锻压成形工艺课件

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1、 概述：概述：一、压力加工的概念一、压力加工的概念 压力加工压力加工是金属坯料在外力的作用下产生塑性变形，是金属坯料在外力的作用下产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的原材料、毛坯或零从而获得一定形状、尺寸和性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。件的加工方法。1力学性能高：既可以改变材料的形状和尺寸，又能改变材力学性能高：既可以改变材料的形状和尺寸，又能改变材料的组织和性能。可以压合铸造组织的内部缺陷，使成分均匀，料的组织和性能。可以压合铸造组织的内部缺陷，使成分均匀，夹杂物均布，形成纤维组织，细化晶粒。所以，锻压件的机械性夹杂物均布，形成纤维组织，细化晶粒。所以，锻压件的机械性能好。近年

2、来，采用形变热处理的方法能好。近年来，采用形变热处理的方法(将压力加工与热处理工将压力加工与热处理工艺相结合艺相结合)，可同时获得形变强化和相变强化，进，可同时获得形变强化和相变强化，进步提高零件步提高零件的强韧性。的强韧性。2节省金属：由于提高了金属的力学性能，在同样受力和工节省金属：由于提高了金属的力学性能，在同样受力和工作条件下，可以缩小零件的截面尺寸。作条件下，可以缩小零件的截面尺寸。3生产率高：多数压力加工方法，特别是轧制、挤压、拉拔生产率高：多数压力加工方法，特别是轧制、挤压、拉拔等，金属连续变形，且变形速度很高，故生产率高。等，金属连续变形，且变形速度很高，故生产率高。压力加工与

3、铸造相比，本钱较高，成形较困难，由于是在固态压力加工与铸造相比，本钱较高，成形较困难，由于是在固态下成形，无法获得截面形状下成形，无法获得截面形状(特别是内脏特别是内脏)复杂的产品。复杂的产品。纤维组织：纤维组织：热加工使得材料内部的各种可变形的夹杂物热加工使得材料内部的各种可变形的夹杂物沿塑性变形方向拉长所形成的沿塑性变形方向拉长所形成的流线组织流线组织。纤维组织的明显程度与纤维组织的明显程度与热加工时应力求使热加工时应力求使流线合理分布：流线合理分布：最大正应力与纤维方向一致，最大切应最大正应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓力与纤维方向垂直，并尽可

4、能使纤维方向沿零件的轮廓分布而不被切断。分布而不被切断。滚压成型后螺纹内部的纤维分布滚压成型后螺纹内部的纤维分布吊钩中的纤维组织吊钩中的纤维组织b.组织结构组织结构 ：具有细小的晶粒、单相组织、面心立方结：具有细小的晶粒、单相组织、面心立方结构的合构的合 金具有好的锻造性。金具有好的锻造性。2变形条件变形条件a.变形温度变形温度:锻造时，必须合理地控制锻造温度范围，即锻造时，必须合理地控制锻造温度范围，即始锻温度与终锻温度之间的温度间隔，始锻温度是指金始锻温度与终锻温度之间的温度间隔，始锻温度是指金属开始锻造时的温度，属开始锻造时的温度，般为锻造时所允许的最高加热般为锻造时所允许的最高加热温度

5、，终锻温度是指金属停止锻造时的温度。温度，终锻温度是指金属停止锻造时的温度。在锻造过在锻造过程中随着温度的降低，工件材料的变形能力下降，变形程中随着温度的降低，工件材料的变形能力下降，变形抗力增大，下降至终锻温度时，必须停止锻造。重新加抗力增大，下降至终锻温度时，必须停止锻造。重新加热，以保证材料具有足够的塑性和防止锻裂。热，以保证材料具有足够的塑性和防止锻裂。确定锻造温度范用的理论依据主要是合金状态图。确定锻造温度范用的理论依据主要是合金状态图。常见加热缺陷有：氧化、脱碳、常见加热缺陷有：氧化、脱碳、过热过热、过烧过烧 和开裂。和开裂。过热过热:由于加热温度过高或高温下保温时间过长而引由于加

