先進成形與智能技術(shù) 課件 第3章鍛壓成形技術(shù)

先進成形與智能技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造金屬塑性加工金屬塑性加工指固態(tài)金屬在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸和力學性能的毛坯或零件的生產(chǎn)方法。6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造金屬塑性加工基本方法外力為靜壓力；軋制、擠壓和拉拔主要用于生產(chǎn)型材、板材、線材、帶材等軋制：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。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。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，得到截面細小、長度增加的制品的加工方法，拉拔一般是在冷態(tài)下進行。軋制擠壓拉拔6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造自由鍛：用簡單的通用性工具，或在鍛造設備的上、下砧間，使坯料受沖擊力作用而變形，獲得所需形狀鍛件的加工方法。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。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。自由鍛、模鍛和板料沖壓總稱鍛壓，外力為沖擊力，主要用于生產(chǎn)毛坯或零件。金屬塑性加工基本方法6.1塑性變形基礎(chǔ)自由鍛模鍛板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造金屬塑性加工特點(2)節(jié)約金屬材料如熱軋鉆頭、齒輪、齒圈及冷軋絲杠時節(jié)省了切削加工設備和材料的消耗。(1)改善金屬組織、提高力學性能鍛壓的同時可消除鑄造缺陷，均勻成分，從而提高鍛件的力學性能。(3)較高的生產(chǎn)率如在生產(chǎn)六角螺釘時采用模鍛成形就比切削加工效率約高50倍。(4)鍛壓主要生產(chǎn)承受重載荷零件的毛坯，如機器中主軸、齒輪等。鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求高，難以鍛造形狀復雜的毛坯和零件。鍛件的尺寸精度低，對于高精度要求的零件，還需經(jīng)過切削加工來滿足要求。6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造外力金屬產(chǎn)生內(nèi)應力內(nèi)應力迫使原子離開平衡位置，導致原子內(nèi)能升高。而處于高位能的原子，時刻有回到平衡位置的傾向。彈性變形外力停止作用，原子回到其原始位置，變形消失。塑性變形當外力超過該金屬的屈服強度，外力消失，而變形并不消失。室溫下，單晶體的塑性變形主要是通過滑移和孿生進行的。實驗表明晶體只有在切應力的作用下才會發(fā)生塑性變形。6.1塑性變形基礎(chǔ)金屬材料通常情況下都是由無數(shù)小晶粒構(gòu)成的多晶體戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造1、滑移實驗表明對滑移真正有貢獻的是在滑移面上沿滑移方向上的分切應力，只有當這個分切應力達到某一臨界值后，滑移過程才能開始進行，這時的分切應力就稱為臨界分切應力。

晶體的一部分沿一定的晶面(滑移面)上的一定方向(滑移方向)相對于另一部分發(fā)生滑動叫滑移。發(fā)生滑移的晶面和晶向分別叫做滑移面和滑移方向。通常是晶體中的密排面和密排方向。單晶體金屬塑性變形6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造一個滑移面和其上的一個滑移方向構(gòu)成一個滑移系?；葡凳疽鈭D單晶體金屬塑性變形易變形難變形面心立方晶格體心立方晶格密排六方晶格三種典型金屬晶格的滑移系6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造滑移面整體剛性滑移單晶體在切應力作用下的滑移變形示意圖ττ單晶體金屬塑性變形（a）未變形（b）彈性變形（c）彈塑性變形（d）塑性變形6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造單晶體金屬塑性變形（a）未變形（b）（c）位錯運動（d）塑性變形位錯運動引起塑性變形示意圖位錯中心附近極少量原子微量移動刃型位錯6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造2、孿生單晶體金屬塑性變形孿晶組織孿生使晶體位向發(fā)生改變，原處于不利取向的滑移系轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌挠欣∠?，進一步滑移。孿生是指晶體的一部分沿一定晶面和晶向相對于另一部分所發(fā)生的切變。發(fā)生切變的部分稱孿生帶或?qū)\晶，沿其發(fā)生孿生的晶面稱孿生面。孿生的結(jié)果使孿生面兩側(cè)的晶體呈鏡面對稱。6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造

