材料成形技术--第3章 塑性成形
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常用塑性成形加工方法有：1）自由锻造；2）模型锻 造；3）挤压；4）拉拔；5）轧锻；6）板料冲压。如图 3-1所示。
塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、 炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高 的重要零部件。
图3-1 各种塑性成形方法
第 1节 塑性成形方法
3.1.1 锻造
3.1.1.1自由锻
图3-20 空气锤
图3-21 双柱拱式蒸汽—空气自由锻锤
1—工作气缸 2—落下部分 3—机架 4—砧座 5—操作手柄 6—滑阀 7—进气管 8—滑阀气缸 9—活塞 10—锤杆 11——排气管
1—工作缸 2—工作柱塞 3—上横梁 4—活动横梁 5—立柱 6—下横梁 7—回程缸 8—回程柱塞 9—回程横梁 10—拉杆 11—上砧 12—下砧
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。
3.自由锻的特点
优点：
1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法
3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属 的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的 设备吨位小。
图3-22 自由锻水压机本体结构
2. 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、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错 移等。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。
与自由锻相比，模锻的优点是：
1）由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复 杂；
2）锻件内部的锻造流线比较完整，从而提高了零件的力 学性能和使用寿命。
3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工 时；
4）生产率较高；
5）操作简单，易于实现机械化；
6）生产批量越大成本越低。
模锻的缺点：
1）模锻是整体成形，摩擦阻力大，故模锻所需设备吨位大， 设备费用高；
图3-25d 切断模膛
3）弯曲模膛。使坯料弯曲的模膛，如图3-25-c所示。
4）切断模膛。如图3-25d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3-26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3-27所示。
2）锻模加工工艺复杂，制造周期长，费用高。故只适用于 中小型锻件的成批或大批生产。如图3-23所示为典型模锻 件。
模锻广泛应用于国防工业和机械制造业，按质量计算 模锻件在飞机上占85%，坦克占70%，汽车占80%，机 车占60%。
图3-23 典型模锻件
按使用设备不同，模锻可分为：锤上模锻、胎模锻、曲 柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻等。
1. 锤上模锻
锤上模锻即在模锻锤上的模锻。模锻锤的构造如图3-24a 所示，锻模结构如图3-24b所示，由带有燕尾的上模和下模 组成。
模膛根据其功能不同可分为制坯模膛和模锻模膛两大类：
（1）制坯模膛。用于将形状复杂的模锻件初步锻成近似锻 件的模膛。又可分为：
1）拔长模膛。减少坯料某部分横截面积，增加该部分长度， 如图3-25a所示。
图3-26 带冲孔连皮和飞边的模锻齿轮坯
1－飞边 2－分模面 3－冲孔连皮 4－锻件
图3-27 弯曲连杆的模锻过程
优点：
1）改善金属的组织，提高金属的力学性能；
2）节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利 用率和经济效益；
3）具有较高的劳动生产率；
4）适应性广。
缺点： 1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4）生产现场劳动条件较差。
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。
2）滚压模膛。翻转操作使零件成形的模膛。如图3-25b所示。
图3-24a 模锻锤
1—锤头 2—上模 3—飞边槽 4—下模 5—模垫 6、7、10—楔铁 8—分模面 9—模膛
图3-24b 锤上锻模
a）开式 b）闭式 图3-25a 拔长模膛
a）开式 b）闭式 图3-25b 滚压模膛
图3-25c 弯曲模膛
缺点：
1）锻件的形状和尺寸靠锻工的操作技术来保证，故尺寸精 度低，加工余量大，金属材料消耗多；
2）锻件形状比较简单，生产率低，劳动强度大。故自由锻 只适用于单件或小批量生产。
3.1.1.2 模锻
模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力 的作用下迫使坯料变形而获得锻件的一种加工方法。坯 料变形时，金属的流动受到模膛的限制和引导，从而获 得与模膛形状一致的锻件。
第3章 塑性成形
3.1 塑性成形方法及其应用 3.2 锻造工艺设计 3.3 冲压工艺设计 3.4 锻压件的结构工艺性
塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获 得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。 具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可在冷 态或热态下进行塑性成形加工。的有锻锤和压力机。