6、热温度过高或高温下保温时间过长而引起晶粒粗大的现象。可通过起晶粒粗大的现象。可通过正火正火细化晶粒，恢复锻造细化晶粒，恢复锻造性能。性能。过烧：过烧：加热温度过高接近金属熔点时，晶界出现氧化加热温度过高接近金属熔点时，晶界出现氧化或熔化的现象。加热缺陷无可挽回。或熔化的现象。加热缺陷无可挽回。b.变形速度变形速度:变形速度：变形速度：指单位时指单位时间内材料间内材料的变形程的变形程度。度。变形速变形速度与锻造度与锻造性能的关性能的关系如图系如图。lC.应力状态：变形方法不同，在金属中产生的应力状态也应力状态：变形方法不同，在金属中产生的应力状态也不同，即使同一种变形方式，金属内内部不同位置的应

7、力不同，即使同一种变形方式，金属内内部不同位置的应力状态也可能不同。状态也可能不同。l 金属在挤压时三向受压金属在挤压时三向受压(图图114(a)，表现出较高的塑，表现出较高的塑性和较大的变形抗力；拉拔时两向受压、一向受拉性和较大的变形抗力；拉拔时两向受压、一向受拉(图图ll4(b),表现出较低的塑性和较小的变形抗力；平砧墩粗时表现出较低的塑性和较小的变形抗力；平砧墩粗时(图图11 4(c)，坯料内部处于三向压应力状态，但侧外表层，坯料内部处于三向压应力状态，但侧外表层在水平方向却处于拉应力状态，因而在工件侧外表容易产在水平方向却处于拉应力状态，因而在工件侧外表容易产生垂直方向的裂纹。生垂直方

8、向的裂纹。l 三向受压时金属的塑性最好，出现拉应力那么使塑性降低。因为压应力阻碍了微裂纹的产生和开展，而金属处于拉应力状态时，内部缺陷处会产生应力集小，使缺陷易于扩展和导致金属的破坏。因此，选择变形方法时，对于塑性好的金属，变形时出现拉应力是有利的，可减少变形时的能量消耗。而对于塑性差的金属材料，应防止在拉应力状态下变形，尽量采用三向压应力下变形。l 在金属变形过程中遵循体积不变和最小阻力定律金属变形时首先向阻力最小的方向流动。一、概述一、概述 1、自由锻的概念、自由锻的概念 将加热后的坯料放在铁砧上，在压力或冲击力的作用下使其自由将加热后的坯料放在铁砧上，在压力或冲击力的作用下使其自由变形获

9、得锻件的方法。变形获得锻件的方法。2、自由锻的分类、自由锻的分类 手工自由锻和机器自由锻。手工自由锻和机器自由锻。3、自由锻的特点、自由锻的特点 坯料的变形不受模具限制，设备和工具的通用性大，锻件的重量坯料的变形不受模具限制，设备和工具的通用性大，锻件的重量不受限制，是不受限制，是生产大型锻件的唯一方法生产大型锻件的唯一方法。但是，生产率低，锻件。但是，生产率低，锻件精度低，加工余量大，只适合于单件小批量生产形状简单件。精度低，加工余量大，只适合于单件小批量生产形状简单件。1、空气锤、空气锤 利用电机作动力，结构小，打击速度快，锤击能量小，只利用电机作动力，结构小，打击速度快，锤击能量小，只适

10、合于适合于100Kg以下以下小件小件的锻造。的锻造。2、蒸汽、蒸汽-空气锤空气锤 以以69个大气压的蒸汽或压缩空气为动力。适合于个大气压的蒸汽或压缩空气为动力。适合于中型中型或较或较大锻件的锻造。大锻件的锻造。3、水压机、水压机利用水泵产生的高压水作动力。具有行程大，变形速度慢，利用水泵产生的高压水作动力。具有行程大，变形速度慢，工件变形均匀等优点，并且产生的是静压力，可制成大吨工件变形均匀等优点，并且产生的是静压力，可制成大吨位的设备，适合于锻造位的设备，适合于锻造大型大型锻件。锻件。缺点是结构大，供水与操作系统复杂。缺点是结构大，供水与操作系统复杂。1、绘制锻件图在零件图根底上考虑加工余量