多晶體的塑性變形是單個晶粒內(nèi)滑移與孿生和晶粒間滑移與轉(zhuǎn)動的綜合作用的結(jié)果。多晶體多晶體晶粒逐批滑移示意圖金屬晶粒越細小，晶界越多，強度和塑性越好。多晶體金屬塑性變形晶界晶粒6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造冷加工對金屬組織的影響(1)晶粒拉長，晶界變得模糊不清。(2)晶粒轉(zhuǎn)動，當變形達到一定程度，會使絕大部分晶粒的某一位向與外力方向趨于一致，這種現(xiàn)象稱織構(gòu)。(3)晶粒與晶格的扭曲，出現(xiàn)殘余內(nèi)應力。(4)位錯密度增加，晶粒破碎為亞晶粒。6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造加工硬化（形變強化、冷作強化）：隨變形量的增加，材料的強度、硬度升高而塑韌性下降的現(xiàn)象。RmHBδψ對力學性能的影響（加工硬化）延展性材料脆性材料應變硬化應變硬化6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造式中：——以熱力學溫度表示的金屬回復溫度，K；

——以熱力學溫度表示的金屬熔化溫度，K。原子僅能作短距離擴散，使空位和間隙原子合并，空位與位錯發(fā)生交互作用而消失，使晶格畸變減輕，殘余應力顯著下降隨著加熱的溫度不同，金屬組織大致分為三個階段變化：回復、再結(jié)晶與晶粒長大。

(1)回復加工硬化后的金屬，在加熱到一定溫度后，原子獲得熱能，使原子得以恢復正常排列消除了晶格扭曲，加工硬化得到部分消除，其顯微組織無可見變化。這一過程稱為“回復”，這時的溫度稱為回復溫度，即：6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造在晶界處，晶格畸變嚴重而處于高能量狀態(tài)，最容易形核的地方。再結(jié)晶形成的等軸晶粒的晶格類型與原來變形了的晶粒的晶格類型完全一致，再結(jié)晶過程中沒有發(fā)生相變。對沒有發(fā)生塑性變形的金屬進行加熱，是不會發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象的。

(2)再結(jié)晶當加熱溫度繼續(xù)升高時，原子的擴散能力增大，金屬內(nèi)通過形核和長大過程，使晶粒的外形開始發(fā)生變化，從破碎拉長的晶粒變成新的等軸晶粒，從而消除了殘余應力和加工硬化現(xiàn)象，金屬的組織和性能盡可能復原到加工前的狀態(tài)。這個過程稱為再結(jié)晶，這時的溫度稱為最低再結(jié)晶溫度，即：式中：——以熱力學溫度表示的金屬回復溫度，K；6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造

(2)晶粒長大塑性變形的金屬經(jīng)再結(jié)晶后，一般都得到細小均勻的等軸晶粒，但如繼續(xù)升高溫度或延長保溫時間，則再結(jié)晶后形成的新晶粒又會逐漸長大。晶粒長大是一個自發(fā)過程，可使晶界減少，實質(zhì)上是一個晶粒的邊界向另一個晶粒中遷移，把另一個晶粒中晶格的位向逐步改變成為與這個晶粒相同的位向。于是，另一個晶粒便逐步被這個晶?！巴滩ⅰ倍铣梢粋€大晶粒。

