第三章 锻压成型(机械制造基础).
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机械制造基础于文强第3章锻压
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机械制造基础于文强第3章锻压
3.2.1冲压设备 冲压所用的设备种类有多种，
主要设备有剪床和冲床。
¨ 1.剪床
¨ 剪床是下料用的基本设备，它是将板料切 成一定宽度的条料或块料，以供给冲压所 用。
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机械制造基础于文强第3章锻压
2.冲床
¨ 冲床是进行冲压加工的基本设备，它可完 成除剪切外的绝大多数冲压基本工序。冲 床按其结构可分为单柱式和双柱式、开式 和闭式等；按滑块的驱动方式分为液压驱 动和机械驱动两类。机械式冲床的工作机 构主要由滑块驱动机构（如曲柄、偏心齿 轮、凸轮等）、连杆和滑块组成。
；
¨ ②设备有故障，单击时发生连击动作。 ¨ (7)翘曲。表现为锻件中心线与分模面有弯
曲偏筹。
¨
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机械制造基础于文强第3章锻压
¨ ①锻件从模槽中撬起时变形；
¨ ②锻件在切边时变形。
¨ (8)锻件分模面处有残余毛刺主要原因如下 ：
¨ ①切边模与终锻模槽尺寸不相符合；
¨ ②切边模磨损或锻件放置不正。
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机械制造基础于文强第3章锻压
¨ (3)表面划伤。产生表面划伤的原因较多， 归纳如下：
¨ ①冲模或工件表面不干净； ¨ ②冲模工作表面不光滑； ¨ ③润滑剂不洁净； ¨ ④润滑不良。
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机械制造基础于文强第3章锻压
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
。
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机械制造基础于文强第3章锻压
裂纹
¨ 在加热截面尺寸大的大钢锭和导热性差的 高合金钢和高温合金坯料时，如果低温阶 段加热速度过快，则坯料因内外温差较大 而产生很大的热应力。加之此时坯料由于 温度低而塑性较差，若热应力的数值超过 坯料的强度极限，就会产生由中心向四周 呈辐射状的加热裂纹，使整个断面裂开。
第三章 锻压
模锻空气锤
二、模锻
行程不能调节； 不能拔长和滚挤； 每个变形工步在
一次行程中完成。
螺旋压力机
二、模锻
平锻机
二、模锻
2．锻模及模膛
锻模——模锻时使坯料成形而获得模锻件的工具。
锻模分上模和下模两部分，分别紧固在锤头与砧 座上。锻模通常有多个模膛。模膛根据其作用不 同，分为制坯模膛和模锻模膛两大类。下图为连 杆弯形的多模膛锻模及模锻过程
第五步：修正外圆 边轻打边旋转锻件，使外圆消除鼓形，并达到Φ92±1mm。
第六步：修整平面
轻打（如端面不平还要边打边转动锻件），使锻件厚度 达到44±1mm。
§3－3 自由锻
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而获得所需 的几何形状及内部质量的锻件的锻造方法。
成形弯形
动画
6．切割
切割——把板材或型材等切成所需形状和尺寸 的坯料或工件的锻造工序。
单面切割 双面切割和四面切割 圆料切割
单面切割
双面切割和四面切割
双面切割——在坯料的两个相对面上先后切 割。
四面切割——先切割两相对面，再切割相邻 的两相对面。
双面和四面切割一般用于切割截面较大的坯 料。
一、 胎模锻 二、模锻
§3－4 模锻
模锻特点：
模锻件尺寸精度高、形状可以很复杂、质 量好、节省金属和生产率高等优点。在大批 量生产时，模锻件的成本较低。 模锻的不足之处是锻件质量较小，不宜锻 造大型锻件；模锻设备投资大，在小批量生 产时不经济；工艺灵活性不如自由锻。锻件 形状复杂； 应用： 中、小型锻件的成批和大量生产
（2）凸模与凹模之间应留有略大于板料厚度的间 隙；
（3）拉深前，应在板料上或凹模的工作部分刷涂 润滑剂；
机械制造基础-第3章锻压
作业答案：4.轴承座
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
加工余量:上面>侧面>底面 模样放收缩率1%
大批生产 ----机器两箱分模造型 (共用同一个铸造工艺图)
上 下
作业答案：5.支撑台
表示圆周面不需要 加工，即相对来说不重要， 因此将铸件横卧下来，造 型最简单。
上 下
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
凸模
凹 模
SHANGHAI UNIVERSITY
上海大学机自学院
2．弯曲---是利用弯曲模使工件轴线弯成一定 角度和曲率的工序。 自由弯曲 ① 弯曲方法 校正弯曲
② 弯曲件废品类型
自由弯曲 校正弯曲
外层开裂---当外侧拉应力超过板料抗拉强度时， 将在外侧转角处出现裂纹。 故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲 半径）,一般 r min ≥t（板厚）；同时注意毛坯 下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。
SHANGHAI UNIVERSITY
例1:
例2:
SHANGHAI UNIVERSห้องสมุดไป่ตู้TY
上海大学机自学院
3.3 板料冲压