11、、绘制锻件图在零件图根底上考虑加工余量、锻件公差、余块其中余块是指为了简化锻件形状、便锻件公差、余块其中余块是指为了简化锻件形状、便于锻造而增加的一局部金属。于锻造而增加的一局部金属。2、选择自由锻工序依据是锻件的形状、尺寸、技术要求和、选择自由锻工序依据是锻件的形状、尺寸、技术要求和生产数量。生产数量。3、计算坯料质量和尺寸、计算坯料质量和尺寸 4、选择锻造设备根据坯料的种类、质量以及锻造根本工序、选择锻造设备根据坯料的种类、质量以及锻造根本工序、设备的锻造能力并结合实际来确定设备的锻造能力并结合实际来确定 5、确定锻造温度范围、确定锻造温度范围四、自由锻工艺规程的制订四、自由锻工艺规程的制

12、订名词解释名词解释:flange(法兰法兰)A protruding rim,edge,rib,or collar,as on a wheel or a pipe shaft,used to strengthen an object,hold it in place,or attach it to another object.凸缘车轮或管道上突出的边、缘、肋条或环圈，用来增加凸缘车轮或管道上突出的边、缘、肋条或环圈，用来增加物体强度、固定物体或使某一物体附着在另一物体上物体强度、固定物体或使某一物体附着在另一物体上.法兰阀法兰阀Tower flange flange.Flange 一、概述一

13、、概述 1、模锻的概念、模锻的概念 将加热后的坯料放在锻模模膛内受压变形获得锻件的方法。将加热后的坯料放在锻模模膛内受压变形获得锻件的方法。2、模锻的分类、模锻的分类 锤上模锻和其它设备上模锻曲柄压力机、平锻机、摩擦压力机等锤上模锻和其它设备上模锻曲柄压力机、平锻机、摩擦压力机等 3、模锻的特点、模锻的特点 生产率高，锻件形状可以较复杂，锻件尺寸精确，加工余量小，机生产率高，锻件形状可以较复杂，锻件尺寸精确，加工余量小，机械性能好。但是，锻模受较大的冲击力和热疲劳应力，需要专用模械性能好。但是，锻模受较大的冲击力和热疲劳应力，需要专用模具钢，模具本钱高，只适合于大批量生产中小件。具钢，模具本钱

14、高，只适合于大批量生产中小件。1、模锻设备、模锻设备 蒸汽蒸汽-空气锤与自由锻的蒸汽空气锤与自由锻的蒸汽-空气锤结构工作原理空气锤结构工作原理根本相同与其它模锻设备相比，模锻锤的打击速度根本相同与其它模锻设备相比，模锻锤的打击速度快快68m/s)行程不固定，可在一副锻模的不同模膛行程不固定，可在一副锻模的不同模膛完成多种工序。完成多种工序。缺点：震动大，无顶出装置，只适合于高度较小的缺点：震动大，无顶出装置，只适合于高度较小的 锻件及精度要求不高的锻件的锻造。锻件及精度要求不高的锻件的锻造。2、锻模结构、锻模结构 由带燕尾上模和下模组成。由带燕尾上模和下模组成。锻模模膛可分为：制坯模膛和模锻模

15、膛锻模模膛可分为：制坯模膛和模锻模膛 二、二、锤上模锻锤上模锻 1绘制锻件图选择分模面、加工余量和模锻公绘制锻件图选择分模面、加工余量和模锻公 差、连皮、模锻斜度和圆角半径差、连皮、模锻斜度和圆角半径 2计算坯料质量和尺寸计算坯料质量和尺寸 3选择模锻工序选择模锻工序 4选择锻造设备选择锻造设备 5确定锻造温度范围确定锻造温度范围选择分模面选择分模面确定加工余量、公差、余块和连皮。连皮是指模锻时不确定加工余量、公差、余块和连皮。连皮是指模锻时不能直接锻出通孔，在该部位留有一层较薄的金属。能直接锻出通孔，在该部位留有一层较薄的金属。确定模锻斜度和圆角半径便于取出锻件。确定模锻斜度和圆角半径便于取