（a）（b）（c）晶粒長大示意圖6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造當金屬在高溫下受力變形時，加工硬化和再結(jié)晶過程同時存在。由于變形中的加工硬化隨時都被再結(jié)晶過程所消除，所以變形后沒有加工硬化現(xiàn)象。加工硬化的金屬在在加熱時組織和性能變化示意圖6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造熱加工：熱鍛、熱軋、熱擠壓、熱拔冷加工：冷鐓、冷軋、冷擠壓、冷沖、切削熱加工：在再結(jié)晶溫度以上的塑性變形加工。加工硬化、回復、再結(jié)晶。冷加工：在再結(jié)晶溫度以下的塑性變形加工。發(fā)生加工硬化。金屬塑性變形加工方法熱加工和冷加工不是根據(jù)變形時是否加熱來區(qū)分，而是根據(jù)變形溫度處于金屬的再結(jié)晶溫度以上還是以下來劃分的。熱加工冷加工6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造1、晶粒細化、提高致密度2、帶狀組織：雜質(zhì)呈細帶狀或鏈狀分布3、纖維組織纖維組織當鑄錠在產(chǎn)生塑性變形時，基體金屬的晶粒形狀和沿晶界分布雜質(zhì)形狀都發(fā)生了變形，它們將沿著變形方向被拉長，呈纖維形狀。被拉長的呈纖維狀的晶粒組織稱為纖維組織。熱加工影響6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造縱向（平行于纖維方向）：塑、韌性增加；橫向（垂直于纖維方向）：韌、塑性降低，

但抗剪切能力顯著增強。纖維組織合理分布原則：

零件最大拉應力方向應與纖維方向平行；

零件最大剪切應力方向應與纖維方向垂直；

零件外形輪廓應與纖維的分布相符合而不被切斷。各向異性：變形后6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造螺釘?shù)睦w維組織比較（a）用棒料直接切削成螺釘；（b）用局部鐓粗方法制成的螺釘毛坯。曲軸的纖維組織比較（a）切削加工制成的曲軸；（b）用鍛造方法制成的曲軸毛坯。6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造在實際生產(chǎn)中，熱加工與冷加工相比也有不足之處①熱加工需要加熱，不如冷加工簡單易行。②熱加工制品的組織與性能不如冷加工均勻和易于控制。③熱加工制品不如冷加工制品尺寸精確，表面粗糙度值大。④對于薄或細的加工制品，由于降溫快，尺寸精度差，不宜采用熱加工。6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造(1)噴丸強化

由于金屬材料塑性變形后強度提高，同時產(chǎn)生殘余應力，因此在齒輪、彈簧等零件生產(chǎn)過程中采用噴丸處理，即用高速氣流把細小的鐵砂或陶瓷細粒噴射到零件表面，零件表面強度、硬度提高，同時產(chǎn)生較大的殘余壓應力，可提高疲勞強度。

(2)滾壓或輾壓滾壓或輾壓形變加工一般是零件完成基本加工工序后，借助于適當?shù)墓ぞ?，通過在工件表面施加一定的壓力，使加工后的工件表面產(chǎn)生不同程度的壓應力，用來提高工件強度的工藝方法。工程上常用的冷加工強化措施有：6.1塑性變形基礎(chǔ)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造(3)再結(jié)晶退火

將冷變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上，保溫一定時間后，緩慢冷卻至室溫的過程。稱為再結(jié)晶退火。

由于塑性變形后的金屬加熱發(fā)生再結(jié)晶后，可消除加工硬化現(xiàn)象，恢復金屬的延性和韌度，因此生產(chǎn)中常用再結(jié)晶退火工藝來恢復金屬塑性變形的能力，以便繼續(xù)進行形變加工。6.1塑性變形基礎(chǔ)THANKS部分圖片、視頻資料來自教材和網(wǎng)絡，僅做教學使用先進成形與智能技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造1可鍛性定義金屬材料經(jīng)受塑性變形加工的難易程度?？慑懶院饬恐笜丝慑懶猿Ｓ媒饘俚乃苄院妥冃慰沽砭C合衡量。材料的塑性越好，其可鍛性就越好。變形抗力越小，其可鍛性就越好。塑性越好，變形抗力越小，則金屬的可鍛性好。反之則差。第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造2可鍛性決定因素材料本質(zhì)（內(nèi)因）變形條件（外因）第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造3材料本質(zhì)（內(nèi)因）化學成分的影響（1）純金屬比合金的可鍛性好（2）鋼中合金元素含量越多，其變形抗力越大，塑性越差，可鍛性差