板料冲压→在冲床上用冲模使板料产生分离 或变形而获得制件的加工方法。又叫冷冲压。 冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形 状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、 强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此 在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工 和日用品及国防工业生产中得到广泛应用。 常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、 铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷 料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等 非金属板料。
放收缩率1% 余量：上面>侧面>下面
作业答案：5.支撑台
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
加工余量:上面>侧面>底面 模样放收缩率1%
大批生产 ----机器两箱分模造型 (共用同一个铸造工艺图)
上 下
作业答案：5.支撑台
表示圆周面不需要 加工，即相对来说不重要， 因此将铸件横卧下来，造 型最简单。
上 下
单件小批生产 ----手工两箱分模造型
凸模
凹 模
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2．弯曲---是利用弯曲模使工件轴线弯成一定 角度和曲率的工序。 自由弯曲 ① 弯曲方法 校正弯曲
② 弯曲件废品类型
自由弯曲 校正弯曲
外层开裂---当外侧拉应力超过板料抗拉强度时， 将在外侧转角处出现裂纹。 故应限制板料的最大弯曲变形程度（即最小弯曲 半径）,一般 r min ≥t（板厚）；同时注意毛坯 下料方向，最好使板料流线方向与弯曲线垂直。
SHANGHAI UNIVERSITY
例1:
例2:
SHANGHAI UNIVERSห้องสมุดไป่ตู้TY
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3.3 板料冲压
板料冲压→在冲床上用冲模使板料产生分离 或变形而获得制件的加工方法。又叫冷冲压。 冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形 状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、 强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。因此 在汽车、拖拉机、电机、电器、仪表仪器、轻工 和日用品及国防工业生产中得到广泛应用。 常用的冲压材料有低碳钢、高塑性合金钢、 铝和铝合金、铜和铜合金等金属板料、带料与卷 料，还可加工纸板、塑料板、胶木板、纤维板等 非金属板料。
放收缩率1% 余量：上面>侧面>下面
作业答案：5.支撑台
机械制造技术课件：锻压成形
工具,直接使坯料变形而获得 所需的几何形状及内部质量的 锻件的方法。
锻压成形
3.应力状态 金属在锻压加工时,由于采用的方式不同,金属受力时产 生的应力状态也不同,因此 其可锻性也有一定的区别,其变形 方式主要有挤压和拉拔。挤压时金属三个方向承受压应 力, 如图5－5(a)所示。在压应力的作用下,金属呈现出很高的塑 性,因为压应力有助于恢 复晶界联系,压合内部的孔洞缺陷,可 阻碍裂缝形成和扩展。但压应力将增大金属的摩擦, 提高金 属的变形抗力,锻压加工时需要的加工设备吨位大。
锻压成形
图5－6 碳钢的锻造温度范围
锻压成形
1)始锻温度的确定 在不出现过热、过烧等加热缺陷的前提下, 尽量提高始 锻温度,使金属具有良好的可锻性。 始锻温度一般控制在固 相线以下150~250℃。
锻压成形
2)终锻温度的确定 终锻温度过高,停止锻造后金属的晶粒还会 继续长大,锻 件的力学性能随着下降;终锻温度 过低,金属再结晶进行的不 充分,加工硬化现象 严重,内应力增大,甚至导致锻件产生裂纹。 钢 中碳的质量分数不同,其终锻温度也不同,如亚 共析钢的终 锻温度一般控制在GS 线以下的两相 区(A+F),而过共析钢如 在 ES 线以上停止锻 造,冷却至室温时锻件会出现网状的二 次渗碳 体,因此其终锻温度控制在 PSK 线以上 50~ 70℃,以 便通过反复锻打击碎网状的二次渗碳 体。常用金属材料的 锻造温度范围见表5－2。
锻压成形
锻压成形
2.金属加热易产生的缺陷 1)氧化、脱碳 钢加热到一定温度范围后,表层的铁和炉气中的氧化性 气体(O2、CO2、H2O、SO2)发 生化学反应,将使钢的表层形 成氧化皮(铁的氧化物 Fe3O4、FeO、Fe2O3),这种现象称为 氧 化。大锻件表层脱落下来的氧化皮厚度达7~8mm,钢在加热 过程中因生成氧化皮而造 成的损失,称为烧损。每次加热时 的烧损量可达金属质量的1%~3%。氧化皮的硬度很高,可能 被压入金属表层,影响锻件质量和模具的寿命。因此,要尽量 缩短加热时间或在 还原性炉气中加热。
锻压成形
3.应力状态 金属在锻压加工时,由于采用的方式不同,金属受力时产 生的应力状态也不同,因此 其可锻性也有一定的区别,其变形 方式主要有挤压和拉拔。挤压时金属三个方向承受压应 力, 如图5－5(a)所示。在压应力的作用下,金属呈现出很高的塑 性,因为压应力有助于恢 复晶界联系,压合内部的孔洞缺陷,可 阻碍裂缝形成和扩展。但压应力将增大金属的摩擦, 提高金 属的变形抗力,锻压加工时需要的加工设备吨位大。
锻压成形
图5－6 碳钢的锻造温度范围
锻压成形
1)始锻温度的确定 在不出现过热、过烧等加热缺陷的前提下, 尽量提高始 锻温度,使金属具有良好的可锻性。 始锻温度一般控制在固 相线以下150~250℃。
锻压成形
2)终锻温度的确定 终锻温度过高,停止锻造后金属的晶粒还会 继续长大,锻 件的力学性能随着下降;终锻温度 过低,金属再结晶进行的不 充分,加工硬化现象 严重,内应力增大,甚至导致锻件产生裂纹。 钢 中碳的质量分数不同,其终锻温度也不同,如亚 共析钢的终 锻温度一般控制在GS 线以下的两相 区(A+F),而过共析钢如 在 ES 线以上停止锻 造,冷却至室温时锻件会出现网状的二 次渗碳 体,因此其终锻温度控制在 PSK 线以上 50~ 70℃,以 便通过反复锻打击碎网状的二次渗碳 体。常用金属材料的 锻造温度范围见表5－2。