16、出锻件。选择模锻工序选择模锻工序变形工序确实定变形工序确实定根据锻件图复杂程度确定，之后设计模根据锻件图复杂程度确定，之后设计模膛。膛。与锤上模锻相比其特点：与锤上模锻相比其特点：1滑块行程固定，机身结构刚性大，导轨的导向精度高。滑块行程固定，机身结构刚性大，导轨的导向精度高。2设有上下顶出装置，可自动脱模，故锻件的模锻斜度小。设有上下顶出装置，可自动脱模，故锻件的模锻斜度小。3变形是在滑块的一次行程中完成，变形比较均匀，力学变形是在滑块的一次行程中完成，变形比较均匀，力学性能均匀一致，生产率高性能均匀一致，生产率高 4对坯料产生的是静压力，这对变形速度敏感的低塑性材对坯料产生的是静压力，这对

17、变形速度敏感的低塑性材料的成型更有利。料的成型更有利。5生产率高，无冲击和震动，故劳动条件好。但设备复杂，生产率高，无冲击和震动，故劳动条件好。但设备复杂，造价高，需要其它辅助设备。因此主要用于具有现代化辅造价高，需要其它辅助设备。因此主要用于具有现代化辅助设备的大厂模锻件的大批量生产。助设备的大厂模锻件的大批量生产。三、曲柄压力机上模锻三、曲柄压力机上模锻1摩擦压力机的工作原理摩擦压力机的工作原理五、摩擦压力机上模锻五、摩擦压力机上模锻2摩擦压力机锻造的特点及应用范围：摩擦压力机锻造的特点及应用范围：摩擦压力机摩擦压力机(图图11l 8)是靠飞轮旋转所积蓄的能量转化是靠飞轮旋转所积蓄的能量转

18、化为金属的变形能而进行锻造的。为金属的变形能而进行锻造的。电动机经带轮、摩擦盘、飞轮和螺杆带动滑块作上、电动机经带轮、摩擦盘、飞轮和螺杆带动滑块作上、下往复运动，操纵机构控制左、右摩擦盘分别与飞轮接下往复运动，操纵机构控制左、右摩擦盘分别与飞轮接触，利用摩擦力改变飞轮转向。触，利用摩擦力改变飞轮转向。摩擦压力机的行程速度介于模锻锤和曲柄压力机之摩擦压力机的行程速度介于模锻锤和曲柄压力机之间，滑块行程和打击能量均可自由调节，坯料在一间，滑块行程和打击能量均可自由调节，坯料在一 个个模膛内可以屡次锤击，能够完成镦粗、成形、弯曲、预模膛内可以屡次锤击，能够完成镦粗、成形、弯曲、预锻等成形工序和校正、

19、精整等后续工序。锻等成形工序和校正、精整等后续工序。摩擦压力机构造简单，投资费用少，工艺适应性广，摩擦压力机构造简单，投资费用少，工艺适应性广，但传动效率低，广泛用于中批量生产的小型模锻件，以但传动效率低，广泛用于中批量生产的小型模锻件，以及某些低塑性合金锻件。及某些低塑性合金锻件。l是介于自由锻与锤上模锻之间的一种锻造方法，兼有是介于自由锻与锤上模锻之间的一种锻造方法，兼有两者的特点，一般先用自由锻方法使坯料预成形，然两者的特点，一般先用自由锻方法使坯料预成形，然后放在胎模中终锻成型。后放在胎模中终锻成型。l胎模的结构形式很多，常用胎模结构如图胎模的结构形式很多，常用胎模结构如图11-20所

20、示。所示。l 扣模主要用于非回转体锻件的局部或整体成形；扣模主要用于非回转体锻件的局部或整体成形；l 筒模主要用于锻造法兰盘、齿轮坯等回转体盘类零筒模主要用于锻造法兰盘、齿轮坯等回转体盘类零件；件；l 合模由上、下模两局部组成，主要用于锻造形状较合模由上、下模两局部组成，主要用于锻造形状较复杂的非回转体锻件。复杂的非回转体锻件。l 胎模锻造的特点介于自由锻与锤上模锻之间，比自胎模锻造的特点介于自由锻与锤上模锻之间，比自由锻生产率高，锻件质量较好，锻模简单，生产准备由锻生产率高，锻件质量较好，锻模简单，生产准备周期短，广泛用于中、小批量的小型锻件的生产。周期短，广泛用于中、小批量的小型锻件的生产