例如純鐵、低碳鋼和高合金鋼，它們的可鍛性是依次下降的第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造4材料本質(zhì)（內(nèi)因）金屬組織的影響（1）純金屬及單一固溶體組成的合金可鍛性好（2）晶粒細小而又均勻的組織比鑄態(tài)柱狀組織和粗晶粒組織的可鍛性好第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造5變形條件（外因）變形溫度的影響溫度塑性變形抗力可鍛性第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造6變形條件（外因）變形溫度的影響過熱：若加熱溫度過高，晶粒急劇長大，金屬力學性能降低的現(xiàn)象。過燒：若加熱溫度更高接近熔點，晶界氧化破壞了晶粒間的結(jié)合，使金屬失去塑性。第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造7變形條件（外因）變形溫度的影響碳鋼的鍛造溫度可根據(jù)鐵碳合金相圖確定。鍛造溫度范圍盡可能寬一些，減少加熱次數(shù)，提高鍛造生產(chǎn)效率。第3章鍛壓成形技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造8金屬種類始鍛溫度/℃終鍛溫度/℃碳鋼wc

≤0.3%1200~1250800~850wc=0.3%~0.5%1150~1200800~850wc=0.5%~0.9%1100~1150800~850wc=0.9%~1.4%1050~1100800~850合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼1150~1200800~850合金工具鋼1050~1150800~850耐熱鋼1100~1150850~900銅合金700~800650~750鋁合金450~490350~400鎂合金370~430300~350鈦合金1050~1150750~900常用金屬材料的鍛造溫度范圍第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造9變形條件（外因）變形速度的影響（1）當變形速度不大時，回復和再結(jié)晶不能及時克服加工硬化現(xiàn)象，金屬則表現(xiàn)出塑性下降、變形抗力增加，可鍛性下降。（2）當變形速度大于臨界的速度時，變形過程中產(chǎn)生熱量，使金屬的溫度升高，再結(jié)晶速度加快，金屬的塑性增加，變形抗力下降，可鍛性提高。第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造10變形條件（外因）應力狀態(tài)的影響擠壓時金屬應力狀態(tài)

拉拔時金屬應力狀態(tài)

三向受壓兩向受壓一向受拉第3章鍛壓成形技術(shù)金屬的可鍛性戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造11變形條件（外因）應力狀態(tài)的影響拉應力：使金屬原子間距增大，金屬內(nèi)部氣孔、微裂紋等缺陷處易產(chǎn)生應力集中而破壞，故金屬塑性下降。壓應力：使金屬原子間距減小，不易使缺陷擴展，故金屬塑性提高。

金屬內(nèi)部摩擦阻力增大，使變形抗力增大。

塑性較好的材料塑性較差的材料THANKS部分圖片、視頻資料來自教材和網(wǎng)絡，僅做教學使用先進成形與智能技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造常用鍛造方法

鍛造是使加熱好的金屬坯料，在外力的作用下發(fā)生塑性變形，通過控制金屬的流動，使其成形為所需形狀、尺寸和組織的方法。

根據(jù)變形時金屬流動的特點不同，可分為自由鍛、模鍛、胎膜鍛。自由鍛模鍛胎膜鍛6.3自由鍛常用鍛造方法自由鍛|手工鍛造

只用簡單的通用性工具或在鍛造設備的上、下砧間直接使坯料變形而獲得所需的鍛件，這種方法稱為自由鍛。

自由鍛是大型件唯一的鍛造方法。手工鍛造手工鍛造手工鍛造6.3自由鍛常用鍛造方法機器鍛造鍛錘自由鍛常用設備有：空氣錘、蒸汽---空氣錘；利用沖擊力使胚料產(chǎn)生塑性變形；適用于中小型鍛件；液壓機自由鍛自由鍛|機器鍛造利用靜壓力使胚料變形；是重型機械廠鍛造生產(chǎn)的主要設備常用設備有：大型水壓機；6.3自由鍛鍛造坯料準備1．鍛造用坯料鍛造中、小型鍛件一般用圓形、方形等截面的型材，如方鋼、圓鋼、扁鋼等。大型鋼鍛件多用鋼錠或鋼坯。