1）空气锤：它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能 量小，适用于小型锻件；其结构与原理如图3-20所示。
2）蒸汽—空气锤：利用蒸汽或压缩空气作为动力，构造 及工作原理如图3-21所示，适用于中小型锻件。
3）水压机：以压力代替锤锻时的冲击力，适用于锻造大 型锻件；其工作过程包括空程、工作行程、回程、悬空。 其原理和结构如图3-22所示。
塑性成形主要用于主轴、曲轴、连杆、齿轮、叶轮、 炮筒、枪管、吊钩、飞机和汽车零件等力学性能要求高 的重要零部件。
图3-1 各种塑性成形方法
第 1节 塑性成形方法
3.1.1 锻造
3.1.1.1自由锻
图3-20 空气锤
图3-21 双柱拱式蒸汽—空气自由锻锤
1—工作气缸 2—落下部分 3—机架 4—砧座 5—操作手柄 6—滑阀 7—进气管 8—滑阀气缸 9—活塞 10—锤杆 11——排气管
1—工作缸 2—工作柱塞 3—上横梁 4—活动横梁 5—立柱 6—下横梁 7—回程缸 8—回程柱塞 9—回程横梁 10—拉杆 11—上砧 12—下砧
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。
3.自由锻的特点
优点：
1）自由锻使用工具简单，不需要造价昂贵的模具；
2）可锻造各种重量的锻件，对大型锻件，它是唯一方法
3）由于自由锻的每次锻击坯料只产生局部变形，变形金属 的流动阻力也小，故同重量的锻件，自由锻比模锻所需的 设备吨位小。
图3-22 自由锻水压机本体结构
2. 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、拔长、冲孔、弯曲、切割、扭转、错 移等。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。
与自由锻相比，模锻的优点是：
1）由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复 杂；
2）锻件内部的锻造流线比较完整，从而提高了零件的力 学性能和使用寿命。
3）锻件表面光洁，尺寸精度高，节约材料和切削加工工 时；
4）生产率较高；
5）操作简单，易于实现机械化；
6）生产批量越大成本越低。
模锻的缺点：
1）模锻是整体成形，摩擦阻力大，故模锻所需设备吨位大， 设备费用高；
图3-25d 切断模膛
3）弯曲模膛。使坯料弯曲的模膛，如图3-25-c所示。
4）切断模膛。如图3-25d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3-26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3-27所示。
2）锻模加工工艺复杂，制造周期长，费用高。故只适用于 中小型锻件的成批或大批生产。如图3-23所示为典型模锻 件。
模锻广泛应用于国防工业和机械制造业，按质量计算 模锻件在飞机上占85%，坦克占70%，汽车占80%，机 车占60%。
图3-23 典型模锻件
按使用设备不同，模锻可分为：锤上模锻、胎模锻、曲 柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻、平锻机上模锻等。
1. 锤上模锻
锤上模锻即在模锻锤上的模锻。模锻锤的构造如图3-24a 所示，锻模结构如图3-24b所示，由带有燕尾的上模和下模 组成。
模膛根据其功能不同可分为制坯模膛和模锻模膛两大类：
（1）制坯模膛。用于将形状复杂的模锻件初步锻成近似锻 件的模膛。又可分为：
1）拔长模膛。减少坯料某部分横截面积，增加该部分长度， 如图3-25a所示。
图3-26 带冲孔连皮和飞边的模锻齿轮坯
1－飞边 2－分模面 3－冲孔连皮 4－锻件
图3-27 弯曲连杆的模锻过程
优点：
1）改善金属的组织，提高金属的力学性能；
2）节约金属材料和切削加工工时，提高金属材料的利 用率和经济效益；
3）具有较高的劳动生产率；
4）适应性广。
缺点： 1）锻件的结构工艺性要求较高，内腔复杂零件难以锻造； 2）锻造毛坯的尺寸精度不高，一般需切削加工； 3）需重型机器设备和较复杂模具，设备费用与周期长； 4）生产现场劳动条件较差。
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。
2）滚压模膛。翻转操作使零件成形的模膛。如图3-25b所示。
图3-24a 模锻锤
1—锤头 2—上模 3—飞边槽 4—下模 5—模垫 6、7、10—楔铁 8—分模面 9—模膛
图3-24b 锤上锻模
a）开式 b）闭式 图3-25a 拔长模膛
a）开式 b）闭式 图3-25b 滚压模膛
图3-25c 弯曲模膛
缺点：
1）锻件的形状和尺寸靠锻工的操作技术来保证，故尺寸精 度低，加工余量大，金属材料消耗多；
2）锻件形状比较简单，生产率低，劳动强度大。故自由锻 只适用于单件或小批量生产。
3.1.1.2 模锻
模锻是将加热好的坯料放在锻模模膛内，在锻压力 的作用下迫使坯料变形而获得锻件的一种加工方法。坯 料变形时，金属的流动受到模膛的限制和引导，从而获 得与模膛形状一致的锻件。
第3章 塑性成形
3.1 塑性成形方法及其应用 3.2 锻造工艺设计 3.3 冲压工艺设计 3.4 锻压件的结构工艺性
塑性成形：指固态金属在外力作用下产生塑性变形，获 得所需形状、尺寸及力学性能的毛坯或零件的加工方法。 具有较好塑性的材料如钢和有色金属及其合金均可在冷 态或热态下进行塑性成形加工。的有锻锤和压力机。
1）空气锤：它由电动机直接驱动，打击速度快，锤击能 量小，适用于小型锻件；其结构与原理如图3-20所示。
2）蒸汽—空气锤：利用蒸汽或压缩空气作为动力，构造 及工作原理如图3-21所示，适用于中小型锻件。
3）水压机：以压力代替锤锻时的冲击力，适用于锻造大 型锻件；其工作过程包括空程、工作行程、回程、悬空。 其原理和结构如图3-22所示。