锻压成形工艺课件

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、过热、过烧 和开裂。
过热:由于加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。可通过正火细化晶粒，恢复锻造 性能。
过烧：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。
b. 变形速度:
变形速度： 指单位时 间内材料 的变形程 度。
1）金属的本质
a. 化学成分 低碳钢、低合金钢及铝合金锻造性好，高合金钢
的锻造性差，铸铁不能锻造。
b. 组织结构 ：具有细小的晶粒、单相组织、面心立方结构的合
金具有好的锻造性。
2）变形条件 a. 变形温度: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，始锻温度是指金属开始锻造时的 温度，—般为锻造时所允许的最高加热温度，终锻温度是指金属 停止锻造时的温度。 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。
选择模锻工序
变形工序的确定—根据锻件图复杂程度确定，之后设计模膛。
三、曲柄压力机上模锻
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。 2）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 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 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， 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。
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 个 模膛内可以多次锤击，能够完成镦粗、成形、弯曲、预 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， 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。
三、自由锻的基本工序 基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割等。
四、自由锻工艺规程的制订
1、绘制锻件图（在零件图基础上考虑加工余量、 锻件公差、余块）其中余块是指为了简化锻件形状、便
于锻造而增加的一部分金属。 2、选择自由锻工序依据是锻件的形状、尺寸、技术要求和 生产数量。 3、计算坯料质量和尺寸 4、选择锻造设备根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序、 设备的锻造能力并结合实际来确定 5、确定锻造温度范围
落下去的是零件，周边是废料为落料，反之为冲孔。
分离变形过程及影响分离质量的因素
分离变形过程包括弹性变形、塑性变形、断裂三个阶段。 断口区域包括：塌角、光亮带、断裂带和毛刺等4部分。
间隙：过大或过小都将使上下裂纹不重合，毛刺增大。
刃口尺寸：设计落料模时，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 间隙确定凸模尺寸，即用缩小凸模刃口尺 寸来保证间隙值； 设计冲孔模时，应先按冲孔件确定凸模刃口 尺寸，取凸模作设计基准件，然后根据间隙 确定凹模尺寸，即用扩大凹模刃口尺寸来保 证间隙值。
名词解释: flange (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 .Flang物e 体强度、固定物体或使某一物体附着在另一物体上.
五、摩擦压力机上模锻 1）摩擦压力机的工作原理
2）摩擦压力机锻造的特点及应用范围：
摩擦压力机(图11~l 8)是靠飞轮旋转所积蓄的能量转化 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、 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。
压力加工与铸造相比，成本较高，成形较困难，由于是在固态 下成形，无法获得截面形状 (特别是内脏)复杂的产品。
§11-1 压力加工理论基础
§11-1-1 金属的纤维组织及锻造比 锻造比：通常用拔长时的变形程度来衡量。
纤维组织：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流线组织。
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）。
§11-1-3 金属的变形规律
1、体积不变定律 金属坯料变形后的体积等于变形前的体积。
2、最小阻力定律 金属变形时首先向阻力最小的方向流动。
§11-2 常用锻造方法
§11-2-1 自由锻造
一、概述 1、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 变形获得锻件的方法。 2、自由锻的分类 手工自由锻和机器自由锻。 3、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 不受限制，是生产大型锻件的唯一方法。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。
纤维组织的明显程度与锻造比有关。热加工时应力求使 流线合理分布：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 分布而不被切断。
吊钩中的纤维组织
滚压成型后螺纹内部的纤维分布
§11-1-2 金属的锻造性能 1、金属的锻造性（可锻性） 是衡量材料在利用锻造成型时的难易程度的工艺性能。 它是由材料的塑性和变形抗力两个因素决定。塑性好， 变形抗力小的材料，锻造性能就好。反之依然。 2、影响金属锻造性的因素
须进一步加工。
（3）板料利用率高：可冲制复杂的零件，废料少。
§11-3-1 板料冲压的基本工序
板料冲压的基本工序可分为：分离工序和成形（变形） 工序两大类。
1、分离工序
利用冲模使冲压件与板料分离的工序。包括剪切、冲孔、 落料等。
剪切：使板料沿不封闭的轮廓分离。 冲孔、落料（冲裁模锻
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 后放在胎模中终锻成型。
胎模的结构形式很多，常用胎模结构如图11-20所示。 扣模主要用于非回转体锻件的局部或整体成形； 筒模主要用于锻造法兰盘、齿轮坯等回转体盘类零
件； 合模由上、下模两部分组成，主要用于锻造形状较
形、锥形、球形、方盒形以及其他非规则形状的中空零件(图 11~32)。
拉深过程为，在凸模作用下，板料被拉入凸模和凹模的
3、模锻工艺规程的制订
1）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）
2）计算坯料质量和尺寸 3）选择模锻工序 4）选择锻造设备 5）确定锻造温度范围
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 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）。
2、成形工序 使板料的一部分相对于另一部分产生位移的工序，即 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。
2.弯曲
弯曲是将板料、型材或管材弯成一定角度或弧度的工序。
板料弯曲时，内侧金属受切向压应力，产生压缩变形； 外层金属受切向拉应力，产生伸长变形，表现为图11~29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
Tower flange
flange
法兰阀
§11-2-2 模型锻造
一、概述 1、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。 2、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） 3、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 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，模具成本高，只适合于大批量生产中小件。
变形速 度与锻造 性能的关 系如图。
C.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力 状态也可能不同。
金属在挤压时三向受压(图11~4(a))，，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(图ll— 4(b)),表现出较低的塑性和较小的变形抗力；平砧墩粗时(图 11 ~ 4(c) ），坯料内部处于三向压应力状态，但侧表面层 在水平方向却处于拉应力状态，因而在工件侧表面容易产 生垂直方向的裂纹。
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 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。
板料冲压具有下列特点： （1）生产率高，操作简便，便于实现机械化和自动化； （2）产品质量好：尺寸精度和表面质量较高。互换性好，一般不
复杂的非回转体锻件。 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 周期短，广泛用于中、小批量的小型锻件的生产。
§11-3 板料冲压
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分离， 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 下进行，又称冷冲压，只有当板厚大于8~10 mm时才采用热冲压。
三向受压时金属的塑性最好，出现拉应力则使塑性降低。 因为压应力阻碍了微裂纹的产生和发展，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，应避免在拉应力状态 下变形，尽量采用三向压应力下变形。
二、 锤上模锻
1、模锻设备 蒸汽-空气锤（与自由锻的蒸汽-空气锤结构工作原理 基本相同）与其它模锻设备相比，模锻锤的打击速度 快（6~8m/s)行程不固定，可在一副锻模的不同模膛 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