鐓粗時，為避免鐓彎，坯料的高徑比（H0/D0）不得超過2.5，為了下料方便，坯料高徑比還應該大于1.252．坯料的加熱（1）加熱目的——為了提高金屬的塑性，降低變形抗力，以改善金屬的鍛造性能，使之易于流動成形并獲得良好的鍛后組織。（2）鍛造溫度——金屬坯料是在一定的溫度范圍內(nèi)進行鍛造的。6.3自由鍛

鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、芯軸擴孔、芯軸拔長、切割、錯移等基本工序

壓鉗、倒棱、壓痕等輔助工序

校正、滾圓、平整等修整工序自由鍛工序6.3自由鍛基本工序基本工序——使金屬坯料實現(xiàn)主要的變形要求，達到或基本達到鍛件所需形狀和尺寸的工序。主要有鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移和扭轉(zhuǎn)。（1）鐓粗——使坯料高度減小，橫斷面積增大的鍛造工序。適用于齒輪坯、凸輪和圓盤類鍛件的生產(chǎn)。

（a）整體鐓粗（b）局部鐓粗6.3自由鍛

（2）拔長——使坯料橫斷面積減小、長度增加的鍛造工序。適用于軸類、桿類鍛件的生產(chǎn)。拔長過程中要將坯料不斷地翻轉(zhuǎn)，使其壓下面都能均勻變形，并沿軸向送進。拔長圓形坯料過程中的截面形狀基本工序（a）反復翻轉(zhuǎn)（b）螺旋式翻轉(zhuǎn)6.3自由鍛

自由鍛的基本工序除上述外，還有用來下料、切割出鍛件所需形狀的切割工序及鍛制多拐曲軸、麻花鉆鍛件的扭轉(zhuǎn)工序等?；竟ば?3）沖孔——在坯料上沖出通孔或盲孔的鍛造工序。適用于帶孔的餅塊類鍛件及長筒類鍛件的成形。(4）彎曲——使坯料按規(guī)定角度變形的鍛造工序。6.3自由鍛THANKS部分圖片、視頻資料來自教材和網(wǎng)絡，僅做教學使用先進成形與智能技術(shù)戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造2使板料經(jīng)分離或成形而得到制件的工藝統(tǒng)稱為沖壓。

厚度小于4mm的金屬薄板通常是在常溫下進行沖壓，故稱冷沖壓。

只有當板料厚度超過8～10mm時，才采用熱沖壓。

沖壓的設備主要有剪床和沖床。

（1）便于實現(xiàn)自動化，生產(chǎn)率很高，操作簡便。

（2）節(jié)省原材料，節(jié)省能源消耗。

（3）產(chǎn)品重量輕、強度高、剛性好。

（4）產(chǎn)品尺寸穩(wěn)定，互換性好，可以加工形狀復雜的零件。板料沖壓具有下列特點：板料沖壓6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造2沖裁（沖孔、落料）修整切斷分離工序變形工序(成形）沖壓工序拉深彎曲翻邊脹形板料沖壓基本工序使坯料的一部分與另一部分分離的工序稱為分離工序在材料不產(chǎn)生破壞的前提下，使毛坯發(fā)生塑性變形，形成所需形狀尺寸的工件叫變形工序6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造3