锻压成形
锻压成形
2.金属加热易产生的缺陷 1)氧化、脱碳 钢加热到一定温度范围后,表层的铁和炉气中的氧化性 气体(O2、CO2、H2O、SO2)发 生化学反应,将使钢的表层形 成氧化皮(铁的氧化物 Fe3O4、FeO、Fe2O3),这种现象称为 氧 化。大锻件表层脱落下来的氧化皮厚度达7~8mm,钢在加热 过程中因生成氧化皮而造 成的损失,称为烧损。每次加热时 的烧损量可达金属质量的1%~3%。氧化皮的硬度很高,可能 被压入金属表层,影响锻件质量和模具的寿命。因此,要尽量 缩短加热时间或在 还原性炉气中加热。
机械制造基础_锻压2
机械制造基础第5辑锻压成型（2）集美大学工程训练中心目录第三章锻压成形（2）3.3 板料冲压3.3.1 概述3.3.2 冲压设备3.3.3 冲压的基本工序3.3.4 冲模3.4 粉末冶金3.4.1 粉末冶金的概念及工艺过程3.4.2 粉末冶金的特点与应用3.5 锻压新工艺3.5.1 超塑性成形3.5.2 粉末锻造3.5.3 液态模锻3.5.4 多向模锻3.5.5 半固态金属塑性成形3.5.6 高能率成形3.5.7 精密冲裁3.5.8 回转成形3.3 板料冲压3.3.1 概述板料冲压是在冲床上用冲模使金属或非金属板料产生分离或变形而获得制件的加工方法。
板料冲压通常在室温下进行，所以又叫冷冲压。
用于冲压的材料必须具有良好的塑性。
常用的有低碳钢、高塑性合金钢、铝和铝合金、铜和铜合金等金属材料以及皮革、塑料、胶木等非金属材料。
冲压的优点是生产率高、成本低；成品的形状复杂、尺寸精度高、表面质量好且刚度大、强度高、重量轻，无需切削加工即可使用。
因此在汽车、拖拉机、电机、电器、日常生活用品及国1.板料冲压特点(1)生产率高(靠模具设备成形，操作简便，易实现“两化”)。
(2)可获得复杂形状的制件，而且废料少，材料利用率高。
(3)制件尺寸精度高，表面质量、互换性好，不需机加工。
(4)制件强度高、刚性好、重量轻。
(5)加工成本低。
(6)采用冲压与焊接、胶接等复合工艺，使零件结构更趋合理。
(7)加工更为方便，可用较简单的工艺制造出更复杂的结构件。
(8)可方便进行CAD/CAPP/CAM。
2.板料冲压应用冲压既能够制造尺寸很小的仪表零件，又能够制造如汽车大梁、压力容器封头一类的大型零件，还能够制造精密(公差在微米级)和复杂形状的零件。
全世界钢产量中有60%~70%以上的板材、管材及其他型材，大部分是经过冲压制成的。
冲压技术在制造业生产中得到了广泛的应用，如视频23所示。
教学视频23板料冲压的应用(点击画面启动视频)冲压常用的设备有剪床和冲床等。
材料成型技术-第三章锻压
自动化生产
自动化锻压设备的应用，实现生 产线的智能化和高效化。
环保锻造
注重环境保护，推动绿色、可持 续发展的锻压数选择
根据锻造材料、形状和尺寸等要求，选择适当的锻 造温度、锻造速度和锻造力量。
工艺参数优化
通过工艺参数的优化，提高锻件的质量和产量，降 低成本和能源消耗。
锻压工艺的发展与前景
技术创新
不断引入新材料、新工艺和新设 备，提高锻压工艺的效率、精度 和灵活性。
原理
锻压利用力量，让金属原料在受压和冲击的作用下 发生塑性变形，从而改变其形状和结构。
锻压的基本过程和设备
1
加热与预变形准备
将金属原料加热至适当温度，并进行预变形，为后续锻压过程做好准备。
2
锻造操作
通过锻压设备施加力量，使金属原料发生塑性变形，达到所需形状。
3
冷却与处理
对锻造后的金属进行冷却和处理，以提高锻件的性能和质量。
锻件在汽车制造中广泛应用，如发动机传动轴、悬挂系统和转向零件等。
3 能源行业
用于制造发电设备、石油钻机和核能设备等。
锻件质量控制与检测技术
1
质量控制
通过严格的质量控制体系和工艺流程，
检测技术
2
确保锻件的尺寸精度、力学性能和工艺 性能。
采用非破坏性检测和破坏性检测技术，
如超声波检测、渗透检测和金相检测等，
锻压的分类和特点
分类
按照荷载形式可分为自由锻造、模锻和精锻； 按照锻件形状可分为平面锻压、轴对称锻压和 非轴对称锻压。
特点
锻压具有高强度、高精度、高质量的特点，可 制造出各种复杂形状和大尺寸的金属零件。
锻压在工业生产中的应用
1 航空航天业
机械制造基础 第三章 锻压工艺及应用
3.3 自由锻
3.3.1概述
自由锻指将金属坯料放在锻造设备的上下抵铁之间，施加冲击力或 压力，使之产生自由变形而获得所需形状的成形方法。坯料在锻 造过程中，除与上下抵铁或其它辅助工具接触的部分表面外，都 是自由表面，变形不受限制，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来 保证，所用设备与工具通用性强。 自由锻主要用于单件、小批生产，也是生产大型锻件的唯一方法。
机械制造基础
3.3.3. 自由锻工序
根据作用与变形要求的不同，可分为基本工序、辅助工序和精整工序。
1.基本工序：改变坯料的形状和尺寸以达到锻件基本成形的工序， 包括镦粗（动画演示）、拔长（动画演示）、冲孔（动画演示）、 弯曲（动画演示）、切割、扭转、错移（动画演示）等。最常用 的是镦粗、拔长、冲孔。 2.辅助工序：为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局 部变形的工序。如压钳口、倒棱和切肩。 3.精整工序：修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭， 使锻件达到图纸要求的工序。如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。
机械制造基础
3.4.5 其他模锻设备