21、。l板料冲压是利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或别离，板料冲压是利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或别离，从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。板料冲压通常在常温从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。板料冲压通常在常温下进行，又称冷冲压，只有当板厚大于下进行，又称冷冲压，只有当板厚大于810 mm时才采用热冲压。时才采用热冲压。l 冲压加工的应用范围广泛，既适用于金属材料，也适用于非金属冲压加工的应用范围广泛，既适用于金属材料，也适用于非金属材料；既可加工仪表上的小型制件，也可加工汽车覆盖件等大型制材料；既可加工仪表上的小型制件，也可加工汽车覆盖件等大型制件。在汽车、拖拉机、

22、电器、航空、仪表及日常生活用品等制造行件。在汽车、拖拉机、电器、航空、仪表及日常生活用品等制造行业中，均占有重要地位。业中，均占有重要地位。l 板料冲压具有以下特点：板料冲压具有以下特点：l 1生产率高，操作简便，便于实现机械化和自动化；生产率高，操作简便，便于实现机械化和自动化；l 2产品质量好：尺寸精度和外表质量较高。互换性好，一般不产品质量好：尺寸精度和外表质量较高。互换性好，一般不须进一步加工。须进一步加工。l 3板料利用率高：可冲制复杂的零件，废料少。板料利用率高：可冲制复杂的零件，废料少。别离变形过程包括弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。别离变形过程包括弹性变形、塑性变形、断裂三个

23、阶段。断口区域包括：塌角、光亮带、断裂带和毛刺等断口区域包括：塌角、光亮带、断裂带和毛刺等4局部。局部。间隙：间隙：过大或过小都将使上下裂纹不重合，毛刺增大。过大或过小都将使上下裂纹不重合，毛刺增大。刃口尺寸：刃口尺寸：设计落料模时，设计落料模时，应先按落料件确定凹模刃应先按落料件确定凹模刃 口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据口尺寸，取凹模作设计基准件，然后根据 间隙确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺间隙确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺 寸来保证间隙值寸来保证间隙值；设计冲孔模时，设计冲孔模时，应先按应先按冲孔冲孔件确定凸模刃口件确定凸模刃口 尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙尺寸，取凸模

24、作设计基准件，然后根据间隙 确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保 证间隙值。证间隙值。使板料的一局部相对于另一局部产生位移的工序，即使板料的一局部相对于另一局部产生位移的工序，即板料只产生塑性变形而不破裂。板料只产生塑性变形而不破裂。如弯曲、拉深、翻边、旋压、成形等工序。如弯曲、拉深、翻边、旋压、成形等工序。2、成形工序、成形工序l2.弯曲弯曲l 弯曲是将板料、型材或管材弯成一定角度或弧度的工序。弯曲是将板料、型材或管材弯成一定角度或弧度的工序。l 板料弯曲时，内侧金属受切向压应力，产生压缩变形；板料弯曲时，内侧金属受切向压应力，产生压缩变形；外层金属受

25、切向拉应力，产生伸长变形，表现为图外层金属受切向拉应力，产生伸长变形，表现为图1129所所示的板料上矩形网格发生变化。当拉应力超过材料的抗拉强示的板料上矩形网格发生变化。当拉应力超过材料的抗拉强度时，即会造成金属破裂。坯料厚度度时，即会造成金属破裂。坯料厚度t 越大越大,弯曲半径弯曲半径r 越小，越小，材料所受的内应力就越大，越容易弯裂。因此，必须控制最材料所受的内应力就越大，越容易弯裂。因此，必须控制最小弯曲半径，通常取小弯曲半径，通常取(0.251)t。材料塑性好时取下限。材料塑性好时取下限。l 弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直弯曲时还应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直(图图11