分離工序是使坯料的一部分與另一部分相互分離的工序。如落料、沖孔、切斷和修整等。落料和沖孔統(tǒng)稱沖裁。使坯料按封閉輪廓分離的一種工序

落料是為了制取工件的外形，故沖下的部分為工件，帶孔的為廢料。

沖孔則相反，是要制取工件的內(nèi)孔，故沖下的部分為廢料，帶孔的部分為工件。板料沖壓分離工序6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造4板料沖壓沖裁過程(a）彈性變形

(b）塑性變形

（c）斷裂分離

斷面形狀

彈性變形：沖頭接觸板料后，開始壓縮材料，使材料產(chǎn)生彈性壓縮、拉伸與彎曲等變形，板料中的應力迅速增大。塑性變形：沖頭繼續(xù)壓入，材料內(nèi)的應力達到屈服點時開始進入塑性變形階段。變形達到一定程度時，位于凸凹模處的材料硬化加劇，出現(xiàn)微裂紋。斷裂分離：沖頭繼續(xù)壓入，已形成的上下微裂紋擴大，并向內(nèi)擴展，上、下裂紋相遇重合，材料被剪切分離。6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造5板料沖壓沖裁件斷面質(zhì)量及其影響因素

沖裁件正常的斷面特征如下圖所示，它由圓角帶（a）、光亮帶（b）、斷裂帶（c）和毛刺（d)四個特征區(qū)組成。圓角帶沖裁件正常的斷面特征

圓角帶光亮帶斷裂帶毛刺圓角帶a：是在沖裁過程中刃口附近的材料被牽連拉入變形（彎曲和拉伸）的結(jié)果。光亮帶b：當刃口切入金屬板料后，板料與模具側(cè)面擠壓而形成光亮垂直的斷面。

斷裂帶c：由刃口處產(chǎn)生的微裂紋在拉應力的作用下，不斷擴展而形成的。

毛刺d：在刃口附近的側(cè)面上材料出現(xiàn)微裂紋時形成的。要提高沖裁件的質(zhì)量，就要增大光亮帶的高度，縮小圓角帶、斷裂帶和毛刺高度，并減少沖裁件翹曲。6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造6板料沖壓凸凹模間隙凸凹模的間隙不僅嚴重影響沖裁件的斷面質(zhì)量，也影響模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度。

間隙過小

間隙過大

間隙適中

當間隙過小時，光亮帶寬度增加，圓角、毛刺、斜度等都有所減小，工件質(zhì)量較高，但模具壽命較低。當間隙過大時，光亮帶減小，圓角與斜度增大，形成厚而大的拉長毛刺，且難以去除，同時沖裁的翹曲現(xiàn)象嚴重。當間隙合適時，光面約占板厚的1/2～1/3左右，切斷面的圓角、毛刺和斜度均很小。零件的尺寸幾乎與模具一致，完全可以滿足使用要求。6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造7板料沖壓凸凹模刃口尺寸的確定

沖裁模刃口尺寸的計算直接關(guān)系到模具間隙和沖裁件的尺寸精度，是模具設計中最重要的尺寸。刃口尺寸計算的原則如下：

(1)落料時，落料件的尺寸是由凹模刃口尺寸決定的，因此，應以落料凹模為設計基準?？紤]到凹模磨損后會使落料件尺寸增大，為提高模具使用壽命，因而凹模刃口的基本尺寸應接近于落料件的最小極限尺寸。凸模的基本尺寸=凹模刃口的基本尺寸-最小合理間隙值。6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造8板料沖壓凸凹模刃口尺寸的確定

(2)沖孔時，沖孔件的尺寸是由凸模刃口尺寸決定的，因此，應以沖孔凸模為設計基準?？紤]到凸模磨損后會使沖孔件尺寸減小，為提高模具使用壽命，因而凸模刃口的基本尺寸應接近于沖孔件的最大極限尺寸。凹模的基本尺寸=凸模刃口的基本尺寸+最小合理間隙值。6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造9板料沖壓沖裁力的計算