1.螺旋压力机 一般适用于中、小批量生产的各种形状复杂的模锻件，尤其是适用 于锻造轴对称性的锻件。 2.液压机 是一种用液体压力来传递能量的锻压设备。 3.精压机 精密模锻是在普通锻压设备上，装置具有模腔形状复杂（近于产 品零件形状）、尺寸精度高的锻模，直接锻造出所要求的产品零 件，如图3-22所示的差速器行星锥齿轮。 4.楔横轧机 主要用来生产大批量的轴类锻件或预制毛坯。
3）弯曲模膛。使坯料弯曲的模膛，如图3-15-c所示。 4）切断模膛。如图3-15d所示。
（2）模锻模膛
1）预锻模膛。为改善金属流动条件，使锻件最终成形前获得接近终锻形状的模膛。 2）终锻模膛。模锻时最后成形用模膛，需有飞边槽。带冲孔连皮和飞边的锻件如图3-16 所示。 根据模锻件的复杂程度，可将锻模设计为单膛锻模和多膛锻模，简单锻件如齿轮坯 可仅设计为单膛锻模；对弯曲连杆可设计为多膛锻模，如图3-17所示。
材料成型讲义技术_--_第三章锻压_3.2
③平锻机模锻：平锻机是具有镦锻滑块和夹紧滑块 的卧式压力机。
④螺旋压力机模锻：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转 带动滑块上下运动，向上实现回程，向下进行锻 打的压力机。
3.2.2 冲压
1.冲压
是使板料经分离或成形而得到制 件的工艺统称。
（1）冲压设备： 1）剪床→把板料切成一定宽度的条料， 为后续的冲压备料。 2）冲床→完成冲压的各道工序， 生产出合格的产品。
镦粗
制坯模膛（体积分配）
拔长 滚挤★
弯曲 …
模锻膛（锻件与坯料切离）
设飞边槽★ 放收缩率
实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应 选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件 采用仅有终锻模膛的单模膛锻模， 而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯 曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、 终锻等多个模膛的锻模逐步成形。
特别适于重型、大型锻件生产。
（4）自由锻的基本工序 分类 ： 1）辅助工序： 为方便基本工序的操作而预先进行局部小变形 的工序。 如倒棱、压肩等。 2）精整工序： 修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪 斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。 3）基本工序： 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。 如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。
冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时：
Z＝（6％～8％）δ
冲裁硬钢等材料时：Z＝（8％～12％）δ
冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适 当增大。
3）排样：
即冲裁件在板料或带料上的布置方法。
排样原则：合理。
目的：简化模具结构，提高材料利用率。
4）提高冲裁质量的冲压工艺：
当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时， 常采用整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提 高冲裁质量。
④螺旋压力机模锻：螺旋压力机是靠主螺杆的旋转 带动滑块上下运动，向上实现回程，向下进行锻 打的压力机。
3.2.2 冲压
1.冲压
是使板料经分离或成形而得到制 件的工艺统称。
（1）冲压设备： 1）剪床→把板料切成一定宽度的条料， 为后续的冲压备料。 2）冲床→完成冲压的各道工序， 生产出合格的产品。
镦粗
制坯模膛（体积分配）
拔长 滚挤★
弯曲 …
模锻膛（锻件与坯料切离）
设飞边槽★ 放收缩率
实际锻造时应根据锻件的复杂程度相应 选用单模膛锻模或多模膛锻模。 一般形状简单的锻件 采用仅有终锻模膛的单模膛锻模， 而形状复杂的锻件（如截面不均匀、轴线弯 曲、不对称等）则需采用具有制坯、预锻、 终锻等多个模膛的锻模逐步成形。
特别适于重型、大型锻件生产。
（4）自由锻的基本工序 分类 ： 1）辅助工序： 为方便基本工序的操作而预先进行局部小变形 的工序。 如倒棱、压肩等。 2）精整工序： 修整锻件最终形状和尺寸、消除表面不平和歪 斜的工序。如修整鼓形、校平、校直等。 3）基本工序： 锻造过程中直接改变坯料形状和尺寸的工序。 如镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲、锻接等。
冲裁软钢、铝合金、铜合金等软材料时：
Z＝（6％～8％）δ
冲裁硬钢等材料时：Z＝（8％～12％）δ
冲厚板或精度较低的冲裁件时，间隙还可适 当增大。
3）排样：
即冲裁件在板料或带料上的布置方法。
排样原则：合理。
目的：简化模具结构，提高材料利用率。
4）提高冲裁质量的冲压工艺：
当冲裁件剪断面用做工作表面或配合表面时， 常采用整修、挤光、精密冲裁等冲压工艺以提 高冲裁质量。
机械制造-锻压成形
目录
51
3.3.2 冲压设备
冲压常用的设备有剪床和冲床等。剪床的作用是把板料切成一 定宽度的条料，为后续的冲压备料。冲床的作用是完成冲压的各道 工序，生产出合格的产品。
剪床
动画：剪床工作原理
目录
52
4. 其他成形工序简介
1）翻边 所谓翻边就是将零件的孔边缘或外边缘在模具作用下，翻成竖 立边缘的一种冲压工艺方法。
目录
44
4） 弯曲 将毛坯弯成所需形状的工序， 在进行弯曲变形前，先要将毛坯 锻成所需形状，使体积合理分配。 便于获得合格产品。
5） 扭转 将毛坯一部分相对于另一 部分绕其轴线旋转一定角度的 工序。
教学视频：弯曲
教学视频：扭转
目录
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2)典型锻件的自由锻工艺示例
