板厚δ有關(guān)，當(dāng)α＞90°時，r≥（0.3～0.5）δ；當(dāng)α＜90°時，r≥（0.6～0.7）δ。

（4）孔間距離或孔與零件邊緣的距離不宜過小，孔徑也不能過小，否則會因凸模強(qiáng)度不夠而發(fā)生折斷。一般a≥2δ，并保證a＞3～4mm。6.5板料沖壓6.5板料沖壓（1）彎曲半徑不宜小于最小彎曲半徑，以免彎裂。Rmin≥（0.2～0.8）δ（順著坯料的纖維方向彎曲）或Rmin≥（0.4～1.2）δ（垂直坯料的纖維方向彎曲）。（2）彎曲邊不能過短，一般h＞2δ。否則