26、20)，亦即使材料所受的拉应力与纤维方向一致，否那么，亦即使材料所受的拉应力与纤维方向一致，否那么容易产生破裂。容易产生破裂。3.拉拉 深深 拉深是将板料变形为中空形状零件的工序，可以生产筒拉深是将板料变形为中空形状零件的工序，可以生产筒形、锥形、球形、方盒形以及其他非规那么形状的中空零件形、锥形、球形、方盒形以及其他非规那么形状的中空零件(图图1132)。拉深过程为，在凸模作用下，板料被拉入凸模和凹模的拉深过程为，在凸模作用下，板料被拉入凸模和凹模的间隙中，形成中空零件。其凸缘和凸模圆角部位变形最大。间隙中，形成中空零件。其凸缘和凸模圆角部位变形最大。凸缘局部在圆周切线方向受压应力，压应力过

27、大时，会发生凸缘局部在圆周切线方向受压应力，压应力过大时，会发生折皱折皱(图图ll34)，坯料厚度愈小，拉探深度，坯料厚度愈小，拉探深度H愈大，愈容易产愈大，愈容易产生折皱。为防止折皱，可采用有压板拉深生折皱。为防止折皱，可采用有压板拉深(图图1135)，凸模圆，凸模圆角部位承受筒壁传递的拉应力，材料变薄，容易在此处拉裂。角部位承受筒壁传递的拉应力，材料变薄，容易在此处拉裂。为防止拉裂，拉深模具的凸、凹模必须具有一定的圆角，圆为防止拉裂，拉深模具的凸、凹模必须具有一定的圆角，圆角半径角半径r凸凸r凹凹=510t,且模具间隙且模具间隙z应稍大于板厚应稍大于板厚t,一般一般z=(1.11.2)t。

28、假设拉深系数假设拉深系数m=d/D(d-筒径，筒径，D-坯料直径过小，不能一坯料直径过小，不能一次拉深成形时，可采用屡次拉深工艺，并中间穿插再结晶次拉深成形时，可采用屡次拉深工艺，并中间穿插再结晶退火，消除前面所产生的加工硬化现象。退火，消除前面所产生的加工硬化现象。冲裁件：冲裁件：1外形使排样时废料少，以提高材料的利用率。外形使排样时废料少，以提高材料的利用率。2冲孔件力求简单、对称，尽可能采用规那么形状。冲孔件力求简单、对称，尽可能采用规那么形状。3防止长槽与细长悬臂结构，孔与孔、孔与边缘防止长槽与细长悬臂结构，孔与孔、孔与边缘 的距离不小于板厚。的距离不小于板厚。4圆孔直径大于板厚，方孔

29、的边长大于圆孔直径大于板厚，方孔的边长大于0.9板厚，板厚，外缘凸出或凹进尺寸大于外缘凸出或凹进尺寸大于1.5板厚。板厚。l拉深件：拉深件：l 1外形力求简单、对称。外形力求简单、对称。l2尽量防止深度过大。尽量防止深度过大。l3拉深件圆角半径应尽量大，以利于成形和减少拉拉深件圆角半径应尽量大，以利于成形和减少拉 l 深次数。深次数。l对复杂结构可采用冲焊结合。对复杂结构可采用冲焊结合。锻压也是获得零件毛坯的主要方法之一。与铸造所锻压也是获得零件毛坯的主要方法之一。与铸造所不同的是，锻压是利用材料具有不同的是，锻压是利用材料具有塑性塑性的原理，在固的原理，在固态下使材料产生塑性变形而获得锻压件。由于固态态下使材料产生塑性变形而获得锻压件。由于固态下金属的变形难度较大，所以，锻压不能生产形状下金属的变形难度较大，所以，锻压不能生产形状非常复杂，尤其是内腔很复杂的零件。但是同样的非常复杂，尤其是内腔很复杂的零件。但是同样的材料锻压件的机械性能比铸件好，所以，锻造主要材料锻压件的机械性能比铸件好，所以，锻造主要生产承受重大载荷的重要零件，如轴类、重要的齿生产承受重大载荷的重要零件，如轴类、重要的齿轮类等。轮类等。