表3-2 自由锻工艺
锻 件 名 称 齿 轮 坯 锻 工 艺 类 别 自 由 件 锻 图 锻 造 温 度 范 围 1200～800℃ 设 备 材 45钢 料 图 料 加 热 火 次 1 65 Kg空气锤 坯
目录
39
3.1 金属的塑性变形及锻造性能
3.1.1 金属的塑性变形
1. 塑性变形 金属在外力作用下，内部产生应力 和应变。当应力小于屈服强度时，内部 只发生弹性应变；当应力超过屈服强度 时，迫使组成金属的晶粒内部产生滑移 或孪晶，同时晶粒间也产生滑移和转动， 因而形成了宏观的塑性变形。 1）弹性变形及破断 当金属受外力作用时，外力可分为 正应力和切应力，正应力使金属产生弹 性变形或破断。
目录
41
动画：几种常用锻压方法的应力状态
目录
42
综上所述，金属的锻造 性不仅取决于金属的本质，
还取决于变形的工艺条件。
因此，进行压力加工时，要 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，使能量消耗最少, 用最经济的方法达到加工的 目的。
机械制造基础第3章锻造
3.1.3锻压生产的发展趋势
锻压生产虽然生产效率高，锻件综合性能高，节约原材料；但其生产周 期较长，成本较高，处于不利的竞争地位。锻压生产要跟上当代科学技术的 发展，需要不断改进技术、采用新工艺和新技术，进一步提高锻件的性能指 标；同时缩短生产周期、降低成本。
整理课件
3.2锻压工艺基础
3.2.1金属的塑性变形
塑性变形的实质是在外力的作用下金属内部的原子沿一定的晶面和 晶向产生了滑移的结果。
在一般情况下，实际金属都是多晶体。多晶体的变形是与其 中各个晶粒的变形行为有关的。为了便于研究，有必要先通过单 晶体的塑性变形来掌握金属塑性变形的基本规律。
整理课件
1）单晶体的塑性变形
实验表明，晶体只有在切应力作用下才会发生塑性变形。 室温下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进
但是锻压生产也存在以 下缺点：不能直接锻制成形 状较复杂的零件；锻件的尺 寸精度不够高；锻压生产所 需的重型的机器设备和复杂 的工模具，对于厂房基础要 求较高，初次投资费用高。
铸造、锻造、机械加工三种金属加工方法所 得到的零件低倍宏观流线示意图产根据使用工具和生产工艺的不同而分为自由锻、模锻和特种锻 造。锻造工艺在锻件生产中起着重大作用。工艺流程不同，得到的锻件质量 有很大的差别，使用的设备类型、吨位也相去甚远。锻件的应用范围很广， 几乎所有运动的重大受力构件都是由锻压成形的。锻压在机器制造业中有着 不可替代的作用，一个国家的锻造水平，可反映出这个国家机器制造业的水 平。随着科学技术的发展，工业化程度的日益提高，需求锻件的数量逐年增 长。据预测，飞机上采用的锻压（包括板料成形）零件将占85%，汽车将占 60～70%，农机、拖拉机将占70%。
整理课件
2）回复
经塑性变形后的工件，在退火加热温度不太高时，冷变形金属的显微 组织无明显的变化，只能使内应力明显降低和消除，金属的力学性能 没有显著变化，即强度、硬度下降很少，塑性提高不多，这一过程称 为回复。
锻压生产虽然生产效率高，锻件综合性能高，节约原材料；但其生产周 期较长，成本较高，处于不利的竞争地位。锻压生产要跟上当代科学技术的 发展，需要不断改进技术、采用新工艺和新技术，进一步提高锻件的性能指 标；同时缩短生产周期、降低成本。
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3.2锻压工艺基础
3.2.1金属的塑性变形
塑性变形的实质是在外力的作用下金属内部的原子沿一定的晶面和 晶向产生了滑移的结果。
在一般情况下，实际金属都是多晶体。多晶体的变形是与其 中各个晶粒的变形行为有关的。为了便于研究，有必要先通过单 晶体的塑性变形来掌握金属塑性变形的基本规律。
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1）单晶体的塑性变形
实验表明，晶体只有在切应力作用下才会发生塑性变形。 室温下，单晶体的塑性变形主要是通过滑移和孪生进
但是锻压生产也存在以 下缺点：不能直接锻制成形 状较复杂的零件；锻件的尺 寸精度不够高；锻压生产所 需的重型的机器设备和复杂 的工模具，对于厂房基础要 求较高，初次投资费用高。
铸造、锻造、机械加工三种金属加工方法所 得到的零件低倍宏观流线示意图产根据使用工具和生产工艺的不同而分为自由锻、模锻和特种锻 造。锻造工艺在锻件生产中起着重大作用。工艺流程不同，得到的锻件质量 有很大的差别，使用的设备类型、吨位也相去甚远。锻件的应用范围很广， 几乎所有运动的重大受力构件都是由锻压成形的。锻压在机器制造业中有着 不可替代的作用，一个国家的锻造水平，可反映出这个国家机器制造业的水 平。随着科学技术的发展，工业化程度的日益提高，需求锻件的数量逐年增 长。据预测，飞机上采用的锻压（包括板料成形）零件将占85%，汽车将占 60～70%，农机、拖拉机将占70%。
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2）回复
经塑性变形后的工件，在退火加热温度不太高时，冷变形金属的显微 组织无明显的变化，只能使内应力明显降低和消除，金属的力学性能 没有显著变化，即强度、硬度下降很少，塑性提高不多，这一过程称 为回复。
《锻压成型》PPT课件
不同方法制造的曲轴的纤维组织分布
§3.2 自由锻造
自由锻造 自由锻是使坯料在外力作用下，部分金属塑性 变形受限制，其余金属可自由流动而获得所需几何形状、尺寸及内部质量的锻件的一种工艺方法。
自由锻的生产特点 ＊所用设备及工具简单。 ＊工艺适应性强，特别适合生产单件或大型锻件。对于大型锻件，
自由锻是唯一的方法。 ＊加工余量大，锻件的精度和表面粗糙度较差，且工件质量不稳定。 ＊金属的损耗大，劳动强度大，生产率较低。
金属在加热时，其组织和性能的变化分为 三个阶段：