沖裁時材料對凸模的最大抗力稱為沖裁力，它是合理選用沖壓設備和檢驗模具強度的一個重要依據(jù)。

其大小與材質(zhì)、料厚及沖裁件周邊長度有關(guān)。K——系數(shù)，常?。?.3；L——沖裁件周邊長度(mm)；t——板料厚度（mm）；τ0——材料的拉剪強度(MPa)；平刃沖模沖裁力6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造10板料沖壓

排樣是指落料件在板料或條料上合理布置的方法。不同的排樣方式對材料消耗對比有搭邊排樣質(zhì)量高，消耗材料多無搭邊排樣質(zhì)量差，節(jié)省材料沖裁件的排樣6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造11板料沖壓

修整是利用修整模沿沖裁件外緣或內(nèi)孔刮削一薄層金屬，以切掉普通沖裁時在沖裁件斷面上存留的剪裂帶和毛刺，從而提高沖裁件的尺寸精度和降低表面粗糙度。(a)外緣修整

(b)內(nèi)孔修整6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造12板料沖壓切斷是指用剪刃或沖模將板料沿不封閉輪廓進行分離的工序。

剪刃安裝在剪床上，把大板料剪成一定寬度的條料，供下一步?jīng)_壓工序用。而沖模是安裝在沖床上，用以制取形狀簡單、精度要求不高的平板件。切舌6.4板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造13板料沖壓變形工序——彎曲

將板料、型材或管材在彎矩作用下，彎成具有一定曲率和角度的制件的成形方法稱為彎曲。彎曲過程各種常見的彎曲件拉應力壓應力6.4板料沖壓14板料沖壓

防止破裂，彎曲的最小半徑應為rmin=（0.25～1）δ（δ為金屬板料的厚度）。材料塑性好，則彎曲半徑可小些。彎曲時還應盡可能使彎曲/折線與坯料纖維方向垂直。若彎曲/折線與纖維方向一致，則容易產(chǎn)生破裂。

彎曲過程中，板料彎曲部分的內(nèi)側(cè)受壓縮，而外側(cè)受拉伸。當外側(cè)的拉應力超過板料的抗拉強度時，即會造成金屬破裂。戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造

回彈現(xiàn)象——由于彈性變形的恢復，坯料略微彈回一點，使被彎曲的角度增大。所以，凸、凹模要比所彎的角度小一個回彈角。一般回彈角為0～10°。順著纖維方向彎曲時，易產(chǎn)生破裂。6.4板料沖壓板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造15拉深

拉深：變形區(qū)在一拉一壓的應力狀態(tài)作用下，使平板料（或淺的空心坯）成形為開口的空心件（深的空心件）而厚度基本不變的加工方法稱為拉深，也叫拉延。拉深過程及變形特點1-凸模2-毛坯3-凹模4-工件

拉深過程：凸模和凹模有一定的圓角，且其間隙一般稍大于板料厚度。

變形特點：拉深件的底部一般不變形，厚度基本不變。直壁厚度有所減小。6.4板料沖壓板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造16拉深系數(shù)與拉深次數(shù)

拉深系數(shù)：拉深直徑d與毛坯直徑D的比值稱為拉深系數(shù)，用m表示，即m＝d/D。它是衡量拉深變形程度的指標。

拉深次數(shù)：當筒形件直徑d與坯料直徑D相差較大時(如彈殼、筆帽等)，由于拉深系數(shù)過小，不能一次拉深成形，則可采用多次拉深工藝多次拉深中間穿插進行再結(jié)晶退火處理，以消除前幾次拉深變形所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象。6.4板料沖壓板料沖壓戰(zhàn)略性新興領(lǐng)域教材建設團隊-重型高端裝備制造17拉深缺陷——拉裂

拉裂：在拉深過程中，拉深件主要受拉應力的作用。當拉應力超過材料的強度極限時，拉深件將被拉裂形成廢品,最危險部位是直壁與底部的過渡圓角處。凸凹模的