当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能通过晶体错位消除晶格扭曲，产生塑性变形。
这种现象称为回复。此时的变形称为冷变形。
冷变形使加工硬化现象得到部分消除。 ＊冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。 ＊回复温度：T回 =( 0.25～0.3 )T熔 ( K )
金属塑性变形过程有两个阶段
弹性变形阶段：金属在某一程度的外力作用下，其内部产生应力，使原子离开原来的平衡位置，原子间的相 互距离发生改变使得金属变形。外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。
塑性变形阶段：当外力增大到使金属内部产生的应力超过该金属的屈服点，使其内部原子排列的相对位置发 生不可逆转的变化而导致金属变形。外力停止作用后，变形也不消失。
加热到较高温度时，原子继续获得热能，扩散能力加强，并以冷变形时破碎的某些晶体（碎晶）或杂质为新的结晶 核心，原子在金属内部重新排序，形成新的晶粒。这种现象称为再结晶。再结晶消除了全部加工硬化现象。此时的 变形称为温变形。
＊温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，因此，工件表面质量比 热变形时好。
2.变形速度（指单位时间内的变形量）
§3.2 自由锻造
自由锻造 自由锻是使坯料在外力作用下，部分金属塑性 变形受限制，其余金属可自由流动而获得所需几何形状、尺寸及内部质量的锻件的一种工艺方法。
自由锻的生产特点 ＊所用设备及工具简单。 ＊工艺适应性强，特别适合生产单件或大型锻件。对于大型锻件，
自由锻是唯一的方法。 ＊加工余量大，锻件的精度和表面粗糙度较差，且工件质量不稳定。 ＊金属的损耗大，劳动强度大，生产率较低。
金属在加热时，其组织和性能的变化分为 三个阶段：
当加热温度不高时，原子扩散能力不强，只能通过晶体错位消除晶格扭曲，产生塑性变形。
这种现象称为回复。此时的变形称为冷变形。
冷变形使加工硬化现象得到部分消除。 ＊冷变形时因存在加工硬化，因此，变形程度不宜过大，以免工件开裂。 ＊回复温度：T回 =( 0.25～0.3 )T熔 ( K )
金属塑性变形过程有两个阶段
弹性变形阶段：金属在某一程度的外力作用下，其内部产生应力，使原子离开原来的平衡位置，原子间的相 互距离发生改变使得金属变形。外力停止作用后，应力消失，变形也随之消失。
塑性变形阶段：当外力增大到使金属内部产生的应力超过该金属的屈服点，使其内部原子排列的相对位置发 生不可逆转的变化而导致金属变形。外力停止作用后，变形也不消失。
加热到较高温度时，原子继续获得热能，扩散能力加强，并以冷变形时破碎的某些晶体（碎晶）或杂质为新的结晶 核心，原子在金属内部重新排序，形成新的晶粒。这种现象称为再结晶。再结晶消除了全部加工硬化现象。此时的 变形称为温变形。
＊温变形时，变形抗力比冷变形小得多，塑性好得多，而工件表面氧化现象没有热变形严重，因此，工件表面质量比 热变形时好。
2.变形速度（指单位时间内的变形量）
机械制造基础第三章课件 压力加工
直轴或阶梯轴，如传动轴、轧辊、立柱、拉杆等；也 可以是矩形、方形、工字形或其他截面的杆件，如连 杆、摇杆、杠杆等。
图 轴杆类锻件锻造过程 （1）下料 （2）拔长 （3）镦出法兰 （4）拔出锻件
（3）筒类零件
（4）环类零件
（5）曲轴类零件
锻造工序：拔长（或镦粗及拔长），错移，锻台阶，扭转
（6）弯曲类零件
4
锻压应用：
轧制、挤压、拉拔 —— 金属型材、板材、钢材、 线材等； 自由锻、模锻 —— 承受重载的机械零件，如机 器主轴、重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；
板料冲压 —— 汽车制造、电器、仪表及日用品。
3.1 金属塑性成型的理论基础
3.1.1 金属的塑性变形的实质 3.1.2 塑性变形对金属组织和性能的影响 3.1.3 金属的锻造性能
3 金属塑性成型
1.定义：利用金属在外力作用下产生的塑性变 形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能 的原材料、毛坯或零件的生产方法。 2.常用加工方法： 轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板 料冲压
3 特点:
1.
2. 3. 4.
组织致密，机械性能好； 金属浪费小； 生产率高； 对材料有所限制，适用于塑性好的材料。
(3) 应力状态
三向应力状态，压应力数目越多，材料塑性好，变形 过程不容易开裂，但变形抗力增加，如塑性差选择挤 压金属。 拉应力数目越多，金属滑移变形容易，变形抗力小， 但内部缺陷扩大容易失去塑性断裂。如塑性好选择拉 拔金属，减少能耗。
3.2锻造
1.定义：
利用冲击力或压力使金属在砥铁间或锻 模中变形，从而获得所需形状和尺寸锻件的加工 方法。 2.方法： 自由锻
2.加工硬化:随变形程度的增大,金属的强度和硬 度上升,塑性和韧性下降的现象. 意义: 可提高金属的强度和硬度
图 轴杆类锻件锻造过程 （1）下料 （2）拔长 （3）镦出法兰 （4）拔出锻件
（3）筒类零件
（4）环类零件
（5）曲轴类零件
锻造工序：拔长（或镦粗及拔长），错移，锻台阶，扭转
（6）弯曲类零件
4
锻压应用：
轧制、挤压、拉拔 —— 金属型材、板材、钢材、 线材等； 自由锻、模锻 —— 承受重载的机械零件，如机 器主轴、重要齿轮、连杆、炮管、枪管等；
板料冲压 —— 汽车制造、电器、仪表及日用品。
3.1 金属塑性成型的理论基础
3.1.1 金属的塑性变形的实质 3.1.2 塑性变形对金属组织和性能的影响 3.1.3 金属的锻造性能
3 金属塑性成型
1.定义：利用金属在外力作用下产生的塑性变 形，来获得具有一定形状、尺寸和机械性能 的原材料、毛坯或零件的生产方法。 2.常用加工方法： 轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板 料冲压
3 特点:
1.
2. 3. 4.
组织致密，机械性能好； 金属浪费小； 生产率高； 对材料有所限制，适用于塑性好的材料。
(3) 应力状态
三向应力状态，压应力数目越多，材料塑性好，变形 过程不容易开裂，但变形抗力增加，如塑性差选择挤 压金属。 拉应力数目越多，金属滑移变形容易，变形抗力小， 但内部缺陷扩大容易失去塑性断裂。如塑性好选择拉 拔金属，减少能耗。
3.2锻造
1.定义：
利用冲击力或压力使金属在砥铁间或锻 模中变形，从而获得所需形状和尺寸锻件的加工 方法。 2.方法： 自由锻
2.加工硬化:随变形程度的增大,金属的强度和硬 度上升,塑性和韧性下降的现象. 意义: 可提高金属的强度和硬度
机械制造基础课件第三篇锻造复习题
一、填空题:1、压力加工的方法主要有（2、单晶体的塑性变形方式主要有两种（3、冷塑性变形的金属若随着加热温度的升高，会经历（ 4. 对于塑性加工中的加工硬化现象，常采用加热的方法使金属发生14.胎模锻可以看作是介于 15 .绘制自由锻件图要考虑（16 .自由锻胚料质量可按（ 26、冲模可分为二、判断题（正确的打√,错误的打 X ） 1 •塑性是金属固有的一种属性，它不随压力加工方式的变化而变化。
2•冷拔可以提高产品的强度和硬度。
3 •只有经过冷变形的钢， 才会在加热时产生回复与再结晶。
没有经过冷变形的钢，即使把它加热到再结晶温度以上，也不会产生再结晶。
4.金属的塑性越好，变形抗力越大，金属可锻性越好。
反之则差。
5. 某批锻件经检查，发现由于纤维组织分布不合理而不能应用。
若对这批锻件进行适当的热处理，可以使锻件重新得到应用。
6. 自由锻是单件、小批生产锻件最经济的方法， 也是生产重型、大型锻件的唯一方法， 因此，自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用。
7. 绘制自由锻锻件图时，应考虑在零件图上增加敷料、加工余量和锻件公差，也就是说，在零件的所有表面上，都应该给出加工余量和锻件公差。
（ ）8. 胎模锻一般采用自由锻方法制坯，然后再用胎模成形。
因此，它在一定程度上兼有自由锻及模锻的特点。
（ ）9、 锻造加热时过烧的锻件可用热处理来改正 .（）11、 模锻只适合生产中小型锻件。
（）12、 对板材进行拉深时，拉深系数越大，则越不容易拉穿.（ ）第3篇 金属压力加工）三各阶段。
,从而再次获得良好的塑性，这种工艺操作叫5、纤维组织的出现会使材料的机械性能发生 ）,因此在设计制造零件时，应使零件所受剪应力与纤维方向（ ）,所受拉应力与纤 维方向（ ）。
6.金属的锻造性能用（ ）来综合衡量。
在一般情况下，为改善合金的锻造性能，要求温度（ ）,变形速度（7、.金属在变形过程中承受的（ ）应力愈多，其塑性越 高，变形抗力也越 大.&在锻造加热工程中，如果加热温度过高会出现（ ）,甚至（ ）,其中出现（ ）时，坯料就会报废。
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弯曲类 零件
吊钩、轴 瓦等
拔长、弯曲
本章内容 3.1 金属的塑性变形与锻造性
3.2 自由锻造
3.3 模型锻造 3.4 板料冲压 3.5 锻压新工艺
3.3 模锻
概念：将金属坯料放在锻模模膛内，在锻压冲击力或压力 下变形而获得锻件的方法。
特点： (1) 生产效率较高 (2) 能锻造形状复杂的锻件 (3) 模锻件的尺寸较精确 (4) 节省金属材料 (5) 模锻操作简单，劳动强度低 分类：锤上模锻、胎膜锻、压力机上模锻等。
＊钢的含碳量越低，可锻性越好 （2）金属组织的影响 ＊组织不同,可锻性有差异,纯金属、固溶体可锻性好； ＊柱状组织和粗晶粒不如晶粒细小均匀的可锻性好。
2. 加工条件
（1）变形温度的影响 ＊变形温度低，金属的塑性差，锻压 困难，容易开裂 。 ＊加热温度过高，晶粒急剧长大，塑
性减小，可锻性下降，称“过热”。
弯曲
切割
常见自由锻工件工序
锻件类别
盘类零件
常见锻件
齿轮、凸 轮等 传动轴、 连杆等
图
例
锻造工序
镦粗、冲孔
轴杆类 零件
镦粗、拔长、 切肩、拔长 拔长、镦粗、 冲孔、在心轴上 拔长 镦粗、冲孔、 扩孔
筒类零件
筒体等
环类零件
圆环、法 兰、齿圈等
曲轴类 零件
曲轴、偏 心轴等
拔长、错移、 拔长、扭转
应用领域：适饼块类，盘套类。 镦粗的种类：有完全镦粗、局部镦粗和垫环镦粗等。
拔长
使坯料横截面减小而长度增加的锻造工序。 应用领域：轴杆类锻件成形。
拔长的种类：平砥铁拔长、芯轴拔长、芯轴扩孔等。
冲孔
采用冲子将坯料冲出透孔或不透孔的锻造工序。 应用领域：制造空心工件，如齿轮坯、圆环和套筒。
拔长的种类：实心、空心冲子冲孔和漏盘冲孔等。
＊加热温度接近熔点，晶界氧化甚至 Байду номын сангаас化，导致金属的塑性变形能力完 全消失，称为“过烧”。
图 钢的锻造温度范围
（2） 变形速度
＊ 低速：变形速度↑→变形抗力↑ →塑性↓ ＊ 高速：变形速度↑→变形温度↑→变形抗力↓→塑性↑
图 变形速度对金属及合金锻造性的影响
（3） 应力状态 ＊处于三向压应力状态，金属呈现良好的塑性状态 ＊三向受拉金属的塑性最差
图 工业纯铁冷变形前后的显微组织（100）
好处：强化金属方法 坏处：后续加工工序困难，工件易开裂。 怎样消除加工硬化现象？
2. 回复 当加热温度 T回=（0.25—0.3）T熔，可消除晶格扭曲 并降低内应力；但是，冷变形金属的显微组织无明显变 化，金属的力学性能没有显著变化（强度、硬度下降很 少，塑性提高不多。 使加工硬化得到部分消除。 3. 再结晶 当加热温度 T再 = 0.4T熔，塑性变形后金属被拉长的 晶粒重新形核、结晶变为等轴晶粒，再结晶后金属的强 度、硬度显著下降，塑性和韧性显著提高，消除了全部 加工硬化。
定义：内应力超过金属的屈服点后，外力停止作用后， 金属的变形并不完全消失。 形式：晶粒内部的滑移和孪晶； 晶粒间的滑移和转动。
涡轮喷气发动机
塑性变形 （滑移）
“神舟”四号飞船成功返 回
涡轮喷气发动机
塑性变形 （孪生）
“神舟”四号飞船成功返 回
涡轮喷气发动机
1. 加工硬化 金属材料经冷塑性变形后，随变形度的增加，晶粒伸长、 晶格扭曲以及产生碎晶，使得强度、硬度提高，塑性和韧性 下降，这种现象称为加工硬化。
使加工硬化得到完全消除。
金属的锻造性能 金属的可锻性：是指金属材料锻压加工成形的难易程度。
可锻性的衡量：塑性和变形抗力。
塑性好，变形抗力小则可锻性好。
可锻性的影响因素：金属的本质（化学成分和金属组织）
工艺条件（温度，速度和应力状态）
1. 金属的本质 （1）化学成分影响
＊纯金属可锻性比合金好
应用于制造承受重载、冲击、交变载荷的重要零件和毛 坯，如：机床主轴、齿轮、起重机吊钩等。
冲压:将坯料在常温下进行加工。
应用于生产强度、刚度大、结构轻的板壳类零件，如： 日用器皿、仪表罩壳及汽车覆盖件等。
锻压特点 (1) 改善金属组织、提高力学性能
(2) 节约金属材料
(3) 较高的生产率 (4) 毛坯或零件的精度较高 (5) 不能加工脆性材料 (6) 不能获得形状复杂的毛坯或零件
锻压材料 常用锻压材料: 低碳钢、铜和铝等塑性材料。
不能锻压材料：铸铁等脆性材料
本章内容 3.1 金属的塑性变形与锻造性
3.2 自由锻造
3.3 模型锻造 3.4 板料冲压 3.5 锻压新工艺
3.1 金属的塑性变形与锻造性
金属的塑性变形 塑性变形是金属压力加工的理论基础
“神舟”四号飞船成功返 回
图 几种常用锻压方法的应力状态
不同材料选择不同加工方式： 塑性好的材料：三向拉应力下变形
塑性差的材料：三向压应力下变形
本章内容 3.1 金属的塑性变形与锻造性
3.2 自由锻造
3.3 模型锻造 3.4 板料冲压 3.5 锻压新工艺
3.2 自由锻
概念：只用简单的通用性工具，在锻造设备的上下帖间对 坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需锻件的方法。 特点： 1) 金属坯料可朝各个方向自由流动，不受限制； 2) 所用工具简单，设备和工具通用性强，成本低； 3) 锻件精度较低，生产率低；
4) 其形状和尺寸主要由操作者的技术来控制。
是锻制大型锻件的唯一方法。
自由锻造设备 主要有空气锤、蒸汽锤、水压机、液压机等。
空气锤 ——适用于小型锻件
蒸汽锤 ——适用于中、小型锻件
水压机
大型液压机
——适用于大型锻件
自由锻造基本工序 主要有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转和错位等 镦粗 使坯料整体或一部分高度减小、横截面面积增大的工序。
第3章 锻压成型 Chapter 3 Forging
锻压成形技术是国民经济
可持续发展的主体技术之一。 据统计，全世界75％的钢材需 经塑性成形，在汽车生产中， 70％以上的零部件是利用金属 塑性加工而成的。
何为锻压 锻压是利用外力使金属坯料产生塑性变形，获得所需 尺寸、形状及性能的毛坯或零件的加工方法。 主要方法及其应用领域 锻造:将坯料加热到高温状态后进行加工。
1. 锤上模锻 ——在专用的模锻空气锤或模 锻蒸汽锤的锻锤和模垫上分别 固定上下模，上下模经锤击合 拢，而获得锻件的方法。